以前，我们为电气工程师介绍了机械方面的考虑。现在，我们给对方讲话的机会。从电气工程师的角度来看，这里有五项针对负责机电系统的机械工程师的有针对性的建议。
机电一体化系统智能地集成了机械和电气元件，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会倾向于从单一专长领域来强调技术，组件和设计原理，这可能导致系统的运行成本更高，维护需求增加且性能达不到最佳水平。作为帮助OEM和制造商设计和构建机电系统的电气工程师，我已经看到如何无意地将低效率和不必要的复杂性设计到机器中。
整洁的设计平衡了质量和运动：坚固耐用的框架可承受数年的振动和冲击，再加上重量较轻的组件有助于减轻质量，并允许使用较小的电动机/驱动器组件。
当机械工程师在设计制造系统时考虑五个关键概念，以创造出最大的价值和效率的电子系统可以为制造过程提供时，便可以创建更好的机电系统。
1：创建干净的设计
良好的机电一体化设计始于良好的机械设计-最好的电子和电气系统无法弥补较差的机械设计。最成功的设计是“干净的”。它们具有坚固，坚固的框架，使用材料和结构原理来确保无论机器经受什么运动，都可以“设计”出机器的长期稳定性。
确保将电机安装在机器上时使用刚性轴承和支撑；这有助于防止由于电动机轴与轴承座轴承或齿轮箱输入行星齿轮未对准而发生的微裂纹而导致轴断裂。将电机放在机器上的最佳位置，以确保操作员不会意外踩踏电缆和连接器而造成损坏；并设计易于保护的机器防护装置，以保护安装在机器机翼底座下方的电动机，同时仍能保护它们免受恶劣环境的侵害。
最重要的是，整洁的设计平衡了质量和运动：坚固耐用的框架可以承受多年的振动和冲击，并结合了用于机器运动部件的轻质部件。这种组合有助于减轻重量，提供更节能的运动，并更易于为机器配置较小的电动机/驱动器组件。多年来，我们已经看到了许多非常新颖的机械机器设计，而简洁的设计则为机器的使用寿命，坚固性和最低总体拥有成本做出了最大贡献。
2：直接将电动机耦合到负载
有效的机电一体化始于“整洁的外观”设计。过去，机器通常是围绕一台交流电马达构建的，该交流电马达为机器的轴提供动力，齿轮箱，皮带轮，链轮，链条驱动器和其他机械设备都连接到该机器上，以同步移动机器的各个区域，从而为制造提供动力从字面上可以追溯到工业革命的曙光。
干净的设计为机器的使用寿命，坚固性和最低的总体拥有成本做出了最大的贡献。
考虑用直接耦合到您正在移动的负载的单个伺服电动机代替这种架构。这个想法有多种设计，机器成本和操作优势（很多机器设计都没有使用）。首先，要考虑成本：每增加一个变速箱，就会增加多个成本：这是一个额外的故障点，必须润滑，并且需要备件。此外，您还添加了机械间隙，每当您进行产品转换时，都必须在机器调试期间对此进行补偿，这是当今智能驱动器和伺服电动机所消除的运动和轴同步复杂性。
当战略性地将伺服电机放置在尽可能靠近它们所服务的运动区域的位置时，通过消除必须购买，机械加工，组装和配置的机械部件和人工的成本，可以完全抵消电动部件的增量成本。特别是，不必储备多套链轮，齿轮和凸轮，以及机械传动转换所需的时间，就可以真正降低机器的总拥有成本。
最终，这种设计方法极大地减少了缠绕和后冲，并缩短了机器调试时间。以及最新的直接驱动器，直接电动机和线性电动机，可以使您获得更高的收益并改善机器的性能。
注意事项3：使用电子齿轮和凸轮
当今的电子驱动器和运动控制平台为机械工程师提供了强大而灵活的工具，可提高您设计的机器的准确性和性能。这项技术使您可以创建虚拟的“电子线轴”，该电子线轴可以通过电子方式同步机器上的所有驱动器和电机，而无需使用机械线轴。在此过程中，您可以显着提高轴的同步性和精度–从机械线轴的典型值的1/16英寸或1/32英寸降低到电子线轴的运动精度接近1英寸的十分之一或什至千分之一英寸。
而且，这种同步可以在零机械间隙的情况下实现–减少产品卡纸。它还消除了使机器联机的大量机械调整，以及每次停止和重新启动机器时的操作员调整。
