第4章机电一体化设计基本原理及方法.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,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,（二）方案设计方法,1.,黑箱法,黑箱法是利用对未知系统的外部观测，分析该系统与环境的输入输出，通过输入和输出的转换关系确定系统的功能、特性所需具备的工作原理和内部结构。即从功能出发设计产品。,机电一体化,二、相关知识,（二）方案设计方法,1.,黑箱法,图,2-8,金属切割机床黑箱示意图,7,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,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,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,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，,p,1,为液压力，,p,2,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,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急剧，,A,处产生应力集中；（,b,）所示的力流方向变化平缓，应力集中较小。,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急剧，,A,处产生应力集中；（,b,）所示的力流方向变化平缓，应力集中较小。,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,4,变形协调原理,在外载荷作用下，两个相邻零件的连接处，由于各自受力与变形不同，两零件间产生相对变形将引起力流密度不同形成应力集中。所谓变形协调，就是使相邻零件在外载荷作用下下的变形方向相同，并尽可能减小相对变形。图,2-17,（,a,）为两板受拉；图,2-17,（,b,）为一板受拉，另一板受压，相对变形较大，变形不协调，应力分布不均匀；,2-17,（,c,）为改进设计，两板改为板厚呈线性变化的斜接口，两板相对变形几乎等于零，应力分布非常均匀。,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,4,变形协调原理,图,2-17,两焊接板的变形及应力分布,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,6,稳定性原理,结构的稳定性是指倾翻力被恢复力平衡，系统处于稳定状态。在图,2-19,中，图,2-19,（,a,）所示的活塞易偏斜，是不稳定的结构；图,2-19,（,b,）所示的气缸压力能使活塞有恢复到垂直位置的倾向，达到稳定的工作状态；图,2-19,（,c,）所示的气缸压力达到活塞的下端，活塞不易倾斜；图,2-19,（,d,）所示的活塞铰接点达到上端，活塞同样不易倾斜。,图,2-19,保持活塞稳定的结构,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,7,降低噪声原理,噪声对人是有害的，根据,JB3774,1,1984,工程机械噪声限值标准规定，操作人员位置处的噪声不得大于,90dB,。机械噪声是由固体振动产生的，因此减小振动是降低噪声的有效手段，如图,2-20,所示为综合控制噪声的措施。,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,7,降低噪声原理,图,2-20,综合控制噪声的措施,机电一体化,二、相关知识,（四）结构设计方法,1.,类比设计方法,图,2-21,所示为改变阀芯表面的形状而得到不同结构的阀门；,2-21,（,a,）所示为锥形阀，,2-21,（,b,）所示为球形阀，功能基本相同，但因阀体的工作表面形状不同，流体进入阀腔内流场不同，引起的温升和能量损失也不同，图,2-21,（,b,）所示的结构性能优于,2-21,（,a,）的。,图,2-21,不同阀芯的阀门,机电一体化,二、相关知识,（四）结构设计方法,1.,类比设计方法,图,2-21,所示为改变阀芯表面的形状而得到不同结构的阀门；,2-21,（,a,）所示为锥形阀，,2-21,（,b,）所示为球形阀，功能基本相同，但因阀体的工作表面形状不同，流体进入阀腔内流场不同，引起的温升和能量损失也不同，图,2-21,（,b,）所示的结构性能优于,2-21,（,a,）的。,2.,计算设计方法,计算设计方法就是利用数学公式及经验公式进行结构尺寸的计算。,图,2-21,不同阀芯的阀门,