動(dòng)力和操縱控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

1、1,機(jī)械設(shè)計(jì)的基本程序,2,機(jī)械系統(tǒng)的組成,運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 運(yùn)動(dòng)方程,傳動(dòng)比,人機(jī)環(huán)境關(guān)系,3,10 動(dòng)力和操縱控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì),10.1 機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 10.2 操縱控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 10.3 機(jī)械系統(tǒng)的精度設(shè)計(jì),4,10.1 機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì),10.1.1 動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想 10.1.2 機(jī)械系統(tǒng)的載荷特性 10.1.3 載荷譜及其編制 10.1.4動(dòng)力機(jī)械的類型及其特性 10.1.5 動(dòng)力機(jī)械的選用原則,5,10.1.1 動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想,機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì),安全,可靠,零部件：強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性；,動(dòng)力系統(tǒng)（動(dòng)力機(jī)）：滿足執(zhí)行系統(tǒng)的功率要求；,6,動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì),系

2、統(tǒng)所受載荷,動(dòng)力機(jī)功率,功能原理設(shè)計(jì),如何選擇動(dòng)力機(jī)？,7,10.1.2 機(jī)械系統(tǒng)的載荷特性,1. 機(jī)械系統(tǒng)的載荷及其分類 機(jī)械系統(tǒng)的載荷 所有機(jī)械在工作中幾乎都要承受各種外力的作用，工程上把這些外力稱為載荷。 載荷的分類 按載荷的作用形式分類 按零件發(fā)生變形的不同分類 按載荷產(chǎn)生的來源分類 按載荷是否隨時(shí)間變化分類,8,載荷的分類1,以變形的形式作用,9,載荷的分類2,10,載荷的分類3,11,12,1940年美國西海岸華盛頓州世界第三的Tacoma大橋，中央跨距853m，懸索橋結(jié)構(gòu)，建成四個(gè)月在19ms-1的風(fēng)載下塌毀。,13,載荷的分類4,注意： 載荷與應(yīng)力不同,14,各種不同的載荷時(shí)間

3、歷程,15,10.1.2 機(jī)械系統(tǒng)的載荷特性2. 工作載荷的確定方法,需求方提供,設(shè)計(jì)者自定,國標(biāo)、規(guī)定,類比法 參考同類或相近的機(jī)械，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或簡單的計(jì)算確定所設(shè)計(jì)機(jī)械的載荷。主要應(yīng)用在載荷難定或初步設(shè)計(jì)階段。 包括：幾何尺寸類比、動(dòng)力類比 計(jì)算法 根據(jù)機(jī)械的功率要求和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，運(yùn)用各種力學(xué)原理、經(jīng)驗(yàn)公式或圖表等計(jì)算確定載荷。理論力學(xué) 實(shí)測法 用實(shí)驗(yàn)分析的方法測定機(jī)械及其零件的載荷。直接、準(zhǔn)確。,16,現(xiàn)設(shè)計(jì)機(jī)械,原有機(jī)械,17,18,3.1.3 載荷譜及其編制,載荷譜的基本概念 原始記錄的載荷-時(shí)間歷程稱為機(jī)械的工作譜或使用譜。 經(jīng)過概率統(tǒng)計(jì)分析的方法處理后，能反映載荷隨時(shí)間變化的，并具有

4、統(tǒng)計(jì)特征的載荷時(shí)間歷程稱為載荷譜。 編譜：由實(shí)測載荷譜經(jīng)統(tǒng)計(jì)處理簡化為典型載荷譜的過程。 編譜目的： 把隨機(jī)載荷化為有規(guī)律的載荷的累加（或疊加），便于疲勞分析計(jì)算或試驗(yàn)。 編譜過程：,實(shí)測載荷譜,統(tǒng)計(jì)處理,典型載荷譜,19,10.1.3 載荷譜及其編制,隨機(jī)載荷的統(tǒng)計(jì)處理方法,借助傅立葉變換，將隨機(jī)載荷分解為無限多個(gè)具有各種頻率的簡諧載荷，得到功率譜密度函數(shù)。,把載荷-時(shí)間歷程離散成一系列的峰值和谷值，然后計(jì)算載荷峰值或幅值發(fā)生的頻次、頻率、概率密度和概率分布函數(shù)等。,20,循環(huán)數(shù)與反向數(shù),21,判讀,計(jì)數(shù) 編譜,計(jì)數(shù)法處理隨機(jī)載荷,22,循環(huán)計(jì)數(shù)法,峰谷值計(jì)數(shù)法,23,24,循環(huán)計(jì)數(shù)法,幅程