电子齿轮和凸轮使机器转换完全可编程：例如，使用FlexProfile技术，操作员可以通过触摸HMI屏幕上的按钮来加载机器配方，并在控制和伺服系统中进行更改以运行下一个产品。
FlexProfile凸轮技术使基于位置，速度或基于时间的运动曲线来构建多段凸轮曲线成为可能。当通过HMI更改配方来更改电子凸轮的一部分时，控制平台将在机器的所有运动元件上自动优化其余凸轮轮廓。即使发生了变化，例如不同的袋密封时间或装箱机上的折纸收放凸轮位置，这也使机器可以运行更短的周期或为机器提供更流畅的动力。
考虑因素4：整合节能技术
能源是任何制造业务中增长最快的成本之一，而良好的机电一体化设计可以通过应用旨在节省能源的电驱动和电机系统来帮助控制这些成本。
在使用直接连接至关键运动轴的伺服电机的机器中，并且还使用电子同步和凸轮的机器中，正确选择伺服系统的尺寸可以制造出高效节能的机器。
适当的尺寸需要准确评估几个运动因子（逐个电动机）：轴需要加速多快，要移动的质量大小以及加速和减速的精度。尺寸过小会导致驱动器和电机承受压力；规模过大将吸引太多的精力来完成很少的工作。
当今一些最前沿的系统，例如力士乐IndraDrive Mi集成驱动器/电机系统，都具有高能效特性：总线共享。多个驱动器以菊花链形式连接在一起，并从同一条总线共享电源。在许多多轴机床中，由于某些电动机正在加速以提高速度（消耗功率），而另一些电动机则正在减速（再生功率）。通过总线共享，无需共享最大功率给加速电机并通过泄流电阻将减速电机放出热量，而是共享功率，因此可显着降低机器的功耗。
另一种节能技术称为再生电源。在许多机器中，多个伺服电动机将同时减速，从而将电压升压到电源总线上的过量水平。老一代的电气驱动器会将多余的电能作为热量排放出去，从而浪费了功率，并增加了工厂车间的热量产生，需要额外的机柜冷却。通过将再生电源与共享总线系统耦合，曾经浪费的电能现在可以通过共享总线反馈，并卖回给电力公司。
使用直接驱动，直接电动机和线性电动机与机械联轴器相比，可以设计出更高增益的系统。
注意事项5：使用HMI进行更好的故障排除
现在，可通过当今的触摸屏HMI获得用户友好的情报。机器布局图和原理图可以合并到控制菜单和诊断工具中，以更好地管理机器的日常操作和故障排除。图纸和交互式指导工具不仅可以显示问题的确切点，还可以引导操作员完成任务以重新开始生产。
这样的高级图形可以与伺服电机驱动的机器固有的分布式智能相结合，以防止机器故障或故障在发生之前发生。通过这种预测性维护，此功能使您或机器设计人员可以在驱动器中设置容错范围，然后监视驱动器性能。电驱动器和电动机允许监视广泛的条件-与机械性能直接相关的条件；负载，温度，振动，转矩，皮带紧度，齿轮啮合的变化都是机械事件，这些事件会导致驱动这些机器元件的电驱动器和电动机的转矩曲线发生变化。机械工程师可以为这些组件设置公差带，如果超出公差带，则可以通过HMI向操作员清晰智能地显示预测性维护警报，以及有关在问题严重之前应采取的纠正措施的具体建议。生产问题或可能损坏机器的问题。
借助Rexroth的IndraDrive Mi集成式电动机/驱动器系统，多个驱动器以菊花链方式连接在一起，并从同一总线共享功率，从而大大降低了能耗。
融合技术实现最佳价值
每个机电系统都应在完成工作所需的能量，运动和组件最少的情况下执行其设计功能，这是任何工程师的基本目标。电气驱动和伺服电机系统现在提供了大量可靠，节能，数字智能的平台，可为机电一体化的愿景提供更大的价值，并提供更具创新性的制造和自动化解决方案。
希望这里介绍的五个注意事项能够显示出当今电气驱动器和控件所具有的优势，可以帮助您简化某些机械设计和工程挑战，并提供新的资源来推动机械设计的创新和创造力。
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