机电一体化机械系统设计研究(1)
机电一体化系统设计 2.机械系统设计1
第二章 机械系统设计
2.1.3 系统的设计 因控制系统的设计特别重要，所以从控制系统的角度可划分为：静
态设计与动态设计 1. 静态设计 静态设计是指依据系统的功能要求,通过研究制定出机械系统的初
步设计方案并确定执行元件各项参数、主要元部件的选择与控制电路设 计、各级电路的增益、各级间阻抗匹配和抗干扰措施等。
J d 2 b d M
dt2
dt
第二章 机械系统设计
2.2.3 电气系统
设有一个以电阻R、电感L和电容C组成的R-L-C电路如图2. 3所示。试 列写以ui为输入，uo为输出的微分方程式。
解: 根据基尔霍夫定律写出电路方程
di 1
L dt C
idt Ri ui
其中
uo
1 C
idt
亦即
i C du0 dt
2.1.2 机械系统的组成 1.传动机构 机电一体化机械系统中的传动机构不仅仅是转速和转矩
的变换器,而且已成为伺服系统的一部分,它要根据伺服控制的 要求进行选择设计,以满足整个机械系统良好的伺服性能。
2.导向机构 导向机构的作用是支承和导向,它为机械系统中各运动装 置能安全、准确地完成其特定方向的运动提供保障,一般指导 轨、轴承等。 3.执行机构 执行机构是用来完成操作任务的直接装置。执行机构根 据操作指令的要求在动力源的带动下完成预定的操作。
2. 动态设计 主要是设计校正补偿装置，使系统满足动态技术指标的要求，通常 要进行计算机仿真试验。 指研究系统在频率域的特性,借助静态设计的系统结构,通过建立系 统各组成环节的数学模型,推导出系统整体的传递函数,并利用自动控制 理论的方法求得该系统的频率特性（幅频特性和相频特性）。
第二章 机械系统设计 2.2 机械、电气数学模型的相似性 2.2.1 机械移动系统 机械平移系统的基本元件是质量、阻尼和弹簧。建立机
浅析机电一体化机械系统的设计与研究
工业技术68 2015年59期浅析机电一体化机械系统的设计与研究毕永甲耿非詹倩安钢集团信阳钢铁有限责任公司，河南信阳 464094摘要：无论是现在还是将来，机械自动化都将成为行业发展的大趋势，机械的智能化将会成为行业的最终选择，本研究分析了机电一体化机械系统的基本含义、设计和应用的基本原则、系统设计的基本步骤等基础的设计和应用，并且提出了加大经费投入和改良设计思想等措施来提高机电一体化机械系统的设计和应用，希望可以为机械行业的发展建言献策，为祖国的未来添砖加瓦。
关键词：机电一体化；机械系统；设计中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1671-5810（2015）59-0068-011 导言机电一体化作为一门独立的交叉性综合学科，是在微电子技术的基础上，向机械工业领域渗透的过程中慢慢发展起来的，而机械系统作为机电一体化的重要组成部分，是一种最基本的原件来实现机电一体化的产品功能。
在这个快速发展的信息化时代，机电一体化的产品在机械系统中越来越发挥出其重要的作用，然而机械专业的快速发展，也极大的促进了机电一体化的快速发展。
作为一个优秀的工程技术人员，在工作上要改变原有的传统设计思维理念，结合现在比较先进的电子技术、信息技术，从而设计出更多的对人们生活有所帮助的产品。
2 机电一体化概述就机电一体化化技术的内容来说，其中最主要的内容就包括机械、电子技术以及计算机这三个方面的内容，机电一体化技术通过利用计算机技术来推动工程的发展。
所谓的机电一体化就是在机械设备所具有的原有功能上，结合现代各种先进的技术，来对机械的工作效率以及工作水平等进行提升的一种技术手段，在各个企业中应用机电一体化都可以有效的推动企业的发展，从而实现企业的可持续发展。
