机电一体化系统选型及注意事项有哪些

  从构成要素来看，机电一体化系统由机械系统、信息处理系统、动力系统，传感检测系统、执行元件系统、控制系统等子系统组成。机电一体化设计的目的是使系统功能多样、效率高、能耗低、精度高、安全性高、可靠性高、省料，且结构向轻、薄、短、巧方向发展。

  SERVOsoft是加拿大ControlEng公司开发的驱动系统设计工具，它与贝加莱公司的AutomationStudio集成，是参与伺服系统设计工作的机械、电气工程师不可缺少的设计与选型工具。用户可以借助于这个工具进行伺服系统优化配置，达到驱动系统硬件与负载的完美匹配，满足个性化的设计需求，降低能耗，降低系统成本。

  SERVOsoft不仅可以针对单轴电动机和逆变器选型，还能对多轴伺服系统的所有部件进行选型，选型部件多达14种机构，涉及旋转电动机、直线电动机、齿轮减速电动机、变速器、联轴器、驱动器、逆变器、馈电模块、电容模块、泄放电模块和最多40个共直流母线运动轴的造型配置，适用于基于伺服系统的机器设备、机器人、机械中心、自动控制系统。开发者可以借助于这个工具选择最优的伺服驱动器、电动机和减速器的匹配方案，节省选型时间，降低能耗，并满足用户个性化需求。

  机电一体化系统的硬件选型设计主要涉及如下三个方面

  1)旋转电动机，直线电动机，齿轮减速电动机，齿轮箱，联轴器，驱动器，逆变器，馈电模块。

  2)母线辅助元件，例如，电容和泄放电模块。3)供电电缆、断路器等。

  值得注意的是，进行驱动机构选型设计时要确保满足系统的动态需求，确保驱动机构的出力在规定的范围之内。

  系统选型流程及注意事项

  系统硬件选型分为以下九个步骤。

  1.驱动机构

  明确驱动机构全部组件的设计细节，例如，惯量、效率、转矩、结构尺寸等。

  2.运动曲线、规律及载荷谱

  依据系统应用的类型，确定其运动曲线、规律及载荷谱。对于取放的应用，例如，龙门机器人，移动时间、峰值速度、加速度和减速度是关键需求指标对于连续运行的应用，例如，造纸机中的放料辊，速度是唯一的关键需求。

  确定运动轨迹和规律考虑的因素有∶距离、速度、加速度、减速度、加速度的变化率、停顿、有效载荷及加速、匀速、减速时的推力和停顿。

  3.减速器

  减速器的选择通常是一个反复权衡的设计过程，要综合考虑负载需求的输出转矩、速度及电动机的输出转矩、速度限制，在它们之间取得平衡。

  减速器选型考虑的因素有减速器类型、减速器效率、最大输出转矩、最大输入速度、负载的转速范围、负载需求的转矩区间、负载工况、制动力矩、载荷方向(单向或双向)、起动的频繁度、减速器安装方式、传动比、输出轴/输入轴径向力及轴向力、输出轴形式(实心平键、空心平键、空心轴紧缩盘、空心轴花键、实心轴加强)，如果减速器和电动机直连，要考虑电动机与减速器接口，要确保电动机轴端与减速器输入接口匹配。

  减速器通常是按照恒转矩和非频繁起动工况设计的，若是应用于频繁起动的系统，就必须考虑使用工况的加权系数，这个系数与起动频率、负载的变化次数、惯性加速系数、每日运行时间有关。选型时，减速器的许用输出转矩应该大于或等于计算转矩。

  4.驱动电动机

  驱动电动机的选型要考虑的因素有电动机类型、电动机特性、运动方式、最大输出转矩、最大速度、过载倍数、额定转矩、额定转速、额定电压、额定电流、额定频率、功率因数、输出

  功率、电动机效率、控制方式、精度要求、绝缘强度、最高允许温升、转动惯量、惯量匹配、环境因素引起的降额(环境温度、海拔、电压等)、联轴器、电动机轴端与减速器的匹配、安装形式、防护等级、冷却方式、温度保护方式、轴键的类型及动平衡、编码器、线盒位置及出线口方向、重量及体积的限制、防振动防噪声措施、电动机风扇的参数、轴向力、径向力等。

  5.驱动器

  驱动器的选型需根据逆变器、内部制动电阻以及多轴共母线电源来选择。对于多轴共母线的配置，母线电源的只能在所有轴都加入模型后再计算。在进行驱动器配置时，要确保以下四个参数满足系统应用需求

  1)逆变器∶满足驱动电动机的持续和峰值电流的需求。

  2)制动电阻满足持续和峰值功率、能量消耗(散热)的需求。

  3)母线电源满足输出持续和峰值电能的需求。

  4)降额考虑环境因素(温度、海拔等)引起的降额。

  6.供电系统

  供电系统的选择要计算母线功率与制动电阻功率需求，对于多轴共母线系统，母线电源的功率要能够满足所有轴的持续输出功率和峰值功率应用需求，设计时还要考虑环境因素引起的降额。

  7.外部制动电阻

  如果驱动器及馈电电源没有配置内部制动电阻，或其内部制动电阻不能满足制动需求，则需添加外部制动电阻。制动电阻的配置要满足制动性能及制动时间的需求。

  8.外部电容模块

  使用外部电容模块增加系统母线电容可以减少母线和制动电阻的功率要求，提高系统效率。值得注意的是，受供电模块允许的最大浪涌电流的限制，连接到母线上的电容容量是受限的。

  9.电缆、滤波器和熔断器

  电缆、滤波器和熔断器的选型与电源的额定值及峰值相关。