機電一體化名詞解釋

1、閉式導軌：借助導軌副本身的封閉式結(jié)構(gòu)，在變化的空間位置和受力狀況下，使運動導軌和支承導軌的工作面都可能可靠接觸，從而保證運動導軌的規(guī)定運動。閉式導軌一般受溫度的變化的影響較小。支承件靜剛度：靜剛度等于支承件產(chǎn)生的靜變形與承受的靜載荷之比、開式導軌：借助于運動件的自重和外載荷，在一定的空間位置和受力狀況下，使運動導軌和支承導軌的工作面可靠接觸，從而保證運動導軌的規(guī)定運動。開式導軌一般受溫度變化的影響較小。直線運動導軌副：支承導軌約束了運動導軌的五個自由度，僅保留沿給定軸線的移動自由度。旋轉(zhuǎn)運動導軌副：支承導軌約束了運動導軌的五個自由度，僅保留沿給定軸線的旋轉(zhuǎn)運動自由度。軸系的熱特性：軸系的熱特性

2、主要參數(shù)是熱源強度、溫升及工作部位的熱位移。其他動壓支承：是利用空氣作用潤滑劑的一種軸承，通過空氣的彈性起支承作用，可避免固體面之間的直接接觸，在軸頸和軸瓦之間形成氣鍥滾動導軌： 滾動導軌的配對導軌面間由滾動體隔開，導軌不直接接觸， 運動時與滾動體產(chǎn)生滾動摩擦。1機電一體化：其含義是機械與電子的集成技術(shù)。定義為“在設(shè)計產(chǎn)品或制造系統(tǒng)時所考 慮的精密機械工程、電子控制以及系統(tǒng)的最佳協(xié)同組合。”2、系統(tǒng)：從廣義上講，系統(tǒng)可以定義為兩個或者兩個以上的事物組成的相互作用、相互依 存，共同完成某種特定功能或形成某種事物現(xiàn)象的一個統(tǒng)一整體的總稱。3、機電一體化系統(tǒng)：是按照系統(tǒng)和機電一體化的定義，所有機電一

3、體化產(chǎn)品以及這些產(chǎn)品 的集成體。如：數(shù)控機床、傳真打印機等4、系統(tǒng)的數(shù)學模型：描述決定系統(tǒng)輸入與輸出之間關(guān)系的數(shù)學方程式 靜態(tài)系統(tǒng)：實時輸出只與當時的輸入有關(guān)。動態(tài)系統(tǒng)：實時輸出不僅與當時的輸入有關(guān)，而且與過去的輸入和輸出有關(guān)。微分方程組 線性系統(tǒng)：輸入和輸出滿足線性疊加原理的系統(tǒng)。非線性系統(tǒng)：輸入和輸出不滿足線性疊加原理的系統(tǒng)。定常系統(tǒng)：數(shù)學模型中的所有系數(shù)都是與時間無關(guān)的常量的系統(tǒng)。時變系統(tǒng)：數(shù)學模型中含有與時間有關(guān)的系數(shù)的系統(tǒng)。確定性系統(tǒng)：在已知輸出初值和給定輸入的條件下，未來輸出可以按照數(shù)學模型唯一確定的系統(tǒng)。隨機系統(tǒng)：在已知輸出初值和給定輸入的條件下，未來輸出不能確定的系統(tǒng)綜上所述，

4、機電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求和產(chǎn)物。當然，與機電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并且隨著科學技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術(shù)的發(fā)展前景也將越來越光明。總之：性能上：向高精度、高效率、高性能、智能化方向發(fā)展；功能上：向小型化、輕型化、多功能方向發(fā)展；層次上：向系統(tǒng)化、復合集成化方向發(fā)展。機電一體化產(chǎn)品的特點1、體積小，重量輕 2、速度快，精度高 3、可靠性高4、柔性好服驅(qū)動系統(tǒng)(Servo System)簡稱伺服系統(tǒng)，是一種反饋控制系統(tǒng)，是一種以機械位置或角 度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)，例如數(shù)控車床等。數(shù)控

5、機床是數(shù)字控制機床（Computer numerical control ）的簡稱，通過數(shù)字控制系統(tǒng)控制加 工過程的機床。數(shù)字控制系統(tǒng)是一種利用預先決定的指令控制一系列加工作業(yè)的系統(tǒng)。數(shù)控機床一般由下列幾個部分組成：主機，他是數(shù)控機床的主題，包括機床身、立柱、主軸、進給機構(gòu)等機械部件。他是用于 完成各種切削加工的機械部件。數(shù)控裝置，是數(shù)控機床的核心，包括硬件（印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機等）以及相應(yīng)的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、數(shù)據(jù)的變換、 插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能。驅(qū)動裝置，他是數(shù)控機床執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動部件，包括主軸驅(qū)動單元、 進給單元、主軸電機及進

6、給電機等。他在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實現(xiàn)主軸和進給驅(qū)動。當幾個進給聯(lián)動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。輔助裝置，指數(shù)控機床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機床的運行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監(jiān)測等。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、數(shù)控轉(zhuǎn)臺和數(shù)控分 度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測裝置等。編程及其他附屬設(shè)備，可用來在機外進行零件的程序編制、存儲等。工業(yè)機器人（英語：in dustrial robot。簡稱IR）是另一類數(shù)控機器。它是可以編程多自由度 的，用來通過一系列動作，搬運物料、零件、工具或者其他裝置，以實現(xiàn)給定的任務(wù)。自動引導車（Automati