在机电一体化中所包含的三方面内容都各自有着各自的功能，其可以根据施工具体要求的不同，而发挥出不同的作用。
但是，机电一体化系统在运转的时候，也需要依据一定的要求和原则，要有序的进行运转工作，保障每个运转环节都能够顺利进行，从而避免出现严重的运转失误现象。
机电一体化中的机械系统设计
1.转动惯量（M=Jε）
在不影响机械系统刚度的前提下，传动机构的质量和转 动惯量应尽量减小。否则，转动惯量大会对系统造成不良影 响：机械负载增大，需要增大驱动电机的功率；系统响应速 度降低，灵敏度下降；系统固有频率减小，容易产生谐振。 所以在设计传动机构时应尽量减小转动惯量，通常采取以下 措施：
（1）选择转矩/惯量比(M/J)大的控制电机．因为在伺服系 统中高速电机的转动惯量在总惯量中是主要的，往往比负载 的折算惯量大得多，特别是减速比大的系统，所以应尽量选 用低惯量的控制电机。
(2)适当选用强度高、刚度好、质量轻的材料，减轻各零 部件的质量，合理布置结构， 转动部分的质量应尽量靠近轴 线。
(3)合理选取总传动比和分配各级传动比．因为负载转动 惯量折算到高速电机轴上，要除以传动比的平方，总传动比 大，负载的折算惯量小。另外，合理地分配各级传动比也可 使传动系统的折算惯量减小。
机电一体化中中的机械设计要遵循机电结合、机电互补 的原则，满足高精度、快速响应速度和稳定性的要求。具体包
括两大部分的内容：一是机械传动装置的设计，一是机械 结构的设计。
机械设计技术
机械传动装置设计
滚珠丝杠传动 无侧隙齿轮传动 谐波齿轮传动 同步齿形带传动 膜片弹性联轴器
（3）选用最佳传动比，以提高系统分辨率，减小等效 到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能提高加速度；
（4）缩小反响死区误差，如采取消除传动间隙，减小 支承变形等措施；
（5）改进支承及架体的结构设计，以提高刚性，减少 振动，降低噪音，如采用复合材料等。
二、机械系统的组成
1．传动机构 机电一体化机械系统中的传动机构要根据 伺服控制的要求进行选择设计，以满足整个机械系统良好的 伺服性能．因此传动机构除了要满足传动精度的要求，而且 还要满足小型、轻量、高速、低噪声和高可靠性的要求。
浅析机电一体化机械系统的设计与研究
浅析机电一体化机械系统的设计与研究摘要：自从改革开放以来，国家进入了快速前进的发展模式，如此发展不仅仅是国家的进步同样也是老百姓提升生活水准，企业降低劳动力，省时省心还省钱的依托。
我国机电一体化体系的产生，与国家机械工程来讲，是一次重要的革新，很大的提升了机械设备的生产品质和成果，有效的降低了机械工程做工中的缺点，提升了机械设备的生产水准。
关键词：机电一体化；机械系统；设计1机电一体化机械系统的设计要求与构成1.1机电一体化机械系统的设计要求（1）确保高度的准确性。
精密机电产品的程度直接关系到整个系统的质量和效率的技术性能，机电一体化机械的技术水平和功能需要选择优质的产品，也就是说，机电一体化产品和需求的首要标准是一种高精度。
（2）良好的反应性能。
机电系统具有良好的响应性能，即系统接受命令后，可以在短时间内完成任务。
另外，根据系统的运行情况，准确及时地获取相应的命令控制，可以提高任务完成的准确性和执行。
（3）拥有过强的稳固性。
我们在机电一体化的设计进程当中，能够有效的确保体系的呼应性能与精度，时常在高谐振频率和高刚度与低摩擦以及间隙等方面针对系统提议更高的条件。
1.2机电一体化机械系统的构成（1）传动机构在机械零碎的机电一体化的传动机构，不只是速度和转矩变换器作爲伺服零碎的重要局部，因而，在机械零碎的机电一体化设计要求，传动机构必需具有较高的精度，必需满足分量轻、音量低、体积小、高速度和牢靠性要求较高的特点，结合对伺服控制的要求和对机械零碎的机电一体化规范传动机构的设计，爲了更好地进步零碎机械构造的伺服功能。
