第二章(机电总体设计)。
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可靠性是指系统在规定的条件下，在规定的时 间内完成规定功能的能力
失效和故障 1.进行失效分析 ，寻找系统的薄弱环节 2.在零部件系统中运用可靠性设计
建立零部件的可靠性是由设计决定的，制造管理只是起保证作 用，一个系统的好坏关键在设计。
3.简化结构，提高标准化程度 4.提高维修性，不能形成连锁效应
ຫໍສະໝຸດ Baidu
机电产品设计的一般步骤
总体设计 部件子系统设计 样机试制
小批量试制进入市场，经过用户不断地反馈和 改进设计，以达到定型设计效果 在总体设计中，要充分运用设计原理，重视 科学实验、做到理论和实践的紧密结合，尽力 使总体设计在原理上正确、实践上可行、技术 上先进、经济上合理。
设计任务分析
（3）规格参数：如加工零件尺寸范围或测量范围、示值 范围，或安装工件的最大尺寸等。
（4）可靠性和安全性参数：各种可靠性指标、强度、刚 度、电压、电流的极限值和额定值等，各种热力学、 磨擦学、振动、稳定性及频率响应、伺服特性等的特 征参数和寿命期望值。
自动化程度
单一的机械自动化过渡到了计算机时代的自动化 设计控制系统的一般要求： 1）控制原理准确，逻辑关系清晰，控制动作顺序合理 2）控制元件集成度高，少用分立元器件 3）优先考虑可靠性 4）监控、故障报警、紧急制动、复位功能并存（玻壳厂的生产过程自动
监控） 5）手动、自动功能并存 6）程序的可读性强，容量小（选择不同的存储格式） 为提高整个控制系统的可靠性，必须选用可靠性高的元器件
总体设计
机电系统的几个特性 1．整体性
机电系统整体功能的好坏，并不是各子系统单独作用的结果， 也是要求每个子系统的功能都尽善尽美。只要从整体角度出 发，正确制定各子系统的相互联系和性能要求，使各子系统 的先进性、可靠性、经济性达到合谐统一，就能使机电系统 具有满意的整体功能。
2．关联性 3．功能性 机电系统的价值体现在功能上
经济性方面
设计和制造过程中的经济性 （设计生产单位的利益）
合理的可靠性和安全系数 实施标准化 ，标准化设计和制造 产品的系列化、通用化（设备而言，组成生产线和自动线的
可能） 良好的工艺性 ，与本企业的生产装备有关，具有企业特性 先进性和可行性
使用和维修的经济性 （使用单位的效益）
清洗机器人控制系统
上位计算机
RS232-C
电源模块 CPU模块
输入模块
输出模块
隔离变压器
接
按
近 开
钮
关
电
指
机
示
灯
图1-1：控制系统硬件原理图
电源滤波器 NF
AC220V 3A
电源模块
清洗机器人总体
1高压清洗机 2屋顶随动小车 3清洗系统 4. 移动系统 5真空系统 6. 污水收集箱
上位机监控
可靠性方面
在总体设计阶段，首先要对设计任务进 行分析，以明确设计的目的和功能要求， 根据总体设计的基本原则，逐一地进行 分析研究，并将结果写入设计任务书。 尽可能多地搜集经验总结和理论计算地 资料，把握难点的关键，分清问题的主 要矛盾和次要矛盾，进行深入了解研究， 拟定几种方案，确定出最佳设计方案。
设计任务的来源
精度、强度和刚度
中精度－直线位置误差1－10um，主轴回转误差1－10um，圆分度误差1－10” 高精度－直线位置误差0.1－1um，主轴回转误差0.1－1um，圆分度误差0.1－1” 高精度－直线位置误差0.1以内，主轴回转误差0.01－0.1um，圆分度误差0.2”以
内 确定精度的原则： 1）精度应根据功能的要求来决定 2）考虑当今的工艺装备、材料、经济等因素 3）精度并不是一成不变的 ，不过精度通常要求在一定期限内保持稳定
4．环境适应性(技术和物质层面）
总体设计的主要内容
1.设计任务分析 2.主要参数及技术指标的确定 3.方案制定
在具体设计之前，本着简单、实用、经 济、安全、美观的基本原则所进行的综 合性的设计。