5、計(jì)數(shù)法,25,26,循環(huán)計(jì)數(shù)法中的雨流法,計(jì)數(shù)規(guī)則 雨流的起點(diǎn)依次從每個(gè)峰（谷）值的內(nèi)側(cè)開始； 雨流在下一個(gè)峰（谷）值處落下，直到對(duì)面有一個(gè)比開始時(shí)的峰（谷）值更大（更?。┑闹禃r(shí)停止； 當(dāng)雨流遇到來自上面一層流下的雨流時(shí)就停止； 取出所有的全循環(huán)，并記下各自的振程； 按正、負(fù)斜率取出所有的半循環(huán)，并記下各自的振程； 將取出的半循環(huán)，按雨流法第二階段計(jì)數(shù)法則處理并計(jì)數(shù)。,27,雨流法,全循環(huán)： 半循環(huán)：,28,雨流法,標(biāo)準(zhǔn)發(fā)散收斂譜,標(biāo)準(zhǔn)收斂發(fā)散譜,29,30,三點(diǎn)雨流法,必須以絕對(duì)值最大的峰或谷開始計(jì)數(shù),31,雨流法提取有效循環(huán)載荷,32,33,34,35,四點(diǎn)雨流計(jì)數(shù)法,36,循環(huán)計(jì)數(shù)法的結(jié)

6、果,頻率直方圖,累積頻次曲線,37,38,39,10.1.4 動(dòng)力機(jī)械的類型及其機(jī)械特性,1. 動(dòng)力機(jī)：機(jī)械設(shè)備中驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械，也稱原動(dòng)機(jī)。 2. 動(dòng)力機(jī)的類型：,40,10.1.4 動(dòng)力機(jī)械的類型及其機(jī)械特性,1. 動(dòng)力機(jī)：機(jī)械設(shè)備中驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械，也稱原動(dòng)機(jī)。 2. 動(dòng)力機(jī)的選用 （1）分析工作機(jī)械的負(fù)載特性和要求，包括工作機(jī)械的載荷特性、工作制度、結(jié)構(gòu)布局和工作環(huán)境等。 （2）分析動(dòng)力機(jī)本身的機(jī)械特性，包括動(dòng)力機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等特性，以及動(dòng)力機(jī)所能適應(yīng)的工作環(huán)境。使動(dòng)力機(jī)的機(jī)械特性與工作機(jī)械的負(fù)載特性相匹配。 （3）進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性的比較，當(dāng)同時(shí)可用多種類型的動(dòng)力機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，經(jīng)

7、濟(jì)性的分析是必不可少的，包括能量的供應(yīng)和消耗，動(dòng)力機(jī)的制造、運(yùn)行和維修成本的對(duì)比等。,41,在選擇動(dòng)力機(jī)時(shí)，可根據(jù)各類動(dòng)力機(jī)的特點(diǎn)進(jìn)行各種方案的比較，首先確定動(dòng)力機(jī)的類型，然后根據(jù)工作機(jī)械的負(fù)載特性計(jì)算動(dòng)力機(jī)的容量。有時(shí)也可預(yù)選動(dòng)力機(jī)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來后再進(jìn)行校核。 動(dòng)力機(jī)的容量通常是指其功率的大小。動(dòng)力機(jī)的功率P（單位：kW）與轉(zhuǎn)矩T（單位：Nm）和轉(zhuǎn)速n（單位：rpm）之間的關(guān)系為 或 動(dòng)力機(jī)的容量一般是由負(fù)載所需的功率或轉(zhuǎn)矩確定，動(dòng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速則與工作機(jī)械之間的傳動(dòng)方案有關(guān)。若具有變速裝置時(shí)，動(dòng)力機(jī)轉(zhuǎn)速可高于或低于工作機(jī)械的轉(zhuǎn)速。,42,10.1.4 動(dòng)力機(jī)械的類型及其機(jī)械特性,動(dòng)力機(jī)的機(jī)械

