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1、目 录第一部分4我的机械制造工程师职业生涯设计41 前言42 自我分析和评价42.1 自我评价42.2 给自己一个理想42.3 认识自己了解自己53 职业分析54 机械工程师职业的总体发展趋势65 创新和学习机械工程师的基本品质76 机械工程师为实现价值而塑造自己87 职业定位88 结论88.1 近期计划98.2 中期计划98.3 五年计划98.4 长期计划99 结束语9第二部分11水泥砖测量机总体设计11摘 要11ABSTRACT121前言131.1 机电一体化系统的概述：131.1.1 机电一体化系统的功能原理设计131.1.2 机电一体化系统的技术评价141.1.3广义接口141.1.4
2、软件在控制系统中的作用141.2 目的和任务152 总体方案论证152.1 设计分析152.2 总体方案的确定163 精密机械系统精密设计基础183.1 精度设计中的主要原理及原则183.1.1 阿贝误差原理183.1.2运动学设计原理183.1.3 平均效应原理183.1.4 变形最小原则183.1.5 误差缩小和放大原理193.1.6 误差配置原理193.2 随机误差和系统误差193.2.1 随机误差193.2.2 标准偏差的计算203.2.3 系统误差213.3 误差的综合223.3.1随机误差的合成223.3.2 系统误差的合成223.3.3 不同性质误差的合成224 机械传动部件的设
3、计234.1 斜齿轮齿条传动1234.2 轴的设计1274.2.1 轴的材料274.2.2 轴径初步设计274.2.3 安装要求314.3 联轴器的选择314.4 减速机的选择315 定位夹紧装置设计316 其它零部件设计及精度校核326.1 电动机的选择336.2 传感器的选择336.3 测量机械的精度校核337 结论33参考文献35致 谢36第一部分我的机械制造工程师职业生涯设计1 前言在今天这个人才竞争的时代，职业生涯规划开始成为在人争夺战中的另一重要利器。对企业而言，如何体现公司“以人为本”的人才理念，关注员工的人才理念，关注员工的持续成长，职业生涯规划是一种有效的手段；而对每个人而言
4、，职业生命是有限的，如果不进行有效的规划，势必会造成生命和时间的浪费。作为当代大学生，若是带着一脸茫然，踏入这个拥挤的社会怎能满足社会的需要，使自己占有一席之地？因此，我试着为自己拟定一份职业生涯规划，将自己的未来好好的设计一下。有了目标，才会有动力。 2 自我分析和评价2.1 自我评价我是一个当代本科生，（平时）是家里最大的希望成为有用之才，性格外向、开朗、活泼，业余时间爱交友、听音乐、外出散步等。喜欢看小说、散文，尤其爱看杂志类的书籍，心中偶像是比尔盖茨，平时与人友好相处群众基础较好，亲人、朋友、教师关爱，喜欢创新，动手能力较强做事认真、投入。当然本人自身仍存在一些缺点，这对于我今后的就业
5、会产生不利影响。比如，学习缺乏恒心，努力程度不够，平常较少参加社会实践，社会实践经历少等。不少人都曾经这样问过自己：“人生之路到底该如何去走？”记得一位哲人这样说过：“走好每一步，这就是你的人生。”是啊，人生之路说长也长，因为它是你一生意义的诠释；人生之路说短也短，因为你生活过的每一天都是你的人生。每个人都在设计自己的人生，都在实现自己的梦想。河南中医学院是一个大的百花园，我只是百花园里一棵不起眼的小草，可小小草有一个大大的理想，就让我在这里畅想一下自己的职业生涯吧。2.2 给自己一个理想戴高乐曾经说过：“眼睛所看到的地方就是你会到达的地方。伟人之所以伟大，是因为他们决心要做出伟大的事。”因此
6、，要使自己的人生精彩些，首先应给自己一个明确的理想，它有足够的难度，但又有足够的吸引力。你愿意为此全力以赴，那么你就可能获得成功。我是一名大二的学生，从小受父母的教导，印象最深的格言之一便是“没有规矩，不成方圆”2.3 认识自己了解自己小时候的梦想，从来就不曾遗忘，做一位合格的机械工程师，在这个理想的激励下，我不断的努力，当我遇到困难和挫折的时候，是它给了我力量和自信。俗话说：“兴趣是最好的老师。”但是我知道，一个人如想做好一件事，只有兴趣是不行的，尤其是对我将来的目标，不仅需要兴趣，还要学会勤奋和认真。一个人在社会当中难免会遇到挫折与坎坷。此时，唯有继续勤奋地前进，认真地、脚踏实地地朝着通往
