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1、第二章 机电一体化产品设计的基本原理及方法,本章的学习内容：,2.1 设计依据和评价准则,2.2 机电一体化系统的设计思想与方法,2.3 设计过程,2.4 机电一体化控制系统设计,2.1 设计依据与评价标准,一、设计依据,二、评价标准,机电一体化产品设计的评价标准体现在以下几个方面：,1、技术评价指标 如机械系统的传动精度、控制原理、传感器的线性度等。2、性能评价指标 自动化程度、承载能力、可靠性等。3、经济性评价指标 如制造的难易程度、性价比等。4、社会性评价指标 如资源的利用、环保？,2.2机电一体化系统的设计思想与方法,一、机和电融合的设计思想,1、替代机械系统,2、简化机械系统,3、增
2、强机械系统,4、综合机械系统,二、系统的设计思想,将机电一体化产品看成是一个完整的系统。从系统论的观点出发，分析各个部分的相互联系及整个与界的关系。,机电一体化系统,（1）并行设计,（2）按系统工程的理论和方法去分析处理问题,（3）多学科交叉进行设计,（4）掌握有关各领域信息资料,（5）以达到客户满意的设计目标和评价标准为系统设计的最终目的,三、注重创新的设计思想,1、工作原理的创新2、技术方案的创新3、结构的创新4、用材和制造工艺上的创新5、控制方面的创新6、驱动和传动方面的创新7、其它方面的创新,2.3 设计过程,设计流程,一、市场调研,消费者的潜在需要,2.用户对现有产品的反映,3.产品
3、市场寿命周期产生的阶段要求,4.竞争对手的技术挑战,5.技术发展的推动,6.社会的需要,二、概念设计,1）创新性,2）工艺可实现性,3）多样性,4）层次性,5）避免不良结构性,6）反复迭代性,三、编制设计任务书,1）产品名称2）产品用途3）主要技术规格4）技术性能指标5）其它,四、功能原理方案设计,1、功能分解,功能,必要功能,非必要功能,基本功能,附加功能,2、寻找功能元黑箱法或功能树法,例如：用黑箱法进行露天矿开采挖掘机的方案设计,用功能树法进行露天矿开采挖掘机的方案设计,总功能,分功能1,功能元1,功能元n,分功能n,功能元1,功能元n,总功能（挖煤、运煤）,驱动功能,能量转换,能量传递
4、与分配,执行功能,铲 入,提升,回转,铲斗,推压,行走功能,（整台机器的移动）,控制功能,启动、停止（制动）,其他,仪表显示,辅助功能,支承和联接,照 明,变 速,3、功能元组合相容矩阵法,组合方案数=33 2 3 1 4 4 3 4=10368若方案为：（A1+B1+C2+D2+E1+F1+G2+H2+I1）履带式正铲机械挖掘机若方案为：（A3+B1+C1+D2+E1+F2+G3+H1+I2）轮胎式正铲液压挖掘机,五、方案设计评估与优化选择表法,例：瓶盖整列装置设计,结果表明，方案为教理想的方案,六、结构设计和参数核算,1）确定主要功能载体的结构2）确定辅助功能载体的结构3）检查主辅功能载体
5、的相互影响及配合性4）对设计的进一步完善,1、结构设计的步骤,2、结构设计中的相关原理,1）任务分配原理,2）稳定性原理,3）力传递原理,4）等强度原理,5）自补偿原理,自动补偿的应用形式,自增强,自平衡,自保护,6）力平衡原则,7）结构设计变元原理,利用变性原理和组合原理对机械结构变元进行组合，从而产生一种新结构的方法。,七、完成全部设计文件,1）产品的全部图样2）产品零件明细表3）产品使用说明书、维护说明书、检验标准、检验方法,2.4 机电一体化控制系统设计,一、控制系统设计内容和步骤,1、确定系统的总体方案2、建立数学模型并确定控制算法3、控制系统的总体设计4、控制系统的软、硬件设计5、系统调试,二、控制器的选型,1、单片机 80年代流行，没有自开发能力，需要专用的仿真开发系统对其进行开发，可靠性和可维护性差，价格便宜，目前主要用于仪表行业。2、工控机 抗干扰能力强，可靠性高、不需要自行开发硬件、软件可根据接口模板提供的示范程序用高级语言开发，控制系统体积大、成本较高、适合于需进行大量数据运算、可靠性高的大型工业测控系统。3、工控机可编程控制器 抗干扰能力强、可靠性高、体积小、运行可靠、可扩展性可维护性好，操作简便、价格较贵。,