8、特性：動(dòng)力機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，也稱輸出特性。是選擇動(dòng)力機(jī)的基礎(chǔ)。,內(nèi)燃機(jī),負(fù)荷特性、速度特性、通用特性 燃油消耗、功率、調(diào)速特性、推進(jìn)特性等,電動(dòng)機(jī),功率、電壓、電流、頻率、轉(zhuǎn)速 啟動(dòng)、調(diào)速、翻轉(zhuǎn)、制動(dòng)等,液壓馬達(dá) 氣動(dòng)馬達(dá),壓力、體積流量和排量、效率 功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等,43,調(diào)速性能好，調(diào)整范圍寬，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,額定功率PN 額定電壓UN 額定電流IN 額定轉(zhuǎn)速nN 勵(lì)磁電壓Nf 勵(lì)磁電流If 勵(lì)磁方式,價(jià)廉、耐用，啟動(dòng)調(diào)速性能差,額定功率PN 額定電壓UN 額定電流IN 額定頻率f 額定轉(zhuǎn)速nN 定子相數(shù) 繞組接法 絕緣等級(jí),價(jià)貴，啟動(dòng)負(fù)載較大，可小范圍調(diào)速,復(fù)雜，價(jià)高，轉(zhuǎn)速不可調(diào)節(jié)

9、，功率因素大,44,三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性,電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 輸出轉(zhuǎn)矩T與其相應(yīng)轉(zhuǎn)速間的關(guān)系,啟動(dòng)點(diǎn),額定工作點(diǎn),同步轉(zhuǎn)速點(diǎn),最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn),最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn),45,46,小轉(zhuǎn)矩,47,48,49,50,51,有效性能指標(biāo) 有效功率 平均有效壓力 升功率 有效燃油消耗率 指示性能指標(biāo) 標(biāo)定功率 機(jī)械效率,52,每小時(shí)的耗油量,有效燃油消耗率,排氣溫度,經(jīng)濟(jì)性,53,動(dòng)力性,轉(zhuǎn)矩,有效功率,54,綜合特性,55,10.1.4 動(dòng)力機(jī)械的類型及其特性,3. 動(dòng)力機(jī)械的比較 電動(dòng)機(jī)優(yōu)/缺點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)效率較高，種類多，調(diào)速性能好，可進(jìn)行遠(yuǎn)距離調(diào)控。缺點(diǎn)是需電源，野外工作不便。 內(nèi)燃機(jī)優(yōu)/缺點(diǎn)：功率范圍寬，操作

10、啟動(dòng)方便，便于移動(dòng)，用于野外作業(yè)。缺點(diǎn)是需燃油，排氣污染和噪聲等。 液壓馬達(dá)優(yōu)/缺點(diǎn)：傳動(dòng)比較大，低轉(zhuǎn)速性能好，易實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，操作和控制都比較方便。缺點(diǎn)是制造和裝配精度要求高，容易漏油，影響工作機(jī)械的運(yùn)動(dòng)精度。 氣動(dòng)馬達(dá)優(yōu)/缺點(diǎn)：無污染，集中供給和遠(yuǎn)距離輸送，對(duì)易燃、易爆、多塵和振動(dòng)等惡劣工作環(huán)境的適應(yīng)性較好。缺點(diǎn)是空氣可壓縮，工作穩(wěn)定性差，噪聲較大，輸出轉(zhuǎn)矩比較小，適用于小型和輕型工作機(jī)械。,56,10.1.5 動(dòng)力機(jī)械的選用原則,動(dòng)力機(jī)選擇步驟： 根據(jù)動(dòng)力機(jī)選擇的一般原則，確定動(dòng)力機(jī)的形式； 確定動(dòng)力機(jī)形式后，必須根據(jù)工作載荷的特性和動(dòng)力機(jī)的負(fù)荷特性來確定最終選用的動(dòng)力機(jī)械類型； 確定動(dòng)