7、自己目标的道路上前进，才能不被困难击倒，才能取得成功。人的能力如同地下的煤，需要去发现它并开发出来，这样它才有机会发光发热，造福人类社会。世界上没有十全十美的人，每个人都有自己的缺点，我会在成长的过程中克服自己的缺点，作一个乐观、开朗、自信、宽容、真诚的人，有了这些朋友，在通向理想的道路上我在再大的困难面前也会信心百倍的。3 职业分析作为高等教育中老牌的工科专业，机械类专业好比是“振臂一呼，应者万千”的龙头老大没有哪门现代工业离得开机械的支撑和帮衬。未来10年将是中国机械行业发展的最佳、最快时期承接世界制造业的转移，中国正在逐步成为世界工厂。美国、德国、日本、韩国等国家已经进入工业化发展的高技
8、术密集时代与微电子时代，钢铁、机械、化工等重工业正逐渐向发展中国家转移。我国目前经济发展已经过了发展初期，正处于重化工业发展中期。美国、德国的重化工业发展期延续了18年以上，美国、德国、日本、韩国四国重化工业发展期平均延续了12年，由此来看，中国的重化工业发展期将至少延续10年。因此，在未来10年内，国产机械产品的国际竞争力将不断增强，逐步替代进口，并加速出口。目前，中国机械行业中的一些子行业，如，船舶、铁路、集装箱及集装箱起重机制造等已经受益于国际间的产业转移，并将持续受益；电站设备、工程机械、机床等将受益于产业转移，加快出口进程。2006年6月28日国家发布了关于加快振兴装备制造业的若干意
9、见，提出未来将重点发展16大领域，即：发电、输变电、石化、煤化工、薄板连轧、煤综采、造船、铁路与轨道交通、环保、工程机械、自控和精密仪器、数控机床、纺机、农机、IT设备、飞机，这不仅为装备制造业未来的发展明确了方向和目标，还开出了一系列支持措施，包括税收优惠政策、资金支持等，非常有利于机械行业的长期、健康、快速发展。在意见及其相关配套政策和其他振兴政策的推动下，我国机械行业的内需持续保持旺盛增长。专家预测，在未来GDP稳定增长的前提下，国内机械设备需求增速将超过GDP增速。我国人口众多、地域辽阔，随着国家经济持续稳定的发展，设备替代人工是许多行业的必然趋势，因此机械设备需求也必将多品种、多样化
10、。预计未来几年，很多机械产品仍将保持旺盛需求，譬如，为了解决运输瓶颈，铁路发展投资持续增加，相关设备需求旺盛；为了解决电力短缺，近几年国家加大电站及输变电建设力度，未来几年电站建设仍将保持在高位，输变电建设将保持快速增长；新农村建设、城市轨道交通建设等也都将拉动对工程机械的旺盛需求。从就业市场上看，机械类专业是名副其实的热门专业，但是较为尴尬的是，因为外界对机械类专业有着太多似是而非的误解，对它的看法多滞留在机床、电焊、满身油污、嘈杂的车间等印象上，于是多数学生对机械类专业退避三舍，致使该专业的招生远不如就业那么热门。机械被称为工程之母，几乎所有的工程行业都需要机械人才。从设计、制造到大规模生
11、产一条龙，从地球的众多角落到宇宙空间，都有机械人才忙碌的身影。正是因为机械的无处不在，大家对它过于熟悉，也就带来了人们对机械类专业认识的局限性大多数人对机械的认识都停留在“巨大的车间笨重的机器忙碌的工人”这些传统工业的印象上。其实，随着电气自动化、计算机技术、信息技术、材料等与机械学科的交叉渗透，机械类专业早就不那么“机械”，机械类专业的学生也在向着复合型人才的方向发展，就业早就不再局限于传统的机械行业，在很多尖端科学领域，机械也是稳如磐石的基础，例如，在航空航天业，飞行机械师就是必不可少的人才。我国目前就业形势都趋向饱和，但我认为在机械设计和机械制造方面还需要更多人才，而职业市场对技能型人才
