机电一体化系统方案设计

1,第九章机电一体化系统方案设计,1概述2机电一体化系统原理方案设计3机电一体化系统结构方案设计4机电一体化系统总体布局设计5拟定系统总体方案的一般步骤,第九章机电一体化系统方案设计,2,一、两个概念(或称思想),1.整体大于部分的和,1概述,各单元的功能,相互叠加,相互补充,相互辅助,相互促进,相互提高,第九章机电一体化系统方案设计,3,一、两个概念(或称思想),2.系统综合,1概述,所谓系统的综合，就是根据分析与评价的结果确定系统的构成和动作方式，作出系统的设计。在实际设计中，分析综合（设计）评价分析，过程是不断反复进行，以做出最优化的设计。,4,二、机电一体化系统设计的评价,1.评价和分析的内容,1概述,1）工效实用性，2）系统可靠性，3）运行稳定性，4）操作宜人性，5）人机安全性，6）环境完善性，7）技术经济性，8）结构工艺性，9）造型艺术性，10）成果规范性,第九章机电一体化系统方案设计,5,1.评价和分析的内容,实现机电一体化的目的是提高系统的附加值，所以附加值就成为系统的综合评价指标。,第九章机电一体化系统方案设计,6,2.系统的内部功能和价值的评价,第九章机电一体化系统方案设计,7,1.技术经济分析,6.维修性分析,7.安全性分析,5.操作性分析,4.系统匹配性分析,2.可靠性分析,3.柔性、功能扩展及再组合性分析,三、机电一体化系统设计的评价方法,1概述,在上述的评价分析的内容中，一些重要的评价指标必须建立和运用量化的分析方法。,第九章机电一体化系统方案设计,8,四、拟订机电一体化系统设计方案的常用方法,1.机电互补法（也称取代法）,1概述,就是用电气控制取代原系统中机械控制机构。这种方法是改造旧产品、开发新产品或对原系统进行技术改造常用的方法。例如：,电气调速控制机械式变速机构,PLC机械凸轮控制机构,PLC继电器,新（电控）旧（机械）,9,四、拟订机电一体化系统设计方案的常用方法,1.机电互补法（也称取代法）,1概述,单轴自动车,10,四、拟订机电一体化系统设计方案的常用方法,1.机电互补法（也称取代法）,1概述,11,四、拟订机电一体化系统设计方案的常用方法,1.机电互补法（也称取代法）,1概述,12,四、拟订机电一体化系统设计方案的常用方法,1概述,电梯运行控制举例,13,四、拟订机电一体化系统设计方案的常用方法,1.机电互补法（也称取代法）,1概述,电梯运行控制举例,第九章机电一体化系统方案设计,14,三、拟订机电一体化系统设计方案的常用方法,1概述,对原设计改进后，可以大大简化机械结构，而且提高了系统的性能。,缺点是跳不出原系统的框架，不利于开拓思路，尤其在开发全新产品时更有局限性。,1.机电互补法（也称取代法）,第九章机电一体化系统方案设计,15,三、拟订机电一体化系统设计方案的常用方法,1概述,2.整体法,主要用于新产品、新系统开发设计。,在设计时完全从系统的整体目标考虑各子系统的设计。其接口很简单，甚至互融于一体。,例如，某些车床的主轴就是将电动机转子与主轴合为一体；,又如，直线式伺服电动机的定子绕组埋在机床导轨中；,电动机与传感器做成一体。,第九章机电一体化系统方案设计,16,三、拟订机电一体化系统设计方案的常用方法,1概述,3.组合法,就是选用各种标准功能模块组合设计成机电一体化系统。,例如，设计一台数控机床，可以从系统整体的角度选择工业系列产品：,诸如，数控单元、伺服传动单元、位置传感检测单元、主轴调速单元，以及各种机械标准件或单元等。,17,采用组合法开发设计机电一体化系统（产品），具有设计、研制周期短，质量可靠，节约工装设备费用，有利于生产管理、使用和维修。,3.组合法,就是选用各种标准功能模块组合设计成机电一体化系统。