11、力機(jī)類型后，根據(jù)工作機(jī)械的負(fù)荷特性計(jì)算動(dòng)力機(jī)的容量，預(yù)選動(dòng)力機(jī)型號(hào)。,57,10.1.5 動(dòng)力機(jī)的選用原則,動(dòng)力機(jī)形式的選用原則： 分析工作機(jī)械的負(fù)載特性和要求，包括工作機(jī)械的載荷特性、工作制度、結(jié)構(gòu)布置和工作環(huán)境。 分析動(dòng)力機(jī)本身的機(jī)械特性，包括動(dòng)力機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等特性，以及動(dòng)力機(jī)所能適應(yīng)的工作環(huán)境。應(yīng)使動(dòng)力機(jī)的機(jī)械特性與工作機(jī)械的負(fù)載特性相匹配。 進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性的比較，當(dāng)同時(shí)可用多種類型的動(dòng)力機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，經(jīng)濟(jì)性的分析是必不可少的，包括能源的供應(yīng)和消耗，動(dòng)力機(jī)的制造、運(yùn)行和維護(hù)成本的對(duì)比等。,58,10.1.5 動(dòng)力機(jī)械的選用原則,動(dòng)力機(jī)類型的選用原則： 考慮不同類型動(dòng)力機(jī)的機(jī)械特性，使

12、之與工作機(jī)相匹配。 動(dòng)力機(jī)型號(hào)的選用原則： 計(jì)算所要求的具體性能數(shù)據(jù)，如：功率、速度、排量等，選擇具體型號(hào)。,59,10.2 操縱控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì),10.2.1 操縱系統(tǒng)的組成、功能和分類 10.2.2 操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10.2.3 操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的人機(jī)工程學(xué) 10.2.4 機(jī)械系統(tǒng)控制 復(fù)習(xí)思考題,60,10.2.1 操縱系統(tǒng)的組成、功能和分類,一、操縱系統(tǒng)的組成 二、操縱系統(tǒng)的功能 三、操縱系統(tǒng)的分類,61,一、操縱系統(tǒng)的組成,操縱系統(tǒng)是指把人和機(jī)械聯(lián)系起來，使機(jī)械按照人的指令工作的機(jī)構(gòu)和元件所構(gòu)成的總體。,操縱件：產(chǎn)生操縱動(dòng)力或發(fā)出操縱信號(hào)； 執(zhí)行件：執(zhí)行操縱運(yùn)動(dòng)； 傳動(dòng)件：將操縱運(yùn)動(dòng)及其

13、上的作用力傳遞給執(zhí)行件； 輔助元件：保證操縱系統(tǒng)安全的元件。,操縱系統(tǒng)是人與機(jī)械直接聯(lián)系的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng),62,二、操縱系統(tǒng)的功能,功能：實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換，即把操作者施加于機(jī)械的信號(hào)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換傳遞到執(zhí)行系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械的啟動(dòng)、停止、制動(dòng)、換向、變速和變力等目的。,基本要求： 操縱靈活、輕便省力 操縱件定位可靠 系統(tǒng)反饋準(zhǔn)確迅速且具有可調(diào)性 操縱方便舒適 操縱安全可靠,63,三、操縱系統(tǒng)的分類,按操縱系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式分類 按操縱系統(tǒng)的傳動(dòng)方式分類 按一個(gè)操縱件控制的執(zhí)行件數(shù)目分類,此外：手動(dòng)、腳動(dòng)、遙控操作系統(tǒng),64,10.2.2 操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì),原理設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 操縱件的造型設(shè)計(jì),根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要

14、求，選擇操縱件、執(zhí)行件和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案，確定主要設(shè)計(jì)參數(shù)及有關(guān)幾何尺寸。,在原理方案的基礎(chǔ)上，形成各個(gè)組成部分的形狀和尺寸。,在不同造型、不同功能的機(jī)器上，采用獨(dú)特的造型和風(fēng)格，并與機(jī)械整體相協(xié)調(diào)。,65,操縱系統(tǒng)的主要參數(shù),操縱力Fc：操作者施加給機(jī)器操縱件的最大作用力，取決于執(zhí)行件的工作阻力和操縱系統(tǒng)的傳動(dòng)比。 操縱行程sc： 執(zhí)行件從初始位置移動(dòng)到完成操縱任務(wù)時(shí)的位置，操縱件所具有的相應(yīng)位移量。 傳動(dòng)比uc：傳動(dòng)件主動(dòng)力臂與從動(dòng)力臂之比。,66,操縱件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),操縱件：8 執(zhí)行件：13-16 傳動(dòng)件：1-3 其它結(jié)構(gòu)元件,67,操縱件的造型設(shè)計(jì),(1) 旋紐 旋紐的造型應(yīng)具有線條簡潔大