12、技能技术要求较高。同时面向这方面的人才也在不断增多。 随着我国发展的不断深入，工业产品的需求不断增加，同时这方面技能人才的需求也在不断增长，我认为只要掌握好一门技能，在机械行业也是可以找到一份好的工作的。4 机械工程师职业的总体发展趋势美国机械工程学会组织了一次有代表性的广泛调查，对19962008年美国分行业机械工程师就业情况作出了预测，其主要结果是：n 19962008年美国机械工程师总体上将增加约3.5万人；n 机械工程师将越来越多地就业于机械制造以外的行业，其中最大部分是在服务行业，首先增加于工程管理服务和专业性服务；n 机械制造部门所占机械工程师的比例虽将下降，但仍是其最大部门（占5
13、3.7)。香港19931999年人力需求的变化情况是：n 制造业人数由86 8万人下降到24 4万人，特别是操作工减少，而技术及专业人员增加；n 就业职工大量转向制造业中的电子工业、进出口贸易、交通运输仓储业、通讯服务业、金融、保险、房地产服务业和公共服务业。我国多数地区目前的情况，不同于发达国家，也不同于国际商业化都市。如上海市发布的2001年度人才开发紧缺专业目录中，既有智能仪器仪表网络系统、数控机床及机电一体化、微电子装备，也有汽车制造、发电与输变电设备、石化设备、冷冻空调设备、现代农业装备、城市轨道交通装备、船舶与港口机械设备。相应所需的专业则是机械设计制造及自动化、材料成型及控制工程
14、、工业设计、过程装备与控制工程、测控技术与仪器、热能与动力工程、电气工程及自动化、生态学、环境工程、安全工程等。上海电气集团已与中科院签署科技合作协议，将微电子装备技术、燃气轮机技术、循环流化床发电锅炉技术、工业机器人应用工程、机床主轴和交流伺服电机系统等列为首批合作项目。很明显，在我国相当长的时期内，融入和结合了信息技术的制造专业仍然是很需要的专业。值得我们参考的是，高考最热门五大专业中，电机工程学列在法律、外文、医学、资讯工程之前，位居第一。5 创新和学习机械工程师的基本品质在所有未来机械工程师必须具备的能力中，结合我国机械工程师的实际情况，应该特别强调创新和学习能力是最重要的基本品质。江
15、泽民主席指出：“创新是一个民族的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力”；科技部长徐冠华不久前提到：“只有敢于打破常规、标新立异，才能获得不为旁人所知的真知灼见。因循守旧、墨守成规都与创新无缘。”我们应该大力提倡国内外有些创新型公司所遵循的理念，例如KODAK公司倡导的“想象的第一规则是不存在规则”、“换一个角度来看世界”、“将你的思维翻个个儿”、“用孩子的眼光来看世界”等。终身学习、善于学习是机械工程师的必备品质。我们所处的新时期，最大的特征就是机遇和挑战无限，学习永无止境。停止学习，就是被淘汰的开始。已有的知识不更新将快速老化。此外，对于工程师来说，在创新问题上排除纯技术观点十分重要。“最好的
16、技术不一定能成功，市场最终还是要打败技术”（钱伯斯）。而且，机械工程师不但要有内容类知识（是什么、为什么）、方法类知识（怎么做、谁来做），还要有规则类知识（约束着怎么做和谁做、什么能做、什么不能做）。哈佛商学院的传统是重视得出结论的思考过程，而不是能否得出正确的答案。“会学”重于“学会”，方法比知识更有用。机械工程师应当保持发扬自己传统的优良品质：如认真严密、逻辑性强、全面权衡、追求准确性、系统性、结合实际、动手能力强等，同时克服机械思维、容易见物不见人、技术至上忽视市场等弱点，全面加强信息技术和管理技术的学习掌握，塑造成为新时期机械制造业和非机械产业都需要的复合型工程师，这也正是新形势下我国
17、机械工程师的新机遇。6 机械工程师为实现价值而塑造自己根据新时期的新要求，必须扩展思路来定位新时期的机械工程师。例如，已有不少原先的机械工程师在银行系统里很好地发挥着作用；不少机械工程师从事经济工作研究，成为以切合生产实际为特长的知名学者；制造业的工程师应用网络技术比网络专家寻找应用实体显得更有成效等。参考美国所作的调查，年轻的机械工程师在未来十年中的期望，最普遍的两项是继续教育和职业引导（有经验的忠告、咨询、榜样）；在中年机械工程师中，未来十年的最大期望是继续教育、职业策划和能力更新；而对于有经验的机械工程师，未来十年的主要期望是继续教育、寻求新职、策划前程。由此看出，在美国，新经济的新要求
