合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)電一體化PPT1

1、機(jī)電一體化機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計Design of Mechatronical System高婷2013/3/8合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計v 課課程程概況概況n學(xué)學(xué) 時：時：3333（含實驗）（含實驗）n成績評定：平時成績成績評定：平時成績30%30%，卷面成績，卷面成績70%70%n考試形式：開卷考試形式：開卷v 學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)要求要求 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計是一門綜合性專業(yè)課，要求學(xué)生能把以前學(xué)過的機(jī)械、是一門綜合性專業(yè)課，要求學(xué)生能把以前學(xué)過的機(jī)械、電子學(xué)科的知識有機(jī)地結(jié)合起來，學(xué)習(xí)掌握電子學(xué)科的知識有機(jī)地結(jié)合起來，學(xué)習(xí)掌握“以機(jī)為主，以電為用，機(jī)電結(jié)

2、以機(jī)為主，以電為用，機(jī)電結(jié)合合”的設(shè)計思路和方法，系統(tǒng)培養(yǎng)學(xué)生關(guān)于機(jī)電一體化產(chǎn)品的創(chuàng)新和設(shè)計能的設(shè)計思路和方法，系統(tǒng)培養(yǎng)學(xué)生關(guān)于機(jī)電一體化產(chǎn)品的創(chuàng)新和設(shè)計能力，并了解現(xiàn)代機(jī)電一體化的系統(tǒng)特點和發(fā)展方向。力，并了解現(xiàn)代機(jī)電一體化的系統(tǒng)特點和發(fā)展方向。v 選選用用教教材材 1 1） 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計（第二機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計（第二/ /三版），張建民，高等教育出版社，三版），張建民，高等教育出版社，20072007； 2 2） 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書，尹志強(qiáng)等，機(jī)械工業(yè)出版機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書，尹志強(qiáng)等，機(jī)械工業(yè)出版社，社，20072007。 合肥工業(yè)大學(xué) v第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)

3、電一體化時代與機(jī)電一體化技術(shù)革命機(jī)電一體化時代與機(jī)電一體化技術(shù)革命v第二節(jié)第二節(jié) 優(yōu)先發(fā)展機(jī)電一體化的領(lǐng)域及其共性關(guān)優(yōu)先發(fā)展機(jī)電一體化的領(lǐng)域及其共性關(guān)鍵技術(shù)鍵技術(shù)v第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)構(gòu)成要素及功能構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)構(gòu)成要素及功能構(gòu)成v第六節(jié)第六節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的考慮方法及設(shè)計機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的考慮方法及設(shè)計類型類型v第八節(jié)第八節(jié) 機(jī)電一體化工程與系統(tǒng)工程機(jī)電一體化工程與系統(tǒng)工程合肥工業(yè)大學(xué) v “機(jī)電一體化機(jī)電一體化”一詞的英文是一詞的英文是“Mechatronics”, 是是20世紀(jì)世紀(jì)70年代初由年代初由日本首先提出的，它是取日本首先提出的，它是取Mechanics（機(jī)械

4、學(xué)）的前半部分和（機(jī)械學(xué)）的前半部分和Electronics（電子學(xué)）的后半部分拼合而成的。國內(nèi)也稱為電子學(xué)）的后半部分拼合而成的。國內(nèi)也稱為“機(jī)械電機(jī)械電子學(xué)子學(xué)”。v 迄今為止，迄今為止，“機(jī)電一體化機(jī)電一體化”一詞尚沒有統(tǒng)一的定義。一詞尚沒有統(tǒng)一的定義。v 一般認(rèn)為，機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，將機(jī)械技術(shù)一般認(rèn)為，機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，將機(jī)械技術(shù) 、微電子、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)等在系統(tǒng)工程基礎(chǔ)上有機(jī)地加以綜合，以技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)等在系統(tǒng)工程基礎(chǔ)上有機(jī)地加以綜合，以實現(xiàn)整個系統(tǒng)最佳化的一門新興邊緣性技術(shù)學(xué)科。實現(xiàn)整個系統(tǒng)最佳化的一門新興邊緣性技術(shù)學(xué)科。 合肥工業(yè)

5、大學(xué) 數(shù)控機(jī)床、自動擋小轎車、全自動洗衣機(jī)、電動自行車、數(shù)控機(jī)床、自動擋小轎車、全自動洗衣機(jī)、電動自行車、升降電梯、機(jī)器人、飛行器、火箭、衛(wèi)星、潛艇等。升降電梯、機(jī)器人、飛行器、火箭、衛(wèi)星、潛艇等。合肥工業(yè)大學(xué) 美美34年前發(fā)射的飛船到年前發(fā)射的飛船到2011年已飛年已飛220億公里億公里將離開太陽系將離開太陽系 據(jù)媒體報道，美國航天總署據(jù)媒體報道，美國航天總署(NASA)于于1977年發(fā)射的年發(fā)射的2艘艘航海家號宇宙飛船航海家號宇宙飛船(Voyager)，是目前所有仍在運(yùn)作、還可聯(lián)系是目前所有仍在運(yùn)作、還可聯(lián)系的宇宙飛船中，距離地球最遠(yuǎn)的。的宇宙飛船中，距離地球最遠(yuǎn)的。其中，其中，航海家航海

