《2.1、机电结构设计方法.ppt

机电控制基础与实践 （需求分析，方案选型，详细设计） 王田苗 丑武胜 北京航空航天大学 机器人研究所 一、机电一体化系统设计思想 目的： 综合运用机械技术和微电子技术各自的持长，设计最佳的机电一体化系统。 三种方法： 1、机电互补法 2、结合(融合)法 3、组合法 一、机电一体化系统设计思想 1、机电互补法 即机械功能电子化，利用电子部件取代机械功能部件，简化机械结构，提高系统的性能和质量，以弥补机械不足。 如微型计算机来取代机械式变速机构、凸轮机构、离合器等机构，代替插销板、拨码盘、步进开关等；变频器取代机床主轴变速箱。 一、机电一体化系统设计思想 2、结合(融合)法 将各组成要素有机结合为一体构成专用或通用的功能部件，其要素之间机电参数匹配充分。 如激光打印机的主扫描机构——激光扫描镜，其扫描镜转轴就是电机的转子轴。这是执行元件与执行机构结合的一例。 随着大规模集成电路和精密机械技术的发展，完全能够设计出执行元件、执行机构、检测传感器、控制与机体等要素有机地融为一体的机电一体化新产品。 一、机电一体化系统设计思想 3、组合法 将结合法制成的功能部件、功能模块，像积木那样组合成各种机电一体化系统，故称组合法。 优点：缩短研制周期、节约工装设备费用，且有利于生产管理、使用和维修。 例如将工业机器人各自由度(伺服轴)的执行元件、执行机构、检测传感元件和控制等组成机电一体化的功能部件，可用于不同的关节，组成工业机器人的回转、伸缩、俯仰等各种功能模块系列，从而组合成结构和用途不同的工业机器人。 二 机电一体化系统的设计类型 设计类型分三种： (1)开发性设计 (2)适应性设计 (3)变异性设计 二.机电一体化系统的设计类型 (1)开发性设计 是一个从无到有的创造过程，没有任何参照产品，根据功能和性能要求，按照机电一体化设计原理，设计出满足要求的产品。 如最初的录像机、摄像机、电视机的设计就属于开发性设计。 二 机电一体化系统的设计类型 (2)适应性设计 是在原有产品总的方案原理基本保持不变的情况下，对产品进行局部更改。如用微电子技术代替原有的机械结构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品的性能和质量提高。 例如：普通机床的数控化改造；汽车的电子式汽油喷射装置代替原来的机械控制汽油喷射装置；电子式缝纫机使用电子控制等。 二 机电一体化系统的设计类型 (3)变异性设计（变参数） 是在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品的规格尺寸，使之适应于量的方面有所变更的要求。 例如：由于传递扭矩或速比发生变换而重新设计传动系统和结构尺寸的设计，就属于变异性设计。 三 机电一体化系统的设计准则 设计准则： 在保证产品的功能、性能和使用寿命的前提下，尽量降低成本。 即不要盲目追求“高、精、尖”，而是充分分析用户需求，以必威体育精装版的技术手段、最简单的结构、最低的消耗，提供最满意的产品。 四、机电一体化系统总体设计内容 总体设计规定了总的基本原理、原则和布局，指导具体设计的进行。 总体设计主要内容有： 系统原理方案的构思 结构方案设计 总体布局与环境设计 主要参数及技术指标的确定 总体方案的评价与决策 五、机电一体化系统工程路线 机械设计方法 模块化设计 可靠性设计 动态设计 优化设计 计算机辅助设计 机械设计方法 1)模块设计 模块设计采用有限种类的基本组件块作为模块，它们可以满足使用最广、产量较多的所谓基型产品设计的要求，再按模块化原理和相似原理进行变形设计，以适应不同用户的特殊要求。模块设计的产品具有通用性与适用性并存的特征，特别适合敏捷制造的要求。 2)可靠性设计 是一种在产品设计之初就考虑其工作可靠性的设计方法。根据可靠性原理，机械部分的可靠性取决于产品的固有品质，它是在设计和研制阶段所形成的，一旦在设计研制阶段留下了没有注意到的缺陷，则在产品制造出来以后发现问题再去解决就要付出相当大的代价，甚至无法解决。可靠性设计可以有效的避免上述情况发生，因此是一种提倡采用的现代设计方法。 3)动态设计法 建立在控制论基础之上的设计方法，目的在于确定任意输入与干扰信号对系统输出功能的影响。因此在设计中，要进行设计对象在高速度、高精度条件下的动载和弹性动力学方面的精确计算，还要考虑振动与噪声对产品动特性的影响。对线性系统可以采用传递函数与状态方程分析法，在输入某些典型信号的情况下，对其输出信号进行定性定量的分析，从而获得系统、部件等满足稳定性、准确性和快速性要求的各种参数。 4)优化设计法 对于一个指定的总体设计方案(通过将其转换为目标函数)进行优化设计，从客观存在的所有满足使用条件要