18、反映到机械工程师对自己理想和前程的设计，都是首先希望继续教育和职业转移，都是要求自己不断适应、不断学习提高并寻求更合适的自我实现。这是大大不同于以往的就业观念、奋斗目标和择业理念的。如果稍为仔细一点观察我们的周围，这样的趋向也在悄悄向我们走来。7 职业定位综合前面的自我分析和职业分析这两部分的内容，我得出本人的职业定位的SWOT分析如下：内部环境因素优势因素（S）弱势因素（W）工作认真负责，做事小心细致，有耐心。没有很好的语言表达能力。外部环境因素机会因素（O）威胁因素（T）在一个经济比较发达的地区，有多种的职业应聘。目前就业形势严峻。8 结论我希望将来从事机械设计或机械制图方面工作，进入国家
19、企业或好一些的私营企业，并通过自己不断的努力和学习来实现自己的目标，为国家的发展做出自己的一份贡献，具体的路径如下：职业目标：将来从事机械设计或机械制图的职业职业发展策略：回自己家乡发展职业发展路径：打好基础，循序渐进具体路径：初级工中级工技术人员8.1 近期计划20092010年：1) 英语过六级，考研继续深造。增加英语阅读量，熟记词汇。多参与专业技能培训，丰富计算机知识。2) 大一以适应大学生活为主，大二以专业课学习和技能为主，为实现总目表坚持到底3) 掌握基本的职业技能8.2 中期计划20102012年：1) 毕业后能找到发展自我专业类型的工作。2) 第一年以学习为主。第二年学习同时不段
20、积累经验。3) 搞好人际关系，适应工作环境，在技能方面不段强化自己。4) 学习他人经验。多多实习。5) 进一步提高技能，积累经验8.3 五年计划20132018：1) 能成为一个中级或高级的技术人员。2) 学习更多的技能，能拿到高级证书。3) 积累更多的经验，多创新，多思考。4) 谦虚学习，多向有经验的师傅学习。8.4 长期计划创业！提高自己的管理水平。能招商引资，创建自己的企业。走专家的路线，发扬党的精神和爱国精神。9 结束语任何目标，只说不做到头来都会是一场空。然而，现实是未知多变的，定出的目标计划随时都可能遭遇问题，要求有清醒的头脑。一个人，若要获得成功，必须拿出勇气，付出努力、拼搏、奋
21、斗。成功，不相信眼泪；未来，要靠自己去打拼！实现目标的历程需要付出艰辛的汗水和不懈的追求，不要因为挫折而畏缩不前，不要因为失败而一蹶不振；要有屡败屡战的精神，要有越挫越勇的气魄；成功最终会属于你的，每天要对自己说：“我一定能成功，我一定按照目标的规划行动，坚持直到胜利的那一天。”既然选择了认准了是正确的，就要一直走下去。在这里，这份职业生涯规划也差不多落入尾声了，然而，我的真正行动才仅仅开始。现在我要做的是，迈出艰难的一步，朝着这个规划的目标前进，要以满腔的热情去获取最后的胜利。第二部分水泥砖测量机总体设计摘 要本课题是设计在线自动测量水泥砖三维尺寸的测量机，以提高水泥砖测量的精度和速度。根据
22、测量仪器设计的一般方法、步骤及基本原理，首先对课题进行了分析，根据测量的要求拟定了测量的基本方案，然后进行总体结构方案论证。从机器系统组成、总体结构、定位夹紧方法、工件上下料、动作控制、测量计算及可靠性，稳定性，灵活性要求等多方面考虑，提出了多种方案进行论证，最后确定采用气动上下料、下部气动定位夹紧、测量头自上而下进入测量位置、利用PLC进行动作控制、单片机测量计算的方案。对总体结构进行详细设计，特别是传动系统的设计和定位夹紧机构的设计，传动部分采用了齿轮，齿条机构及气缸系统；测量系统采用电感式位移传感器。还对机架、测头夹持与调整、定位夹紧机构等辅助部件进行设计。在结构设计中进行了相关计算与校
23、核，合理选择材料。本机器具有通用性强、测量准确可靠、数据处理方便、测量速度快等优点，满足了设计要求。关键词：三维测量；齿轮齿条传动；气动；传感器；测控系统 ABSTRACTThe topic is to design a cement brick automatic measurements machine to improve online measurement accuracy and rapidity. According to general method and principle and steps of measurement instrument design, the me