6、家2號號于于1977年年8月月20日發(fā)射，到日發(fā)射，到2010年年6月月28日日已超過已超過1萬萬2000天，天，航海家航海家1號號于于1977年年9月月5日發(fā)射，至日發(fā)射，至7月月13日也達(dá)到日也達(dá)到1萬萬2000天。天。合肥工業(yè)大學(xué) 據(jù)報道，據(jù)報道，航海家航海家1 1號號( (Voyager 1)目前已經(jīng)航行超目前已經(jīng)航行超過過220220億公里，距離太陽約億公里，距離太陽約170170億公里；而地球與億公里；而地球與太陽的平均距離為太陽的平均距離為1 1億億50005000萬公里。航海家萬公里。航海家1 1號重號重815815公斤，于公斤，于19771977年年9 9月月5 5日發(fā)射，曾

7、到訪過木星及日發(fā)射，曾到訪過木星及土星，受惠于幾次的引力加速，使得飛行速度比土星，受惠于幾次的引力加速，使得飛行速度比其它任何人造太空飛行器都還要快，即使較它早其它任何人造太空飛行器都還要快，即使較它早半個月發(fā)射的姊妹船航海家半個月發(fā)射的姊妹船航海家2 2號，也無法超越。號，也無法超越。合肥工業(yè)大學(xué) 中國第一臺自行設(shè)計、自主集成研制的中國第一臺自行設(shè)計、自主集成研制的“蛟龍?zhí)栻札執(zhí)枴陛d人潛水載人潛水器器30003000米級海試取得成功米級海試取得成功 中國科技部、國家海洋局中國科技部、國家海洋局20102010年年8 8月月2626日日宣布，中國宣布，中國第一臺自行設(shè)計、自主集第一臺自行設(shè)計、

8、自主集成研制的國家成研制的國家863計劃重計劃重大專項大專項“蛟龍?zhí)栻札執(zhí)枴陛d人潛載人潛水器，在南海水器，在南海3000米級米級海上試驗取得成功，最大海上試驗取得成功，最大下潛深度達(dá)下潛深度達(dá)3759米，并米，并在南海海底插上中國國旗。在南海海底插上中國國旗。 合肥工業(yè)大學(xué) 中國載人潛水器成功突破5000米 達(dá)5056.8米 2011年年7月月26日上日上午午6：09在東太平洋在東太平洋試驗海區(qū)成功突破試驗海區(qū)成功突破5000米海底深度，達(dá)米海底深度，達(dá)5056.8米。這意味著米。這意味著中國深?；顒幽芰筛仓袊詈；顒幽芰筛采w世界蓋世界70%以上的洋以上的洋底，并成功回收至底，并成功回收至

9、“向向陽紅陽紅09”船。船。 合肥工業(yè)大學(xué) “蛟龍蛟龍”號預(yù)計號預(yù)計2012年將年將進(jìn)行進(jìn)行7000米級海試米級海試 “蛟龍”號下潛至海底5057米深處所拍攝的魚合肥工業(yè)大學(xué) 2012年年6月月24日，日，“蛟龍蛟龍”號載人潛水器在馬里亞納海域號載人潛水器在馬里亞納海域進(jìn)行的進(jìn)行的7000米級海試第四次米級海試第四次下潛試驗中成功突破下潛試驗中成功突破7000米米深度，再創(chuàng)中國載人深潛新紀(jì)深度，再創(chuàng)中國載人深潛新紀(jì)錄。圖為錄。圖為“蛟龍蛟龍”號被放入水。號被放入水。2012年年6月月30日日15時許，在馬里亞時許，在馬里亞納海溝試驗區(qū)進(jìn)行納海溝試驗區(qū)進(jìn)行7000米級海試第米級海試第六次下潛的六

10、次下潛的“蛟龍蛟龍”號返回母船，標(biāo)號返回母船，標(biāo)志著我國具備了在全球志著我國具備了在全球99.8%的海的海洋深處開展科學(xué)研究、資源勘探的能洋深處開展科學(xué)研究、資源勘探的能力。力。在今年進(jìn)行的在今年進(jìn)行的6次下潛中，次下潛中，“蛟龍蛟龍”號號3次超越次超越7000米，最大下潛深度達(dá)米，最大下潛深度達(dá)到到7062米米 。合肥工業(yè)大學(xué) v 目前，國外共有各類深海載人潛水器目前，國外共有各類深海載人潛水器13艘，性能與艘，性能與“蛟龍?zhí)栻札執(zhí)枴贝篌w大體相當(dāng)?shù)挠邢喈?dāng)?shù)挠?艘，分別是：美國的艘，分別是：美國的“阿爾文號阿爾文號”(下潛深度下潛深度4500米，米，1963年服役年服役)、日本的、日本的“深海