7、c Guided Vehicle，簡記為AGV），是另一種形式的移動工業(yè)機器人。 能夠跟蹤編程路徑，在工廠內(nèi)將零件從一個地方運送到另一個地方。從早期的有軌導 由于物料的多種多樣，沒有哪一種AGV的設(shè)計可以滿足所有的要求。根據(jù)目前常見的情況，AGV小車可以六種類型：1） 牽引車。是用途最廣的一種AGV，主要用于量大和較重的貨物，而且是從倉庫到沿途多個地點且路徑較長的情形。通常采用拖車形式。目前，有的牽引AGV可以拖動近25噸的貨物。2）單載車。與牽引車相反，單載車沒有拖車，自身可以載重，通常只是將貨物從一點送到 另一點，路徑較短。每次運載一個貨架，載重較小，適于空間較小且運動受限的情形，特別 是

8、倉庫與送貨點之間。3） 貨架車。貨架車與其它的AGV都不同，因為它可以手動操作，適用于送貨點到物料處 理地點。由于可以手動操作，在處理物料時比較靈活。4） 叉車。叉車型的AGV，可以將貨物升到高處或從高架上將貨物取下，并沿導引路徑行駛。5） 輕載車。是單載車的小型車。通常用于貨物重量在100公斤以下的貨物，適用于電子廠 內(nèi)將電子元器件從庫區(qū)運送到生產(chǎn)線上。6）裝配線車。用于裝配線上工件的沿途運送。最常見的是汽車裝配線，用于將引擎、變速 箱、車門、和其它相關(guān)的配件和總成送到裝配線上合適的地點。順序控制系統(tǒng)按照規(guī)定的順序依次完成各種操作的控制系統(tǒng)。順序控制是一種按時間順序或邏輯順序進行控制的開環(huán)控

9、制方式柔性制造系統(tǒng)（簡稱FMS），將計算機數(shù)控機床、工業(yè)機器人以及自動引導車連接起來的 系統(tǒng)，稱為柔性制造系統(tǒng)。 是一組數(shù)控機床和其他自動化的工藝設(shè)備，由計算機信息控制系統(tǒng)和物料自動儲運系統(tǒng)有機結(jié)合的整體柔性制造系統(tǒng)的組成與功能系統(tǒng)的組成：（1）中央管理和控制計算機物流控制裝置 自動化倉庫 無人輸送臺 制造單元（6）中央刀具庫（7）夾具站（8）信息傳輸網(wǎng)絡(luò)（9）隨行工作臺系統(tǒng)的功能：1）以成組技術(shù)為核心的對零件分析編組的功能。2）以微型計算機為核心的編排作業(yè)計劃的智能功能。3）以加工中心為核心，自動換刀、換工件的加工功能。4）以托盤和運輸 系統(tǒng)為核心的工件存放與運輸功能。5）以各種自動檢測裝置

10、為核心的自動測量、定位與保護功能CIMS是英語Computer Integrated Manufacturing System的縮寫，意思是計算機集成制造系統(tǒng)。通過計算機網(wǎng)絡(luò)，將計算機輔助設(shè)計、 計算機輔助規(guī)劃以及計算機輔助制造，統(tǒng)一連接成一個大系統(tǒng)稱為計算機集成制造系統(tǒng)。CIMS大致可以分為六層：生產(chǎn)/制造系統(tǒng)，硬事務(wù)處理系統(tǒng)，技術(shù)設(shè)計系統(tǒng)，軟事務(wù)處理系 統(tǒng)，信息服務(wù)系統(tǒng)，決策管理系統(tǒng)。CIMS分類從生產(chǎn)工藝方面分，CIMS可大致分為離散型制造業(yè)、連續(xù)性制造業(yè)和混合型制造業(yè)三種； 從體系結(jié)構(gòu)來分，CIMS也可以分成集中性、分散性和混合型三種。（micro-electromechanicals

11、ystem MEMS ）機電一體化在微型化領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生了微機電系統(tǒng)。微機電系統(tǒng)基本上是指尺寸在幾厘米以下乃至更小的小型裝置，是一個獨立的智能系統(tǒng)，主要由傳感順、作動器（執(zhí)行器）和微能源三大部分組成MEMS的特點是1）微型化：MEMS器件體積小、重量輕、耗能低、慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時間短。2）以硅為主要材料，機械電器性能優(yōu)良：硅的強度、硬度和楊氏模量與鐵相當，密度類似 鋁，熱傳導率接近鉬和鎢。3）批量生產(chǎn)：用硅微加工工藝在一片硅片上可同時制造成百上千個微型機電裝置或完整的MEMS。批量生產(chǎn)可大大降低生產(chǎn)成本。4）集成化：可以把不同功能、不同敏感方向或致動方向的多個傳感器或執(zhí)行器集成于一體，

