机电装备设计(1)-02.ppt

奔驰 汽车博物馆的车间模型 带传动 架空天轴 车床 砂轮机 锯床 铣床 直流发电机 电动机组 将动力分配到不同设备 20世纪50年代的机床 1 普通车床 回转体加工 螺纹加工 主轴齿轮变速箱 进给齿轮变速箱 溜板箱 刀架 主轴 尾架 20世纪50年代的机床 2 万能升降台铣床 平面加工 成形加工 摇臂钻床 钻孔 铰孔和攻螺纹 牛头刨床 平面加工 沟槽加工 外圆磨床 高精度圆柱表面加工 多轴加工专用组合机床 工件 C6132车床主轴箱体 16根主轴从两面同时加工2个零件 进给驱动采用电气液压控制 我国第一台组合机床UT 001大连机床厂1957年为济南第一机床厂制造 多主轴加工 效率显著提高 机械 电气 液压综合自动化 组成自动生产线的基本单元 90年代的数控机床 数控车床 卧式加工中心刀具自动交换托板自动交换 电火化加工机床 激光切割机床 工业机器人 特种机器人 特种机器人 特种机器人 特种机器人 注塑成型机 液压机 冲床 瓶奶灌装流水线 20世纪70年代以来 微型计算机和微电子技术应用到机械工业中 使机械工业突飞猛进发展 微电子技术控制的机械 仪器和军械装备 柔性制造线FML FMS和自动化制造系统等 大幅度提高了产品质量和劳动生产率 适应了市场对产品多样化的要求 丰富了人类的物质文明 当今 机械装备的面貌已经焕然一新 成为机与电高度融合的整体 不仅成为人类体力的延伸 而且成为人类智力的延伸 1 1 2本课程研究对象定义 机电一体化装备简称机电装备 是指将机械系统 液压 气动系统 检测部件 微电子自动控制系统和驱动装置以及信息处理技术按系统工程和整体优化的方法组成满足特定功能要求的有机整体 特点 机电装备的结构明显区别于传统的机械装备 传感器和微电子控制系统成为现代机电装备重要组成部分 机构学和微电子学有机融为一体 Mechatronics 1 1 3机电装备组成 由四个部分组成 1机械系统是机电装备中的传动机构和工作执行机构 要求 重量轻 体积小 精度高 刚度大 摩擦 磨损小及动态性能好 研究热点 机械零部件静动态刚度和热变形的研究 提高关键零部件的精度 精密滚动导轨 精密滚珠丝杆 高精度主轴轴承和高精度齿轮 超精加工和精密测量技术的研究 零部件的模块化和标准化等 2驱动系统既是动力源 同时还接收控制信息 以实现转向 转速 位移的可控 分类 各种电动 气动 液压等直接执行装置 机电装备中 步进电动机 伺服电动机 液压马达和气马达等执行元件的精度 可靠性要求更高 响应速度更快 研究的问题 提高机电转换件的精度 可靠性和快速响应性 提高直流伺服电动机的分辨率和灵敏性 变频调速 电子逆变和矢量变换等技术的研究 高性能直线电动机的研制 3传感与检测部件安装在机械的各敏感部位 实时采集温度 速度 力 振动 声学与光学信号 及时反馈给控制系统 实现对机械工作的实时控制以及对工作状态的监控 研究的问题有 提高各种敏感材料和元件的灵敏度和可靠性 改进传感器结构 开发温度与湿度 视觉与触觉功能兼备的复合传感器 研究具有自诊断与自动补偿功能的智能传感器 4自动控制与信息处理系统通过该部分传递信息流 进行决策 保证全系统的协调工作 包括 高精度定位控制 速度控制 力控制 自适应控制及自诊断 仿真 校正 补偿 再现检索等 经典控制理论和现代控制理论是自动控制的理论基础 微电子技术的发展为控制理论的应用和实施提供了条件 研究的问题有 自适应控制研究 柔性自动化仿真技术的研究 自诊断监控技术及容错技术的研究 智能控制系统研究 机械智能化是当今机电装备发展的重要趋势 1 1 4机电装备的分类 包括 加工机电装备 包装机电装备 仓储输送机电装备 工业机器人 自动导引车系统 AGVS 塑料成形机电装备 皮革机电装备 纺织机电装备等 1 2设计类型 机电装备设计可分为 创新设计 变型设计和组合设计等类型 创新设计 依据市场需求发展预测 在无样机可供参考的条件下 根据对新产品预期的功能要求和性能指标 发挥设计者的创造力 利用已有技术成果进行创新构思 设计出具有新颖性 创造性及实用性的机电装备的一种实践活动 包含两部分 改进完善现有机电装备功能 技术性能 经济性和适用性等 创造设计出新机器 新产品 以满足新的生产需要 机电装备创新 Innovation 设计建立在现代机械设计理论 