11、深海6500號號”(下潛深度下潛深度6500米，米，1989年服役年服役)、俄羅斯的、俄羅斯的“和平和平1號號”與與“和平和平2號號”(下潛深度均下潛深度均為為6000米，米，1987年服役年服役)、法國的、法國的“鸚鵡螺號鸚鵡螺號”(下潛深度下潛深度6000米，米，1984年服役年服役)。最大下潛深度紀(jì)錄由。最大下潛深度紀(jì)錄由“深海深海6500號號”于于1989年年8月創(chuàng)造，為月創(chuàng)造，為6527米。米。合肥工業(yè)大學(xué) 合肥工業(yè)大學(xué) 1 1、2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代前為第一階段，年代前為第一階段，“萌芽階段萌芽階段” 工程師們自覺或者不自覺地把機(jī)械產(chǎn)品和電子技術(shù)相結(jié)合，以提高機(jī)工程師們自覺或

12、者不自覺地把機(jī)械產(chǎn)品和電子技術(shù)相結(jié)合，以提高機(jī)械產(chǎn)品的性能。但是由于電子技術(shù)的發(fā)展相對落后，使得機(jī)械與電子械產(chǎn)品的性能。但是由于電子技術(shù)的發(fā)展相對落后，使得機(jī)械與電子的結(jié)合還沒有得到廣泛的應(yīng)用。的結(jié)合還沒有得到廣泛的應(yīng)用。2 2、7070年代到年代到8080年代為第二階段，年代為第二階段，“蓬勃發(fā)展階段蓬勃發(fā)展階段” 計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)（計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)（3C3C技術(shù)）的發(fā)展，為機(jī)電一體技術(shù)）的發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。這個時期的特點是：化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。這個時期的特點是： mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到一詞首先在日本被普

13、遍接受，大約到2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)；末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)； 機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展； 各國均開始對機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的關(guān)注和支持。各國均開始對機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的關(guān)注和支持。 合肥工業(yè)大學(xué) 3 3、9090年代后期開始為第三階段，年代后期開始為第三階段，“智能化階段智能化階段” 光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支；體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了

14、光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支； 對機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，機(jī)電一體化的對機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行了深入研究。學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行了深入研究。 由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，將促使進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，將促使機(jī)電一體化進(jìn)一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。機(jī)電一體化進(jìn)一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。 合肥工業(yè)大學(xué) 1. 1. 數(shù)控

15、機(jī)床的問世，寫下了數(shù)控機(jī)床的問世，寫下了“機(jī)電一體化機(jī)電一體化” 歷史的歷史的第一頁。第一頁。2. 2. 微電子技術(shù)為微電子技術(shù)為“機(jī)電一體化機(jī)電一體化”帶來勃勃生機(jī)。帶來勃勃生機(jī)。3. 3. “可編程序控制器可編程序控制器”、“電力電子電力電子”等的發(fā)展為等的發(fā)展為“機(jī)電一體化機(jī)電一體化”提供了堅強(qiáng)基礎(chǔ)。提供了堅強(qiáng)基礎(chǔ)。4. 4. 激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)使激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)使“機(jī)機(jī)電一體化電一體化” 躍上新臺階。躍上新臺階。合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用舉例加濕器的結(jié)構(gòu)組成及加濕器的結(jié)構(gòu)組成及原理原理采用超聲波高頻振蕩的原理，將水霧化為15微米的超微粒子，通

16、過風(fēng)動裝置，將水霧擴(kuò)散到空氣中。 合肥工業(yè)大學(xué) SIEMENS 可編程序控制器產(chǎn)品可編程序控制器產(chǎn)品合肥工業(yè)大學(xué) 數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床數(shù)數(shù)控控銑銑床床合肥工業(yè)大學(xué) 焊接機(jī)器人焊接機(jī)器人-FAUNC車身焊接機(jī)器人車身焊接機(jī)器人 工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人合肥工業(yè)大學(xué) 課外閱讀材料：汽車課外閱讀材料：汽車1、EFI 系統(tǒng)系統(tǒng)2、自動變速箱、自動變速箱3、安全氣囊、安全氣囊4、ABS系統(tǒng)系統(tǒng)5、自動巡航系統(tǒng)、自動巡航系統(tǒng)合肥工業(yè)大學(xué) 電子燃油噴射電子燃油噴射（EFI）系統(tǒng)系統(tǒng) 電子控制燃油噴射系統(tǒng)（電子控制燃油噴射系統(tǒng)（EFI）簡稱簡稱汽油噴射。它是汽車汽油發(fā)動機(jī)取消化油汽油噴射。它是汽車汽油發(fā)動機(jī)取消化油器