15、方的形體，要與機(jī)械造型的風(fēng)格一致，顏色以素雅為宜(除特殊規(guī)定外)，多用黑色、金屬灰色或乳白色。需要突出標(biāo)記的旋鈕宜涂飽和度高、明亮度大的顏色，如白、淺黃、淺藍(lán)、朱紅、黑色等。 (2) 手柄和手輪 手柄和手輪的斷面形狀和線條應(yīng)簡單大方，有特殊操縱要求或起點(diǎn)綴作用的手輪內(nèi)壁涂鮮明醒目的顏色。手柄端部裝上有顏色的塑料球頭或把手，以引人注目。手柄和手輪應(yīng)手感舒適，色質(zhì)柔和，不宜過多地鍍亮鉻。,68,經(jīng)常操縱的操縱件中間位置和移動(dòng)范圍應(yīng)布置在最有利工作范圍內(nèi),10.2.3 操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的人機(jī)工程學(xué),由于在“人機(jī)”系統(tǒng)中起決定性作用的是人，而人又常常存在著體力不足、反應(yīng)遲緩、準(zhǔn)確性差、記憶力有限和容易疲勞

16、等弱點(diǎn)。所以，在設(shè)計(jì)操縱系統(tǒng)時(shí)，就必須依據(jù)人體功能特點(diǎn)和心理、生理規(guī)律來進(jìn)行設(shè)計(jì)，使“人機(jī)”系統(tǒng)達(dá)到最佳配合狀態(tài)。,設(shè)置安全保護(hù)裝置以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行和人身安全,結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)造型應(yīng)舒適并適應(yīng)不同的操作情況,69,立勢操縱的工作范圍及操縱力設(shè)計(jì),站立時(shí)手臂的活動(dòng)范圍 陰影區(qū)：最有利的活動(dòng)范圍 小圓?。菏直鄣恼；顒?dòng)范圍 大圓弧：手臂的最大可及范圍,70,坐勢操縱的工作范圍及操縱力設(shè)計(jì),一般坐勢操縱的工作范圍和視力范圍,71,坐勢操縱的工作范圍及操縱力設(shè)計(jì),坐勢下肢的活動(dòng)范圍 a) 垂直面內(nèi)下肢活動(dòng)范圍 b) 水平面內(nèi)下肢活動(dòng) c) 不同身材的下肢活動(dòng)范圍,72,手動(dòng)操縱件的結(jié)構(gòu)造型,機(jī)械操縱件

17、以手動(dòng)操縱為多。目前常用的手動(dòng)操縱件有手柄、手輪、旋紐和按鍵等。設(shè)計(jì)手動(dòng)操縱件時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 1) 設(shè)計(jì)手柄式操縱件時(shí)，要重視柄部的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。由于手掌心肌肉最少，為防止掌心用力過大而產(chǎn)生痙攣，柄部結(jié)構(gòu)應(yīng)壁免手掌與柄部完全貼合。 2) 為了便于識(shí)別和記憶。各操縱件最好采用不同形狀的柄部或者不同顏色的按鈕；采用旋轉(zhuǎn)式操縱件時(shí)，最好將旋紐上的手捏部分設(shè)計(jì)成一頭尖的形狀，或標(biāo)上醒目的標(biāo)記，用它來指明旋轉(zhuǎn)的刻度位置。由于電子技術(shù)的發(fā)展，鍵盤式按鍵開關(guān)應(yīng)用越來越多。在按鍵上可注上文字或圖形，便于識(shí)別和記憶。 3) 鍵盤式按鍵開關(guān)占用空間小，操作時(shí)視野范圍集中，手的活動(dòng)范圍小，操作省力，反應(yīng)快且