12、或形成微傳感器陣列、微執(zhí)行器陣列，甚至把多種功能的器件集成在一起，形成復雜的微系統(tǒng)。微傳感器、微執(zhí)行器和微電子器件的集成可制造出可靠性、穩(wěn)定性很高的MEMS。5）多學科交叉：MEMS涉及電子、機械、材料、制造、信息與自動控制、物理、化學和生 物等多種學科，并集約了當今科學技術(shù)發(fā)展的許多尖端成果。機械受控模塊機械受控模塊代表系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)，通常包括機械傳動、支座、支承等。所有的機電一體化系統(tǒng)都含有機械部分，它是機電一體化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要功能起著支撐系統(tǒng)中其它功能單元， 傳遞運動和動力的作用，如改變速度、遠距離動作、力的放大和反饋、速度和力的參數(shù)調(diào)節(jié)、同步傳動和傳送物料等。與純粹的機械產(chǎn)品相比，機

13、電一體化系統(tǒng)的技術(shù)性能得到提高、功能得到增強，這就要求機械本體在機械結(jié)構(gòu)、材料、加工工藝性以及幾何尺寸等方面能夠與之相適應(yīng)，具有高效、多功能、可靠和節(jié)能、小型、輕量、美觀的特點。機械受控模塊輸入由驅(qū)動模塊和環(huán)境參數(shù)定義的條件一起提供。機械受控模塊輸出由測量模塊接收，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號。機械受控模塊的設(shè)計要求：除了考慮結(jié)構(gòu)的強度和剛性外，還必須考慮精度、慣性、阻尼、間隙、摩擦和美學要求，以符合靜平衡、動平衡、動量最小和外形美觀等設(shè)計原則。測量模塊測量模塊的功能是采集有關(guān)系統(tǒng)狀態(tài)和行為的信息，包括各種傳感器及其信號檢測電路（調(diào)理電路、轉(zhuǎn)換電路）。測量模塊的輸入?yún)?shù)是機械受控模塊性能的物理變量，如

14、強度、壓力、位移、速度、力（力 矩）、以及變形等；測量模塊的輸出參數(shù)是被測量的特征值，如電壓、電流、相位、頻率等。精度、線測量模塊的設(shè)計要求：不失真地反映被測物理變量的時間變化曲線。包括分辨率、 性范圍、動態(tài)響應(yīng)特性等一系列技術(shù)指標。驅(qū)動模塊驅(qū)動模塊通常是指由電動機及其驅(qū)動電路組成的技術(shù)模塊。廣義的驅(qū)動模塊則把機械傳動和內(nèi)反饋回路以及功率源等包括在內(nèi)所組成。其作用是提供驅(qū)動力改變系統(tǒng)包含速度和方向的運行狀態(tài)，產(chǎn)生所希望的運動輸出。驅(qū)動模塊的輸入是由控制器的輸出指令設(shè)定，指令由所要求的運動形式定義。驅(qū)動模塊的輸出由機械受控模塊接受，實現(xiàn)運動狀態(tài)的改變。驅(qū)動模塊的設(shè)計要求：在參數(shù)選擇時必須考慮運動

15、形式（直線運動、旋轉(zhuǎn)運動、往復運動等）、運動變量（預定速度、最大加速度等）、額定力矩、電源功率、效率等。通信模塊通信模塊的功能是傳遞信息，實現(xiàn)內(nèi)部、外部，近程和遠程通信。實現(xiàn)的方法分有線和無線兩種。系統(tǒng)各模塊間 遠距離傳輸 車間防干擾 制造系統(tǒng)中 現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng) 微計算機模塊總線光纜或無線通信紅外線通信局域網(wǎng)通信 互聯(lián)網(wǎng)和解調(diào)器通信微計算機模塊在系統(tǒng)中負責處理由測量模塊和接口模塊提供的信息。微計算機模塊的輸入?yún)?shù)包括被測量的反饋量和與系統(tǒng)運行有關(guān)的設(shè)定參數(shù)，如行程和工作速度等；微計算機模塊的輸出一部分決定驅(qū)動模塊的工作狀態(tài)，另一部分是提供給接口的信息，反映系統(tǒng)當前的工作狀態(tài)。例如，控制機器人

16、手臂、監(jiān)控機器性能它負責控制微計算機模塊的工作。軟件軟件的質(zhì)量對機電一體化系統(tǒng)的柔性對微計算機模塊的設(shè)計要求取決于原始的系統(tǒng)功能， 等。軟件模塊軟件模塊包括系統(tǒng)的操作指令和預定義的各種算法， 模塊的特性和形式與所選用的微計算機模塊密切相關(guān)。和智能化有著巨大的影響。軟件編程有匯編語言和高級語言，或者兩種語言混合編程。輸入/輸出接口子程序-匯編語言 運行速度快 系統(tǒng)軟件 高級語言-開發(fā)周期短 七、接口模塊 接口模塊在系統(tǒng)內(nèi)主要用于各級之間的信息傳遞。最高級 人機接口 用戶信息設(shè)備級-輸入/輸出接口 -傳感器信息輸入/輸出接口的形式與所傳遞的信息特性有關(guān)，如模擬量用ADC和DAC，邏輯電平用并行I/