24、asurement demands are analyzed. The measurement plan is determined. Afterwards, the overall structure plans are proposed and demonstrated. Considering the system composition, overall structure, location and clamp method, work-piece driving, action control, measure and calculation and other factors s
25、uch as reliability, stability, and flexibility, several plans are proposed. Then we determine the plan as follows: work-piece is droved by hydraulic system, and clamped from underside, the measurement probes are drove from upside to measurement position, the actions are controlled by PLC, the measur
26、ement and calculation are controlled with single-chip computer. Then the detail structure is designed, especially the transmission system and location and clamp mechanism. The mechanism is driven by gear-gear stripe and cylinder system. The brick sizes are measured with inductance transducer. Then I
27、 designed the mechanisms of machine-body, probes clamp and adjust system, and location and other parts. During the process of design, I do correlative calculation and checking, and select parts material. The machine has following advantages: high measurement precision, easy to control, high measurem
28、ent rapid and etc. the design fulfill the design requests.Key words: three-dimensional measurement; gear-gear stripe transmission; pneumatic system; sensor; measurement and control system.1前言进入70年代以来，以大规模集成电路和微型电子计算机为代表的微电子技术，迅速地被应用到机械工业中，出现了种类繁多的计算机控制的机械，仪器和设备，以及具有柔性功能的自动化生产线，车间或工厂，这就大幅度地提高了产品质量和生产
