济南海马机械设计有限公司
4.1 极限位置与运动包络的忽视
在非标机械设计中，最常见的动态错误是只检查了正常位置的干涉，而忽略了极限位置。设计师在三维软件中进行干涉检查时，通常只查看装配体的“设计位置”，而忽视了运动部件在整个行程范围内的包络空间。这种疏忽可能导致设备在调试或异常情况下发生碰撞。
一个典型案例是某自动化输送线的提升机构设计。在正常提升高度下，机构与周围框架有足够间隙。但设计师忽略了液压缸的过行程可能性，当液压系统压力异常时，活塞杆可能比设计行程多伸出10%，导致与上方横梁碰撞。最终设备在压力测试时发生了严重损坏。
完整的运动分析应包括正常行程、极限行程和故障状态三种情况。对于关键运动部件，还应考虑制造误差、温度变形和磨损带来的额外位移。气动和液压执行器尤其需要注意，因为它们通常有过行程能力，且受压力波动影响较大。
4.2 柔性体变形与振动分析的缺失
大多数非标机械设计中的运动分析都基于刚体假设，忽视了零件在实际载荷下的变形。这种简化在低速轻载情况下可能可行，但在高速、重载或高精度应用中会导致严重问题。长悬臂结构的弹性变形、薄壁件的局部屈曲、轴类零件的扭转变形等，都可能影响设备的运动精度和可靠性。
我曾参与解决一台高速分拣机的振动问题。该设备设计转速为3000rpm，但实际运行到2500rpm时就出现剧烈振动。经过分析发现，设计师未对关键传动轴进行临界转速计算，实际工作转速接近轴的一阶临界转速，导致共振。通过调整轴径和支撑距离，问题得到解决，但项目延期了一个月。
热变形对运动精度的影响也常被忽视。特别是对于精密测量设备和机床，环境温度变化或内部热源会导致结构尺寸变化，影响定位精度。采用不同材料组合的结构，因热膨胀系数差异，可能在温度变化时产生内应力或相对位移。
4.3 动态间隙与磨损考虑不足
静态设计中的合理间隙，在动态运行中可能变得不足或过大。润滑膜厚度、热膨胀和振动幅值都会影响实际运行间隙。例如，滑动轴承的油膜厚度通常为0.01-0.05mm，设计时若不考虑这一因素，可能导致实际金属接触，加速磨损。
磨损导致的间隙变化是非标机械设计中的长期盲点。设计师通常按照新设备状态设计配合间隙，却未考虑全寿命周期内的磨损进程。特别是在高负荷、频繁启停或污染环境中，磨损速度可能远超预期，导致设备精度迅速下降或产生异响。
对于往复运动或摆动机构，死点位置的分析至关重要但常被忽视。在死点附近，机构可能出现运动不确定性或需要极大驱动力。曲柄滑块机构的上死点和下死点、肘节机构的伸直位置等，都需要特殊考虑，可能需要添加辅助定位或过死点设计。
4.4 传感器与执行器的动态特性不匹配
非标自动化设备中，传感器与执行器的响应时间匹配是确保控制精度的关键，但设计阶段常被忽略。快速气缸配慢速传感器，或高速电机配低响应驱动器，都会导致系统性能下降甚至失控。
一个常见错误是，根据静态负载选择电机或气缸，却未考虑动态负载。加速和减速阶段需要更大的力矩，特别是对于高惯性负载。设计师若只按匀速阶段需求选型，可能导致执行器无法达到预期加速度，或制动时停止位置不准确。
控制系统的延迟与机械系统动态特性的交互也常被低估。电气信号的传输延迟、PLC扫描周期、驱动器响应时间等，叠加在机械系统的惯性和弹性上，可能产生相位滞后、超调或振荡。精密定位系统尤其需要对机电一体化特性进行综合分析。