17、而采用的一種先進(jìn)的噴油裝置。使用器而采用的一種先進(jìn)的噴油裝置。使用EFI，汽車發(fā)動機(jī)燃燒將更充分，從而提高功率，汽車發(fā)動機(jī)燃燒將更充分，從而提高功率，降低油耗，實現(xiàn)低公害排放的目的。當(dāng)降低油耗，實現(xiàn)低公害排放的目的。當(dāng)EFI功能與發(fā)動機(jī)其它功能結(jié)為一體時，稱功能與發(fā)動機(jī)其它功能結(jié)為一體時，稱“發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)（發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)（EMS）”，這將達(dá)到，這將達(dá)到更高要求的環(huán)保目標(biāo)。更高要求的環(huán)保目標(biāo)。合肥工業(yè)大學(xué) 合肥工業(yè)大學(xué) CVT自動變速器原理圖自動變速器原理圖 奧迪奧迪A4的自動變速器。綠色圓筐中的部分就的自動變速器。綠色圓筐中的部分就是多片離合器式的行星齒輪制動機(jī)構(gòu)是多片離合器式的行星齒輪制動

18、機(jī)構(gòu) 合肥工業(yè)大學(xué) 汽車防抱死系統(tǒng)(ABS)合肥工業(yè)大學(xué) 基本工作原理是，汽車制動時，首先由輪速基本工作原理是，汽車制動時，首先由輪速傳感器測出與制動車輪轉(zhuǎn)速成正比的交流電傳感器測出與制動車輪轉(zhuǎn)速成正比的交流電壓信號，并將該電壓信號送入電子控制器壓信號，并將該電壓信號送入電子控制器（ECU）。由）。由ECU中的運(yùn)算單元計算出車中的運(yùn)算單元計算出車輪速度、滑動率及車輪的加、減速度，然后輪速度、滑動率及車輪的加、減速度，然后再由再由ECU中的控制單元對這些信號加以分中的控制單元對這些信號加以分析比較后，向壓力調(diào)節(jié)器發(fā)出制動壓力控制析比較后，向壓力調(diào)節(jié)器發(fā)出制動壓力控制指令。使壓力調(diào)節(jié)器中的電磁閥等

19、直接或間指令。使壓力調(diào)節(jié)器中的電磁閥等直接或間接地控制制動壓力的增減，以調(diào)節(jié)制動力矩，接地控制制動壓力的增減，以調(diào)節(jié)制動力矩，使之與地面附著狀況相適應(yīng)，防止制動車輪使之與地面附著狀況相適應(yīng)，防止制動車輪被抱死。被抱死。合肥工業(yè)大學(xué) 安全氣囊安全氣囊 汽車行駛過程中，傳感器系統(tǒng)不斷向控制裝置發(fā)送速度變化（或加速度）汽車行駛過程中，傳感器系統(tǒng)不斷向控制裝置發(fā)送速度變化（或加速度）信息，由控制裝置（中央控制器）對這些信息加以分析判斷，如果所測的加信息，由控制裝置（中央控制器）對這些信息加以分析判斷，如果所測的加速度、速度變化量或其它指標(biāo)超預(yù)定值（即真正發(fā)生了碰撞），則控制裝置速度、速度變化量或其它指

20、標(biāo)超預(yù)定值（即真正發(fā)生了碰撞），則控制裝置向氣體發(fā)生器發(fā)出點火命令或傳感器直接控制點火，點火后發(fā)生爆炸反應(yīng)，向氣體發(fā)生器發(fā)出點火命令或傳感器直接控制點火，點火后發(fā)生爆炸反應(yīng)，產(chǎn)生產(chǎn)生N2或?qū)夤拗袎嚎s氮?dú)忉尫懦鰜沓錆M碰撞氣袋。乘員與氣袋接觸時，或?qū)夤拗袎嚎s氮?dú)忉尫懦鰜沓錆M碰撞氣袋。乘員與氣袋接觸時，通過氣袋上排氣孔的阻尼吸收碰撞能量，達(dá)到保護(hù)乘員的目的。通過氣袋上排氣孔的阻尼吸收碰撞能量，達(dá)到保護(hù)乘員的目的。合肥工業(yè)大學(xué) 數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成合肥工業(yè)大學(xué) 。機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成合肥工業(yè)大學(xué) 將來自各傳感

