机电一体化系统总体设计
机电一体化系统总体设计-设计过程示例
P-N5 250t座式焊接变位机 德国诺威尔重型机器制造有限公司
HB-60t型焊接变位机 成都焊研威达自动焊接设备有限公司
两自由度变位机 意大利Innse-Berardi公司
加氢反应器的两自由度变位机 法国Framatome公司
b.概念设计
2）工艺可实现性
概念设计
5）避免不良 结构性
概念设计：通 过构思确定设 计任务和用简 图形式表达的 设计问题的一 个求解轮廓。
启 动 、
变 速
仪 表 显
照 明
其 他
换
递 与 分
铲 斗
推 压
移停
示
动止
）（
配
制
动
）
3、功能元组合——相容矩阵法
方案序号
1
2
分功能
A
推压
齿条
钢丝绳
B
铲斗
正铲斗
反铲斗
C
提升
油缸
绳索
D
回转
内齿轮传动 外齿轮传动
E
能量转换
柴油机
F 能量传递与分配 齿轮箱
油泵
G
制动
带式制动 阐瓦制动
H
变速
液压式
齿轮式
I
行走
θ3
K
F0 2 B
x3 GK α
1
y3
D η
G1：滑块的重力
F2 1 θ 2
x2 G2：引导螺丝的重力
GK：各运动部件的重力
C
θ1
F0 1
y2
G1
F1 2
G2 x0
x1
y0 y1
A
液压缸驱动曲柄摇块机构方案
液压缸驱动曲柄摇块机构方案
机电一体化系统总体设计与实例分析-智能洗衣机
实例运行效果测试与分析
测试目的
对智能洗衣机的各项功能进行测试，验证其性能和可靠性。
测试方法
按照标准操作程序，对洗衣机的各项功能进行测试，记录数据并进行 分析。
测试结果
经过测试，智能洗衣机在各项功能指标上均表现出色，具有高效、稳 定的性能。
结果分析
通过对测试结果的分析，可以得出智能洗衣机在设计和制造过程中充 分考虑了用户需求和使用场景，具有较高的实用性和可靠性。
网络化
通过物联网、云计算等技术， 实现远程监控、故障诊断和协 同作业。
绿色化
注重环保和节能，推广可再生 能源和资源循环利用。
03 智能洗衣机系统设计
智能洗衣机系统概述
智能洗衣机系统是一种集成了机 械、电子、控制和信息技术的自 动化设备，用于完成洗衣、漂洗、
甩干和烘干等任务。
智能洗衣机系统具有自动化、智 能化、高效节能和环保等特点， 能够满足现代家庭和工业生产的
机电一体化系统总体设计与实例分 析-智能洗衣机
目 录
• 引言 • 机电一体化系统概述 • 智能洗衣机系统设计 • 智能洗衣机实例分析 • 结论与展望
01 引言
主题介绍
智能洗衣机
随着科技的发展，智能家电已经成为人们日常生活的重要组成部分。智能洗衣机作为其中的代表，具有自动化、 智能化、高效节能等特点，为人们提供了更加便捷、舒适的洗衣体验。
需要。
智能洗衣机系统的设计需要综合 考虑机械结构、控制系统、人机
交互和可靠性等方面的因素。
智能洗衣机系统硬件设计
电机
传感器
电机是智能洗衣机系统的核心部件，用于 驱动洗衣机的各种运动部件，如波轮、滚 筒等。
传感器用于检测水位、温度、重量等参数 ，并将数据反馈给控制系统，以 结论与展望
机电一体化系统设计报告
机电一体化系统设计报告一、引言二、设计目标本设计的目标是开发一种智能家居系统，实现家庭电器和设备的远程自动化控制。
该系统能够根据用户需求进行智能调整，提高家庭的舒适度和能源利用效率。
三、系统组成1.硬件部分硬件部分主要包括各种传感器、执行器、控制器和通信模块等。
传感器用于感知环境的温度、湿度、光照等参数，执行器用于控制家电设备的开关、调节等动作，控制器用于数据处理和决策，通信模块用于与用户远程交互和传输数据。
2.软件部分软件部分包括嵌入式系统的开发和云端平台的搭建。
嵌入式系统负责实时数据采集、处理和控制执行器，云端平台负责用户界面的设计、数据分析和远程控制指令的传输。
四、系统功能1.环境感知与自动调节系统通过传感器感知室内的温度、湿度和光照等参数，根据预设的调节策略自动调节空调、加湿器、照明等设备，提供舒适的生活环境。
2.节能和安全控制系统根据室内外环境的变化调节电器设备的运行状态，达到节能的目的。
同时，系统还能够通过云端平台进行远程监控和控制，保障家庭安全。
3.远程操控用户可以通过手机等移动终端实时监控家庭环境和设备状态，并远程操控家电设备。
用户可以随时随地调整温度、湿度、照明等参数，提高生活便利性。
五、系统优势本设计的机电一体化系统具有以下优势：1.高效智能：系统能够根据用户需求智能调节设备，提高能源利用效率和居住舒适度。
