第二章机电系统总体设计.ppt

第二章机电系统总体设计第1页，共20页，星期日，2025年，2月5日2.1系统原理方案设计一、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？第2页，共20页，星期日，2025年，2月5日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：黑箱法的表达第3页，共20页，星期日，2025年，2月5日物料：固体、液体、气体等任何物体；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：第4页，共20页，星期日，2025年，2月5日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:第5页，共20页，星期日，2025年，2月5日冲床（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、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)第6页，共20页，星期日，2025年，2月5日总功能1231.11.21.33.13.21.2.11.2.23.1.13.1.2Ⅰ层Ⅱ层Ⅲ层功能结构示意图第7页，共20页，星期日，2025年，2月5日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、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。第8页，共20页，星期日，2025年，2月5日三、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）第9页，共20页，星期日，2025年，2月5日四、系统原理方案选择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、连接条件等第10页，共20页，星期日，2025年，2月5日形态学矩阵列表12345F1F11F12F13F2F21F22F23F24F25F3F31F32F33F34功能载体分功能理论上组合出的的方案数为：N=3×5×4＝60第11页，共20页，星期日，2025年，2月5日2.2