21、器的檢測信息和外部輸入命令進(jìn)行集中、儲將來自各傳感器的檢測信息和外部輸入命令進(jìn)行集中、儲存、分析、加工，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程序和存、分析、加工，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程序和 節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個系統(tǒng)有目的地運(yùn)行。節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個系統(tǒng)有目的地運(yùn)行。 要求：高可靠性、處理速度快、智能化要求：高可靠性、處理速度快、智能化合肥工業(yè)大學(xué) 合肥工業(yè)大學(xué) （1 1）檢測傳感技術(shù)）檢測傳感技術(shù)傳感器技術(shù)，信號輸入輸出與處理，傳感系統(tǒng)自動控制、傳感器技術(shù)，信號輸入輸出與處理，傳感系統(tǒng)自動控制、調(diào)節(jié)與檢測技術(shù)。調(diào)節(jié)與檢測技術(shù)。（2 2）信息技術(shù)）信息技術(shù)信息輸入輸出，交換、存儲

22、，運(yùn)算，判斷，決策等。信息輸入輸出，交換、存儲，運(yùn)算，判斷，決策等。（3 3）自動控制技術(shù)）自動控制技術(shù)自動控制理論與系統(tǒng)設(shè)計，自動控制系統(tǒng)仿真，位置、自動控制理論與系統(tǒng)設(shè)計，自動控制系統(tǒng)仿真，位置、速度、自適應(yīng)控制，診斷、校正、補(bǔ)償控制等。速度、自適應(yīng)控制，診斷、校正、補(bǔ)償控制等。（4 4）伺服驅(qū)動技術(shù)）伺服驅(qū)動技術(shù)機(jī)、電、液（氣）等執(zhí)行元件的驅(qū)動與控制技術(shù)。機(jī)、電、液（氣）等執(zhí)行元件的驅(qū)動與控制技術(shù)。（5 5）精密機(jī)械技術(shù)）精密機(jī)械技術(shù)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，零部件模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，零部件模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、規(guī)格化等。規(guī)格化等。（6 6）系統(tǒng)總體技術(shù)）系統(tǒng)總體技術(shù)傳統(tǒng)

23、設(shè)計方法與現(xiàn)代設(shè)計方法的融合技術(shù)傳統(tǒng)設(shè)計方法與現(xiàn)代設(shè)計方法的融合技術(shù)合肥工業(yè)大學(xué) 1.3.1 機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成要素與功能特征機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成要素與功能特征 構(gòu)成要素：構(gòu)成要素：機(jī)械系統(tǒng)、電子信息處理系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、傳機(jī)械系統(tǒng)、電子信息處理系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、執(zhí)行控制系統(tǒng)（元件）等組成。感系統(tǒng)、執(zhí)行控制系統(tǒng)（元件）等組成。 重要功能特征：重要功能特征：以能源轉(zhuǎn)換為主功能特征。以能源轉(zhuǎn)換為主功能特征。 以信息轉(zhuǎn)換為主功能特征。以信息轉(zhuǎn)換為主功能特征。 三大目的功能：三大目的功能：變換功能（加工處理）；傳遞功能（移動、變換功能（加工處理）；傳遞功能（移動、輸送）；儲存功能（保持、積蓄、

24、記錄）。輸送）；儲存功能（保持、積蓄、記錄）。 控制方式：控制方式：線性、非線性、智能控制方式。線性、非線性、智能控制方式。1.3.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）應(yīng)具有的主要功能要素機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）應(yīng)具有的主要功能要素 主功能、信息功能、控制功能、動力功能、構(gòu)造功能。主功能、信息功能、控制功能、動力功能、構(gòu)造功能。 各子系統(tǒng)的匹配技術(shù)（核心）各子系統(tǒng)的匹配技術(shù)（核心） 接口技術(shù)。接口技術(shù)。 合肥工業(yè)大學(xué) 合肥工業(yè)大學(xué) 物質(zhì)物質(zhì)主功能計測功能（變換、傳遞、儲存）動力輸入（能源）信息能源動力功能人或其他系統(tǒng)（信息）輸入控制輸出控制控制功能信息能源原輸入干擾廢棄物輸出新輸出構(gòu)造功能原輸入輸入控制（

25、信息）新輸出毛坯物質(zhì)工件物質(zhì)熱、振動熱、振動、切屑切削加工（加工機(jī)構(gòu)）機(jī)械結(jié)構(gòu)能位置檢測電 源控制器CNC操作人員CNC程序監(jiān)視外部電源（能源）圖紙信息等 圖圖1.6 系統(tǒng)五種內(nèi)部功能構(gòu)成系統(tǒng)五種內(nèi)部功能構(gòu)成 圖圖1.7 CNC機(jī)床內(nèi)部功能構(gòu)成機(jī)床內(nèi)部功能構(gòu)成 合肥工業(yè)大學(xué) 1.5 機(jī)電一體化系統(tǒng)構(gòu)成要素相互聯(lián)系問題機(jī)電一體化系統(tǒng)構(gòu)成要素相互聯(lián)系問題 接口技術(shù)接口技術(shù)v 接口技術(shù)的作用：為實現(xiàn)機(jī)械、電子、信息等各異的技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的物質(zhì)、能源、信息的傳遞與轉(zhuǎn)換，達(dá)到系統(tǒng)所需的目的功能。v 接口技術(shù)的功能：系統(tǒng)輸入/輸出接口信息的匹配。 系統(tǒng)信息的轉(zhuǎn)換、調(diào)整，能源信息匹配。v 接口技術(shù)的