2.远程操控：用户可以通过移动终端实时监控和操控家电设备，提高生活便利性。
3.节能环保：系统通过预设策略和远程监控实现节能控制，减少能源浪费和环境污染。
六、系统应用本系统可广泛应用于家庭、办公室、酒店等场所，满足人们对生活环境的需求，提高生活品质和工作效率。
七、结论通过机电一体化系统的设计和开发，可以实现家庭电器和设备的智能控制，提高能源利用效率和生活舒适度。
该系统具有远程操控、节能环保等优势，可应用于家庭、办公室等场所。
在未来的发展中，还可进一步完善系统功能，提升系统的性能和可靠性。
机电一体化系统设计
机电一体化系统设计机电一体化系统设计是一种将机械结构、电气控制、传感器及计算机信息技术整合在一起，以实现自动化和智能化生产的工程设计。
机电一体化系统设计与传统的机械设计、电气设计有所不同，它要求设计人员具备广泛的专业知识，从机械、电气、传感器、控制、计算机等多个方面考虑，才能实现系统的各项性能指标。
机电一体化系统的设计过程通常包括系统需求分析、系统结构设计、电气控制设计、机械设计及系统软件编程等几个方面。
其中，系统需求分析是整个系统设计的关键，需要通过对用户需求、功能要求和性能指标等进行分析，来确定系统的技术方案和设计目标。
系统结构设计是机电一体化系统设计的第二个重要环节。
在系统结构设计阶段，设计人员需要考虑机械、电气、传感器、控制及计算机等相关因素，以确定最佳的系统结构和指标要求。
为了达到这个目标，设计人员通常需要运用多学科知识和专业技能，才能找到最佳的解决方案。
电气控制设计是机电一体化系统设计的关键部分，能够直接影响系统的性能指标和工作效率。
设计人员需要考虑不同的电气控制器和传感器，以实现针对不同工作条件和环境的多功能控制。
在进行电气控制设计时，设计人员需要先制定控制策略，然后选择适合的电气控制器和传感器设备，并设计相应的电路和软件程序，来实现系统的自动化、智能化和高效化。
机械设计是机电一体化系统设计的另一个重要环节。
在进行机械设计时，设计人员需要考虑机械结构的稳定性、刚度、精度、寿命等因素，并与电气控制和计算机等相关组成部分进行整合，以满足系统的各项性能指标。
设计人员还需要运用CAD软件等工具，完成机械结构的三维建模和分析等工作。
系统软件编程是机电一体化系统设计的最后一个环节。
在进行系统软件编程时，设计人员需要运用不同的编程语言，如C、C++、Java等，来实现系统的各种功能要求。
为了达到系统的高可靠性和高效率，设计人员还要进行功能测试和调试等相关工作，确保系统在生产环境下能够正常运行。
总之，机电一体化系统设计是一项复杂且综合性能强的工程设计，需要设计人员具备广泛的专业知识和多学科技能，以实现高效、精确、智能化的生产过程和产品。
机电一体化系统设计第7章机电一体化系统总体设计
1
9.1 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 分析 抽象 简单的模式
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
此外还有一些原则，如：合理力流原则、变形协调原则、 变形最小原则、平均效应原则、稳定性原则等。
18
9.3 机电一体化系统的评价
机电一体化的一个主要目的是提高产品的附加 价值，因而附加价值就成为机电一体化系统的综 合评价指标。 机电一体化系统的评价内容 ：
机电一体化系统
高附加价值化
主功能
高性能化
样机的试验分为实验室试验和实际工况试 验，通过试验考核样机的各种性能指标是否 满足设计要求，考核样机的可靠性。如果样 机的性能指标和可靠性不满足设计要求，则 要修改设计，重新制造样机，重新试验。如 果样机的性能指标和可靠性满足设计要求， 则进入产品的小批量生产阶段。
26
五、小批量生产
产品的小批量生产阶段实际上是产品的试生产试销 售阶段。这一阶段的主要任务是跟踪调查产品在市场 上的情况，收集用户意见，发现产品在设计和制造方 面存在的问题，并反馈给设计、制造和质量控制部门。
总功能
分功能
分功能的原理方案
5
Ⅰ层
总功能
1
23
Ⅱ层 1.1 1.2 1.3
3.1 3.2
Ⅲ层 1.2.1 1.2.2
3.1.1 3.1.2
功能结构示意图
6
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