（2）导向机构指导机制是机电一体化系统的导向和支撑功能。
转向机构的正常功能能有效地保证机电一体化机械系统的零部件和设备能够安全、准确地完成指定任务。
（3）执行机构执行机构，是指在机电一体化机械系统中直接完成任务指令的操作装置和部分，在一般情况下，执行机构具有很高的灵敏度和精度高、重复性和可靠性，保证能根据不同的任务和相关要求，完成各种各样的任务集的推动下电源。
机电一体化系统的优化设计与研究
机电一体化系统的优化设计与研究随着科技的发展，机电一体化系统越来越受到人们的关注和重视。
而机电一体化系统的优化设计和研究，是实现其高效运转和自动化的重点之一。
本文将以汽车生产线作为例子，论述机电一体化系统的优化设计和研究，以求更好地提高生产效率和质量。
一、机电一体化系统概述机电一体化系统，是指将电气技术与机械技术相结合，形成一种新型的工业自动化系统。
其主要特征是集成化、智能化、柔性化和高效化。
机电一体化系统将机器人、PLC、传感器、执行器、计算机等各种技术有机结合在一起，形成一个系统性的整体，具有高精度、高速度、高灵活性、高可靠性和高自动化优势。
二、机电一体化系统在汽车生产线中的应用机电一体化系统广泛应用于汽车生产线中，其主要功能是完成汽车零部件的自动组装、检测、焊接、喷涂等工作。
以汽车生产线为例，其主要包括以下几个环节：1.零部件装配线：在汽车生产线上，机电一体化系统主要用于零部件的自动组装。
该系统采用自动化机械及控制设备，对汽车零部件进行自动装配，自动检测及判断装配结果的合格性，确保装配质量和效率的稳定性和持续性。
2.焊接线：在汽车生产线上，机电一体化系统还可以用于焊接。
通过机械手及其他自动化控制设备，自动完成汽车组件的焊接，确保焊接质量和效率的稳定性和持续性。
3.涂装线：在汽车生产线上，机电一体化系统非常重要的一个环节就是涂装。
该系统整合了汽车喷漆机器人、涂料供给设备、自动涂漆喷枪、消毒喷雾器等多种技术，并对这些技术通过程序进行控制，确保完美的涂装质量和效率。
三、机电一体化系统的优化设计和研究机电一体化系统的优化设计和研究是实现其高效运转和自动化的重点之一。
目前，国内外许多企业已经开始针对机电一体化系统的优化设计和研究，以不断提高生产效率和质量。
1.节能设计随着全球能源短缺和环境污染问题的愈加严重，机电一体化系统的节能设计成为趋势。
在汽车生产线中，可采用多种技术和方法，如替代传统液压系统为电气系统，采用高效节能的涂装设备等，以达到节能的效果。
机电一体化机械系统设计理论
机电一体化机械系统设计理论1. 简介机电一体化是指在机械设计和控制系统设计中将机械部分和电气部分紧密结合，形成一个整体的系统。
机电一体化机械系统设计理论是探讨如何将机械和电气两个领域的知识结合起来，实现机械系统的高效运行和精确控制的理论体系。
本文将介绍机电一体化机械系统设计的基本原理、设计过程和设计方法。
2. 基本原理机电一体化机械系统设计的基本原理主要包括：机械工程原理、控制理论和电气工程原理。
2.1 机械工程原理机械工程原理是机械系统设计的基础，它包括力学、材料学、机械设计等方面的内容。
在机电一体化机械系统设计中，需要根据力学原理来确定机械结构的受力情况，选取合适的材料来满足机械系统的要求，并设计合理的机械结构。
2.2 控制理论控制理论是机电一体化机械系统设计中的重要组成部分，它主要包括自动控制和控制系统的理论。
在设计过程中，需要根据控制理论来确定机械系统的控制策略和参数，以实现对机械系统的精确控制。