26、分類： 按變換調(diào)整功能分類：零接口，無源接口，有源接口，智能接口。 按輸入輸出功能分類：機(jī)械接口、物理接口、信息接口、環(huán)境接口。v 實際上，機(jī)電一體化技術(shù)研究的核心問題是接口技術(shù)問題。合肥工業(yè)大學(xué) 1.6機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計流程設(shè)計內(nèi)容：設(shè)計內(nèi)容：（1）確定產(chǎn)品規(guī)格、性能指標(biāo)）確定產(chǎn)品規(guī)格、性能指標(biāo) 運(yùn)動參數(shù)、動力參數(shù)、運(yùn)動參數(shù)、動力參數(shù)、品質(zhì)參數(shù)。品質(zhì)參數(shù)。（2）系統(tǒng)功能部件要素的劃分）系統(tǒng)功能部件要素的劃分 功能部件選擇、設(shè)計和功能部件選擇、設(shè)計和與系統(tǒng)主功能的匹配。與系統(tǒng)主功能的匹配。（3）接口設(shè)計）接口設(shè)計 機(jī)械接口、物理接口、信息接口、環(huán)境機(jī)械接口、物理接口、信息接口、環(huán)境接口。接口

27、。（4）綜合評價或系統(tǒng)評價）綜合評價或系統(tǒng)評價 系統(tǒng)性能、結(jié)構(gòu)質(zhì)量的各種系統(tǒng)性能、結(jié)構(gòu)質(zhì)量的各種定量指標(biāo)和參數(shù)，系統(tǒng)的附加價值，定量指標(biāo)和參數(shù)，系統(tǒng)的附加價值，滿足設(shè)計或用戶需求滿足設(shè)計或用戶需求的功能性產(chǎn)品或系統(tǒng)為前提。的功能性產(chǎn)品或系統(tǒng)為前提。評價方法依據(jù)產(chǎn)品要求有所評價方法依據(jù)產(chǎn)品要求有所不同不同（5）可靠性復(fù)查）可靠性復(fù)查 （6）試制與調(diào)試）試制與調(diào)試 樣機(jī)制造與調(diào)試、試驗。樣機(jī)制造與調(diào)試、試驗。（7）最終產(chǎn)品結(jié)果評價）最終產(chǎn)品結(jié)果評價 是否達(dá)到設(shè)計或用戶要求是否達(dá)到設(shè)計或用戶要求合肥工業(yè)大學(xué) 1.7 機(jī)電一體化系統(tǒng)的評價體系機(jī)電一體化系統(tǒng)的評價體系v 依據(jù)提高機(jī)電一體化產(chǎn)品依據(jù)提高機(jī)

28、電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)附加價值或系統(tǒng)附加價值的各項綜合指標(biāo)作為評價體的各項綜合指標(biāo)作為評價體系的制定標(biāo)準(zhǔn)，即五大內(nèi)部功能要素指標(biāo)。系的制定標(biāo)準(zhǔn)，即五大內(nèi)部功能要素指標(biāo)。系統(tǒng)（產(chǎn)品）系統(tǒng)（產(chǎn)品）內(nèi)部功能內(nèi)部功能 評評 價價 參參 數(shù)數(shù) 系統(tǒng)（產(chǎn)品價值）系統(tǒng)（產(chǎn)品價值）高高低低主功能主功能 系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差抗干擾能力抗干擾能力廢棄物輸出廢棄物輸出變換效率變換效率小小強(qiáng)強(qiáng)少少高高大大弱弱多多低低動力功能動力功能 輸入能量輸入能量能能 源源少少內(nèi)裝內(nèi)裝多多外裝外裝控制功能控制功能可控輸入輸出接口數(shù)可控輸入輸出接口數(shù)操作動作數(shù)操作動作數(shù)多多少少少少多多構(gòu)造功能構(gòu)造功能尺寸、重量尺寸、重量強(qiáng)度強(qiáng)度小、輕小、輕

