第4章 节 机电一体化设计基本原理及方法.ppt

项目二 机电一体化的基本原理任务2-2 机电一体化设计基本原理及方法 机电一体化 机电一体化 主要内容 任 务 目 标 1 相 关 知 识 2 做 一 做 3 机电一体化 一、任务目标 素质目标 能力目标 知识目标 掌握机电一体化产品设计过程中，功能原理方案（初步）设计和结构设计（详细设计）相关内容。 能将机电一体化方案设计及结构设计相关知识运用到实际的机电一体化设计中的能力。 1.遵守机电操作规范； 2.积极主动完成工作任务。 3.主动查阅技术资料。 机电一体化 二、相关知识 （一）机电一体化产品功能原理方案设计 产品功能原理方案设计阶段，按照分析、综合、评价决策的顺序，首先根据设计任务提出的参数和要求，确定产品总功能，然后将总功能进行功能分解，寻找实现子功能的方法，并查找能否将一些功能模块进行组合，最后比较各种实现方案，根据实际条件确定最终方案。 机电一体化 二、相关知识 （一）机电一体化产品功能原理方案设计 图2-5 产品功能原理方案设计过程 机电一体化 二、相关知识 （二）方案设计方法 2.列举法 列举法是设计时首先列举现有功能相似的机械，分析其优缺点，列举其不不足之处，然后在继承的基础上创新。 机电一体化 二、相关知识 （二）方案设计方法 3.移植法 移植法是受其他事物的启迪，触发灵感，运用联想将其原理合理应用到当前设计中。如图2-9所示，金属轧制系统设计时采用了移植法，图a为轧钢机原理图，图（b）行星轧辊原理图。 a）轧钢机原理图 （b）行星轧辊原理图 图2-9 移植法示例 机电一体化 二、相关知识 （二）方案设计方法 4.筛选法 筛选法是在设计时将有可能实现该功能要求的工作原理、工艺动作及实现该运动的基本机构和组合机构尽可能按层次罗列出来，进行排列组合，按可行性、先进性、方便性、经济性等原则逐个分析审查，筛选最优方案。 机电一体化 二、相关知识 （三）产品的结构设计 结构设计是功能原理方案设计的实现，要确定产品的总体布局→主要技术参数计算、确定元器件规格、尺寸→零件图、总装图的绘制→技术经济分析 →技术文档的整理等。 机电一体化 二、相关知识 （三）产品的结构设计——步骤 图2-10 结构设计步骤示意图 机电一体化 二、相关知识 （三）产品的结构设计——常用的基本原理 1.任务分配原理 （1）任务分解 将任务分解，由不同的结构实现整体功能。图下图为两种带轮的安装结构，图（a）所示的结构是将弯矩和扭矩同时作用于转轴；图（b）所示的结构将弯矩作用于机架、扭矩作用于转轴。显然，图（b）所示的结构有利于减小轴的尺寸，提高轴的旋转精度。 机电一体化 二、相关知识 （三）产品的结构设计——常用的基本原理 1.任务分配原理 （2）任务合成 将任务合成，由同一结构实现不同的功能。图下图所示的齿式联轴器既实现了转速与转矩的传递，又解决了两端轴线的误差补偿、适应了工作时外载荷引起的轴线变位。 机电一体化 二、相关知识 （三）产品的结构设计——常用的基本原理 2.自补偿原理 （1）自增强 在正常工作状态下，负载效应与初始效应的作用方向相同，总效果变好。图下图所示为自增强作用的密封装置，压力p使锥面圆盘1更紧密地压在密封2上，这就是利用压力p产生了增强密封的效果。 机电一体化 二、相关知识 （三）产品的结构设计——常用的基本原理 2.自补偿原理 （2）自平衡 在正常工作状态下，自平衡是指将工作力对零件的不利影响自我抵消掉。图2-14所示为齿轮泵的径向力平衡问题，在图2-14（a）所示的结构中，p1为液压力，p2为齿轮啮合力，p为主动齿轮轴承和被动齿轮轴承所承受的径向力，轴承上的径向力未实现平衡，加快了轴承的磨损，图2-14所示的结构中，在泵壳或是侧板上开有径向力平衡槽，把高压油引到低压区对应的轴上，把低压油引到高压区对应的轴上，轴承上的径向力得到了平衡，延长了轴承的寿命。 机电一体化 二、相关知识 （三）产品的结构设计——常用的基本原理 2.自补偿原理 （2）自平衡 图2-14 齿轮泵径向力平衡 机电一体化 二、相关知识 （三）产品的结构设计——常用的基本原理 3.力传递原理 机械中的构件与运动副都要承受并传递力，力流路线最短、力流转向平缓是减小体积提高寿命的有效方式。 （1）力流路线最短 如图下图为实现拉力传递的结构设计，图（a）所示结构为力流路线最短、结构尺寸最小；图（b）（c）所示的结构力流路线都长，故尺寸较大。 机电一体化 二、相关知识 （三）产品的结构设计——常用的基本原理 3.力传递原理 （2）力流转向平稳 当结构的断面尺寸突然发生变化时，易引起力流方向的急剧改变，使得力流密度增加，产生引力集中。在结构设计时，应使力流变化方向平缓，以减小应力集中。如图所示为轴毂连接，图（a）所示的力流方向变化