机电系统设计 教学课件 作者 赵先仲 主编 第二章.ppt

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1、14270B第2章　机电一体化系统总体设计2.1　机电一体化系统的设计要点2.2　机电一体化系统的设计过程2.3　系统评价与系统决策2.4　系统调试2.5　抗干扰设计总体设计是机电一体化系统设计的重要环节。整体目标、功能分析产品性能要求选择合理的单元组合方案实现机电一体化整体优化设计过程，主要内容包括：系统原理方案设计；结构方案的设计；总体布局与环境设计；技术参数与技术指标确定；总体方案评价与决策。总体设计是纲，给具体设计规定总的基本原理、原则和方法。2.1　机电一体化系统的设计要点一、功能分析设计法一切从系统的功能出发，将设计任务抽象化1、为什么要抽象化？复杂的

2、设计简单的模式分析抽象突出基本的、必要的要求，摈弃偶然情况和枝节问题，便于抓住设计问题核心避免构思方案前形成的条条框框，放开视野，寻求更为理想的设计方案2、如何把设计问题抽象化？工程设计中常用的的抽想方法是“黑箱法”1、黑箱法的基本原理：将所要实现给定功能的机电系统看作为一个未知内部功能结构、功能载体的“黑箱”，通过对输入量和输出量的分析，逐步掌握输入和输出的基本特征和转换关系，寻求能实现这种基本特征和转换关系的工作原理和功能载体。未知已知黑色白化机电一体化产品（黑箱）物料能量信息物料′能量′信息′伴生输出伴生输入功能载体求解即：黑箱法的表达物料：固体、液体、气体

3、等任何物体；能量：机械能、电能、热能、化学能、光能等；信息：数据、指示值、测量值、控制信号、波形等。物料的转换指如何将毛坯、半成品转换成成品；能量的转换指如何将其它形式的能量转换成机械能或机械能变成其它形式能量；信息的传输或转换指将物理量的测量和显示、控制信号的传递等。2、黑箱法求解方法黑箱法求解过程就是黑箱白化的过程，步骤如图所示：详细表达输入和输出量建立输入和输出间关系寻找合适的实例设定系统的总功能进行总功能分解寻找系统的功能解评价与决策切削机床、精密测量设备、轻工机械、包装机械、运输机械如:冲床（黑箱）板料电能控制信号成型工件机械能、摩擦能工作状态显示振动、

4、噪声温度、振动例1：冲床的黑箱法表述二、功能结构分析1、功能结构示意图和功能元总功能分功能分功能的原理方案例2：CNC齿轮测量中心黑箱法表述(P13图2.2)总功能1231.11.21.33.13.21.2.11.2.23.1.13.1.2Ⅰ层Ⅱ层Ⅲ层功能结构示意图最小的基本分功能或满足功能要求的最小单位称之为功能元。机电一体化系统基本功能元物理功能元：变换、合并分离、传导隔阻、储存逻辑功能元：与、或、非数学功能元：加、减、乘、除、乘方、开方、微分、积分2、功能元实施原理方案的选择各种功能实施的基础：以自然科学原理为基础的技术效应，例如以物理学为主要技术基础的力学

5、、机械学、电学、磁学、光学等原理广泛应用于工程技术的各个领域，即所谓的物理效应。实施的要点：同一种功能可以用不同的技术效应来实现，选出最佳的功能元实施原理方案，有以下途径可以参考：参考资料、专利、产品；利用创造性思维；利用设计目录。三、功能结构图1、三种基本功能结构类型：串联结构并联结构环型结构F1F2F3F1F2F3F1F2F3又称顺序结构，反映分功能时间、空间顺序或因果关系又称选择结构，几个分功能作为手段共同完成一个目的又称回路结构，输出反馈为输入的循环2、功能结构图的建立从上层分功能的结构考虑起，逐层向下细化。（例P16图2.5-2.7）四、系统原理方案选择

6、形态学矩阵建立在功能分解和功能求解的基础上，得到多种可行方案，经筛选、评价可以获得最佳方案。形态学矩阵的运用步骤：进行方案构思选择系统原理方案时，用“穷尽法”将各分功能的解全部列出，就可写出功能-功能解的形态学矩阵，形态即相应的实现各分功能的执行机构和技术手段。总功能分解形态构想和功能求解方案组成方案评价和选择新颖性、先进性实用性设计经验、资料积累、创新能力专业知识、情报资料相容条件、连接条件等形态学矩阵列表12345F1F11F12F13F2F21F22F23F24F25F3F31F32F33F34功能载体分功能理论上组合出的的方案数为：N=3×5×4＝602.

7、2机电一体化系统的设计过程结构方案设计是原理设计方案的结构化，而且实现结构的优化和创新。主要包括两个方面：机械结构重点考虑和设计电气结构主要是选型，考虑安装问题一、结构方案设计的工作任务、内容及步骤1、任务：将原理方案结构化，确定机器(或系统)各个零部件的材料、形状、尺寸、加工和装配等；2、内容：设计零部件形状、数量、相互空间位置，选择材料、确定尺寸，进行各种计算校核，按比例绘制结构方案总图，在计算时，采用优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计等多种现代化设计方法。3、步骤(如图示)：设计任务对结构设计的要求主功能载体初步结构设计辅助功能载体初步结构设计检查主辅功能

8、结构影响及