29、率，适应了市场对产品多样化的要求，丰富了人类的物质文明，使传统机械工业的生产面貌焕然一新，出现了人类梦想“机械文明新时代”，即机电一体化时代，推动了机械工业和电子工业相互促进，紧密结合，共同发展的新局面。水泥砖三维测量机的设计也是一次机电一体化应用的实践，了解机器的设计要求，其设计范围广：包括机械传动的部分，定位部分，气压部分和单片机部分，以及线路集成。本课题着重机械部分设计。能让我们对机电一体化设计有个整体的认识，并掌握机械设计的方法，扩大知识面。1.1 机电一体化系统的概述：1.1.1 机电一体化系统的功能原理设计功能原理设计的宗旨是根据系统的目的和要求寻求各种（现有的或新的）物理原理来实
30、现主功能或其他功能的增加技术方案或技术路线，而不是具体的设计，因而更具有灵活性和创造性。采用功能原理设计方案时，不但现有技术的综合集成，而是一个创新的过程，一般具有下列特征：a） 采用新的物理原理，使主动能发生根本性的变化，开发新的产品。例如，激光加工机床，微波炉和石英电子表都是典型的例子。b） 采用创新思维和技术成果。新思路，新构思通常与新技术，新能源，新材料，新工艺等有密切的联系。例如：激光加工是利用产生激光束的特殊材料；微波炉是用磁控管产生微波来烹饪食物；石英电子表是用石英晶体震荡器控制的电磁摆代替机械游丝摆制成的；采用炭纤维增强的复合材料可以做成自行车的车架或工业机器人的手臂等。c）
31、机电一体化产品的一个主要特征是采用微电子装置来取代机械控制装置及其原来执行信息处理机构，这种微电子装置不但具有自动地星星信息处理，调节和控制功能；还有自动检测，显示，记录或打印，以及自动诊断和保护等各种功能，而且具有速度快，可靠性和精度高等一系列特点。另一特征是微电子控制装置通常是在软件支持下工作的，从而具有柔性自动化功能。因此在设计中应充分考虑到这种微电子硬件和软件结合装置的优越功能，构成一个完善的真正的机电一体化系统。综上所叙，机电一体化系统的功能设计原理，不仅是现有技术综合集成过程；也是一个创新构思的过程，这取决与设计者的知识，经验，才能，灵感以及坚定的创新开拓精神，并通过实际工作磨练才
32、能成功。1.1.2 机电一体化系统的技术评价机电一体化系统的价值，通常是指系统内部功能的有关参数来进行的评价。此外机电一体化系统是一种多功能，高性能，高效率，节能，节材的高附加值的产品。系统内部功能的优化及趋势均可用图来概括。显然这种高质量，高效率的最终目标是智能机械或具有人工智能的机电一体化系统。1.1.3广义接口机电一体化系统中，最重要的是系统和个要素之间的“广义接口”这个概念。众所周知，仅有机械或电子的系统，接口的概念并不太突出，但在不同技术的复合过程中，接口技术是重点。与系统不一样，接口是由物质，能量和信息的输入-输出功能和参数变换与调整功能两部分功能组成的。1.1.4软件在控制系统中
33、的作用在机电一体化系统中，除了机械装置，电子设备（计算机及接口电路）和软件（计算机程序），它是由操作类型(如按钮开关，功率计和话筒)和指示器，（如指示灯，显示器，警铃，语音提示或报警器）等组成，具有操作启停和监视系统正常运行的功能。 a) 对于产品所需的功能的均衡，可通过移动边界来改变，特殊情况也可通过机械电子系统与操纵器来协调解决。 b） 系统内部功能由机械，电子和程序之间分支来实现 c） 在上述条件下，系统的控制功能就可由操纵器，机械，电子逻辑电路和程序来共同承担，弹药考虑所需软件的总量，然后再分配上述四部分。 此外在计算机程序中，有两类信息：功能控制程序（如伺服电动机的控制规律）和处理程
34、序。任何一个程序层次上的处理信息和控制信息均可作为下一个层次上使用，并可相互交换。总之在机电一体化系统实际中，要巧妙地运用综合集成技巧。即尽可能地采用现有专业生产的机，电元部件，子系统和接口。然后根据系统组成的原理构成以功能模块为单位的系统；实现没有的或改进的，再自行开发和研制。同时采用“软硬结合”的技巧来处理具有控制作用的信息，以利于简化系统的结构和程序。机电一体化系统涉及到多学科的融合，各子系统的功能原理，技术方案和具体的结构是非常复杂和丰富的，需要进行创造性的工作。1.2 目的和任务通过大学四年的学习，我们对基础知识，专业知识有了一定的理论认知，因此在参加工作之前有必要进行有指导的设计研
