機(jī)電一體化總體設(shè)計

機(jī)電一體化總體設(shè)計一、性能指標(biāo)分析

1、黑箱法的基本原理：

將所要實現(xiàn)給定功能的機(jī)電系統(tǒng)看作為一個未知內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)、功能載體的“黑箱”，通過對輸入量和輸出量的分析，逐步把握輸入和輸出的基本特征和轉(zhuǎn)換關(guān)系，尋求能實現(xiàn)這種基本特征和轉(zhuǎn)換關(guān)系的工作原理和功能載體。

物料：固體、液體、氣體等任何物體；

能量：機(jī)械能、電能、熱能、化學(xué)能、光能等；

信息：數(shù)據(jù)、指示值、測量值、掌握信號、波形等。

物料的轉(zhuǎn)換指如何將毛坯、半成品轉(zhuǎn)換成成品；

能量的轉(zhuǎn)換指如何將其它形式的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或機(jī)械能變成其它形式能量；

信息的傳輸或轉(zhuǎn)換指將物理量的測量和顯示、掌握信號的傳遞等。

功能元實施原理方案的選擇

各種功能實施的基礎(chǔ)：以自然科學(xué)原理為基礎(chǔ)的技術(shù)效應(yīng)，例如以物理學(xué)為主要技術(shù)基礎(chǔ)的力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等原理廣泛應(yīng)用于工程技術(shù)的各個領(lǐng)域，即所謂的物理效應(yīng)。

實施的要點：同一種功能可以用不同的技術(shù)效應(yīng)來實現(xiàn)，選出最佳的功能元實施原理方案，有以下途徑可以參考：

參考資料、專利、產(chǎn)品；

利用制造性思維；

利用設(shè)計名目。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計

結(jié)構(gòu)方案設(shè)計是原理設(shè)計方案的結(jié)構(gòu)化，而且實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和創(chuàng)新。主要包括兩個方面：

機(jī)械結(jié)構(gòu)重點考慮和設(shè)計

電氣結(jié)構(gòu)主要是選型，考慮安裝問題

結(jié)構(gòu)方案設(shè)計的工作任務(wù)、內(nèi)容及步驟

（1）、任務(wù)：將原理方案結(jié)構(gòu)化，確定機(jī)器(或系統(tǒng))各個零部件的材料、外形、尺寸、加工和裝配等；

（2）、內(nèi)容：設(shè)計零部件外形、數(shù)量、相互空間位置，選擇材料、確定尺寸，進(jìn)行各種計算校核，按比例繪制結(jié)構(gòu)方案總圖，在計算時，采納優(yōu)化設(shè)計、牢靠性設(shè)計、計算機(jī)幫助設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計方法。

結(jié)構(gòu)方案設(shè)計原理與原則

①、運(yùn)動學(xué)設(shè)計原則

空間物體有六個自由度，自由度S與約束q關(guān)系是：S=6-q

應(yīng)當(dāng)合理施加約束，滿意物體所所需要的運(yùn)動方式。

要求約束：ⅰ、點約束

ⅱ、約束點離開遠(yuǎn)些

ⅲ、自由度限制方向應(yīng)垂直于被約束平面

②、基準(zhǔn)面合一原則

結(jié)構(gòu)設(shè)計盡量滿意：定位基準(zhǔn)面與使用或加工基準(zhǔn)面統(tǒng)一原則，可以減小由于基準(zhǔn)不全都帶來的誤差。

③、傳動鏈最短原則

驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)最短傳動

好處：傳動性能穩(wěn)定性愈好，傳動精度愈高

④、“三化”原則

零件標(biāo)準(zhǔn)化

部件通用化

產(chǎn)品系列化

“三化”原則是國家一項重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，優(yōu)點在于：互換性好；縮短制造周期；維護(hù)便利。

如：課程設(shè)計或畢業(yè)設(shè)計時，設(shè)計的齒輪、滾珠絲杠、液壓缸尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)公稱系列；選用材料牌號、規(guī)格符合國家標(biāo)準(zhǔn)等。

⑤、阿貝原則（提高精度原理）

德國人阿貝1890年提出對精密量儀有指導(dǎo)意義的原則：若使測量儀測量結(jié)果精確?????，必需將測量儀的讀數(shù)線尺安放在被測尺寸的延長線上。緣由是這樣做避開了一階誤差。

此外還有一些原則，如：合力流原則、變形協(xié)調(diào)原則、變形最小原則、平均效應(yīng)原則、穩(wěn)定性原則等。

二、功能及性能指標(biāo)安排

1、性能指標(biāo)影響

（1）性能指標(biāo)對設(shè)計方法的影響

不同的性能指標(biāo)，對產(chǎn)品總體設(shè)計的限定作用也不同。

產(chǎn)品的使用要求包括功能性要求、經(jīng)濟(jì)性要求和平安性要求等，產(chǎn)品的性能指標(biāo)應(yīng)依據(jù)這些要求及生產(chǎn)者的設(shè)計和制造力量、市場需求等來確定。

1)功能性要求產(chǎn)品的功能性要求是要求產(chǎn)品在預(yù)定的壽命期間內(nèi)有效地實現(xiàn)其預(yù)期的全部功能和性能。

2)經(jīng)濟(jì)性要求產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性要求是指用戶對獲得具有所需功能和性能的產(chǎn)品所需付出的費(fèi)用方面的要求。

3)平安性要求平安性要求包括對人身平安的要求和對產(chǎn)品平安的要求。人身平安的要求是指在產(chǎn)品運(yùn)行過程中，不因各種緣由（如誤操作等）而危及操或四周其他人的人身平安。

按設(shè)計要求：特征指標(biāo)、優(yōu)化指標(biāo)、尋常指標(biāo)

（2）性能指標(biāo)對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響

對于初步方案中具有互補(bǔ)性的環(huán)節(jié)，還需要進(jìn)一步確定其詳細(xì)的實現(xiàn)形式。在完成這些工作后，各環(huán)節(jié)才才可采納常規(guī)方法進(jìn)行具體設(shè)計。

2、功能及性能指標(biāo)的安排

（1）功能安排原則：等效性功能

（2）性能指標(biāo)安排

1）列出影響作用范圍

2）變換量綱

3）優(yōu)化處理

三、總體設(shè)計的方法和步驟

機(jī)電系統(tǒng)總體設(shè)計方案的過程

機(jī)電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）（以工作機(jī)為例）的設(shè)計步驟如下：

(1)依據(jù)目的功能確定產(chǎn)品規(guī)格、性能指標(biāo)

工作機(jī)的目的功能是用來轉(zhuǎn)變物質(zhì)的外形、狀態(tài)，位置尺寸或特性，歸根究竟必需實現(xiàn)肯定的運(yùn)動，并供應(yīng)必要的動力。

(2)系統(tǒng)功能部件、功能要素的劃分

工作機(jī)必需具備適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)才能滿意所需性能。要形成詳細(xì)結(jié)構(gòu)，要以各組成要素及要素之間的接口為基礎(chǔ)來劃分功能部件或功能子系統(tǒng)。

(3)接口設(shè)計

接口問題是各組成要素間的匹配問題，有機(jī)械接口、電子硬件接口和軟件接口。

(4)綜合評價（或整機(jī)評價）

對機(jī)電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）的綜合評價主要是對其實現(xiàn)目的功能的性能、結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價。

(5)牢靠性