2.3 电气工程原理电气工程原理是机电一体化机械系统设计中电气部分的基础，它主要包括电路理论、电机原理和电子技术等方面的内容。
在设计过程中，需要根据电气工程原理来确定机械系统中的电气组件的选型和电路的设计，以满足机械系统的要求。
3. 设计过程机电一体化机械系统设计的过程包括需求分析、概念设计、详细设计、制造和测试等阶段。
3.1 需求分析需求分析阶段是机械系统设计的起点，需要明确机械系统设计的目标和功能要求。
在这个阶段，需要与用户进行沟通，了解用户的需求和系统的使用环境，根据需求分析的结果来确定机械系统的设计要求。
3.2 概念设计概念设计阶段是机械系统设计的创造性阶段，需要根据需求分析的结果来确定机械系统的整体结构和工作原理。
在这个阶段，需要进行创新思维，产生多种设计方案，并评估各种方案的优缺点。
3.3 详细设计详细设计阶段是将概念设计转化为具体的技术方案的过程，需要根据概念设计的结果来进行具体的构造和计算。
机电一体化机械系统的设计要点以及未来发展探讨
机电一体化机械系统的设计要点以及未来发展探讨机电一体化机械系统是一种将机械、电气和控制技术有机结合起来的机械系统，并能够实现自动化运行的一种机械系统。
该系统通过采用现代计算机技术和网络技术等先进的技术手段，实现了机械部件和电气部件之间的实时监测和自动控制。
当今，随着制造业的快速发展，机电一体化机械系统已经越来越广泛地应用于各种工业制造领域。
因此，本文将会讨论机电一体化机械系统的设计要点，并对其未来的发展趋势进行探讨。
(1) 机械部分设计机械部分的设计是机电一体化机械系统设计过程中的一个非常重要的方面。
机械部分主要包括基础、机身和运动部分等。
针对机械部分的设计，需要考虑到系统的性能和运动特点，如运动轨迹、速度和精度等。
此外，在机械部分的设计中还需要考虑到工作环境和使用寿命等因素，以确保机器的耐用性和可靠性。
机电一体化机械系统的电气部分设计包括了电力部分和信号部分两个方面。
电力部分主要包括控制电源和电机驱动器等。
而信号设计则主要包括信号采集、传输和处理等。
在电气部分的设计中，需要考虑到数据传输的速率、抗干扰性和可靠性等因素，以确保系统的高效运行和稳定性。
(3) 控制系统设计控制系统是机电一体化机械系统的核心部分，主要包括运动控制和逻辑控制两个方面。
运动控制主要涉及运动轨迹规划、速度和力控制等。
逻辑控制则主要涉及系统自动化设备的开关状态、信号传输和逻辑操作等。
在控制系统的设计中，需要考虑到系统的响应速度和精度等因素，以确保系统的高效运行和控制性能。
机电一体化机械系统是一种新兴机械技术，其所带来的巨大贡献也在日益凸显。
虽然其已经广泛应用于各种工业制造领域，但由于制造技术的不断创新和技术的不断进步，机电一体化机械系统将会有以下发展趋势：(1) 智能化未来，机电一体化机械系统将向智能化方向发展。
这种发展趋势的表现在于，机械系统将会更加智能和自动化，能够自我调节和优化，以提高其生产效率和稳定性。
(2) 大数据、云计算和人工智能机电一体化机械系统将与大数据、云计算和人工智能等新技术相结合，以进一步提高机器的工作效率和生产能力。
机电一体化系统课程设计的研究与实践
机电一体化系统课程设计的研究与实践随着机电一体化技术的不断发展，机电一体化系统的应用范围越来越广泛，而机电一体化系统的设计和应用也成为了机电工程专业学生必须掌握的重要技能之一。
机电一体化系统课程设计作为机电工程专业课程的重要组成部分，其教学目标是培养学生的机电一体化系统设计和应用能力，提高学生的实践能力和创新意识。
本文将介绍机电一体化系统课程设计的研究与实践，探讨如何提高机电一体化系统课程的教学效果和学生的实践能力。
