7机电一体化总体设计精选.doc

7 机电一体化总体设计 7.1 机电一体化总体设计的内容 机电一体化总体设计是应用系统总体技术，从整体目标出发，综合分析机电一体化产品的性能要求及各机、电组成单元的特性，选择最合理的单元组合方案，实现机电一体化产品整体优化设计的过程。 随着大规模集成电路的出现，机电一体产品得到了迅速普及和发展，从家用电器到生产设备，从办公自动化设备到军事装置，机与电紧密结合的程度都在迅速增加，形成了一个纵深而广阔的市场。市场竞争规律要求产品不仅具有高性能，而且要有低价格，这就给产品设计人员提出了越来越高的要求。另一方面，种类繁多、性能各异的集成电路、传感器和新材料等，给机电一体化产品设计人员提供了众多的可选方案，使设计工作具有更大的灵活性。如何充分利用这些条件，开发出满足市场需求的机电一体化产品，是机电一体化总体设计的重要任务。 7.1.1 总体设计的主要内容 一般来说，机电一体化总体设计包括下述一些主要内容。 （1）详尽搜集用户对所设计产品的需求 ① 设计任何系统，首先要收集所有相关的信息，包括设计需求、背景技术资料。设计人员在这一基础上应做出用户真正需要设计什么样的产品的判断。这一步是进行总体方案设计的最基本的依据，不可忽视。一般情况，需要对下列设计需求作详细地调查。设计对象自身的工作效率，包括年工作效率及小时工作效率。对于动力传动系统还要了解机械效率方面的需求。 ② 设计对象所具有的主要功能。包括总功能及实现总功能时分功能的动作顺序，特别是操作人员在总功能实现中所介入的程度。 ③ 设计对象与其工作环境的界面。这主要有输入、输出界面、装载工件形式、操作员控制器的界面，辅助装置的界面，温度、湿度、灰尘等情况，以及这些界面中哪些是由设计人员保证的，哪些是由用户提供的。 ④ 设计对象对操作者技术水平的需求。要求操作人员达到什么技术等级，并具备哪些专长。 ⑤ 设计对象是否被制造过，假如与设计对象类似的产品已在生产，则应参观生产过程，并寻找有关的设计与生产文件。 ⑥ 了解用户自身的一些规定、标准，例如厂标，一般技术要求，对产品表面的要求（防蚀、色彩）等。 （2）设计对象工作原理的设计 明确了设计对象的需求之后，就可以开始工作原理设计了，这是总体设计的关键。设计质量的优劣取决于设计人员能否有效的对系统的总功能进行合理的抽象和分解，并能合理的运用技术效应进行创新设计，勇于开拓新的领域和探索新的工作原理，使总体设计方案最佳化，从而形成总体方案的初步轮廓。 （3）主要结构方案的选择 机械结构类型很多，选择主要结构方案时，必须保证系统所要求的精度、工作稳定可靠、制造工艺性好，应符合运动学设计原则或误差均化原理。 按运动学原则进行结构设计时，不允许有过多的约束。但当约束点有相对运动且载荷较大时，约束处变形大，易磨损，这时可以采用误差均化原理进行结构设计。这时可以允许有过多的约束，例如滚动导轨中的多个滚动体，是利用滚动体的弹性变形使滚动体直径的微小误差相互得到平均，从而保证了导轨的导向精度。 （4）摩擦形式的选择 设计机电一体化机械系统时要认真选择运动机构的摩擦形式，如果处理得不好，由于动、静摩擦力差别太大易造成爬行，会影响控制系统工作的稳定性。因此总体方案设计时，必须选取与工作要求相符的摩擦形式的导轨。导轨副相对运动时的摩擦形式有滑动、滚动、液体静压滑动、气体静压滑动等几种形式，各有不同的优缺点，设计时可以根据需求，综合考虑各方面因素进行选择。 （5）系统简图的绘制 选择或设计了系统中各主要功能元的解之后，用各种符号代表各子系统中功能元的解，包括控制系统、传动系统、电器系统、传感检测系统、机械执行系统等，根据总体方案的工作原理，画出它们的总体安排，形成机、电、控有机结合的机电一体化系统简图。 根据这些简图，进行方案论证，并作多次修改，确定最佳方案。在总体安排图中，机械执行系统应以机构运动简图或机构运动示意图表示，其它子系统可用方框图表示。 （6）总体精度分配 总体精度分配是将机、电、控、检测各系统的精度进行分配。精度分配时，应根据各子系统所用技术系统的特点进行分配，不应采取平均分配的方法，对于具有数字特征的电、控、检测子系统可按其数字精度直接分配；对于具有模拟量特征的机、电、检测子系统，则可按技术难易程度进行精度分配。在精度初步分配后，要进行误差计算，把各子系统的误差按系统误差、随机误差归类，分别计算，并与分配的精度进行比较，进行反复修改，使各部分的精度尽可能合理，总体精度分配的目标是以满足总体精度为约束，使各子系统的精度尽可能低，达到获得最佳性能价格比的目标。 （7）总体设计报告 总结上述设计过程的各个方面，写出总体设计报告，为总体装配图和部件装配图的绘制做好准备。总体设计报告要突出设计重点，将所设计