從構(gòu)成要素來看，機電一體化系統(tǒng)由機械系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、動力系統(tǒng)，傳感檢測系統(tǒng)、執(zhí)行元件系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成。機電一體化設(shè)計的目的是使系統(tǒng)功能多樣、效率高、能耗低、精度高、安全性高、可靠性高、省料，且結(jié)構(gòu)向輕、薄、短、巧方向發(fā)展。

  SERVOsoft是加拿大ControlEng公司開發(fā)的驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計工具，它與貝加萊公司的AutomationStudio集成，是參與伺服系統(tǒng)設(shè)計工作的機械、電氣工程師不可缺少的設(shè)計與選型工具。用戶可以借助于這個工具進(jìn)行伺服系統(tǒng)優(yōu)化配置，達(dá)到驅(qū)動系統(tǒng)硬件與負(fù)載的完美匹配，滿足個性化的設(shè)計需求，降低能耗，降低系統(tǒng)成本。

  SERVOsoft不僅可以針對單軸電動機和逆變器選型，還能對多軸伺服系統(tǒng)的所有部件進(jìn)行選型，選型部件多達(dá)14種機構(gòu)，涉及旋轉(zhuǎn)電動機、直線電動機、齒輪減速電動機、變速器、聯(lián)軸器、驅(qū)動器、逆變器、饋電模塊、電容模塊、泄放電模塊和最多40個共直流母線運動軸的造型配置，適用于基于伺服系統(tǒng)的機器設(shè)備、機器人、機械中心、自動控制系統(tǒng)。開發(fā)者可以借助于這個工具選擇最優(yōu)的伺服驅(qū)動器、電動機和減速器的匹配方案，節(jié)省選型時間，降低能耗，并滿足用戶個性化需求。

  機電一體化系統(tǒng)的硬件選型設(shè)計主要涉及如下三個方面

  1)旋轉(zhuǎn)電動機，直線電動機，齒輪減速電動機，齒輪箱，聯(lián)軸器，驅(qū)動器，逆變器，饋電模塊。

  2)母線輔助元件，例如，電容和泄放電模塊。3)供電電纜、斷路器等。

  值得注意的是，進(jìn)行驅(qū)動機構(gòu)選型設(shè)計時要確保滿足系統(tǒng)的動態(tài)需求，確保驅(qū)動機構(gòu)的出力在規(guī)定的范圍之內(nèi)。

  系統(tǒng)選型流程及注意事項

  系統(tǒng)硬件選型分為以下九個步驟。

  1.驅(qū)動機構(gòu)

  明確驅(qū)動機構(gòu)全部組件的設(shè)計細(xì)節(jié)，例如，慣量、效率、轉(zhuǎn)矩、結(jié)構(gòu)尺寸等。

  2.運動曲線、規(guī)律及載荷譜

  依據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用的類型，確定其運動曲線、規(guī)律及載荷譜。對于取放的應(yīng)用，例如，龍門機器人，移動時間、峰值速度、加速度和減速度是關(guān)鍵需求指標(biāo)對于連續(xù)運行的應(yīng)用，例如，造紙機中的放料輥，速度是唯一的關(guān)鍵需求。

  確定運動軌跡和規(guī)律考慮的因素有∶距離、速度、加速度、減速度、加速度的變化率、停頓、有效載荷及加速、勻速、減速時的推力和停頓。

  3.減速器

  減速器的選擇通常是一個反復(fù)權(quán)衡的設(shè)計過程，要綜合考慮負(fù)載需求的輸出轉(zhuǎn)矩、速度及電動機的輸出轉(zhuǎn)矩、速度限制，在它們之間取得平衡。

  減速器選型考慮的因素有減速器類型、減速器效率、最大輸出轉(zhuǎn)矩、最大輸入速度、負(fù)載的轉(zhuǎn)速范圍、負(fù)載需求的轉(zhuǎn)矩區(qū)間、負(fù)載工況、制動力矩、載荷方向(單向或雙向)、起動的頻繁度、減速器安裝方式、傳動比、輸出軸/輸入軸徑向力及軸向力、輸出軸形式(實心平鍵、空心平鍵、空心軸緊縮盤、空心軸花鍵、實心軸加強)，如果減速器和電動機直連，要考慮電動機與減速器接口，要確保電動機軸端與減速器輸入接口匹配。

  減速器通常是按照恒轉(zhuǎn)矩和非頻繁起動工況設(shè)計的，若是應(yīng)用于頻繁起動的系統(tǒng)，就必須考慮使用工況的加權(quán)系數(shù)，這個系數(shù)與起動頻率、負(fù)載的變化次數(shù)、慣性加速系數(shù)、每日運行時間有關(guān)。選型時，減速器的許用輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)該大于或等于計算轉(zhuǎn)矩。

  4.驅(qū)動電動機

  驅(qū)動電動機的選型要考慮的因素有電動機類型、電動機特性、運動方式、最大輸出轉(zhuǎn)矩、最大速度、過載倍數(shù)、額定轉(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)速、額定電壓、額定電流、額定頻率、功率因數(shù)、輸出

  功率、電動機效率、控制方式、精度要求、絕緣強度、最高允許溫升、轉(zhuǎn)動慣量、慣量匹配、環(huán)境因素引起的降額(環(huán)境溫度、海拔、電壓等)、聯(lián)軸器、電動機軸端與減速器的匹配、安裝形式、防護(hù)等級、冷卻方式、溫度保護(hù)方式、軸鍵的類型及動平衡、編碼器、線盒位置及出線口方向、重量及體積的限制、防振動防噪聲措施、電動機風(fēng)扇的參數(shù)、軸向力、徑向力等。

  5.驅(qū)動器

  驅(qū)動器的選型需根據(jù)逆變器、內(nèi)部制動電阻以及多軸共母線電源來選擇。對于多軸共母線的配置，母線電源的只能在所有軸都加入模型后再計算。在進(jìn)行驅(qū)動器配置時，要確保以下四個參數(shù)滿足系統(tǒng)應(yīng)用需求

  1)逆變器∶滿足驅(qū)動電動機的持續(xù)和峰值電流的需求。

  2)制動電阻滿足持續(xù)和峰值功率、能量消耗(散熱)的需求。

  3)母線電源滿足輸出持續(xù)和峰值電能的需求。

  4)降額考慮環(huán)境因素(溫度、海拔等)引起的降額。

  6.供電系統(tǒng)

  供電系統(tǒng)的選擇要計算母線功率與制動電阻功率需求，對于多軸共母線系統(tǒng)，母線電源的功率要能夠滿足所有軸的持續(xù)輸出功率和峰值功率應(yīng)用需求，設(shè)計時還要考慮環(huán)境因素引起的降額。

  7.外部制動電阻

  如果驅(qū)動器及饋電電源沒有配置內(nèi)部制動電阻，或其內(nèi)部制動電阻不能滿足制動需求，則需添加外部制動電阻。制動電阻的配置要滿足制動性能及制動時間的需求。

  8.外部電容模塊

  使用外部電容模塊增加系統(tǒng)母線電容可以減少母線和制動電阻的功率要求，提高系統(tǒng)效率。值得注意的是，受供電模塊允許的最大浪涌電流的限制，連接到母線上的電容容量是受限的。

  9.電纜、濾波器和熔斷器

  電纜、濾波器和熔斷器的選型與電源的額定值及峰值相關(guān)。