一、机电一体化系统课程设计的研究机电一体化系统课程设计是机电工程专业课程中的重要组成部分，其设计需要考虑以下几个方面的因素：1. 教学目标和教学内容：机电一体化系统课程设计的教学目标是培养学生的机电一体化系统设计和应用能力，提高学生的实践能力和创新意识。
教学内容包括机械设计、电子技术、自动控制技术、计算机技术等方面的知识。
2. 教学方法和教学手段：机电一体化系统课程设计的教学方法包括讲授、实验、课程设计等多种形式。
教学手段包括教学软件、实验设备、教学文献等。
3. 教学评价和教学改进：机电一体化系统课程设计的教学评价主要是通过学生的实验报告、课程设计报告等方式进行评价。
教学改进主要是通过教师的反思和学生的反馈进行改进。
二、机电一体化系统课程设计的实践机电一体化系统课程设计的实践是机电工程专业学生学习机电一体化系统课程的重要环节，其实践内容包括实验、课程设计等。
1. 实验机电一体化系统课程设计的实验是学生学习机电一体化系统课程的重要形式之一，其实验内容包括机械设计、电子技术、自动控制技术、计算机技术等方面的实验。
实验的目的是让学生掌握机电一体化系统的基本原理和实验操作技能，培养学生的实践能力和创新意识。
实验中要注意安全，遵守实验规范，认真记录实验数据和结果。
2. 课程设计机电一体化系统课程设计是机电工程专业学生学习机电一体化系统课程的重要环节，其设计内容包括机械设计、电子技术、自动控制技术、计算机技术等方面的课程设计。
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机电一体化机械系统设计研究
作者：金婷燕林玲
来源：《数字化用户》2013年第11期
【摘要】一体化机电机械系统是由通过计算机系统的控制和协调，包括机械系统、电力系统、电子系统、液压系统、光学技术等伺服系统，通过由电动机控制、传动机构以及执行机构等电子系统完成的一系列的机械运动，从而完成系统功能的任务的要求。
接下来，本文将根据笔者多年的相关经验，详细论述机电一体化机械系统设计研究。
【关键词】机电一体化机械系统研究设计
一体化机电机械系统是由通过计算机系统的控制和协调，用于完成能量流、运动以及机械力等多项动力学任务，并由多种机电部件相互配合、相互联系、相互协调所组成的系统。
因为这是一个系统性的程序和任务，因此，对机电一体化的机械系统研究一定要站在“系统”的角度进行科学、合理的设计。
一、一体化机电机械系统设计的基本要求
首先，精度性高。
机电产品的精度直接决定和影响产品的整体质量，机电一体化产品的工艺水平、技术性能、功能都要优于其他普通产品，因此，高进度是其首要条件和标准。
也就是说如果机械系统不够精确，即使其他系统在精确，都不可能顺利完成预期机械操作。
其次，快速反应性。
机电系统的快速反应性指的就是系统从接受指令一直到执行指令任务中间的时间差必须要短，只有这样才能更好地控制系统精确的完成任务，同时，控制系统及时、准确的根据系统运行状况得到相应的信息指令，从而准确的进行任务执行和完成。
再次，稳定性良好。
为更好的保证机械系统的精确度和反应性，在进行机械设计中通常会有高刚度、低摩擦、无间隙、高谐振频率等要求。
与此同时，机械系统还应该具备可靠性高、寿命长、重量轻、体积小等优点。
二、一体化机电机械系统构成
首先，传动机构。
机械一体化中的传动机构，一方面是转矩与转速的变换器，一方面这已经成为伺服系统中非常重要的组成部分，传动机构需要结合伺服控制的标准和要求进行设计，从而更好地满足系统机械体系的伺服性能。
所以说，传动机不仅需要具备比较高的精确度，还需要具备体积小、重量轻、运转高速、噪音低、可靠性高的特点和要求。
其次，导向机构。