总体设计所形成的文件何图纸
1.设计任务书（技术任务书） 2.机构运动简图（系统简图） 3.总装配图 4.部件装配图 5.电气、光学、气动、液压原理图 6.总体设计报告
1）用户的专门需求，针对特定的加工或 被控被测对象设计专用的设备或仪器 （非标设备）
2）设计通用产品或系列产品（车床） 3）根据技术的发展和对社会需求的预测，
推出性能好，功能全，技术先进的新产 品，进行开发性设计（电动车）
任务分析地着力点
1.功能性方面 2.可靠性方面 3.经济性方面 4.人－机－环境方面
功能性方面
对机电系统的功能有一个正确的认识，尽量遵 循保证基本功能，满足使用功能，剔除多余功 能，增添新颖功能，恰到好处地利用外观功能 的原则，使机械电子产品达到更加完美的境界。
1.作业对象 2.精度、强度和刚度、稳定性和动态响应 3.自动化程度和信息的存储，显示和打印，人
机界面 4.设备的生产批量、品种和生产率
机电系统中常见的子系统
（1）动力系统 （2）执行系统 （3）传动系统 （4）操纵系统 （5）检测系统 （6）信息处理和控制系统
机电系统的主要参数和指标
（1）运动参数：如速度、加速度、转速、调速范围、 行程和运动轨迹等。
（2 ）动力参数：如电机功率、伺服电机额定转矩、液压 缸（或气压缸）牵引力等。
1）设计的依据 2）功能实现的技术体现和保证 与用户共同制定切实合理的技术参数指标 ，并
在技术合同中加以明确。 依“流”的角度来看系统的基本组成
一个功能的实现，可以由多种方式（不同的子 系统）完成，总体设计时必须从先进性、可靠 性和经济性等角度出发，确定相应的方案，同 是也就规定了机电系统的具体组成部分
效率 （传动系统、执行系统、控制系统的效率，提高原材料 的利用率，降低工费、料废和能耗）
合理制定寿命期限 （经济寿命和功能寿命）
维修保养
人-机-环境方面
1.操作性 2.安全性 （人员的安全和设备的安全） 3.结构紧凑、造型美观 4.环境保护
机电系统主要技术参数和指标的内容
失效和故障 1.进行失效分析 ，寻找系统的薄弱环节 2.在零部件系统中运用可靠性设计
建立零部件的可靠性是由设计决定的，制造管理只是起保证作 用，一个系统的好坏关键在设计。
3.简化结构，提高标准化程度 4.提高维修性，不能形成连锁效应
ຫໍສະໝຸດ Baidu
机电产品设计的一般步骤
总体设计 部件子系统设计 样机试制
小批量试制进入市场，经过用户不断地反馈和 改进设计，以达到定型设计效果 在总体设计中，要充分运用设计原理，重视 科学实验、做到理论和实践的紧密结合，尽力 使总体设计在原理上正确、实践上可行、技术 上先进、经济上合理。
设计任务分析
（3）规格参数：如加工零件尺寸范围或测量范围、示值 范围，或安装工件的最大尺寸等。
（4）可靠性和安全性参数：各种可靠性指标、强度、刚 度、电压、电流的极限值和额定值等，各种热力学、 磨擦学、振动、稳定性及频率响应、伺服特性等的特 征参数和寿命期望值。
自动化程度
单一的机械自动化过渡到了计算机时代的自动化 设计控制系统的一般要求： 1）控制原理准确，逻辑关系清晰，控制动作顺序合理 2）控制元件集成度高，少用分立元器件 3）优先考虑可靠性 4）监控、故障报警、紧急制动、复位功能并存（玻壳厂的生产过程自动
监控） 5）手动、自动功能并存 6）程序的可读性强，容量小（选择不同的存储格式） 为提高整个控制系统的可靠性，必须选用可靠性高的元器件
总体设计
机电系统的几个特性 1．整体性
机电系统整体功能的好坏，并不是各子系统单独作用的结果， 也是要求每个子系统的功能都尽善尽美。只要从整体角度出 发，正确制定各子系统的相互联系和性能要求，使各子系统 的先进性、可靠性、经济性达到合谐统一，就能使机电系统 具有满意的整体功能。
2．关联性 3．功能性 机电系统的价值体现在功能上
经济性方面