机电一体化总体设计
4
(3)安全性指标
包括操作指标、自身保护指标和人员安全指标等保证 产品在使用过程中不致因误操作或偶然故障而引起产品损 坏或人身事故方面的技术指标。对于自动化程度较高的机 电一体化产品，安全性指标尤为重要。
产品零、部件或元、器件的可靠性对整机可靠性的影 响是“与”的关系，只有在全部零、部件或元、器件都有 效时，整机才能有效，一个高可靠性的零、部件或元、器 件不能补偿其它零、部件或元、器件的低可靠性。
12
可靠性指标对成本、价格和销量的影响与精度指标类 似，因此也需要在确定了可靠性与成本、价格与销量两个 基本函数关系后，才能对可靠性指标作出最优决策。应当 指出，当由于产品可靠性的增高使得“规定的时间”超过 产品市场寿命期(即产品更新换代周期)时，继续提高可靠 性是没有意义的。 4· 维修性指标
15
在设计阶段降低成本的主要方法有：
①合理选择各零、部件和元、器件的工作原理和结构，注 意避免“大才小用”、“大马拉小车”的现象发生。
②充分考虑产品的加工和装配工艺性，在不影响工作性能 的前提下，尽可能简化结构，力求用最简单的机构或装置 取代非必需的复杂机构或装置，去实现同样的预期功能和 性能。 ③采用标准化、系列化和通用化的方法，缩短设计和制造 周期，降低成本。
8
1．功能范围 任何产品所能实现的功能都有一定范围，例如一台通 用性较强的打印机可以使用不同幅宽的打印纸及普通纸张 ，而微型打印机只能使用单一专用打印纸。一般来讲，产 品的适用范围较窄，其结构可较简单，相应的开发周期较 短，成本也较低，但由于适用范围窄，市场覆盖面就小， 产品批量也小，使单台成本增加。相反地，如扩大适用范 围，虽然产品结构趋于复杂，成本增加，但由于批量的增 加又可以使单台成本趋于下降。
机电一体化系统总体设计
总结
总结机电一体化系统总体设计的重点和关键要点，并强调设计的成功和应用 前景。
机电一体化系统总体设计
机电一体化系统总体设计是将机电设备与系统设计结合起来，从多个维度考 虑，以满足设计需求。本演示将介绍机电一体化系统总体设计的重要性和方 法。
问题陈述
分析市场需求和现有问题，确定设计中需要解决的关键问题。
市况。
机电一体化系统简介
介绍机电一体化系统的定义、特点和应用范围。
总体设计方法
阐述采用的总体设计方法，包括需求分析、方案选择和设计评估。
总体设计过程
详细讲解机电一体化系统总体设计的步骤和流程，包括系统需求分析、系统选型和系统架构设计。
总体设计结果
展示机电一体化系统总体设计的结果，包括系统结构图、关键技术参数和性能指标。
机电一体化第七章机电一体化典型系统设计
2
概念设计
根据需求分析，提出创新的设计方案和初步的系统架构。
3
详细设计
进行具体的设计和优化，选择合适的组件和材料，完成详细的系统设计。
4
制造和测试
按照设计规范制造和组装系统，并进行各项测试和验证。
设计方法和原则
1 模块化设计
将系统划分为独立的模块，以便灵活组合和升级。
2 多学科协同
工程师、设计师和技术人员之间的密切合作，确保设计的多方面需求得到满足。
关键技术和问题
传感技术
选择适当的传感器，实时监测系统状态和环境参数，提供准确的控制信号。
电力传输与管理
设计高效的电力传输系统，合理管理能量流动，减少能量损耗。
系统集成与协作
各个子系统之间的有效集成和协调，确保整个系统的协同工作。
总结与展望
总结机电一体化系统设计的重点和挑战，展望未来机电一体化在各个领域的 应用和发展。
机电一体化第七章机电一 体化典型系统设计
本章将介绍机电一体化典型系统的设计流程、方法和关键技术，并通过案例 分析和总结展望，帮助读者深入了解机电一体化系统设计的重要概念和定义，以及其在现代工程领域中的应用和价值。介绍不同领域中机电一体化系统 的示例，展示其广泛的适用性。
设计目标和背景
提高效率
通过优化系统设计，实现更高效的能量转换和传输，提高生产和运营效率。
降低成本
通过集成和优化设计，减少材料和能源的浪费，降低系统制造和运维成本。
提升可靠性
使用可靠的组件和系统集成，提高系统的可靠性和稳定性，减少故障和维修时间。
设计流程
1
需求分析
明确系统的功能需求和性能指标，理解用户需求和行业标准。
3 性能优化
《机电一体化系统设计》第7章_机电一体化系统总体设计解析
2、黑箱法求解方法