18、準(zhǔn)確性高。 4) 采用復(fù)合多功能操縱件，可以在操作時(shí)手不離開操縱件而完成多種操縱任務(wù)，且可節(jié)約操作空間。,73,腳動(dòng)操縱件的結(jié)構(gòu)造型,腳動(dòng)操縱件的結(jié)構(gòu)型式 a) 踏板繞較遠(yuǎn)的支點(diǎn)旋轉(zhuǎn) b) 踏板平移 c) 踏板繞較近的指點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，支點(diǎn)在前 d)踏板繞較遠(yuǎn)的指點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，支點(diǎn)在后,74,操縱環(huán)境的安全保護(hù),(1) 操縱環(huán)境的不安全因素 造成操縱失誤的環(huán)境因素有機(jī)械系統(tǒng)的干擾、操作者的干擾和自然環(huán)境的影響。 機(jī)械系統(tǒng)的干擾來自被操作的機(jī)械或周圍的其他機(jī)械。如振動(dòng)、噪聲、粉塵、油污等。自然環(huán)境的干擾如溫度、濕度、粉塵對(duì)操作安全性影響很大，尤其是室外作業(yè)的機(jī)械。來自操縱者的不安全因素包括人體健康、心情、情緒

19、以及由此而造成的生理和心理的不良變化。 (2) 操縱環(huán)境的安全保護(hù) 操縱環(huán)境的安全保護(hù)主要是指對(duì)操縱環(huán)境的不安全因素采用必要的安全防護(hù)措施，如有以下一些： 1) 在機(jī)械系統(tǒng)中加裝保護(hù)裝置，如在汽車拖拉機(jī)等室外行走機(jī)械上安裝駕駛室等。 2) 提高操作者作業(yè)環(huán)境的舒適性。 3) 設(shè)置指示和警報(bào)裝置。,75,操縱系統(tǒng)中的安全保護(hù)裝置,(1) 自鎖機(jī)構(gòu) 自鎖機(jī)構(gòu)是以一定的預(yù)壓力把操縱件、執(zhí)行件和中間的某傳動(dòng)件固定在規(guī)定的位置上，只有所施加的操縱力大于這個(gè)預(yù)壓力時(shí)，操縱件或執(zhí)行件才會(huì)動(dòng)作。 (2) 互鎖機(jī)構(gòu) 互鎖機(jī)構(gòu)使操縱系統(tǒng)在進(jìn)行一個(gè)操作動(dòng)作時(shí)把另一個(gè)操作動(dòng)作鎖住，從而避免機(jī)械發(fā)生不應(yīng)有干涉，保證在前

20、一執(zhí)行件的動(dòng)作完成后才可使另一執(zhí)行件動(dòng)作。如車輛和機(jī)床等各類機(jī)械的變速箱中不會(huì)同時(shí)掛兩個(gè)檔；在離合器和制動(dòng)器配合動(dòng)作操縱系統(tǒng)中，應(yīng)保證離合器先脫開而制動(dòng)器后制動(dòng)，以及制動(dòng)器先松開而離合器后接合。,76,10.2.4 機(jī)械系統(tǒng)控制,一、控制的作用 二、控制系統(tǒng)的組成 三、機(jī)械系統(tǒng)控制基本原理,77,一、控制的作用,現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)都是由物料流、信息流和能量流所構(gòu)成的集成系統(tǒng)。為了保證系統(tǒng)的工作質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、改善系統(tǒng)的動(dòng)力特性和工作可靠性，就必須依靠控制系統(tǒng)才能達(dá)到要求。 機(jī)械系統(tǒng)控制的主要作用有以下幾點(diǎn)： 1) 使各執(zhí)行機(jī)構(gòu)按一定的順序和規(guī)律運(yùn)動(dòng)。 2) 改變各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)方向和速度大小。 3

21、) 使各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件間有協(xié)調(diào)的動(dòng)作，完成給定的作業(yè)循環(huán)要求。 4) 對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測、分類以及防止事故，對(duì)工作中出現(xiàn)的不正?，F(xiàn)象及時(shí)報(bào)警并消除。,78,二 、控制系統(tǒng)的組成,就結(jié)構(gòu)而言，控制系統(tǒng)主要由控制部分和被控部分組成。被控部分就是機(jī)械系統(tǒng)。 控制部分的功能是接受指令信號(hào)和被控部分的反饋信號(hào)，并對(duì)被控部分發(fā)出控制信號(hào)。 被控部分則是接受控制信號(hào)，發(fā)出反饋信號(hào)，并在控制信號(hào)的作用下實(shí)現(xiàn)被控運(yùn)動(dòng)。,典型的控制系統(tǒng)方框圖,79,三 、機(jī)械系統(tǒng)控制基本原理,1開環(huán)控制系統(tǒng) 如果控制系統(tǒng)只是根據(jù)給定的控制量進(jìn)行控制，而被控量在整個(gè)控制過程中對(duì)控制量不產(chǎn)生任何影響，則稱這種控制為開環(huán)控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)只是單