机电一体化系统理论 微电子技术 自动控制理论和信息技术基础上 并吸收认知哲学 思维科学 设计方法学 发明学和创造学等相关学科有益的设计思想与方法 经过交叉而成的一种设计技术和方法 设计是人类改造自然的创造性劳动 设计的本质就是创新 设计是一种从构思到实现的过程 人类的一切物质文明都是设计的产物 当今世界 产品竞争日益激烈 而产品竞争说到底是设计水平和制造能力的竞争 无怪乎有人惊叹 21世纪将是设计的世纪 机械设计可分为产品规划 原理方案设计 也称概念设计 详细设计和改进设计四个阶段 传统设计 原理方案设计多采用直觉法 类比法 试凑法或试验纠错法来进行 详细设计 通常用工程图学 机械零件 机械原理 理论力学 材料力学 电子 电工等的基础知识 完成产品的设计 计算 画出零件图 部件装配图和总装图 亦称常规设计 通常是以古典力学为基础 大量采用经验数据或半经验性的设计方法 按常规 传统的设计方法 一项成功的设计往往要经历漫长的时间 花费较多的代价 设计效率低 产品的性能主要取决于设计人员的经验 素质等因素 设计质量和水平难以控制 1 3创新设计方法 机械创新设计和传统设计遵循同样的设计过程 但绝不是重复和模仿 要求设计者敢于怀疑 有所突破 充分发挥设计者的创造力和想象力 充分利用已有科学技术的理论 原理 方法 技术进行创新构思 追求新奇 新颖 独特和非重复性的创造成果 在总体方案设计中要充分发挥设计者的主导性和创造性作用 使产品具有更强的竞争力 机械创新设计要解决的核心问题 探讨机械产品创造发明的机理 模式 过程及方法 并尽量将其程式化 定量化 乃至符号化 算法化 提高设计的可操作性 结合各种先进的分析和综合手段 提高设计效率和质量 机械创新设计类型有三种 并发设计变异设计反求设计 并发设计 从提出方案到完成设计全过程都是全新的 探索性的创新设计 变异设计 在已有产品的基础上针对原有设计的缺点或不足 或针对新提出的要求 从工作原理 机构 结构 参数 尺寸等内容进行变化 开发适应新要求的新产品的创新设计 反求设计 在消化 吸收了先进产品的关键技术基础上开发同类型新产品的创新设计 无论哪种设计 创新都要求设计者在设计的每个环节上突破常规惯例 追求与人不同的方案 提出新原理 新方法 新机构 新材料等 在求异中寻求创新 将设计者的智慧具体物化在每个设计过程中 1 3 1创造原理 创新过程中采用的具体方法 创新技法 有数百种 最常用的方法也有数十种 但这些方法从理论上均源于一定的创造原理 即 任何创造技法的产生均有一定的创造理论基础 而创造理论与实践结合产生出来的可操作的程式 步骤和方法 创新技法 创造原理是指导人们开展创新实践活动的重要理论基础 也是指导人们创造新技法的基本理论基础 创造原理有以下几种 1 组合原理组合现象十分普通和复杂 如组合机构 组合机床 生活个如组合音响 组合家具等 将各种技术专长的人组合在一起共同发挥作用 形成企业 公司 能产生新技术 新产品 将几片透镜组合在一起可组成望远镜 显微镜 将碳原子以不向的晶格形式进行组合可形成金刚石或石墨 阿波罗 宇宙飞船没有任何一项技术是有新突破的技术 都是现有技术精确无误的组合结果 组合方式分为几种类型 同类组合指两个或两个以上相同或相似事物的组合 例如 双人自行车 捆绑式火箭也是同类事物的组合 多根锯条并排在一起作为锉刀 用芦苇杆捆扎做成小舟等都是同类组合在生活中的创造发明 异类组合指两种或两种以上不同类事物的组合 如带万年日历的电话 带游戏机的手机 汽车可看成是发动机 离合器和传动装置等各种不同机件的组合 航天飞机可看成是飞机与火箭的组合 附加组合指在原有事物中补充加入新内容的组合 例如现代汽车的发展并是经过不断的完善 逐步附加雨刮器 转弯灯 后视镜 收音机 电视机 空调 电话而变得越来越现代化的 重组组合指将一个事物在不同层次上分解后 将分解的结果按新方式重新聚合的组合 如美国飞机设计师卡里格 卡图根据空气动力学原理对飞机进行重新组合设计 将螺旋桨放在机尾 而将稳定翼放在机首 重组后的飞机具有更加合理的流线型机身 提高了它行速度 排除了失速和旋冲的可能性 大大提高了飞行的安全性 战国时代田忌赛马的故事是一个利用重组组合取胜的经典例子 综合组合综合是一种分析 归纳的创造性过程 综合组合不是简单的叠加 而是在将研究对象进行分析的基础上 有选