详细表达输入和输出量 黑箱法求 解 过 程 就 建立输入和输出间关系 是黑箱白 化的过程， 寻找合适的实例 步骤如图 所 示 ： 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
如: 切削机床、精密测量 设备、轻工机械、包 装机械、运输机械
4
例1：冲床的黑箱法表述
12
结构设计是从：定性到定量，抽象到具体，粗略到精细的过程
结构设计满足的目标：保证功能、提高性能、降低成本 结构设计包括三个方面： 质的设计：定性分析构型（形状、位置关系） 量的设计：定量计算尺寸、确定材料
按比例绘制结构图
结构设计归结为三个阶段： 初步设计：主功能载体设计 详细设计：副功能载体设计，主功能载体详细设计 完善、审核设计
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。
7
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
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
2、内容：设计零部件形状、数量、相互空间位置，选 择材料、确定尺寸，进行各种计算校核，按比例绘制 结构方案总图，在计算时，采用优化设计、可靠性设 计、计算机辅助设计等多种现代化设计方法。
11
3、步骤(如图示)：
设计任务对结构设计的要求 主功能载体初步结构设计 辅助功能载体初步结构设计 检查主辅功能结构影响及配合 详细设计主辅功能载体结构 对设计进一步修改完善 技术、经济评价 结构决策 Yes 方案确定 No
10
第二章机电一体化总体设计第二章机电一体化总体设计
2.1 总体设计概述2.2 机电一体化功能设计2.3 总体功能设计的过程和步骤2.4 功能及性能指标的分配2.5 接口设计2.6 机电一体化系统的现代设计方法第二章机电一体化总体设计§2.1总体设计概述特征：自动化，通用性，经济性，耐环境性基本构成不同，设计制造的方法也不同\机械系统设计：承担机械本体、驱动、传动、执行操作和检测机构的选用与设计\控制系统设计：承担选择和设计控制器的硬件和软件，与执行元件、传感检测元件相接口的电路。
\机电系统设计：机械和电子技术密切结合，相互协调，相互补充综合应用；机电一体化产品比单一门类的设计有更多的可选择性和设计灵活性机电一体化产品的设计1）设计流程：流程: 产品规划;概念设计;详细设计;设计实施;设计定型2）设计准则：主要考虑“人、机、材料、成本”等因素，在保证目的功能要求与适当使用寿命的前提下不断降低成本。
设计类型：\开发性设计：没有参照样板的设计(原理,方案未知,根据产品总功能要求和有关限制, 创造新产品)\适应性设计：局部更改，适应性变动，以使产品的性能和质量提高。
(方案原理不变,根据技术发展和使用要求,对产品结构和性能进行改进,提高性能质量)\变异性设计：适应于量的方面变更要求，方案功能结构不变(改变结构设置和尺寸,以满足不同使用条件)2.1 总体设计概述2.2 机电一体化功能设计2.3 总体功能设计的过程和步骤2.4 功能及性能指标的分配2.5 接口设计2.6 机电一体化系统的现代设计方法第二章机电一体化总体设计§2.2 机电一体化功能设计传统的机电产品设计以强度和低压控制为中心:安全系数设计,经验设计,类比设计,和机电分离设计.机电一体化产品：强调的是功能设计；由若干具有特定功能的机械和电子要素组成的有机整体，在功能上实现机电技术的有机结合。
\在机械本体上应用电子控制设备(机床,洗衣机)\电子设备置换机械控制系统（凸轮>运动伺服）\信息机器采用电子设备（打印机针打>静电吸附）\信息处理机全面置换机械装置(电子称,钟表)\检测系统采用电子设备\电子设备取代机械本体(电火花加工床)一、功能－原理（行为）－结构产品的功能设计，原理设计、结构设计是概念设计中的核心内容\产品功能：产品的效能和作用，即产品行为产生的作用和对环境的配置影响。
机电一体化系统总体设计
机电系统总体设计技术
机电系统总体设计概述
机电系统综合设计
总体方案设计是系统设计的前期工作，是一 种概念性的设计。它的优劣直接影响到机电 系统的总体性能及使用。 它是从系统设计角度出发，根据设计目标的 要求，综合考虑各个部分之间的关系，从系 统角度进行优化，确定系统的最优设计方案。
机电系统总体设计技术
可 行 性论 证 、 技 术 经济 分 析
构 思 (初 步 设 计 )