17、O 口，計數(shù)量用可編程計數(shù)器等。上述通信模塊、微計算機模塊、軟件模塊和接口模塊總合為控制模塊。控制模塊的功能是處理測量模塊提供的信息，生成控制指令，輸出給驅(qū)動模塊的執(zhí)行部件電動機。機電一體化系統(tǒng)是由許多要素或子系統(tǒng)構(gòu)成， 各要素或子系統(tǒng)之間必須能順利進行物質(zhì)、 能 量和信息的傳遞與交換， 因此，在相互聯(lián)接要素的交界面上必須具備一定的聯(lián)系條件，這些聯(lián)系條件就稱為“接口”廣義的接口功能有兩種，一種是輸入/輸出功能，另一種是變換調(diào)整功能。1按接口的輸入/輸出功能分（1）機械接口：對機械的輸入/輸出部分進行幾何上（形狀、尺寸、配合、精度等）的匹配， 如管接頭，法蘭盤，聯(lián)軸節(jié)，減速器等。（2 ）電氣接口

18、（物理接口）：對電氣物理參數(shù)（電壓，電流，阻抗等）進行匹配，如變壓器 等。（3）信息接口（軟件接口）：對軟件的I/O進行語言、格式、標準、符號等的規(guī)定。如GB,ISO, ASCII，TCP/IP，各種程序語言等。（4 ）環(huán)境接口：對周圍的環(huán)境條件（溫度，濕度，電磁場，振動，水份，粉塵等）的保護作用和隔絕作用，如防塵過濾器，防水連接器，防爆開關(guān)等。2按輸入/輸出的變換與調(diào)整功能分（1）零接口：不進行任何參數(shù)變換和調(diào)整，輸出即輸入的接口。如機械接口中的管接頭， 法蘭盤，聯(lián)軸節(jié)等，但減速器不屬于此類。（2）無源接口：僅對無源要素的參數(shù)進行變換和調(diào)整，一般不改變參數(shù)的性質(zhì)，如齒輪減 速器，變壓器，可變

19、電阻器以及光學透鏡等。（3）有源接口：含有有源要素，能與變換或調(diào)整的參數(shù)主動匹配，可以改變參數(shù)的性質(zhì)，如電磁離合器，光電耦合器，A/D，D/A轉(zhuǎn)換器等。（4） 智能接口：含有微處理器，可通過程序編制適應(yīng)性地改變接口條件，如通用I/O芯片8255，Z80-PIO，RS232 串行接口，STD 總線等。對任何一個機電一體化系統(tǒng)，設(shè)計依據(jù)和評價標準大體應(yīng)包括以下幾個方面。一、系統(tǒng)功能任何系統(tǒng)都是供給最終用戶使用的，首先要明確產(chǎn)品的用途和功能。任何系統(tǒng)的功能要求， 都應(yīng)從市場需求出發(fā)，尊重最終用戶的意見，在作出抉擇，不可片面地追求功能的多寡。二、性能指標性能指標是系統(tǒng)功能的定量度量。性能指標有分別率、

20、靈敏度、精度、可靠性、線性度、速 度和位移范圍，以及承載能力、功耗、體積、重量等。當系統(tǒng)的功能決定后，每一項功能都 應(yīng)該滿足一定的性能指標，只有這樣，該項功能才有實用價值。制定性能指標時，必須有科學的依據(jù)，不可輕率從事。否則便會造成巨大的浪費。性能指標低了，使設(shè)計的系統(tǒng)無法實 用；而性能指標高了，將加大實現(xiàn)的難度和成本，而且可靠性可能降低。三、使用條件任何系統(tǒng)都是在一定條件下運行的，其中包括客觀的環(huán)境條件和主觀的人員素質(zhì)?？陀^的環(huán)境條件有溫度、濕度、振動、沖擊、噪聲、電磁干擾等；主觀因素應(yīng)考慮系統(tǒng)適合何種文化 水平的人員使用。這里必須滿足可操作性、可維修性、安全性及性能穩(wěn)定性等一系列有關(guān)人 身

21、和設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)要求。在滿足客觀環(huán)境和主觀因素這兩方面的使用條件下，系統(tǒng)應(yīng)具有一定的平均無故障時間和足夠的使用壽命。只有這樣，系統(tǒng)才能經(jīng)久耐用，具有實用價值。四、社會經(jīng)濟效益所謂經(jīng)濟效益，應(yīng)從兩個方面考慮，一是從投資方，花費多少經(jīng)費、人力及時間，可以開發(fā)出新一代的產(chǎn)品并投放市場，估計在市場上占有多大份額，將有多大的收益；而是從最終用 戶這一方，分析他們的費效比和經(jīng)濟承受能力?？傊?，在設(shè)計機電一體化系統(tǒng)時，應(yīng)全面考慮各項設(shè)計指標，力求做到系統(tǒng)的功能相對齊全，性能指標比較合理，實用性強、安全可靠性高，滿足使用條件，經(jīng)濟效益好。并把它們作為開發(fā)新產(chǎn)品的評價標準。機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計準則是：人、機、材

