第二章第二章 机电一体化产品设计机电一体化产品设计的基本原理及方法的基本原理及方法本章的学习内容：2.1 设计依据和评价准则 2.2 机电一体化系统的设计思想与方法2.3 设计过程2.4 机电一体化控制系统设计2.1 设计依据与评价标准评价与标准性能指标社会经济系统功能使用条件一、设计依据二、评价标准机电一体化产品设计的评价标准体现在以下几个方面：1、技术评价指标 如机械系统的传动精度、控制原理、传感器的线性度等。2、性能评价指标 自动化程度、承载能力、可靠性等。3、经济性评价指标 如制造的难易程度、性价比等。4、社会性评价指标 如资源的利用、环保？2.2机电一体化系统的设计思想与方法一、机和电融合的设计思想1、替代机械系统2、简化机械系统3、增强机械系统 4、综合机械系统二、系统的设计思想二、系统的设计思想 将机电一体化产品看成是一个完整的系统。从系统论的观点出发，分析各个部分的相互联系及整个与界的关系。机电一体化系统（1）并行设计（2） 按系统工程的理论和方法去分析处理问题 （3）多学科交叉进行设计（4） 掌握有关各领域信息资料（5） 以达到客户满意的设计目标和评价标准为系统设计的最终目的三、注重创新的设计思想1、工作原理的创新2、技术方案的创新3、结构的创新4、用材和制造工艺上的创新5、控制方面的创新6、驱动和传动方面的创新7、其它方面的创新2.3 设计过程市场调研概念设计编制设计任务书功能原理方案设计结构设计和参数核算方案设计评估与优化完成全部设计文件设计流程一、市场调研1.消费者的潜在需要2. 用户对现有产品的反映 3. 产品市场寿命周期产生的阶段要求 4.竞争对手的技术挑战5. 技术发展的推动 6. 社会的需要 二、概念设计1）创新性2）工艺可实现性3）多样性4）层次性5）避免不良结构性6）反复迭代性概念设计三、编制设计任务书1）产品名称2）产品用途3）主要技术规格4）技术性能指标5）其它四、功能原理方案设计1、功能分解功能必要功能非必要功能基本功能附加功能2、寻找功能元黑箱法或功能树法例如：用黑箱法例如：用黑箱法进行露天矿开采挖掘机的方案设计露天矿开采挖掘机的方案设计 用功能树法用功能树法进行露天矿开采挖掘机的方案设计露天矿开采挖掘机的方案设计总功能分功能1功能元1功能元n分功能n功能元1功能元n总功能（挖煤、运煤）驱动功能能量转换能量传递与分配执行功能铲 入提升回转铲斗推压行走功能（整台机器的移动）控制功能启动、停止（制动）其他仪表显示辅助功能支承和联接 照 明变 速3、功能元组合相容矩阵法组合方案数组合方案数=3=33 3 2 2 3 3 1 1 4 4 4 4 3 3 4=10368 4=10368若方案为：（若方案为：（A1+B1+C2+D2+E1+F1+G2+H2+I1A1+B1+C2+D2+E1+F1+G2+H2+I1） 履带式正铲机械挖掘机履带式正铲机械挖掘机若方案为：（若方案为：（A3+B1+C1+D2+E1+F2+G3+H1+I2A3+B1+C1+D2+E1+F2+G3+H1+I2） 轮胎式正铲液压挖掘机轮胎式正铲液压挖掘机五、方案设计评估与优化选择表法例：例： 瓶盖整列装置设计瓶盖整列装置设计结果表明，方案为教理想的方案六、结构设计和参数核算1）确定主要功能载体的结构2）确定辅助功能载体的结构3）检查主辅功能载体的相互影响及配合性4）对设计的进一步完善1、结构设计的步骤2、结构设计中的相关原理1）任务分配原理任务分配原理 2）稳定性原理）稳定性原理 3）力传递原理）力传递原理4）等强度原理）等强度原理5）自补偿原理）自补偿原理 自动补偿的应用形式自增强自平衡自保护6）力平衡原则）力平衡原则7）结构设计变元原理）结构设计变元原理利用变性原理和组合原理对机械结构变元进行组合，从而产生一种新结构的方法。七、完成全部设计文件1）产品的全部图样2）产品零件明细表3）产品使用说明书、维护说明书、检验标准、检验方法2.4 机电一体化控制系统设计一、控制系统设计内容和步骤1、确定系统的总体方案2、建立数学模型并确定控制算法3、控制系统的总体设计4、控制系统的软、硬件设计5、系统调试二、控制器的选型1、单片机 80年代流行，没有自开发能力，需要专用的仿真开发系统对其进行开发，可靠性和可维护性差，价格便宜，目前主要用于仪表行业。2、工控机 抗干扰能力强，可靠性高、不需要自行开发硬件、软件可根据接口模板提供的示范程序用高级语言开发，控制系统体积大、成本较高、适合于需进行大量数据运算、可靠性高的大型工业测控系统。3、工控机可编程控制器 抗干扰能力强、可靠性高、体积小、运行可靠、可扩展性可维护性好，操作简便、价格较贵。