29、高高大、重大、重低低計測功能計測功能或信息獲取或信息獲取精度精度靈敏度靈敏度高高響應(yīng)快響應(yīng)快低低響應(yīng)慢響應(yīng)慢合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）主 功 能計測、控制功能動 力 功 能構(gòu) 造 功 能高性能化機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）低價格化智能化高可靠性化輕薄短小化省能化系統(tǒng)內(nèi)部功能的發(fā)展方向及評價內(nèi)容系統(tǒng)內(nèi)部功能的發(fā)展方向及評價內(nèi)容合肥工業(yè)大學(xué) 1.8 機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計方法與類型v 原則：原則：從規(guī)范性、通用性、耐環(huán)境性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等多方面綜合從規(guī)范性、通用性、耐環(huán)境性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等多方面綜合分析，結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計方法和手段，達(dá)到機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的三大目分析，結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計方法和手段，達(dá)到

30、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的三大目的省能源、省資源、智能化，提高機(jī)電產(chǎn)品的附加值和自動化程度。的省能源、省資源、智能化，提高機(jī)電產(chǎn)品的附加值和自動化程度。v 常用的設(shè)計方法：常用的設(shè)計方法： 機(jī)電互補(bǔ)法機(jī)電互補(bǔ)法( (取代法取代法):):就是用電氣控制取代原系統(tǒng)中的機(jī)械控制機(jī)構(gòu)。就是用電氣控制取代原系統(tǒng)中的機(jī)械控制機(jī)構(gòu)。該方法是改造舊產(chǎn)品、開發(fā)新產(chǎn)品或?qū)υ到y(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造常用的方該方法是改造舊產(chǎn)品、開發(fā)新產(chǎn)品或?qū)υ到y(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造常用的方法法, , 也是改造傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品的常用方法。也是改造傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品的常用方法。 機(jī)電結(jié)合（融合）法機(jī)電結(jié)合（融合）法( (整體設(shè)計法整體設(shè)計法):):主要用于新產(chǎn)品的開

31、發(fā)設(shè)計。在主要用于新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計。在設(shè)計時完全從系統(tǒng)的整體目標(biāo)出發(fā)設(shè)計時完全從系統(tǒng)的整體目標(biāo)出發(fā), , 考慮各子系統(tǒng)的設(shè)計。某些子系考慮各子系統(tǒng)的設(shè)計。某些子系統(tǒng)可融為一體，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。統(tǒng)可融為一體，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。 機(jī)電組合法機(jī)電組合法( (組合法組合法):):就是選用各種標(biāo)準(zhǔn)功能模塊組合設(shè)計成機(jī)電一就是選用各種標(biāo)準(zhǔn)功能模塊組合設(shè)計成機(jī)電一體化系統(tǒng)。例如體化系統(tǒng)。例如, ,設(shè)計一臺數(shù)控機(jī)床設(shè)計一臺數(shù)控機(jī)床, ,可以依據(jù)機(jī)床的性能要求可以依據(jù)機(jī)床的性能要求, ,通過通過對不同廠家的計算機(jī)控制單元、伺服驅(qū)動單元、位移和速度測試單元對不同廠家的計算機(jī)控制單元、伺服驅(qū)動單元、位移和速度測試單元

32、及主軸、導(dǎo)軌、刀架、傳動系統(tǒng)等產(chǎn)品的評估分析及主軸、導(dǎo)軌、刀架、傳動系統(tǒng)等產(chǎn)品的評估分析, , 研究各單元間接研究各單元間接口關(guān)系和各單元對整機(jī)性能的影響口關(guān)系和各單元對整機(jī)性能的影響, , 通過優(yōu)化設(shè)計確定機(jī)床的結(jié)構(gòu)組通過優(yōu)化設(shè)計確定機(jī)床的結(jié)構(gòu)組成。成。合肥工業(yè)大學(xué) 常見的設(shè)計類型：常見的設(shè)計類型：v 開發(fā)性設(shè)計開發(fā)性設(shè)計 沒有參照產(chǎn)品的設(shè)計，僅僅是根據(jù)抽象的設(shè)計原理和要求，沒有參照產(chǎn)品的設(shè)計，僅僅是根據(jù)抽象的設(shè)計原理和要求，設(shè)計出質(zhì)量和性能方面滿足目的要求的系統(tǒng)。設(shè)計出質(zhì)量和性能方面滿足目的要求的系統(tǒng)。v 適應(yīng)性設(shè)計適應(yīng)性設(shè)計 是在總的方案原理基本保持不變的情況下，對現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)是在總的方案

33、原理基本保持不變的情況下，對現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行局部更改，或用微電子技術(shù)代替原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)，或為行局部更改，或用微電子技術(shù)代替原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)，或為了微電子控制進(jìn)行局部適應(yīng)性設(shè)計，以提高產(chǎn)品的性能和了微電子控制進(jìn)行局部適應(yīng)性設(shè)計，以提高產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。質(zhì)量。v 變異性設(shè)計變異性設(shè)計 是在設(shè)計方案和結(jié)構(gòu)不變的情況下，僅改變現(xiàn)有產(chǎn)品的規(guī)是在設(shè)計方案和結(jié)構(gòu)不變的情況下，僅改變現(xiàn)有產(chǎn)品的規(guī)格尺寸，使之適應(yīng)于量的方面有所變更的要求。格尺寸，使之適應(yīng)于量的方面有所變更的要求。合肥工業(yè)大學(xué) 1.10 機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計程序、準(zhǔn)則與規(guī)律機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計程序、準(zhǔn)則與規(guī)律1.10.1 設(shè)計程序設(shè)計程序 總體設(shè)計總體