35、究。更进一步地加深对专业知识的了解与掌握；培养综合分析与解决问题的能力；并切实掌握生产设计技术工作，科学研究的一般程序与方法；具备全局观，生产观经济观。本次设计研究的是某工程中的“水泥砖测量机总体”的设计。其主要针对水泥砖尺寸300mm200mm150mm规格进行检测，具有特殊的环境要求和任务。既要保证工件测量的可靠性，稳定性，灵活性，又要注重流水线工作的工作环境，工作效率，经济成本，稳定性及工作人员的劳动强度，适应性。技术要求如下：a 测量对象：300mm200mm150mm砖块b 测量精度0.5mmc 在线测量，测量速度5秒块且速度可适当调节d 八小时工作制。2 总体方案论证2.1 设计分
36、析 由上节的技术要求，可以如下的步骤进行设计分析：a启动。启动测量机械保证各个部件工作稳定。b粗定位。由导轨输送工件，用气缸把工件推上测量台，当接触到行程开关时，夹紧定位装置进行粗定位。c 测量。由测量架带动电感式位移传感器进入测量位置，由5个测头和一个平面完成在三个方向的相对测量。d 检验。当工件测量合格后由导轨输出，当工件不符合要求由另一气缸推出。上述分析步骤可用如下测控系统加以说明： 图2-1计算机测量系统原理图2.2 总体方案的确定方案a：测量机使用一个测头，砖块用手拿到达指定位置后，进行测量，然后换方向再进行测量，数据由单片机采集，并显示记录，接着判断砖块是否合乎要求，最后将合格品与
37、不合格品分别送到合格品区与不合格品区。 图2-2方案a示意图 经设计小组分析，用一个测头测量时，测头要进行3次测量才能将所有数据收集，因此对传动机构的要求和精度就会提高，精度不易得到保证，且这种方案不适合大规模检验，所以经小组讨论不采用此方案。 方案b：采用5个测头，其中4个测头固定不动，砖料由气压缸推至工作台，工作台下降至测量区域，4个测头同时测量砖料长宽，此时第5个测头由电机带动到指定位置对最后一组数据进行测量，单片机记录数据，并判断是否合格，再由控制系统控制气压系统推出合格品与不合格品至合格品区与不合格品区。 图2-3 方案b示意图 经设计小组分析，采用这种方案，虽然简化了传动系统，但工
38、作台由气压缸带动上升和下降，气压缸会晃动对砖块定位有较大影响且容易损坏，因此本方案也未被采用。 方案c：仍然采用5个测头，砖料由气压缸推至工作台，用卡爪进行定位，工作台不动，5个测头用测量架固定，同时下降至固定位置，对砖料的长宽高数据同时进行测量，单片机记录数据，并判断是否合格，再由气压缸分别将砖料推至合格品区与不合格品区。 图2-4 方案c示意图机构总长：1690mm 宽：2000mm 高：1456mm 材料：45号钢技术要求：箱底用铸件，其余机架为焊接件。经小组讨论分析，采用此方案，不仅大大简化了传动系统，而且对砖料的定位、测量精度等方面都有很大提高，经老师的指导，认为该方案是可行的，所以
39、小组决定采用此方案。3 精密机械系统精密设计基础3.1 精度设计中的主要原理及原则大多数机电一体化系统均有较高的精度要求，属精密设备。基本特点是精密，效率和自动化程度要求高，结构比较复杂，但其共同的基础是精密机械技术。在精度设计时，应遵循下列主要原理和原则，并在实践中灵活地加以运用。3.1.1 阿贝误差原理它是德国人阿贝于1890年提出的，其内容为长度测量时，被测尺寸必须处在测量方向的同一直线上，或者两者彼此处在对方的延长线上，采用阿贝原理就能避免产生一阶误差，从而得到较高的测量要求，它既是测量原理，又是精密设备中测量系统总体布局的基本原则。3.1.2运动学设计原理一个空间物体具有6个自由度，
40、要使它定位，需要适当配置6个约束加以限制这是6点定位原理。相反要使物体相对固定的坐标运动，只能配置少于6个约束力才能确定。因此运动学设计原理应遵守下列条件：a）物体相对运动数等于自由度数减去约束数。b）要求约束条件为点接触，该点应垂直于限制自由度的方向。同时要求同一平面或直线上的点接触之间的距离尽可能大些，以免运动端造成不稳定。3.1.3 平均效应原理在运动副和定位机构设计中，采用运动学设计原理和6点定位原理，就可避免产生静不定和相互干涉。但是用单点定位约束某个自由度时，由于定位点的误差，其定位精度始终低于该定位点的精度。而且由于单点定位的接触应力较大，产生相应的接触变形，随时间的推移，磨损增