设计和制造过程中的经济性 （设计生产单位的利益）
合理的可靠性和安全系数 实施标准化 ，标准化设计和制造 产品的系列化、通用化（设备而言，组成生产线和自动线的
可能） 良好的工艺性 ，与本企业的生产装备有关，具有企业特性 先进性和可行性
使用和维修的经济性 （使用单位的效益）
清洗机器人控制系统
上位计算机
RS232-C
电源模块 CPU模块
输入模块
输出模块
隔离变压器
接
按
近 开
钮
关
电
指
机
示
灯
图1-1：控制系统硬件原理图
电源滤波器 NF
AC220V 3A
电源模块
清洗机器人总体
1高压清洗机 2屋顶随动小车 3清洗系统 4. 移动系统 5真空系统 6. 污水收集箱
上位机监控
可靠性方面
在总体设计阶段，首先要对设计任务进 行分析，以明确设计的目的和功能要求， 根据总体设计的基本原则，逐一地进行 分析研究，并将结果写入设计任务书。 尽可能多地搜集经验总结和理论计算地 资料，把握难点的关键，分清问题的主 要矛盾和次要矛盾，进行深入了解研究， 拟定几种方案，确定出最佳设计方案。
设计任务的来源
精度、强度和刚度
中精度－直线位置误差1－10um，主轴回转误差1－10um，圆分度误差1－10” 高精度－直线位置误差0.1－1um，主轴回转误差0.1－1um，圆分度误差0.1－1” 高精度－直线位置误差0.1以内，主轴回转误差0.01－0.1um，圆分度误差0.2”以
内 确定精度的原则： 1）精度应根据功能的要求来决定 2）考虑当今的工艺装备、材料、经济等因素 3）精度并不是一成不变的 ，不过精度通常要求在一定期限内保持稳定
4．环境适应性(技术和物质层面）
总体设计的主要内容
1.设计任务分析 2.主要参数及技术指标的确定 3.方案制定
在具体设计之前，本着简单、实用、经 济、安全、美观的基本原则所进行的综 合性的设计。
总体设计所形成的文件何图纸
1.设计任务书（技术任务书） 2.机构运动简图（系统简图） 3.总装配图 4.部件装配图 5.电气、光学、气动、液压原理图 6.总体设计报告
1）用户的专门需求，针对特定的加工或 被控被测对象设计专用的设备或仪器 （非标设备）
2）设计通用产品或系列产品（车床） 3）根据技术的发展和对社会需求的预测，
推出性能好，功能全，技术先进的新产 品，进行开发性设计（电动车）
任务分析地着力点
1.功能性方面 2.可靠性方面 3.经济性方面 4.人－机－环境方面
功能性方面
对机电系统的功能有一个正确的认识，尽量遵 循保证基本功能，满足使用功能，剔除多余功 能，增添新颖功能，恰到好处地利用外观功能 的原则，使机械电子产品达到更加完美的境界。
1.作业对象 2.精度、强度和刚度、稳定性和动态响应 3.自动化程度和信息的存储，显示和打印，人
机界面 4.设备的生产批量、品种和生产率
机电系统中常见的子系统
（1）动力系统 （2）执行系统 （3）传动系统 （4）操纵系统 （5）检测系统 （6）信息处理和控制系统
机电系统的主要参数和指标
（1）运动参数：如速度、加速度、转速、调速范围、 行程和运动轨迹等。
（2 ）动力参数：如电机功率、伺服电机额定转矩、液压 缸（或气压缸）牵引力等。
1）设计的依据 2）功能实现的技术体现和保证 与用户共同制定切实合理的技术参数指标 ，并
在技术合同中加以明确。 依“流”的角度来看系统的基本组成
一个功能的实现，可以由多种方式（不同的子 系统）完成，总体设计时必须从先进性、可靠 性和经济性等角度出发，确定相应的方案，同 是也就规定了机电系统的具体组成部分
效率 （传动系统、执行系统、控制系统的效率，提高原材料 的利用率，降低工费、料废和能耗）
合理制定寿命期限 （经济寿命和功能寿命）
维修保养
人-机-环境方面
1.操作性 2.安全性 （人员的安全和设备的安全） 3.结构紧凑、造型美观 4.环境保护
机电系统主要技术参数和指标的内容