否
评 价 与审 定 ？
是 物 理 、 数 学 模型
硬件 模 块 化设 计
分 析 求解 、 模 拟 试验 功能与结构分析 软件 模 块 化设 计
制造
制 造 /外 购 ？ 外 购
详 细 设计
市 场 调查
制造
外购
制 造 /外 购 ？
详 细 设计
性能扩展性设计
• 在设计原理方案基本不变条件下，只在原 方案基础上加以少量的改进，或是采用现 代化的高科技单元部件，使原产品性能提 高，功能扩展，应用范围扩大。
➢全自动洗衣机等
仿制性设计
• 在设计原理方案、结构不变情况下，将原产品 进行分解、测绘、反设计计算得到的各种设计 参数，再根据所得到的各种设计参数，在此基 础上制定新的设计原理方案，所研制新产品的 性能特点、功能指标与原设计类同，只是设计 后所用单元性能与原方案有所区别，研制生产 所用材料和工艺不同，均属于仿制性设计。
1、现代系统设计的特征
⑦ 现代设计采用结构优化设计，对多种结构 形式、技术参数和技术性能进行各种不同 性质的优化设计方法，以求得综合优化的 效果。
1、现代系统设计的特征
⑧ 现代设计重视运用电子计算机辅助设计， 使设计人员从繁重的设计作业中解脱出来。
机电一体化系统总体方案设计
确保系统的安全性和可靠性，减少操作风险。
所需器件和材料的选择
高性能电机
选择具有高效能和可靠性的电机来驱动系统。
先进的传感器技术
采用先进的传感器技术来实现精确的控制和监测。
高质量的电气元件
选用高质量的电气元件以确保系统的可靠性。
系统软件的设计和开发
1 可编程控制器（PLC）
采用PLC来实现系统的自动化控制和监控。
机电一体化系统总体方案 设计
在现代工程中，机电一体化系统的设计至关重要。本课程将介绍系统的背景 和意义，设计目标和要求，以及所需器件和材料的选择。
系统总体方案介绍
1 完整的一体化方案
设计一个集机械、电子、计算机等多项技术于一体的系统。
2 高效的能源利用
通过最大程度地优化各部分的协调工作，实现能源的高效利用。
2 人机界面（HMI）
设计直观且易于操作的人机界面，使操作员能够轻松地与系统交互。
3 数据存储和分析
实现对系统数据的存储和分析，以帮助优化系统性能。
系统测试和验证方法
1
单元测试
逐个测试系统的各个部件以确保其正常工作。
2
集成测试
将各个部件组合并测试系统的整体试来确认系统满足设计要求。
总结和展望
总结
机电一体化系统的总体方案设计 是一个复杂而关键的过程，需要 综合考虑不同技术的相互配合。
展望
随着技术的不断发展，机电一体 化系统将会变得更加高效、智能 和可靠。
机电系统工程师的角色
机电系统工程师在设计和开发过 程中发挥关键作用，为工程的成 功做出贡献。
机电一体化系统总体设计-设计过程
2.1 设计过程
需求 分析问题 准备计划书 产生可能的解决方案 选择合适的解决方案 产品的详细设计 产品加工图纸
市场调研 概念设计 编制设计任务书 功能原理方案设计 方案设计评估与优化 结构设计和参数核算 完成全部设计文件
机电工程与技术
营销
设计
电子设计 (模拟，数字) 微电子 控制工程 执行系统研究 数据存储与管馈，人工智能 响应时间
规格 安全，法规
制造 制造策略 全面质量管理 单元管理 成组技术 并行工程 性能测量和成本核算 开放式制造业标准
集成
电子
机械
控制
信息系统
制造技术 电子工程
财务控制
机械 工程 控制
管理 计算机工程
教育 ＆
培训
工作实践 ＆
劳资关系
营销
机电一体化系统总体设计 ppt课件
• 总体设计给具体设计规定了总的基本原理、原则和布局， 指导具体设计的进行;而具体设计则是在总体设计基础上 进行的具体化。具体设计不断地丰富和修改总体设计，两
者相辅相成，有机结合。因此，只有把总体设计和系统的 观点贯穿于产品开发的过程，才能保证最后的成功。
2.2 机电一体化系统原理方案设计
• 机电一体化系统原理方案设计是整个总体设计的关键，是 具有战略性和方向性的设计工作。
• 在机电一体化系统原理方案设计中，常用的方法有功能分 析设计法、创造性方法、评价与决策方法、商品化设计思 想及方法、变型产品设计中的模块化方法和相似产品系列 设计方法等。
2.2.1 机电一体化系统原理方案设计步骤
功
物料 能量 信息
总功能
物料 能量 信息
能 分
分功能1
分功能2
分功能3
解
分功能4
模
分功能21
分功能22
分功能23
型
......