41、加，其精度回降低。为了克服这一缺点，产生了多点定位原理应用平均效应作用，使误差的到均化，从而提高机构的运动精度或定位精度。采用平均效应原理使机构精度均化是有条件的即：a）参与工作的滚动体或其它中间元件要易产生弹性变形。b）滚动体或中间元件的制造误差要小于或等于弹性变形误差。c）在工作时的外力应能使间隙自动得到消除。3.1.4 变形最小原则精密机械设备的零部件受到自重，外载，温度变化，工艺内应力以及振动等因素的作用，都会产生变形误差，因此变性最小原则即要求上述各种变形误差最小。A 提高零件部件的结构刚度提高零部件的机构刚度，是减小载荷引起变形的重要措施。B 减小温度的影响减小温度影响，使热变形最
42、小。C 内应力产生热变形内应力产生的变形影响设备精度的稳定性。它与材料，铸造，切削加工，热处理都有密切关系。D 基面统一原则零件设计时应注意遵守下列四个基面统一原则，以减少制造误差和测量误差。a) 设计基面。零件工作图上标注尺寸的基准面。b) 工艺基面 加工时的定位基面，以此加工其它面。c) 测量基面 以它为测量基准，测量与此有关的尺寸。d) 装配基面 以它为基准，确定零件间的相互位置。这四种基面应尽可能统一于同一基面，就可避免因基面不同而造成的制造误差，测量误差和装配误差。若因零件结构等原因，不符合这一原则时，可选择精度较高面作为辅助基准。3.1.5 误差缩小和放大原理在机械传动系统中，经常
43、采用减速和增速齿轮传动装置，各轴在装置中有不同的转速，它使传动转角误差放大或缩小，这取决于两轴之间的传动比和减速比。对于减速齿轮传动系统，由于误差缩小原理，其输出轴转角的总误差主要取决于末级的传动误差，其余各级传动误差的影响较小或忽略不记。3.1.6 误差配置原理一台设备或部件，如果各部件的误差配置适当，就可提高装配成本的总精度。3.2 随机误差和系统误差3.2.1 随机误差随机误差常采用均方根误差，算术平均误差和或然误差作为评定尺度。我国和大多数国家都采用均方根误差作为评定尺度。这是由于这种方法对大的随机误差比较敏感，且能灵敏地反应出随机误差数列的离散程度。a) 方根误差 = (3-1) 其
44、方差 D D= 用积分形式表示 = (3-2) 式中f()-随机误差概率密度分布函数。 正态分布 f()= (3-3) exp表示以e=2.71828为底的指数b) 限误差max误差的极限范围称为极限误差。极限误差用相对误差表示时称为相对极限误差；用绝对误差表示时为绝对误差，也成为最大误差。 极限误差大小可用下列方法确定： p()= (3-4) 若计算随机误差在区间（-，+）之间的概率时求得： p()= = (3-5)将上式进行变量置换，设t=,dt=带入上式，可得： (3-6)其中概率积分，可查概率函数积分表3.2.2 标准偏差的计算在均方根误差中，由于随机误差的真值无法求得，常用残余误差来
45、代替，计算所得的结果称为标准偏差，仍用表示。贝塞尔公式计算误差设xi为某x0的等精度测量的测量值，测量次数为n次，可得随机误差的真值，残余误差，其中，为测得值的算术平均值，即。根据均方根误差的定义，可得 = (3-7)3.2.3 系统误差精密设备系统误差数学特性表现为一定值或按某种函数规律变化，他是有固定不变的或按确定规律变化的因素造成的因而有可能予以消除。系统误差是由原理误差和制造误差两部分组成的。系统误差按其变化规律，可分为定值系统误差和变值系统误差（如线形误差，周期误差和复杂函数的系统误差）；按对系统误差掌握的程度又可分为以定系统误差和未定系统误差，前者是指大小与方向均以知或变化规律已掌握的系统误差，后者是指变化规律未被充分认识的系统误差。a) 系统误差的估算设xi为某量x的一组等精度测量值的数列，其真值x0，在xi中包括定值系统误差和随机误差则有：xi=x0+(i=1n) (3-8) 其算术平均值为= (3-9) 当n足够大时，上式最后一项趋于0，可得=x0+可见，当n足够大时随机误差对的影响可忽略不记。b) 变值系统误差的估算 设xi为某量x的一组等精度测量值的数列，x真值x0,在xi中包括变值系统误差和随机误差；则有xi=x0+（i=