起到支撑作用和导向作用的导向机构，能够为机械运动系统中各个装置和组成部分准确、安全的完成特定运动提供良好保证，一般值得的轴承和导轨。
再次，执行机构。
所谓的执行结构，指的就是能够直接完成任务的操作装置，其能够结合不同的操作指令的具体要求+动力源带动，完成各项预定操作任务。
通常情况下，执行机构需要较高的精确度和灵敏度，具有较高的可靠性和重复性。
计算机的功能强大，有效的使传统的动力发动机转化了执行、变速和动力等多种功能的发动机，进一步简化了执行和传动机构。
三、一体化机电机械系统设计思想分析
首先，静态设计思想。
静态设计指的是根据各个系统功能的要求，经过相关研究制定出设计机械系统的方案和步骤。
这只是一个初步、大体轮廓系统，主要包括系统的部件种类以及各个部件之间连接、控制以及能源需求等。
设计出基本方案之后，就需要从技术手段出发，设计系统各个部件运动参数、关系和结构，确定零件的精确度、材料和结构。
验算执行元件的过载能力、功率和参数。
选择其他香断的部件、原件，配置系统阻尼等等。
其次，动态设计，是为了研究机械系统在整个频率域的性质、特点，通过静态设计的结构帮助，建立系统各个环节之间的数字模型，进一步推导整体系统的传递函数，然后充分利用自控控制方法计算频率特性。
频率特性，一方面体现出了整个系统对不同信号频率的不同反应，一方面还决定了整个系统的抗干扰能力、工作最大频率和稳定性。
四、一体化机电机械系统的性能分析
为了更好的保证机电一体化机械系统的伺服性能，一方面需要更好地满足机械系统的静态特征，一方面还需要充分的利用控制自动化的方法和理论进行系统体系的动态设计与分析。
要进行动态设计必须建立在静态系统的数字模型上，通过控制方法分析整个系统的特性频率，通过相应参数的调整，改变整体伺服性能。
首先，建立相关数字模型。
建立机械系统数字模型一般与建立电气系统数字模型基本相同，也就是通过折算的方法，把复杂的装置结构转化为简单的、等效的函数关系，一般通过线性微分方程的数学表达式进行表达。
一般机械系统的模型数字分析是输入和输出之间的关系。
将复杂结构的机械系统的机械参数，比如说，阻尼、弹性模量、系统惯量的进行归一处理，进而通过数学方式准确、全面的反应各个机械参数对于整体机械系统性能的影响。
要想建立这种数学模型，需要先把机电系统中的各个物理量直接折算到某个元件上，将复杂、多变额多轴传动转化为单轴传动，一定要遵循转化前后总机械系统性能相等。
在单轴基础上结合输入量与输出量之间的关系，建立自身的数学表达式（输入/输出），通过此表达式反应的机械特性，就能真实的反应出原系统性能。
在建立数学模型过程中，需要结合不同量的要求，折算出等效值。
其次，性能参数对整个机械系统性能价值的影响。
机电系统一体化要求必须精度高、工作可靠、运动平稳，这一方面是静态设计的问题，另一方面也是进行动态系统伺服设计的要求，通过对相关数据参数的调整，从而达到系统的整体性能优化。
系统自身的固定频率、阻尼直接决定了传动系统的参数、性能，所以说，机械系统的参数结构又取决于固有频率与阻尼的比
率。
所以说，机械系统的参数直接影响到其伺服系统的性能。
通常情况下，机械系统能够简化成二阶系统，可以通过单位阶跃曲线全面反映系统阻尼的影响。
在设计系统中，需要对多种性能指标进行综合考虑，通常取欠阻尼系统，不仅可以保证一定范围的震荡，比较平稳、快速的震荡，同时，灵敏度还非常高。
五、结语
综上所述，本文围绕着一体化机电机械系统的概念、性质等各个方面开始入手分析，从四个方面：机械系统一体化设计的基本要求，基本构成，设计思想以及一体化机电机械系统的性能分析，详细论述了机电一体化机械系统设计研究。
参考文献：
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