分功能…
分功能…
分功能…
• (1)功能元在机电一体化系统设计中常用的基本功能元有 物理功能元、逻辑功能元和数学功能元。
• 1)物理功能元。它反映系统中能量、物料、信号变化的物 理基本动作，常用的有转变-复原、放大-缩小、合并-分 离、传导-绝缘、存储-提取。(常用的五种物理功能元)
2.2.2.3 求解功能元(分功能)
• 功能元的原理解法是通过物理作用和作用件确定的。现在 的任务是，寻找实现各个分功能的物理作用，即求得功能 元的原理解，通常有下述几种求解方法。
• (1)直觉法 • 直觉法是设计师凭借个人的智慧、经验和创造能力，充分
机电一体化系统设计
机电一体化系统设计第一篇：机电一体化系统设计机电一体化系统设计1、动力系统（动力源）、传感检测系统（传感器）、执行元件系统（如电动机）等五个子系统组成。
2、系统必须具有以下三大“目的功能”：①变换（加工、处理）功能；②传递（移动、输送）功能；③储存（保持、积蓄、记录）功能。
3的变换、调整功能，可将接口分成四种：1）零接口；2）无源接口；3）有源接口；4）智能接口。
4、机电一体化系统设计的考虑方法通常有：机电互补法、结合（融合）法和结合法。
5擦、低惯量、高强度、高谐振频率、适当的阻尼比等要求。
6、为达到上述要求，主要从以下几个方面采取措施：1）采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件，如采用滚珠丝杠副、滚动导向支承、动（静）压导向支承等。
2如用加预紧的方法提高滚珠丝杠副和滚动导轨副的传动和支承刚度；采用大扭矩、宽调速的直流或交流伺服电机直接与丝杠螺母副连接以减少中间传动机构；丝杠的支承设计中采用两端轴向预紧或预拉伸支承结构等。
3的等效动惯量，尽可能提高加速能力。
5如选用复合材料等来提高刚度和强度，减轻重量、缩小体积使结构紧密化，以确保系统的小型化、轻量化、高速化和高可靠性化。
第二篇：机电一体化系统设计讲稿项目一数控车床主传动系统设计与部件选择1.1无级变速传动链1.1.1机床主传动系统设计满足的基本要求机床主传动系统因机床的类型、性能、规格尺寸等因素的不同，应满足的要求一也不一样。
在设计机床主传动系统时最基本的原则就是以最经济、合理的方式满足既定的要求。
在设计时应结合具体机床进行分析，一般应满足下述基本要求:(1)满足机床使用性能要求。
首先应满足机床的运动特性，如机床的主轴有足够的转速范围和转速级数(对于主传动为直线运动的机床，则有足够的每分钟双行程数范围及变速级数);传动系统设计合理，操作方便灵活、迅速、安全可靠等。
(2)满足机床传递动力要求。
主电动机和传动机构能提供和传递足够的功率和转矩，具有较高的传动效率。
机电一体化系统设计机电一体化系统设计和分析方法
详细设计
概念设计
产品规划
形态学矩阵 模糊理论 知识方法维
方法维，是设计过程 的各种思维方法、工 作方法和涉及的相关 领域知识
时间维
时间维，描述按时间 排列的设计目标流程；
分 综评 决 析 合价 策
逻辑维
逻辑维，是解决问题的逻 辑步骤，是在设计的工作 流程中的每一个阶段内所 要进行的工作内容和遵循 的思维程序；
统的设计更为合理和完善。
机电产品设计开 发交互过程
新产品想法
机电产品设计和开发的实际过 程是一个交互过程，在概念设 计和细节设计过程中需要不断 地进行验证和修改。
需求
概念设计
细节设计
原型循环
设计
有效性
原型、实验和验证
实现
新产品需求改进
开发
回收
产品
维护
2.3.4机电系统的数学模型举例：
图示为电枢控制式直流电动机的工作原理图。图中电机线圈的电
数学仿真：对实际系统进行抽象，并将其特 性用数学关系加以描述而得到系统的数学 模型，对数学模型进行实验的过程称为数 学仿真。
优点：方便、灵活、经济。缺点：受限于系 统建模技术，即系统数学模型不易建立。
半实物仿真：将数学模型与物理模型甚至实 物联合起来进行实验。
系统仿真时模型所采用的时钟称为仿真时 钟，而实际动态系统的时钟称为实际时钟。 根据仿真时钟与实际时钟的比例关系，仿 真又分为实时、亚实时和超实时仿真三种。
机电一体化系统设计的类型
开发性设计（全新设计）; 适应性设计（原理方案不变，仅对功
能及结构进行重新设计）; 变参数设计（仅改变部分结构尺寸而
