机电一体化:机械工程师需要考虑的5大电气因素

由丹宝座，销售和营销经理，电动驱动器和控制

之前，我们介绍了电气工程师的机械方面的考虑。现在，我们给对方一个发言的机会。以下是从电气工程师的角度，为负责机电系统的机械工程师提供五条有针对性的建议。

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一个干净的设计平衡了质量和运动:坚固，耐用的框架承受多年的振动和冲击，结合较轻的组件有助于减少质量并使较小的电动机/驱动部件能够使用。

机电一体化系统智能集成机械和电子元件，以执行日益复杂和苛刻的功能。在设计机电系统时，机械工程师和电气工程师可能倾向于从他们的单一专业领域强调技术、部件和设计原则，这可能导致系统运行成本更高，维护需求增加，而不是最佳性能。作为一名帮助原始设备制造商和制造商设计和建造机电一体化系统的电气工程师，我已经看到了如何在无意中将低效和不必要的复杂性设计到机器中。

当机械工程师在设计制造系统时考虑五个关键概念时，可以创建更好的机电系统，以推导最大的价值和效率电子系统可以提供给制造过程。

1:创造一个干净的设计
好的机电一体化设计始于好的机械设计——最好的电子和电气系统不能弥补糟糕的机械设计。最成功的设计是“干净”。它们的特点是坚固刚性框架，使用材料和结构原则，以确保无论机器经历什么运动，它的长期稳定性是“设计”的。

确保使用电动机安装在机器上的刚性轴承和支撑;这有助于防止由于电动机轴与枕头块轴承或齿轮箱输入行星齿轮安装出对准的微小磨损而导致轴剪切轴。在最佳位置的机器上放置电机，以便操作员不会意外地踩踏电缆和连接器并造成损坏;设计机器守护，易于接入点，到达机器翼座下安装的电机，同时仍然保护它们免受恶劣的环境。

最重要的是，一个干净的设计平衡了质量和运动:坚固耐用的框架，承受多年的振动和冲击，结合较轻的部件为机器的运动部件。这种组合有助于减少质量，提供更节能的运动，并使它更容易大小较小的电机/驱动组件的机器。在过去的几年里，我们已经看到了很多非常创新的机械设计，一个干净的设计对机器的寿命、坚固性和最低的总体拥有成本做出了最大的贡献。

2:直接将电机与负载连接
有效的机电一体化从“清洁板岩”设计开始。在过去，机器通常围绕单个交流电动机构成，该电机电机供电，该机器线轴，齿轮箱，滑轮，链轮，链驱动器和其他机械装置，用于在同步中移动机器的各个区域 - 一种供电制造的方法从字面上可以追溯到工业革命的黎明。

一个干净的设计是最大的贡献到机器的寿命、健壮性和最低的总体拥有成本。

考虑用单独的伺服电机直接耦合到你要移动的负载来取代这个架构。这种想法有多种设计、机器成本和操作优势(令人惊讶的是，许多机器设计没有使用)。首先，考虑成本:每次你增加一个变速箱，你就增加了多个成本:它是一个额外的故障点，它必须润滑，它需要备件。此外，您还增加了必须在机器调试期间补偿的机械间隙，每次您有一个产品转换-运动和轴同步的复杂性，今天的智能驱动器和伺服电机消除。

当您尽可能靠近它们所在的运动区域定位伺服电机时，通过消除必须购买，加工，组装和配置的机械部件和分娩的成本，电驱动部件的增量成本几乎完全偏移。特别是，不必储存多组链轮，齿轮和凸轮，以及使用机械驱动器涉及的转换的时间，可以真正推出机器的总体拥有成本。

最终，这种设计方法大大减少了卷绕和间隙，并改善了机器调试时间;以及当前的最先进的直接驱动器，直接电机和线性电机让您运行更高的收益并提高机器的性能。

考虑＃3：使用电子传动和凸轮
今天的电子驱动器和运动控制平台给机械工程师，一个强大的，灵活的工具，以提高精度和性能的机器，你的设计。这项技术可以让你创建一个虚拟的“电子线轴”，可以电子同步机器上的所有驱动器和电机，消除了机械线轴。在这个过程中，您可以显著地提高轴的同步和精度-从1/16或1/32英寸典型的机械线轴，到运动精度接近百分之一或千分之一英寸的电子线轴。