,例如，设计一台数控机床，可以从系统整体的角度选择工业系列产品：,诸如，数控单元、伺服传动单元、位置传感检测单元、主轴调速单元，以及各种机械标准件或单元等。,三、拟订机电一体化系统设计方案的常用方法,第九章机电一体化系统方案设计,18,四、机电一体化系统（产品）设计的类型,1.开发性设计,1概述,在没有参考样板的情况下进行设计，根据抽象的设计原理和要求，设计出质量和性能方面满足目的要求的系统。,如最初的录象机、电视机的设计，剥线机设计等。,第九章机电一体化系统方案设计,19,四、机电一体化系统（产品）设计的类型,2.适应性设计,1概述,在原理方案基本保持不变的情况下，对现有系统功能及结构进行重新设计，以提高系统的性能和质量。,如电子式照相机采用电子快门、自动暴光代替手动调整，使其小型化、智能化；发动机的电子点火；普通机床改加数控装置等。,20,高压共轨柴油发动机,第九章机电一体化系统方案设计,21,四、机电一体化系统（产品）设计的类型,3.变参数设计,1概述,在设计方案和结构不变的情况下，仅改变部分结构尺寸，使之适应于量的方面有所变更的要求。,如由于传递扭矩或传动比发生变化而需重新设计传动系统和结构尺寸的设计，开发系列化产品。,第九章机电一体化系统方案设计,22,2机电一体化系统原理方案设计,系统的原理方案设计是整个机电一体化系统设计的关键，是具有战略性和方向性的设计工作。,系统化的原理设计方法是从系统的功能出发，通过技术过程的分析，确定技术系统（装置）的效应，然后寻找解决的途径。,这种方法主要是把复杂的设计要求通过功能关系的分析，抽象为简单的模式，以便寻找能满足设计对象主要功能关系的原理方案。,第九章机电一体化系统方案设计,23,一、设计任务的抽象化,2机电一体化系统原理方案设计,通常同一个设计任务可有很多设计方案，而且差别很大。如果设计人员简单的根据设计任务，凭自己的经验先作出几个总体方案，从中选择一个进行具体的设计。这样就很难断定所选方案是否最佳。,由于设计人员的知识和经验都有一定的局限性，很容易在原理方案构思之前就形成了某种框框。因而妨碍了思维，束博了创造力。,第九章机电一体化系统方案设计,24,一、设计任务的抽象化,2机电一体化系统原理方案设计,所谓设计任务的抽象化，目的是使设计人员暂时抛弃那些偶然情况和细节问题，突出基本的、必要的要求，以便抓住问题的核心，放开视野，寻求更为理想的设计方案。,黑箱（blackbox）,即把所要设计的机电一体化系统看作是个黑箱，仅按功能来分析设计,系统的输入输出量及外界环境的关系。,第九章机电一体化系统方案设计,25,一、设计任务的抽象化,2机电一体化系统原理方案设计,其中：物料如固体、液体、气体、金属、非金属等。,能量如机械能、电能、化学能、热能原子能等。,信号如测量值、数据、指示值、波形等。,第九章机电一体化系统方案设计,26,一、设计任务的抽象化,2机电一体化系统原理方案设计,上述物料、能量、信号三个流都有量和质的差异。如数目、体积、性能、消耗量、功率以及允许偏差、质量等级、效率等方面的差异。但在“黑箱”法分析中，只对三个流进行定性描述，以使问题简化，便于构思原理方案。,分析和比较系统的输入和输出的物料流、能量流和信息流的差别和关系，探求系统的机理和结构，逐步使“黑箱”透明，直至方案拟定。,第九章机电一体化系统方案设计,27,一、设计任务的抽象化,2机电一体化系统原理方案设计,下面是计算机数控三坐标测量中心的总功能“黑箱”示意图。,第九章机电一体化系统方案设计,28,第九章机电一体化系统方案设计,29,二、功能系统图分析,2机电一体化系统原理方案设计,对“黑箱”的输入、输出三种流进行分析，可以求解系统的总功能，但系统设计的最终目的是要实现总功能。