形成系列产品）
机电一体化系统设计原则
机电一体化设计要遵循产品的一般设计原则 （在保证产品目的功能、性能和使用寿命的前 提下，尽量降低成本），以计算机为辅助手段， 充分利用现代设计方法，以多功能化，节能化， 高效化满足市场要求。
机电一体化系统设计
பைடு நூலகம்
在大规模集成电路的生产工艺技术水平的提高，精密机械 技术和计算机技术发展的今天，完全能够设计出执行元件、执 行机构、检测传感器、多种放大器、控制与机械等部件有机结 合，实现了机电一体化新加设计阶段性评审会。
通过解剖分析竞争对手的产品，可以了解他们的关键技术 所在，产品的设计思想，采用了什么新技术，必须要对产品的 性能和技术路线进行恰如其分的评估，从而启发自己的创新思 路，以弃之短，取用之长。在进行开发性设计时，反向设计绝 不是为了简单的模仿，反向设计是为了借鉴，目的在于以更快 的速度创新性的设计出新的机电产品。
例如：兵器产品研制过程中的地面试验，飞行试验，不同 环境条件下的各种试验等。
（6）优化设计法。优化设计法是利用计算机技术，按照 优化准则，利用实物模型，数学规化论和计算机技术的综合， 经反复计算和分析后确定最佳设计方案，使工程设计最优化。
（7）计算机辅助设计法。利用计算机系统对设计对象进 行最佳设计的方法，采用计算机辅助设计可快速地进行资料检
不但能简化机械结构，而且还可提高系统（或产品）的性 能和质量，这种方法是改造传统机械产品和开发新型产品常用 的方法。在机电系统改造设计中，根据实际系统进行二次设计， 充分利用电子技术、控制技术、电机驱动技术和计算机技术提 高所改造机电系统的性能和功能。
（2）机电结合设计法 在机电一体化系统设计中，为了实现单元部件的标准化、
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1、现代系统设计的特征
⑤ 现代设计经常采用扩展性的设计思维，自 始至终地在寻求多种可行的方案和构思， 以便从中选择、确定能够令人满意的解决 方案，改变传统设计中惯用的封闭式设计 思维和主观决策的现象，能够达到较高的 满意程度。
1、现代系统设计的特征
⑥ 现代设计十分强调评价决策，尽量避免直 接决策，排除决策中的主观因素，使得在 决策中所选定的设计方案能够达到最佳的 价值水平。
本章内容
• 机电系统设计的工程路线 • 机电系统总体设计概述 • 机电系统原理方案设计 • 机电系统结构方案设计
机电系统总体设计技术
机电系统设计的工程路线
现代系统设计的特征 机电系统的设计类型 机电系统的设计方法 机电产品设计的工程路线
机电系统综合设计
1、现代系统设计的特征
➢ 工业高速发展和贸易竞争的加剧，迫切要 求大幅度提高机电系统设计工作的质量和 速度。因此，开展现代设计理论和方法的 研究，在机电一体化技术中推广和运用现 代设计的方法，提高设计水平，是机电系 统设计方法发展的必然趋势。
机电系统总体设计技术
隋丽 bit_suili@
复习：机电系统的组成要素
食 物
内脏
排 泄
外
界
感觉
信
器官
大脑
四肢
行 动
息
躯干
动力 源
传感 器
计算 机
执行 元件
机构
机电系统的组成要素
• 机电产品的五个基本组成要素之间并非彼 此无关或简单拼凑、叠加在一起，工作中 它们各司其职，互相补充、相互协调，共 同完成所规定的目的功能。
➢ 可以使设计过程始终不渝地从实际出发， 达到预定的目标，取得优于传统设计的结 果。
1、现代系统设计的特征
③ 现代设计十分重视设计策略和战略过程的 研究，建立一种合理的设计秩序，并且严 格按照规范化的设计过程进行工作，求得 较高的工作质量和效率。
1、现代系统设计的特征
④ 现代设计极其强调抽象的设计构思，防止 过早地进入对某一已经定型的实体结构的 分析，以便对系统的工作原理和结构关系 做本质的和创新的设计构思。
• 在结构上，各组成要素通过各种接口及相 关软件有机地结合在一起，构成一个内部 合理匹配、外部效能最佳的完整产品。
机电系统的组成要素
• 机电一体化技术可以看作机电产品最优设计的 方法学。
• 机电产品由多个要素组合而成，不同要素的设 计次序导致不同的设计效果。
• 1+1=2 ? • 1+1>2 ? • 1+1<2 ?