并且这种同步可以通过零机械间隙 - 和更少的产品卡纸来完成。它还消除了一系列机械调整，以使机器在线带来，以及每次机器停止并重新启动时的操作员调整。

电子传动装置和凸轮使机器转换完全可编程:例如，使用FlexProfile技术，操作人员可以通过触摸HMI屏幕上的一个按钮加载机器食谱，并在控制和伺服系统中进行更改，以运行下一个产品。

FlexProfile CAMming技术可以基于位置，速度或基于时间的运动配置文件构建多音节凸轮配置文件。当您通过HMI改变配方更改的电子凸轮的一部分时，控制平台将在所有机器的运动元件上自动优化凸轮轮廓的其余部分。这使机器能够运行较短的循环时间，或者为机器提供更平滑的动态，即使发生了诸如纸箱上的不同的袋子密封时间或翻盖凸轮位置等变化。

考虑＃4：包含节能技术
任何制造操作中增长最快的成本之一就是能源——良好的机电一体化设计可以通过应用电力驱动和旨在节约能源的电机系统来帮助控制这些成本。

在使用直接耦合到关键运动轴的伺服电机，以及使用电子同步和凸轮的机器中，适当尺寸的伺服系统可以创建一个高效率的机器。

适当的尺寸需要准确评估几种运动因素（电机的电机）：轴的速度需要加速，您试图移动的群众的大小以及精确的加速和减速程度。尺寸透明将导致驱动器和电机上的菌株;超大尺寸将吸取太多的力量来做太少的工作。

今天的一些最尖端的系统（例如Rexroth Indradrive Mi集成驱动/电机系统）包括高度节能的功能：总线共享。多个驱动器是菊花链接在一起并从同一总线中分享电力;在许多多轴机器中，由于一些电动机加速到速度（绘图电源），其他电机更加减速（再生电量）。通过总线共享，而不是必须为加速电机提供最大功率，并将减速电机放入热量的电阻器中的热量，供电，因此机器的功耗显着降低。

进一步的节能技术称为再生电源。在许多机器中，多个伺服电机将同时减速，将电压提升到电源总线上的过度水平。较旧的电气驱动器会流出多余的电能作为热量浪费电源，并加入工厂地板的热量生产，需要额外的柜子冷却。通过耦合到共享总线系统的再生电源，浪费电源的电源现在可以通过共用总线送回电力并销售回电力公司。

指某东西的用途直接驱动，直接电机和直线电机与机械联轴器，让您设计的系统运行更高的收益。

考虑#5:使用HMI更好地排除故障
用户友好的智能现在可以通过今天的触摸屏人机界面。机器布局图和原理图可以纳入控制菜单和诊断工具，以更好地管理机器的日常操作和故障排除。绘图和交互式教学工具不仅可以显示出问题的精确位置，还可以让操作员逐步完成任务，重新开始生产。

如此高级图形可以与伺服电机驱动的机器中固有的分布式智能相结合，以防止在发生故障之前的机器故障或故障。通过此类预测维护，此功能可让您或机器设计人员在驱动器中设置容错带，然后监控驱动器性能。电动驱动器和电机允许监控广泛的条件 - 与机械性能直接相关的条件;负载，温度，振动，扭矩，皮带密封，齿轮啮合的变化是所有机械事件，在电动驱动和电动机的扭矩轮廓中产生变化的机械事件。机械工程师可以为这些组件设定容差带，如果它们超过它们，则可以通过HMI到运营商清楚地显示预测维护警报，以及关于后续步骤的具体建议，以便在它变得严重之前要纠正问题生产问题或可能损坏机器的东西。

使用力士乐的IndraDrive Mi集成电机/驱动系统，多个驱动器是菊花链接在一起并从同一总线中分享电力，显着降低能耗。