要求确定实现总功能的原理方案，以便进行具体设计。,通常所设计的机电一体化系统都比较复杂，难以直接求解满足总功能的系统方案。,第九章机电一体化系统方案设计,30,二、功能系统图分析,2机电一体化系统原理方案设计,因此，需对总功能按系统分析的方法进行功能分解，建立功能系统图。,从功能系统图中可以清晰反映各功能元、分功能与总功能之间的关系。,再通过对各功能元的求解的有机组合求出系统的原理方案。,功能元将总功能分解成复杂程度较低的分功能，如有些功能还太复杂，可以进一步分解，直到最后的基本功能单元，被称为功能元。,第九章机电一体化系统方案设计,31,二、功能系统图分析,2机电一体化系统原理方案设计,1.功能系统图,末端是功能元，前级功能是后级功能的目的功能；后级功能是前级功能的手段功能。,第九章机电一体化系统方案设计,32,二、功能系统图分析,2机电一体化系统原理方案设计,2.功能元,物理功能元,逻辑功能元,数学功能元,3.功能元实施原理方案的选择,技术效应,物理效应,第九章机电一体化系统方案设计,33,三、选择系统原理方案,2机电一体化系统原理方案设计,功能元,功能元解,在完成功能系统图之后，就要确定各功能元的解。,各功能元形态学矩阵：,第九章机电一体化系统方案设计,34,三、选择系统原理方案,2机电一体化系统原理方案设计,分功能,分功能解,某CNC机床的某层形态学矩阵：,第九章机电一体化系统方案设计,35,一、功能元的解分类,3机电一体化系统结构方案设计,1.机械类的物理效应,2.电气类的物理效应,如机械传动系统、导向系统、主轴组件等。,如控制电路、控制电机、检测传感器等。,结构方案设计的目的不仅是将原理方案结构化，而且要实现结构的优化和创新。因此，在结构方案设计时，应遵循普遍适应的原则和原理，以较少的工作量找出最佳的结构方案。,第九章机电一体化系统方案设计,36,3机电一体化系统结构方案设计,二、结构方案设计的一般原则和原理,1.运动学设计原则（六点定位原则）,根据物体需要实现的运动方式，按式S=6q式中，S-自由度，q-约束，,确定施加的约束数。,37,限制3个自由度,限制5个自由度,限制6个自由度,二、结构方案设计的一般原则和原理,38,1.运动学设计原则（六点定位原则）,限制2个自由度,限制4个自由度,限制5个自由度,二、结构方案设计的一般原则和原理,39,1.运动学设计原则（六点定位原则）,二、结构方案设计的一般原则和原理,第九章机电一体化系统方案设计,40,3机电一体化系统结构方案设计,二、结构方案设计的一般原则和原理,1.运动学设计原则（六点定位原则）,注意：对约束的布置不是任意的：,一个平面最多布置三个约束；一条直线最多布置两个约束；约束应是点接触，且在同一平面（或直线）上的约束点应尽量离的远些；限制自由度的方向应垂直于被约束的平面。,第九章机电一体化系统方案设计,41,3机电一体化系统结构方案设计,二、结构方案设计的一般原则和原理,2.基面合一原则（基准重合原则）,就是应使定位基准面尽量与设计基准面和加工基准面重合，以减少由于基准不一致引起的误差。,3.短传动链原则,机电一体化结构设计时，可以尽量使驱动系统的自动变速范围宽，且运动形式与执行机构形式一致。,42,3.短传动链原则,机电一体化结构设计时，可以尽量使驱动系统的自动变速范围宽，且运动形式与执行机构形式一致。,这样可以用最短的传动链，实现执行机构的运动要求。,这是机电一体化系统设计与一般机械系统设计的重要不同之处。,在总体结构设计时，传动链越简单越好，这样它的性能稳定性越好，精度越高。,二、结构方案设计的一般原则和原理,3机电一体化系统结构方案设计,43,3.