第4章机电一体化设计基本原理及方法

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。
二、相关知识
（三）产品的结构设计——常用的基本原理
机电一体化
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，p1为液压力，p2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
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。
二、相关知识
机电一体化
（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
二、相关知识
（三）产品的结构设计
机电一体化
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。
二、相关知识
（三）产品的结构设计——步骤
机电一体化
图2-10 结构设计步骤示意图
二、相关知识
机电一体化
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。
二、相关知识
机电一体化
（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
二、相关知识
（三）产品的结构设计——常用的基本原理
机电一体化
1.任务分配原理
（2）任务合成 将任务合成，由同一结构实现不同的功能。图下图所示的齿式联 轴器既实现了转速与转矩的传递，又解决了两端轴线的误差补偿、 适应了工作时外载荷引起的轴线变位。
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（三）产品的结构设计——常用的基本原理
机电一体化
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（二）方案设计方法 1.黑箱法
机电一体化
图2-8 金属切割机床黑箱示意图
7
二、相关知识
（二）方案设计方法
机电一体化
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。
二、相关知识
（二）方案设计方法
机电一体化
3.移植法 移植法是受其他事物的启迪，触发灵感，运用联想将其原理合 理应用到当前设计中。如图2-9所示，金属轧制系统设计时采用 了移植法，图a为轧钢机原理图，图（b）行星轧辊原理图。
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。
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（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
机电一体化
图2-14 齿轮泵径向力平衡
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（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。
（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。
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
a）轧钢机原理图 （b）行星轧辊原理图 图2-9 移植法示例
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（二）方案设计方法
机电一体化
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Fra Baidu bibliotek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。
常均匀。
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（三）产品的结构设计——常用的基本原理 4．变形协调原理
机电一体化
图2-17 两焊接板的变形及应力分布
二、相关知识
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（三）产品的结构设计——常用的基本原理
5．等强度原理
若一个零件各处应力相等称为等强度。等强度充分利用了材料 的力学性能，是一个好的设计方案。图2-18（a）所示强度不等， 而且强度差；图2-18（b）强度不等，浪费了材料；图2-18（c） 所示适用于铸铁的等强度结构；图2-18（d）所示适用于钢的等
强度结构。
图2-18 强度
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（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。
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机电一体化
（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
机电一体化
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
主要内容
机电一体化
1
任务目标
2
相关知识
3
做一做
二、相关知识
（一）机电一体化产品功能原理方案设计
机电一体化
图2-5 产品功能原理方案设计过程
二、相关知识
（二）方案设计方法
机电一体化
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。