22、方向地依一定程序或規(guī)律實(shí)現(xiàn)控制，對(duì)應(yīng)每一個(gè)輸入值便有一個(gè)輸出值。而輸出值的精度完全取決于組成開環(huán)控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的工作精度。各種干擾顯著影響開環(huán)控制系統(tǒng)的工作性能。,開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖,80,三 、機(jī)械系統(tǒng)控制基本原理,開環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)例,如果工作臺(tái)從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，工件右上角的陰影部分將被切削?？刂破鲝妮敵龆丝诎褦?shù)據(jù)以脈沖形式輸出給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。因此，控制器可通過步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)必要的轉(zhuǎn)數(shù)來對(duì)工作臺(tái)的移動(dòng)進(jìn)行控制。,81,三 、機(jī)械系統(tǒng)控制基本原理,2閉環(huán)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)根據(jù)被控量對(duì)輸入量的偏差來進(jìn)行控制，而被控量在整個(gè)控制過程中對(duì)控制量產(chǎn)生反饋。因閉環(huán)系統(tǒng)是按照反饋控制原理來工作的，故又稱為反饋

23、控制系統(tǒng)。,閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖,82,三 、機(jī)械系統(tǒng)控制基本原理,閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)例,在輸入端設(shè)置了比較元件計(jì)數(shù)器； 在輸出端設(shè)置了檢測元件回轉(zhuǎn)編碼器，用它來測定輸出量(電脈沖數(shù))，再送到比較元件計(jì)數(shù)器中去，與輸入信號(hào)(電脈沖數(shù))進(jìn)行比較，得出偏差信號(hào)，再用以控制輸出量。,83,10.3 機(jī)械系統(tǒng)的精度設(shè)計(jì),10.3.1 精度設(shè)計(jì)中的基本概念 10.3.2 精度設(shè)計(jì)的主要原則 10.3.3 精密機(jī)械系統(tǒng)精度設(shè)計(jì)和誤差分配,84,10.3.1 精度設(shè)計(jì)中的基本概念,精密機(jī)械系統(tǒng)和大多數(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)均有較高的精度要求，屬精密設(shè)備。其基本特點(diǎn)是精度、效率和自動(dòng)化程度要求高，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但其共同的基

24、礎(chǔ)是精密機(jī)械技術(shù)。 精密機(jī)械技術(shù)與普通機(jī)械技術(shù)比較，機(jī)械原理、功用和重要性方面并無多大變化。其主要區(qū)別在于精度、分辨率和靈敏度等性能指標(biāo)上，這就需要有充分的科學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，才能進(jìn)行有效的精度設(shè)計(jì)。,85,10.3.1 精度設(shè)計(jì)中的基本概念,基礎(chǔ)：誤差理論 誤差理論：研究影響測量或者設(shè)備精度的誤差來源的及特性、誤差評(píng)定和估計(jì)方法，以及誤差的傳遞，相互轉(zhuǎn)化作用規(guī)律，誤差的合成與分配原則等從而為精密測量和精度設(shè)計(jì)提供可靠的科學(xué)依據(jù)。,（1）誤差的定義 對(duì)某個(gè)物理量進(jìn)行測量時(shí)，所測得的數(shù)值Xi與真值X0之間的差值稱為誤差i 。,86,誤差大小反映了測量對(duì)真值的偏離程度，它具有下列特點(diǎn)： 任何測量