短传动链原则,下面列出系统的不同结构设计方案：,传统机械系统中直线进给传动链的环节较多，有多级齿轮变速的变速箱，有运动转换装置。,二、结构方案设计的一般原则和原理,一般电机,变速箱,运动装置,执行机构,手动变速,旋转直线,3机电一体化系统结构方案设计,44,3.短传动链原则,下面列出系统的不同结构设计方案：,简易数控的传动链，变速箱改为单级齿轮传动，其目的主要是为了使工作台最小移动量与电机最小转角相适应。传动链明显缩短。,二、结构方案设计的一般原则和原理,步进电机,变速箱,运动装置,执行机构,多数为单级变速,旋转直线丝杠螺母,3机电一体化系统结构方案设计,45,3.短传动链原则,下面列出系统的不同结构设计方案：,传动链中无齿轮传动，而是电机直接通过运动转换装置，直接驱动工作台。,二、结构方案设计的一般原则和原理,高分辨率功率控制电机,运动装置,执行机构,旋转直线丝杠螺母,3机电一体化系统结构方案设计,3.短传动链原则,下面列出系统的不同结构设计方案：,没有传动链，直线电机与移动机构合成一体。,二、结构方案设计的一般原则和原理,直线变速电机与执行机构一体化装置,直线电机直接驱动执行机构直线移动，传动链最短。,直线变速电机,执行机构,46,3机电一体化系统结构方案设计,3.短传动链原则,下面列出系统的不同结构设计方案：,47,二、结构方案设计的一般原则和原理,第九章机电一体化系统方案设计,48,3机电一体化系统结构方案设计,二、结构方案设计的一般原则和原理,4.“三化”原则,指产品的系列化、通用化和标准化。这是一项重要的技术经济政策，对国家、用户和企业均有利。,在产品设计中采用标准化和通用化原则，可以保证零部件的互换性，实现工艺过程典型化，产量增大，有效的缩短制造周期，降低制造、使用和维修成本。,第九章机电一体化系统方案设计,49,3机电一体化系统结构方案设计,二、结构方案设计的一般原则和原理,5.阿贝（Abbe）原则,1890年德国人阿贝对量仪设计提出了一个重要的指导性原则：若使量仪给出正确的测量结果，必须将仪器的读数线尺安装在被测尺寸的延长线上。,在精密机械和量仪设计时，应尽量遵循这一原则。,第九章机电一体化系统方案设计,50,3机电一体化系统结构方案设计,二、结构方案设计的一般原则和原理,4.1mm,游标卡尺,5.阿贝（Abbe）原则,第九章机电一体化系统方案设计,51,3机电一体化系统结构方案设计,二、结构方案设计的一般原则和原理,L=h,5.阿贝（Abbe）原则,第九章机电一体化系统方案设计,52,3机电一体化系统结构方案设计,二、结构方案设计的一般原则和原理,5.阿贝（Abbe）原则,第九章机电一体化系统方案设计,53,3机电一体化系统结构方案设计,二、结构方案设计的一般原则和原理,5.阿贝（Abbe）原则,第九章机电一体化系统方案设计,54,3机电一体化系统结构方案设计,二、结构方案设计的一般原则和原理,1.运动学设计原则（六点定位原则）,2.基面合一原则（基准重合原则）,3.短传动链原则,4.“三化”原则,5.阿贝（Abbe）原则,各类金属切削机床,第九章机电一体化系统方案设计,56,三、结构方案设计的一般步骤,3机电一体化系统结构方案设计,原理方案构思主要靠创造性思维和系统化方法。而由于结构方案设计的复杂性和具体性，则要求除了创新思维外，更多需要进行紧密联系实际的综合分析和校核工作。,其主要特点：工艺及经济观念占主导地位；结构方案可行性的审核；贯彻始终，要不断地进行功能、制造、装配可能性，使用性能，制造成本等方面的审核。,第九章机电一体化系统方案设计,57,三、结构方案设计的一般步骤,3机电一体化系统结构方案设计,1.初步设计,2.详细设计,3.