• 机电互补设计法也可称为取代法。 • 采用通用或专用电子产品取代传统机械系统
（或产品）中的复杂机械功能部件或功能子系 统，以弥补其不足。 ➢该方法是改造旧产品、开发新产品或对原系统 进行技术改造常用的方法，也是改造传统机械 产品的常用方法。
性能扩展性设计
• 在设计原理方案基本不变条件下，只在原 方案基础上加以少量的改进，或是采用现 代化的高科技单元部件，使原产品性能提 高，功能扩展，应用范围扩大。
➢全自动洗衣机等
仿制性设计
• 在设计原理方案、结构不变情况下，将原产品 进行分解、测绘、反设计计算得到的各种设计 参数，再根据所得到的各种设计参数，在此基 础上制定新的设计原理方案，所研制新产品的 性能特点、功能指标与原设计类同，只是设计 后所用单元性能与原方案有所区别，研制生产 所用材料和工艺不同，均属于仿制性设计。
➢电子式照相机采用电子快门、自动曝光代 替手动调整，使其小型化、智能化；电动 缝纫机；增程式火箭系统。
变异性设计
• 在设计方案和功能结构不变的情况下，仅 改变现有产品的规格尺寸，外形设计等， 使之适应于不同场合的要求。
➢由于传递扭距或速比发生变换而重新设计 传动系统和结构尺寸的设计属于变异性设 计。
2、机电系统的设计类型
• 开发性设计 • 适应性设计 • 变异性设计 • 性能扩展性设计 • 仿制性设计
开发性设计
• 没有参照产品的设计，仅仅是根据抽象的 设计原理和要求，设计出在质量和性能方 面满足要求的产品。
➢最初的录像机、摄像机的设计就属于开发 性设计。
适应性设计
• 在总的方案原理基本保持不变的情况下， 对现有产品进行局部更改，或用微电子技 术代替原有的机械结构或为了进行微电子 控制对机械结构进行局部适应性设计，以 使产品的性能和质量增加某些附加价值。
系统总体技术
顺序设计，各自为政 合理分工，协同作战
系统总体技术
• 系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统工程的 观点和方法，将系统总体分解成相互有机联系的若干 功能单元，并以功能单元为子系统继续分解，直至找 到可实现的技术方案，然后再把功能和技术方案组合 进行分析、评价和优选的综合应用技术。
• 解决问题：系统的性能优化问题和组成要素之间的有 机联系问题, 使整个系统很好的协调的正常运行。
1、现代系统设计的特征
① 现代设计的实践活动是由一定的实践原理 和实践理论做指导，有意识和按照事物自 身的内在规律进行设计，不同于单纯依靠 经验的传统设计工作，因此，必然能够获 得很高的设计成功率。
➢ 设计活动、设计对象
1、现代系统设计的特征
② 现代设计致力于澄清设计任务与设计目标， 全面、系统地确定设计过程的起始条件和 最终结果。
➢ 侵彻多层混凝土目标弹丸
3、机电系统的设计方法
a. 机电互补设计法 b. 机电结合设计法 c. 机电组合设计法 d. 反向设计法 • 综合应用机械技术、传感与检测技术、自动控
制技术、电子技术、计算机技术等各项技术的 特长，设计出最佳的机电系统。设计者根据所 设计的机电系统选用相应的设计方法。
机电互补设计法
1、现代系统设计的特征
⑦ 现代设计采用结构优化设计，对多种结构 形式、技术参数和技术性能进行各种不同 性质的优化设计方法，以求得综合优化的 效果。
1、现代系统设计的特征
⑧ 现代设计重视运用电子计算机辅助设计， 使设计人员从繁重的设计作业中解脱出来。
⑨ 现代设计注重系统地进行概念设计，采用 特殊形式表达设计结果。
• 相关内容：机械技术的优化设计、CAD/CAM技术、可 靠性设计、价值工程等。
本章内容
• 机电系统设计的工程路线 • 机电系统总体设计概述 • 机电系统原理方案设计 • 机电系统结构方案设计
本章内容
• 机电系统设计的工程路线 • 机电系统总体设计概述 • 机电系统原理方案设计 • 机电系统结构方案设计