22、料、成本，最終歸結(jié)為在保證目的功能要求與 適當壽命的前提下不斷降低成本。系統(tǒng)的設(shè)計思想系統(tǒng)設(shè)計是將工程設(shè)計任務(wù)或機電一體化產(chǎn)品看作一個整體的系統(tǒng)來研究。從系統(tǒng)出發(fā)分析各組成部分之間的有機聯(lián)系及系統(tǒng)與外界環(huán)境的關(guān)系，是方案設(shè)計中重要的理論方法。系統(tǒng)的設(shè)計方法包括以下幾個方面 ：1、并行設(shè)計把設(shè)計與制造結(jié)合起來。2、按系統(tǒng)工程的理論和方法去分析處理問題。3、多學科交叉進行設(shè)計。4、掌握有關(guān)各領(lǐng)域的信息資料。5、以達到顧客滿意的設(shè)計目標和評價標準為系統(tǒng)設(shè)計的最終目的。八個步驟，一、市場調(diào)研、需求分析和技術(shù)預測在設(shè)計機電一體化系統(tǒng)之前，必須進行詳細的市場調(diào)研。市場調(diào)研包括市場調(diào)查和市場預測。 所謂市場

23、調(diào)查就是運用科學的方法，系統(tǒng)地、全面地收集所設(shè)計產(chǎn)品市場需求和經(jīng)銷方面的情況和資料，分析研究產(chǎn)品在供需雙方之間進行轉(zhuǎn)移的狀況和趨勢，而市場預測就是在市場調(diào)查的基礎(chǔ)上，運用科學方法和手段，根據(jù)歷史資料和現(xiàn)狀，通過定性的經(jīng)驗分析或定量的 科學計算，對市場未來的不確定因素和條件做出預計、測算和判斷，為產(chǎn)品的方案設(shè)計提供依據(jù)。市場調(diào)研的對象主要為該產(chǎn)品潛在的用戶，調(diào)研的主要內(nèi)容包括市場對此類產(chǎn)品的需求量，該產(chǎn)品潛在的用戶，用戶對該產(chǎn)品的要求，即該產(chǎn)品有哪些功能，具有什么性能和所能承受的價格范圍等；此外，目前國內(nèi)外市場上銷售的該類產(chǎn)品的情況，如技術(shù)特點、功能、性能 指標、產(chǎn)銷量及價格，在使用過程中存在的

24、問題等都是市場調(diào)研需要調(diào)查和分析的信息。市場調(diào)研一般采用實地走訪調(diào)查、抽樣調(diào)查、類比調(diào)查或?qū)＜艺{(diào)查法等方法。所謂走訪調(diào)查就是直接與潛在的經(jīng)銷商和用戶接觸，搜集查找與所設(shè)計產(chǎn)品有關(guān)的經(jīng)營信息和技術(shù)經(jīng)濟信 息。類比調(diào)查就是調(diào)查了解國內(nèi)外其它單位開發(fā)類似產(chǎn)品所經(jīng)歷的過程、速度和背景等情況，并分析比較其與自身環(huán)境條件的相似性和不同點，以類推這種技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)的可能性和前景。抽樣調(diào)查就是通過向有限范圍調(diào)查、搜集資料和數(shù)據(jù)而推測總體的預測方法，在抽樣調(diào)查時要注意問題的針對性，對象的代表性和推測的局限性。專家調(diào)查法就是通過調(diào)查表向有 關(guān)專家征詢對設(shè)計該產(chǎn)品的意見。二、概念設(shè)計1984年德國學者 Pahl和B

25、eitz在其著作工程設(shè)計 (Engineering Design )中，將概念設(shè)計 定義為“概念設(shè)計是在確定設(shè)計任務(wù)之后，通過抽象化，擬定功能結(jié)構(gòu)，尋求適當?shù)淖饔迷砑捌浣M合等，確定出基本求解途徑，得出求解方案?！备拍钤O(shè)計的特性有：1、創(chuàng)新性，2、工藝可實現(xiàn)性，3、多樣性，4、層次性，5、避免不良 結(jié)構(gòu)性，6、反復迭代性。在概念設(shè)計階段，應(yīng)該對于要求的每一功能作出求解方法的選擇。如果可能的話，應(yīng)該對于實現(xiàn)的每一功能至少想出幾種選擇。然后通過評審和組合這些概念設(shè)計，產(chǎn)生優(yōu)先的方案。概念設(shè)計的全過程可劃分為前期的設(shè)計理念的確定和后期的原理設(shè)計及方案設(shè)計兩大階段。 設(shè)計方案是概念設(shè)計的結(jié)果的表現(xiàn)形式

26、?？傊拍钤O(shè)計是對新開發(fā)產(chǎn)品的構(gòu)思、設(shè)想、設(shè)計要求的描述，也是對新產(chǎn)品的市場定位。這即使成功開發(fā)設(shè)計產(chǎn)品的一個重要環(huán)節(jié)，也是最富有創(chuàng)造性的工作階段。三、可行性分析可行性分析是對概念設(shè)計所提出的機電一體化產(chǎn)品設(shè)計要求，從理論、技術(shù)和經(jīng)濟等各個方面來進行評估和論證， 即分析這些要求在理論上是否正確，技術(shù)上是否可行，經(jīng)濟上是否合理。如果其中有一項通不過，原則上都應(yīng)進行概念設(shè)計的修改，只有三方面都是可行的，開 發(fā)設(shè)計工作才走向下一步。要求對系統(tǒng)及其元部件進行建模仿真，試驗各種模型并作出選擇。四、編制設(shè)計任務(wù)書設(shè)計任務(wù)書是機電一體化產(chǎn)品設(shè)計的主要和重要依據(jù)，它以概念設(shè)計為基礎(chǔ)， 根據(jù)可行性分析所確定通