结构方案的完善与审核,第九章机电一体化系统方案设计,58,一、人机系统设计,4机电一体化系统总体布局设计,人机系统设计是总体设计的重要部分之一，它是把人看成系统中的组成要素，以人为主体来详细分析人和机器系统的关系。,其目的是提高人机系统的整体效能，使人能够舒适、安全、高效地工作。,59,一、人机系统设计,1.人机系统设计的基本要求,人机系统设计应与人体的技能特性和人的生理、心理特性相适应，具体要求如下：,总体操作布置与人体尺寸相适应；,显示清晰，易于观察，便于监控；,4机电一体化系统总体布局设计,60,一、人机系统设计,1.人机系统设计的基本要求,4机电一体化系统总体布局设计,座椅可调节,视角宽敞,驾驶室内操作舒适,61,一、人机系统设计,1.人机系统设计的基本要求,人机系统设计应与人体的技能特性和人的生理、心理特性相适应，具体要求如下：,总体操作布置与人体尺寸相适应；,显示清晰，易于观察，便于监控；,操纵方便省力，减轻疲劳；,信息的检测和处理人的感知特性和反应速度相适应；,安全性、舒适性好，使操作者心情舒畅、情绪稳定。,4机电一体化系统总体布局设计,62,4机电一体化系统总体布局设计,63,4机电一体化系统总体布局设计,64,4机电一体化系统总体布局设计,三坐标测量机的机械结构形式,第九章机电一体化系统方案设计,65,龙门式,66,4机电一体化系统总体布局设计,横臂立柱式,67,4机电一体化系统总体布局设计,落地式,68,2.人机系统设计的要点,一、人机系统设计,人机系统设计的核心是：确定最优的人机功能分配。,4机电一体化系统总体布局设计,69,2.人机系统设计的要点,一、人机系统设计,功能分析就是从人和系统各自的特点出发作出各种比较。,4机电一体化系统总体布局设计,70,2.人机系统设计的要点,一、人机系统设计,例如：检测能力操作能力信息处理机能耐久性可靠性效率适应性,4机电一体化系统总体布局设计,71,2.人机系统设计的要点,一、人机系统设计,充分考虑人体的机能特性，如：人体尺寸心理、生理特性人的感知特性人的反应时间作业效率疲劳极限,4机电一体化系统总体布局设计,72,2.人机系统设计的要点,一、人机系统设计,功能分配：要充分发挥人与系统各自的特性进行协调的界面设计，即人机接口设计。,4机电一体化系统总体布局设计,73,2.人机系统设计的要点,一、人机系统设计,人机接口的硬件设计主要是显示装置和控制装置的设计。,显示器设计,人机系统设计所要解决的不是具体的技术问题，而是从适合人的使用角度，向设计人员提供必要的参数和要求。,控制器设计,监控子系统设计,4机电一体化系统总体布局设计,74,2.人机系统设计的要点,一、人机系统设计,显示器设计,在人机系统中的显示器主要有两类：,听觉显示蜂鸣器、铃、喇叭、报警器等,视觉显示影视屏幕、测量仪表、信号灯、标记等,设计信息显示装置时，应按信息的种类和人的视觉、听觉等感知器官的特性来选择设计显示装置的类型。如用于盲人感知的，可选振动、凹凸不平等。,4机电一体化系统总体布局设计,75,2.人机系统设计的要点,一、人机系统设计,利用人本身发出的位移、力、声、热等信息去控制系统工作的装置称为控制器。,控制器设计,根据人体的特性可以设计出手动、脚动控制器，以及声控、人体的光电控制等各种控制器。,控制器设计的核心思想是实现最简单、最方便的操作。,要求所有控制都应适合人体特性、特征的要求。,4机电一体化系统总体布局设计,76,2.人机系统设计的要点,一、人机系统设计,控制器设计,4机电一体化系统总体布局设计,77,2.人机系统设计的要点,一、人机系统设计,控制器设计,应布置在人的肢体活动所能达到的范围内；,控制器的尺度应与人体的尺度相适应；,控制器的用力范围应在人的体力范围之内；,应按人的反应速度确定操纵速度的要求。