34、設(shè)計部件設(shè)計與選擇部件設(shè)計與選擇技術(shù)設(shè)計與工藝設(shè)計。技術(shù)設(shè)計與工藝設(shè)計。（1）總體設(shè)計總體設(shè)計明確設(shè)計思想和概念明確設(shè)計思想和概念-分析系統(tǒng)（產(chǎn)品）的綜合性能指標(biāo)要求分析系統(tǒng)（產(chǎn)品）的綜合性能指標(biāo)要求-類似產(chǎn)品調(diào)研和市場調(diào)研類似產(chǎn)品調(diào)研和市場調(diào)研-劃分部件或子系統(tǒng)的功能模塊劃分部件或子系統(tǒng)的功能模塊決定系統(tǒng)和部件、子系統(tǒng)的性能參數(shù)決定系統(tǒng)和部件、子系統(tǒng)的性能參數(shù)-擬定總體可行性方案（采用不同的設(shè)計方法和手段達(dá)到設(shè)計目的的多擬定總體可行性方案（采用不同的設(shè)計方法和手段達(dá)到設(shè)計目的的多種方案）種方案）-方案評價與對比、方案定型方案評價與對比、方案定型-編寫總體方案的可行性論證書編寫總體方案的可行性

35、論證書-專家評定鑒定專家評定鑒定-確定最終總體設(shè)計方案。確定最終總體設(shè)計方案。合肥工業(yè)大學(xué) （2 2）部件（或關(guān)鍵零件）選擇與設(shè)計）部件（或關(guān)鍵零件）選擇與設(shè)計 部件主要性能指標(biāo)確定部件主要性能指標(biāo)確定-部件選擇與設(shè)計部件選擇與設(shè)計-明確技術(shù)手明確技術(shù)手段。段。（3）技術(shù)設(shè)計與工藝性設(shè)計）技術(shù)設(shè)計與工藝性設(shè)計 技術(shù)設(shè)計應(yīng)充分考慮實現(xiàn)系統(tǒng)（產(chǎn)品）功能要素的工藝特技術(shù)設(shè)計應(yīng)充分考慮實現(xiàn)系統(tǒng)（產(chǎn)品）功能要素的工藝特性、制造手段與能力性、制造手段與能力工藝基礎(chǔ)；工藝基礎(chǔ)； 工藝性設(shè)計要以滿足實現(xiàn)系統(tǒng)（產(chǎn)品）各功能要素為前提工藝性設(shè)計要以滿足實現(xiàn)系統(tǒng)（產(chǎn)品）各功能要素為前提或目的或目的保證性能、質(zhì)量、增

36、加附件價值。保證性能、質(zhì)量、增加附件價值。合肥工業(yè)大學(xué) 1.10.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計準(zhǔn)則機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計準(zhǔn)則 以以節(jié)省能源、節(jié)省資源、智能化，提高系統(tǒng)的附加值，實現(xiàn)系統(tǒng)目的功能為節(jié)省能源、節(jié)省資源、智能化，提高系統(tǒng)的附加值，實現(xiàn)系統(tǒng)目的功能為設(shè)計準(zhǔn)則設(shè)計準(zhǔn)則，使系統(tǒng)具有高的，使系統(tǒng)具有高的可靠性、適應(yīng)性、完善性為設(shè)計目標(biāo)可靠性、適應(yīng)性、完善性為設(shè)計目標(biāo)。1.10.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的一般規(guī)律機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的一般規(guī)律 總結(jié)一般系統(tǒng)的設(shè)計，具有以下規(guī)律：根據(jù)設(shè)計要求首先確定離散元素總結(jié)一般系統(tǒng)的設(shè)計，具有以下規(guī)律：根據(jù)設(shè)計要求首先確定離散元素間的間的邏輯關(guān)系邏輯關(guān)系，然后研究其相互間的，然后研究其相互間的物理關(guān)系物理關(guān)系，這樣就可根據(jù)設(shè)計要求和手，這樣就可根據(jù)設(shè)計要求和手冊確定其冊確定其結(jié)構(gòu)關(guān)系結(jié)構(gòu)關(guān)系，最終完成全部設(shè)計工作；其中確定邏輯關(guān)系階段是關(guān)鍵，最終完成全部設(shè)計工作；其中確定邏輯關(guān)系階段