27、過的內(nèi)容要求，以正式文件的形式加以確定。設(shè)計任務(wù)書需要列出書面的總體要求的技術(shù)指標，以便讓與開發(fā)有關(guān)的人員清楚的了解必須滿足的功能和要求。 其內(nèi)容主要包括：產(chǎn)品名稱、產(chǎn)品用途、主要技術(shù)規(guī)格、技術(shù)性能指標， 所有這些項目的具體內(nèi)容和要求都將根據(jù)產(chǎn)品的不同而異。總體技術(shù)指標中必須強調(diào)的內(nèi)容有：空間要求和限制、重量、負載、運動形式和范圍、直線 和旋轉(zhuǎn)運動的速率、速度及加速度、精度和分辨率、控制功能、設(shè)計壽命、每一個系統(tǒng)元件 的輸入和輸出要求、內(nèi)部和外部通信、功耗、接口、工作環(huán)境以及實用標準和規(guī)范等等。 一旦產(chǎn)生了總體的技術(shù)指標和定義的功能范圍，單個系統(tǒng)元件的設(shè)計就可以在可靠地基礎(chǔ)上進行，否則如果沒有

28、詳細的總體技術(shù)指標，各個子系統(tǒng)的設(shè)計都失去了依據(jù)，將阻礙整個設(shè)計過程的進展。五、初步設(shè)計初步設(shè)計的任務(wù)就是根據(jù)設(shè)計任務(wù)書提出的參數(shù)和要求，提出實現(xiàn)這些要求的技術(shù)方案，其工作內(nèi)容是：1按照系統(tǒng)功能和方便設(shè)計、制造角度出發(fā)劃分模塊和子模塊，如控制模塊、驅(qū)動模塊、 檢測模塊等。2、提出實現(xiàn)每個模塊功能的技術(shù)方案。初步設(shè)計時盡可能多提出一些可以實現(xiàn)的方案，以 供分析、比較、篩選和優(yōu)化設(shè)計。3、對于提出的各個方案中所包含的主要器件和構(gòu)件，如電動機、傳動軸、傳動件（齒輪、絲杠）及其主要參數(shù)進行預選和粗算，并確定出其中12個較優(yōu)者作最后的比較。六、方案設(shè)計評估與優(yōu)化一個好的產(chǎn)品構(gòu)思，不僅能帶來技術(shù)上的創(chuàng)新，

29、功能上的突破，還能帶來制造過程的簡化， 使用的方便，以及經(jīng)濟上的高效益。因此，機電一體化產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)鼓勵創(chuàng)新，充分發(fā)揮創(chuàng)造能力和聰明才智來構(gòu)思和創(chuàng)造新的方案。產(chǎn)品方案構(gòu)思完成后，以方案圖的形式將設(shè)計方案表達出來。方案圖應(yīng)盡可能簡潔明了，反映機電一體化系統(tǒng)各組成部分的相互關(guān)系，同時應(yīng)便于后面的修改。對多種構(gòu)思和多種方案進行評估與優(yōu)化，首先對系統(tǒng)進行建模并提出優(yōu)化的目標函數(shù)和評價指標，即根據(jù)哪幾個方面的參數(shù)來評價，是根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性、運動精度、工作可靠性、節(jié)能、節(jié)材和成本，還是其他性能指標， 達到什么樣的門檻值算最優(yōu)？是進行單項優(yōu)化還是 多項優(yōu)化？其次是根據(jù)建立起來的模型和評價的目標函數(shù)對每一個

30、技術(shù)方案進行計算或仿 真和進一步修改技術(shù)方案，最終才能完成方案設(shè)計和優(yōu)化。要借助計算機輔助工程經(jīng)濟技術(shù)。七、詳細設(shè)計和參數(shù)核算詳細設(shè)計是對經(jīng)過方案設(shè)計評估確定的方案每一個細節(jié)進行詳細的考慮和具體的設(shè)計。詳細設(shè)計的內(nèi)容包括：確定后所有電子元器件的規(guī)格參數(shù)，安裝位置和尺寸，機械零部件（含外購件和標準件）的規(guī)格尺寸參數(shù)和公差、配合及材料；對最后選定和設(shè)計的元器件或零部 件的尺寸參數(shù)，如電動機的功率、傳動軸和齒輪的強度、滾珠絲杠的剛度、整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量及負載進行必要的核算。反復修改直至全部符合設(shè)計要求，最后畫出零件圖和加工裝配圖，包括提出零部件加工裝配的技術(shù)條件和要求等。要充分借助計算機輔助設(shè)計 /

31、輔助工程（CAD/CAE ）技術(shù)，在機電一體化系統(tǒng)設(shè)計過程中， 詳細設(shè)計是最繁瑣費時的過程，需要反復修改，逐步完善。八、完成全部設(shè)計文件設(shè)計文件主要包括：1、產(chǎn)品的全套圖樣一一零件加工圖、部件裝配圖、產(chǎn)品總裝圖、和包 裝圖等。大設(shè)備還要包括設(shè)備吊運和使用安裝圖。2、產(chǎn)品零件明細表、備件表和裝箱單。3、產(chǎn)品使用說明書、維護說明書、檢驗標準和檢驗方法說明書等。第二章機械受控模塊機電一體化機械系統(tǒng)是由計算機信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的，用于完成包括機械力、 運動和能量流等動力學任務(wù)的機械及機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)。機械結(jié)構(gòu)模塊是機電一體化系統(tǒng)中的主要組成部分，它包含機械傳動裝置于支撐導向等部件，在機電一體化系