,所以，控制器设计的基本要求是便于识别、操作简单省力、形状美观、尺度适合等。,4机电一体化系统总体布局设计,78,2.人机系统设计的要点,一、人机系统设计,控制器设计,4机电一体化系统总体布局设计,79,2.人机系统设计的要点,监控子系统设计,监控子系统由显示器、控制器和操作者组成。,应综合考虑人从显示器获取信息和人向控制器输出信息的特性。,监控系统设计时还应注意协调控制量C与显示量D的关系，称C/D为监控比。一般情况下：,监控比小的监控量，适用于粗调，它调节快，但精度低；,监控比大的监控量，适用于精调，容易控制，但调节时间长；,一、人机系统设计,80,一、人机系统设计,81,一、人机系统设计,第九章机电一体化系统方案设计,82,一、人机系统设计,4机电一体化系统总体布局设计,二、艺术造型设计,产品艺术造型设计在机电一体化系统设计中起着很重要的作用。,当产品进入市场后，首先给人的直觉印象就是外观造型，先入为主的用户普遍的心理反映。,1.艺术造型设计的基本要求,2.艺术造型设计的三要素,3.艺术造型设计的基本过程,83,二、艺术造型设计,1.艺术造型设计的基本要求,布置清晰,条理清晰的总体布局是良好艺术造型的基础。,结构紧凑,节约空间的紧凑结构方式有利于良好的艺术造型。,简单,应使可见的、不同功能的部件数减少到最少限度，重要的功能操作部件及显示器布置方式一目了然。,4机电一体化系统总体布局设计,84,1.艺术造型设计的基本要求,统一与变化,整体艺术造型应显示同一成型的风格和外观形象。并有层次鲜明的变化，给人以和谐感。,功能合理,艺术造型应适合于功能表现，结构形状和尺寸都应有利于功能目标的体现。,体现新材料、新工艺,目的是体现新材料的优异性和新工艺的精湛水平。,二、艺术造型设计,85,二、艺术造型设计,2.艺术造型的三要素,功能基础,功能基础是指系统（产品）特定的技术功能。它是机电一体化系统艺术造型的主要目的，是最基本的使用要求。,物质技术基础,系统的功能是靠物质技术基础来具体体现的。它包括结构、材料、工艺和经济性等。,功能要求主要有功能范围、工作精度、可靠性、有效性、宜人性等,4机电一体化系统总体布局设计,86,结构系统的结构方式是体现其功能的具体手段，是实现功能的核心因素。,系统的高性能、多功能是靠科学的结构方式来实现的。在相同的功能情况下，结构方式的不同会直接影响造型的形态。,材料是造型必不可少的物质前提，是表现功能、体现结构的基本条件。,对不同的材料所采用的加工工艺不同，所形成的结构式样也不相同，造型所消耗的人力、物力都不一样。,最终所表现的形体式样和得到的外观艺术效果都不同。,二、艺术造型设计,87,工艺是实现结构、完成造型的重要手段。,产品艺术造型不是纸上的设计，而要按照造型要求制造出来。这就需要采用相应的加工工艺方法及工艺条件。,经济性在系统设计制造的整个过程中，要求使用尽可能少的人力、物力、财力和时间而获得最大的经济效益。,经济性制约着造型结构方案的选用，加工方法的选择，面饰技术等影响造型的重要因素。,物质技术基础,2.艺术造型的三要素,二、艺术造型设计,88,机电一体化产品艺术造型除造型物及其功能供人们使用外，还要求造型具有审美性，使产品形象能具有优美的形态，给人以美的享受。,物质技术基础,2.艺术造型的三要素,功能基础,美学基础,机电一体化系统艺术造型的三要素是相互影响、相互促进和相互制约的。,二、艺术造型设计,4机电一体化系统总体布局设计,第九章机电一体化系统方案设计,89,功能基础实际上就是体现造型物的实用性,2.艺术造型的三要素,二、艺术造型设计,物质技术基础实际上就是体现造型物的科学性,美学基础实际上就是体现造型物的艺术性,三者之间的作用相辅相成，即构成了造型物的功能特点。,1.