機電一體化設(shè)計基本原理及方法

第二章機電一體化產(chǎn)品設(shè)計的基本原理及方法2.1機電一體化產(chǎn)品設(shè)計過程設(shè)計過程：市場調(diào)查概念設(shè)計方案設(shè)計（初步設(shè)計）結(jié)構(gòu)設(shè)計（詳細設(shè)計）

1編輯課件一、市場調(diào)查主要涉及到以下內(nèi)容：

消費者的潛在需要2.

用戶對現(xiàn)有產(chǎn)品的反映

3.

產(chǎn)品市場壽命周期產(chǎn)生的階段要求

4.競爭對手的技術(shù)挑戰(zhàn)5.技術(shù)發(fā)展的推動

6.社會的需要

2編輯課件二、概念設(shè)計概念設(shè)計：通過構(gòu)思確定設(shè)計任務(wù)和用簡圖形式表達的設(shè)計問題的一個求解輪廓。如功能方案的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系，大致的成本、重量、尺寸以及可行性等設(shè)想。3編輯課件例如，設(shè)計一輛專門用于西部的有軌電車4編輯課件5編輯課件三、功能原理方案設(shè)計（初步設(shè)計）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——原理性的構(gòu)思。是用一種新的物理效應(yīng)來代替舊的物理效應(yīng)，使所設(shè)計的產(chǎn)品在工作原理發(fā)生根本性的變化，但是并未涉及到具體結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計計算。6編輯課件包括：（1）功能模塊的劃分；（2）功能模塊的求解；（3）功能模塊的組合；（4）方案篩選。7編輯課件四、結(jié)構(gòu)設(shè)計（詳細設(shè)計）結(jié)構(gòu)設(shè)計是方案設(shè)計的實現(xiàn)，即對篩選出來的方案的每一個細節(jié)進行詳細的考慮和具體的設(shè)計。例如，所有電子元器件的規(guī)格參數(shù)、安裝位置和尺寸、機械零部件的材料、尺寸、公差等等；零件加工圖、總裝圖、設(shè)計計算說明書，維護說明書、檢驗標準等。8編輯課件9編輯課件2.2產(chǎn)品的功能原理方案設(shè)計10編輯課件一、功能分解基本功能：必須保證的功能，在設(shè)計中不能改變。附加功能：可隨技術(shù)條件的或結(jié)構(gòu)形式的改變而取舍或改變。非必要的功能：設(shè)計者主觀加上去的，可有可無。

功能的分解指對產(chǎn)品的必要功能進行分解。11編輯課件1、黑箱法

將待設(shè)計的系統(tǒng)暫時看成一個黑箱，然后根據(jù)系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系來確定系統(tǒng)功能原理解的一種方法。12編輯課件13編輯課件14編輯課件例如：例如用黑箱法進行露天礦開采挖掘機的功能原理方案設(shè)計

15編輯課件16編輯課件17編輯課件2、功能樹法

18編輯課件例如：設(shè)計露天礦開采挖掘機。其功能樹為：

19編輯課件二、尋求功能元解

設(shè)計目錄法：通過查找功能元解的目錄來尋求問題的答案。直覺法：設(shè)計師憑借個人的智慧、經(jīng)驗和創(chuàng)造能力，來尋求各種分功能的原理解。調(diào)查分析法：在了解當前國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展狀況，查閱大量參考資料的基礎(chǔ)上，改進陳舊落后的舊產(chǎn)品、開發(fā)新產(chǎn)品，構(gòu)思新方案，以尋找功能原理解。

20編輯課件1、功能元的抽象描述

21編輯課件22編輯課件23編輯課件2、常用的功能元解

24編輯課件轉(zhuǎn)變、縮小、放大、變向等機構(gòu)

25編輯課件三、功能元解的組合1、分功能之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系（a）串聯(lián)結(jié)構(gòu)

26編輯課件(b)并聯(lián)結(jié)構(gòu)

27編輯課件(c)環(huán)形結(jié)構(gòu)

28編輯課件2、功能元解組合組合方案數(shù)=3×3×2×3×1×4×4×3×4=10368若方案為：（A1+B1+C2+D2+E1+F1+G2+H2+I1）→履帶式正鏟機械挖掘機若方案為：（A3+B1+C1+D2+E1+F2+G3+H1+I2）→輪胎式正鏟液壓挖掘機29編輯課件四、方案評價（選擇表法）例如：欲設(shè)計一個儲油量測量儀傳感器。設(shè)通過功能分解、求取功能元及功能元解組合等得出了多種方案：a1，a2，a3，a4，a5，b1，b2，b3，c1，c2，c3，d1，d2，d3，d4，d5，e1，f1，f2

30編輯課件31編輯課件只有決策結(jié)果為全正號的才是可以考慮和比較的方案。

32編輯課件例二.瓶蓋整列裝置設(shè)計任務(wù)要求：33編輯課件功能分析34編輯課件功能元求解目錄表35編輯課件36編輯課件評價37編輯課件2.3產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計（詳細設(shè)計）

一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的任務(wù)結(jié)構(gòu)設(shè)計是功能原理方案設(shè)計的實現(xiàn)

要確定產(chǎn)品的總體布局→主要技術(shù)參數(shù)計算、確定元器件規(guī)格、尺寸→零件圖、總裝圖的繪制→技術(shù)經(jīng)濟分析

→技術(shù)文檔的整理等。38編輯課件二、結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的步驟

39編輯課件三、結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)該引用的一些基本原理1、任務(wù)分配原理

①相同功能的任務(wù)分配

40編輯課件②不同功能任務(wù)分配

41編輯課件2、穩(wěn)定性原理

42編輯課件3、力傳遞原理

43編輯課件44編輯課件45編輯課件46編輯課件47編輯課件4、等強度原理48編輯課件5、自補償原理

自平衡是在工作狀態(tài)下，輔助效應(yīng)和初始效應(yīng)相反并達到平衡狀態(tài)，取得滿意的總效應(yīng)

自保護是指系統(tǒng)在超載工作時，其結(jié)構(gòu)中元件產(chǎn)生保護效應(yīng)，使系統(tǒng)免于受損

自增強是指在正常工作狀態(tài)下輔助效應(yīng)與初始效應(yīng)的作用方向相同，總效應(yīng)為兩者之和

49編輯課件50編輯課件51編輯課件6、力平衡原則通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施,使一些無用的力在其產(chǎn)生處立即被部分或全部平衡掉，以減輕或消除不良的影響。52編輯課件7、結(jié)構(gòu)設(shè)計變元法結(jié)構(gòu)設(shè)計變元：指機械結(jié)構(gòu)可改變的基本元素。結(jié)構(gòu)設(shè)計變元法：運用變性原理和組合原理對機械結(jié)構(gòu)變元進行組合，從而產(chǎn)生一種新結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計方法。53編輯課件54編輯課件55編輯課件56編輯課件57編輯課件58編輯課件2.4控制系統(tǒng)的設(shè)計一、控制系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容和步驟1、確定控制系統(tǒng)的總體方案控制過程描述、編制任務(wù)說明書、確定各個部件的設(shè)計參數(shù)和性能指標2、建立數(shù)學(xué)模型并確定控制算法即建立系統(tǒng)的輸入、內(nèi)部狀態(tài)和輸出之間的邏輯函數(shù)關(guān)系，確定控制算法。59編輯課件二、控制器選擇工控機、單片機、可