现代机械设计-系统与结构

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1、第篇总论现代机械与现代机械组成传统机械与现代机械机械是各类机器的通称。它是人类改造自然，发展自己的主要劳动工具。它能把热能、电能、化学能转换成机械能，也能将机械能转换成其他类型的能量。它能改变或传递力并产生运动，完成人们所期待的许多工作。机械工业历来都是发达国家的重要支柱产业，是一个国家的工业基础。从年代开始，世界传统工业因不适应科技水平和社会生产力的飞速发展，而产生大幅度滑坡，一度曾被称之为“夕阳工业”。由于各国政府重视和发展高新技术，特别是微电子技术，微机技术的引入，使传统的机械工业在产品结构和生产系统结

2、构等方面发生了质的变化，使其焕发了新的生命，形成了一个崭新的现代机械工业。可以毫不夸张地说，现在的世界，仍然是一个机械化生产的世界，现代机械在各个发达国家中仍占据着重要的战略地位。传统的机械一般是由动力机、传动机构、执行机构及操纵控制装置等部分组成。而现代机械虽然没有统一公认的定义，但年美国机械工程师协会（）在对美国国家科学基金会报告中的提法，基本上能为大家所接受。报告中提出现代机械是“由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括机械力、运动和能量等动力学任务的机械和／或机电部件相互联系的系统”。由此可见，现代

3、机械应是一个机电一体化的机械系统。因此，现代机械产品，不论其功能多少、结构简繁、体积大小，都应从系统角度，从机电一体化或机电有机结合方面来认识和理解。如果不从系统观点出发，就不能发挥机电技术的优势，而仅仅只能做到机电简单的协作。不少新产品，常常是先由机械工程师按传统思路进行机械结构和功能设计，然后由电气工程师根据机械工程师的要求，进行控制单元的设计。这看起来，也是机电结合，在性能上，也能比传统机械产品有很大提高，但是从系统总体角度来看，这类产品一般不会是最佳，在国际市场上甚至在国内市场上也不会有很大的竞争力。

4、现代机械系统的构成现代机械系统是人类改造客观世界的工具，它的基本功能是代替人的体力劳动和一部分脑力劳动。因此，人类在长期进化过程中形成的人体功能结构应该是现代机械系统的最好蓝本。大家知道，人体是由头脑、感官、肌肉、手足、内脏和骨骼等五大部分组成。而现代机械系统一般是由控制及信息处理装置、检测传感装置、执行元件、机构和动力部分组成。它们与人体结构已形成大致一一对应关系（如表所示）。因此，可以说现代机械系统已发展到了一定高的水平，并且随着科技的发展和社会的进步，它将更大程度地超越人体功能成为人类必不可少的忠实朋友

5、。表现代机械系统与人体结构对应关系具体来说，现代机械的结构为：机械本体机械本体相当于人的躯干，是现代机械的基础。它基本上就是传统机械产品中的机械结构部分，包括机身、框架、机械连接等内在的支持结构。现代机械产品引进电子技术以后，使产品的技术性能、功能和水平都有了很大的提高，因此对机械结构也提出了更高的要求。另外，机械本体在整个产品中占有较大的体积和重量，因此要求采用新结构、新材料、新工艺，以适应现代机械产品在多功能、可靠、高效、节能、小型、轻量、美观等方面的要求，因而，现代机械系统中的机械结构仍然是一个富有创造

6、性的领域。动力部分动力部分就像人体内脏那样产生维持生命运动的能量，为系统提供动力，驱动执行机构，使系统正常运行。现代机械系统中以电能利用为主，因此动力部分应包括电源、电动机等执行元件及其驱动电路。用尽可能小的动力输入去获得尽可能大的输出，以及保持它的高度可靠性，这是对动力部分的主要要求。检测传感装置检测传感装置就像人的五官一样，其功能是对系统运行时内部状态和外部环境信息进行检测。被测信息包括位置、速度、力、力矩、电压、电流、温度、湿度等物理量。传感器把这些物理量变成一定规格的电信号，然后由控制及信息处理装置处

7、理、决策，确定下一步的动作。检测传感装置一般是由传感器及相应的信号检测电路组成，一般都希望它体积小、精度高、抗干扰能力强并且要便于安装和联接。控制及信息处理装置这部分相当于人的大脑，是系统的灵魂。它能根据系统功能要求和传感器的反馈信息，进行处理、运算和决策，指挥和控制整个系统的运行。它主要是由计算机及其相应的硬、软件构成的控制系统及多种接口模块组成。对它的主要要求是高速和高可靠性，同时要不断地向柔性和智能化方向发展。执行机构执行机构相当于人的手、足等运动器官，它包括机械传动和操作机构。其形式因作业对象的不同而

8、千变万化。当接到“大脑”来的控制信号后，执行机构将忠实地执行要求的指令，完成系统所要完成的动作。执行机构一般采用机械、电、液等机构。由于它是实现系统目的功能的直接参与者，其性能好坏往往决定整个系统的性能，因此一般要求是：精度高、重复性好、重量轻，并希望实现组件化和系列化，以提高系统的整体可靠性。现代机械系统的主要特征现代机械系统是由机械技术与电子技术有机结合的一个全新的系统。它既不同于传统的机械产品