艺术造型设计的基本要求,一、人机系统设计,4机电一体化系统总体布局设计,第九章机电一体化系统方案设计,90,2.艺术造型的三要素,二、艺术造型设计,1.艺术造型设计的基本要求,一、人机系统设计,4机电一体化系统总体布局设计,3.艺术造型设计的基本过程,91,3.艺术造型设计的基本过程,二、艺术造型设计,第九章机电一体化系统方案设计,92,二、艺术造型设计,一、人机系统设计,4机电一体化系统总体布局设计,1.布局设计的任务,2.总体布局设计的基本原则,3.系统总体布局的基本类型,4.总体布局示例,三、总体布局设计,93,1.布局设计的任务,三、总体布局设计,确定机电一体化系统各主要部件之间相对位置关系，以及它们之间所需要的相对运动关系。,它是一个带有全局性的设计问题，对产品的制造和使用都有很大影响。,2.总体布局设计的基本原则,功能合理易于实现各分功能和总功能。,无论在系统的内部还是外观上都不应采用不利于功能目标的布局方案。,4机电一体化系统总体布局设计,94,2.总体布局设计的基本原则,结构紧凑内部的结构紧凑要保证便于装配和维护。外观的结构紧凑是艺术造型的良好基础。,层次分明总体结构和所有部件的布置应力求层次分明，一目了然。,比例协调这一原则按艺术造型方法实现。,1.布局设计的任务,三、总体布局设计,4机电一体化系统总体布局设计,95,2.总体布局设计的基本原则,1.布局设计的任务,三、总体布局设计,3.系统总体布局设计的基本类型,在进行机电一体化系统总体布局设计中，可从形状、大小、数量、位置、顺序等五方面进行综合，得出一般布局的类型：,按主要工作机构的空间几何位置，可分平面式、空间式；,按主要工作机构的相对位置，可分前置式、中置式、后置式；,4机电一体化系统总体布局设计,96,4机电一体化系统总体布局设计,97,3.系统总体布局设计的基本类型,按主要工作机构的空间几何位置，可分平面式、空间式；,按主要工作机构的相对位置，可分前置式、中置式、后置式；,按主要工作机构的运动轨迹，可分回转式、直线式；,按主要工作机构的布置方向，可分水平式、直立式、倾斜式；,按机架或机壳的形式，可分整体式、组合式。,三、总体布局设计,第九章机电一体化系统方案设计,98,一、查阅资料、调研、收集用户需求,5拟订系统总体方案的一般步骤,由于机电一体化系统（产品）种类很多，如加工机械、装配机械、检测仪器、测试仪器、包装机械等等。,因此其设计方法、步骤应根据各自功能要求特点进行。这里仅介绍通用化的、一般性的设计步骤，供参考。,设计任何系统，首先要收集相关信息，包括设计需求、背景技术资料等。,第九章机电一体化系统方案设计,99,一、查阅资料、调研、收集用户需求,5拟订系统总体方案的一般步骤,1.所设计系统的工作效率,包括年工作效率、小时工作效率。对于动力传动系统还要了解机械效率方面的要求。,2.所设计系统的主要功能,包括年总功能、实现总功能时分功能的动作顺序，特别是操作人员在总功能实现中所需介入的程度。,第九章机电一体化系统方案设计,100,一、查阅资料、调研、收集用户需求,5拟订系统总体方案的一般步骤,3.所设计系统与其工作环境的界面,主要包括输入、输出界面，装载工件形式，操作者的控制器界面，辅助装置的界面，温度、湿度、灰尘等。以及能源条件（水、气、电）等情况。,上述这些界面中，哪些是由设计人员保证的，哪些是由用户提供的。,101,5拟订系统总体方案的一般步骤,一、查阅资料、调研、收集用户需求,102,5拟订系统总体方案的一般步骤,一、查阅资料、调研、收集用户需求,第九章机电一体化系统方案设计,103,一、查阅资料、调研、收集用户需求,5拟订系统总体方案的一般步骤,4.所设计系统对操作者技术水平的要求,要求操作人员达到什么技术等级，具备哪些基础