32、統(tǒng)中具有傳遞運動和負載、匹配轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速、隔離環(huán)境溫度和振動，以及支撐和防護等特殊的功能和作用。對于機電一體化系統(tǒng)來說，機械部分的設(shè)計，除了強度和剛度外，精度、摩擦、游隙、慣量、 抗震性、穩(wěn)定性和可靠性是必須優(yōu)先考慮的一些技術(shù)指標。靜態(tài)設(shè)計靜態(tài)設(shè)計是指依據(jù)系統(tǒng)的功能要求， 通過研究制定出機械系統(tǒng)的初步設(shè)計方案。 該方案只是 一個初步的輪廓，包括系統(tǒng)主要零、部件的種類，各部件之間的聯(lián)接方式， 系統(tǒng)的控制方式， 所需能源方式等。動態(tài)設(shè)計動態(tài)設(shè)計是研究系統(tǒng)在頻率域的特性，是借助靜態(tài)設(shè)計的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過建立系統(tǒng)組成各環(huán)節(jié)的數(shù)學模型和推導出系統(tǒng)整體的傳遞函數(shù)，利用自動控制理論的方法求得該系統(tǒng)的頻率特性（幅

33、頻特性和相頻特性）轉(zhuǎn)動慣量是物體轉(zhuǎn)動時慣性的度量，轉(zhuǎn)動慣量愈大，物件的轉(zhuǎn)動狀態(tài)就越不容易改變（變速）摩擦對機電一體化伺服系統(tǒng)的主要影響是：降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度；引起系統(tǒng)的動態(tài)滯后和產(chǎn)生系統(tǒng)誤差；在接近非線性區(qū)，即低速時產(chǎn)生爬行。機電一體化伺服傳動系統(tǒng)中的摩擦力主要產(chǎn)生于導軌副，其摩擦特性隨材料和表面形狀的不同而有很大的差別 齒輪副間隙的消除在數(shù)控設(shè)備的進給驅(qū)動系統(tǒng)中，考慮到慣量、扭矩或脈沖當量的要求， 有時要在電動機到絲杠之間加入齒輪傳動副， 而齒輪等傳動副存在著間隙， 齒輪副的間隙使得在傳動過程中，主動輪突然改變旋轉(zhuǎn)方向時， 從動輪不能立即隨之反轉(zhuǎn)， 而是有一個滯后量， 造成齒輪傳動的 回差。

34、這種非線性因素將會影響全閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，為了提高進給系統(tǒng)的傳動精度，必須消除齒輪副的間隙。 工程實踐中常用剛性調(diào)整法和柔性調(diào)整法來消 除齒輪副的間隙。柔性調(diào)整法柔性調(diào)整法主要通過在雙齒輪中間加入彈性元件，使雙齒輪分別貼緊其嚙合的齒輪齒的兩 側(cè)，以消除嚙合間隙。這種方法在齒厚和周節(jié)有差異的情況下，仍可保持無間隙嚙合，但將影響其傳動平穩(wěn)性，傳動剛度降低。柔性調(diào)整法，它適用于負荷不大的傳動裝置中。這種結(jié)構(gòu)裝配好后，齒側(cè)間隙自動消除（補償），可始終保持無間隙嚙合，是一種常用的無間隙齒輪傳動結(jié)構(gòu)在帶螺旋槽的絲杠和螺母間裝有滾珠作為中間元件的傳動機構(gòu)稱為滾珠絲杠副滾珠絲杠螺母副的結(jié)

35、構(gòu)與調(diào)整各種設(shè)計制造的滾珠絲杠螺母副，盡管在結(jié)構(gòu)上式樣很多， 但其主要區(qū)別是在螺紋滾道截面的形狀，滾珠循環(huán)的方式，以及軸向間隙的調(diào)整和施加預緊力的方法等三個方面。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副的徑向外形尺寸小，便于安裝；反向器剛性好，固定牢靠，不容易磨損；內(nèi)循環(huán)是以一圈為循環(huán)，循環(huán)回路中的滾珠數(shù)目少，運行阻力小，啟動容易，不易發(fā)生滾珠的堵塞，靈敏度較高。但內(nèi)循環(huán)的螺母不能做成大螺距的多頭螺紋傳動副，否則滾珠將會發(fā)生干涉。另一個不足之處是反向器回珠槽為空間曲面呈S形，用普通設(shè)備加工困難，需要用三坐標的銃床加工，另裝配調(diào)整也不方便。外循環(huán)滾珠在循環(huán)過程中有一部分與絲杠脫離接觸的循環(huán)方式稱為外循環(huán)滾珠絲杠的預拉伸

36、滾珠絲杠在工作時會發(fā)熱，其溫度高于床身。絲杠的熱膨脹將使導程加大，影響定位精度。為了補償熱膨脹，可將絲杠預拉伸。預拉伸量應(yīng)略大于熱膨脹量。發(fā)熱后，熱膨脹量抵消了部分預拉伸量，使絲杠內(nèi)的拉應(yīng)力下降， 但長度卻沒有變化。 需進行預拉伸的絲杠在制造時 應(yīng)使其目標位置（是指螺紋部分在常溫下的長度）等于公稱行程（是指螺紋部分的理論長度等于公稱導程乘以絲杠上的螺紋圈數(shù)）減去預拉伸量。拉伸后恢復公稱行程值。減去預拉伸量也稱為"目標行程補償值”。滾珠絲杠螺母副支承方式及軸承的選擇為了提高數(shù)控機床進給系統(tǒng)高精度、 高剛性的需要，除了應(yīng)該采用高精度、 高剛度的滾珠絲 杠螺母副外，還必須充分重視支承的設(shè)計

37、。應(yīng)注意選用軸向剛度高，摩擦力矩小， 運轉(zhuǎn)精度 高的軸承，同時選用合適的支承方式，并保證支承座有足夠的剛度。諧波齒輪傳動的特點與一般齒輪傳動相比，諧波齒輪傳動具有如下優(yōu)點(1 )傳動比大 單級諧波齒輪的傳動比為 70 500( 50300優(yōu)先在75250),雙級諧波齒 輪的傳動比為300060000，多級和復式傳動的傳動比更大，可達 30000以上。不僅用于減 速，還可用于增速。(2) 承載能力大 諧波齒輪傳動同時嚙合的齒數(shù)多，可達柔輪或剛輪齒數(shù)的30% 40%, 因此能承受大的載荷。(3) 傳動精度高由于嚙合齒數(shù)較多，因而誤差得到均化。同時，齒側(cè)間隙可以調(diào)整，通 過調(diào)整，齒側(cè)間隙較小，回差較

38、小，因而傳動精度高。(4) 可以向密封空間傳遞運動或動力當柔輪被固定后，它既可以作為密封傳動裝置的殼 體，又可以產(chǎn)生彈性變形，即完成錯齒運動，從而達到傳遞運動或動力的目的。因此，它可以用來驅(qū)動在高真空、有原子輻射或其它有害介質(zhì)的空間工作的傳動機構(gòu)。這一特點是現(xiàn)有其它傳動機構(gòu)所無法比擬的。(5 )傳動平穩(wěn) 基本上無沖擊振動。這是由于齒的嚙入與嚙出按正弦規(guī)律變化，無突變載 荷和沖擊，磨損小，無噪聲。(6)傳動效率較高單級傳動的效率一般在 69% 96%的范圍內(nèi)，壽命長。(7 )結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量小。(8 )方便地實現(xiàn)差速傳動。諧波齒輪傳動的缺點：(1) 柔輪承受較大的交變載荷，對柔輪材料的抗疲

39、勞強度、加工和熱處理要求較高，工藝 復雜；(2) 傳動比下限值較高；(3) 不能做成交叉軸和相交軸的結(jié)構(gòu)。諧波齒輪傳動到目前已有不少廠家專門生產(chǎn)，并形成系列化。用于如機器人、無線電天線伸縮器、手搖式諧波傳動增速發(fā)電機、雷達、射電望遠鏡、衛(wèi)星通信地面站天線的方位和俯仰 傳動機構(gòu)、電子儀器、儀表、精密分度機構(gòu)、小側(cè)隙和零側(cè)隙傳動機構(gòu)等。(1 )旋轉(zhuǎn)精度(回轉(zhuǎn)精度含軸向精度)：指裝配后，在無負載、低速旋轉(zhuǎn)的條件下，軸前端 的徑向跳動量和軸向竄動量，其大小取決于軸系各組成零件及支承部件的制造精度與裝配調(diào) 整精度。(2) 靜剛度：單位變形量所需要靜載荷大小。動剛度：動載荷下抵抗變形的能力稱為動剛 度，即

40、引起單位振幅所需要的動態(tài)力。剛度反映了軸系組件抵抗靜、動載荷變形的能力。(3) 抗振性(動特性)：一般指軸系抵抗沖擊、振動、噪聲的特性。以軸系的主振頻率來表 征(4) 熱變形(熱特性)：軸系的熱特性主要參數(shù)是熱源強度、溫升及工作部件熱位移。滾動摩擦支撐軸系滾動摩擦支撐軸系是采用滾動軸承支承。滾動軸承它主要由滾動體支承軸上的負荷，并與機座作相對旋轉(zhuǎn)、擺動等運動，以求在較小的摩擦力矩下，達到傳遞功率的目的。常用的滾動軸承有兩類：1)標準滾動軸承，如圓錐孔雙列圓柱滾子軸承、角接觸球軸承、雙向推力角接觸球軸承、圓錐滾子軸承等；2)新型滾動軸承，如密集滾珠軸承、變預緊力軸承、轉(zhuǎn)盤軸承等。滾動軸承的精度分 B、C、D、E、G五級，B級最高，G級為普通級。滾動軸承的選用當滾動軸承承受純軸向載荷時，一般選用推力軸承，當滾動軸承承受純徑向載荷時，一般選用深溝球軸承和短圓柱滾子軸承；當滾動軸承承受徑向載荷的同時，還有不太大的軸向載荷時，可選用深溝球軸承、 角接觸球軸承、