25、手段無論精度多高，總是有誤差存在的，即真誤差是客觀的。 當(dāng)多次重復(fù)測量某個(gè)物理參數(shù)時(shí)，各次測量值是不等的，這是誤差不確定性的反映。只有測量儀器的分辨率太低時(shí)，才會(huì)有相等的情況出現(xiàn)。 由于真值是未知的，因此真誤差也是未知的。,87,（2）誤差的表示方法, 絕對(duì)誤差。絕對(duì)誤差是測得值X與被測量的真值X0之差，即 絕對(duì)誤差有量綱，能反映誤差的大小和方向，但不能反映測量工作的精細(xì)程度。 相對(duì)誤差。絕對(duì)誤差與被測量真值X0之比定義為相對(duì)誤差，即,相對(duì)誤差無量綱，但能反映測量工作的精細(xì)程度。 用儀器或儀表示值范圍的相對(duì)誤差（百分比值）表示該儀器的精度等級(jí)。例如溫度、壓力、流量和電測儀表的精度等級(jí)為0.1級(jí)

26、，它表示該儀表的絕對(duì)誤差為示值范圍的土0.1%,88,（3）誤差的分類 根據(jù)誤差的性質(zhì)、來源及特點(diǎn)，可將誤差進(jìn)行分類：, 根據(jù)誤差的性質(zhì)分類。誤差可分為隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差和粗大誤差。 隨機(jī)誤差是由許多獨(dú)立因素的微量變化綜合的結(jié)果。其數(shù)值大小和方向表面上看來無一定的規(guī)律，但隨著測量次數(shù)的增加、測量值的增多，它將服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，如正態(tài)分布、均勻分布、三角分布等，但大多數(shù)隨機(jī)誤差呈正態(tài)分布。 系統(tǒng)誤差的大小和方向在測量過程中是不變的，或者是按一定規(guī)律變化的。一般來說，系統(tǒng)誤差可用理論計(jì)算或?qū)嶒?yàn)方法求得，可預(yù)測它的出現(xiàn)，也可進(jìn)行調(diào)節(jié)和修正。 粗大誤差是由測量人員的疏忽或錯(cuò)誤，在測得值中出現(xiàn)的異常誤

27、差，經(jīng)認(rèn)真判定后予以剔除。,89, 按被測參數(shù)的時(shí)間特性分類。誤差可分為靜態(tài)參數(shù)誤差和動(dòng)態(tài)參數(shù)誤差。 不隨時(shí)間變化的被測參數(shù)稱為靜態(tài)參數(shù)，測定靜態(tài)參數(shù)所得的誤差稱為靜態(tài)參數(shù)誤差。反之，被測參數(shù)是時(shí)間的函數(shù)稱為動(dòng)態(tài)參數(shù)，測定動(dòng)態(tài)參數(shù)所得的誤差稱為動(dòng)態(tài)參數(shù)誤差。, 根據(jù)誤差之間關(guān)系分類。誤差可分為獨(dú)立誤差和相關(guān)誤差。 各原始誤差之間是彼此獨(dú)立、互不相關(guān)的，這種誤差稱為獨(dú)立誤差。在誤差合成時(shí)可用誤差獨(dú)立作用原理來計(jì)算。反之，各原始誤差之間是彼此相關(guān)的，這種誤差稱為相關(guān)誤差。,90, 按誤差來源分類。誤差可分為原理誤差、制造誤差和運(yùn)行誤差（使用誤差）。 原理誤差可分為理論誤差、方案誤差、技術(shù)原理誤差、

28、機(jī)構(gòu)原理誤差、零件原理誤差、電路及控制系統(tǒng)的原理誤差等。例如，理論誤差是指采用的工作原理在理論上的不完善，或者采用了近似理論所造成的誤差。方案誤差是指采用了不同技術(shù)方案所造成的誤差。,91,（1）精度的含義 根據(jù)誤差的不同性質(zhì)，可將精度分為： 準(zhǔn)確度。它用系統(tǒng)誤差大小來表示，準(zhǔn)確度反映了系統(tǒng)的測量值偏離真值的程度。 精密度。它用隨機(jī)誤差大小來表示，精密度反映了測量值與真值的離散程度。 精確度。它是系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差大小的綜合反映。因此，精確度高表示準(zhǔn)確度和精密度均高，而準(zhǔn)確度高未必精密度高，反之亦然，這兩種情況表示精確度不一定高。,92,3靈敏度和分辨率,靈敏度和分辨率是精度設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮的另

29、外兩項(xiàng)重要的性能指標(biāo)。 （1）靈敏度 系統(tǒng)的靈敏度是指當(dāng)輸入的變化值x趨近于0時(shí)，輸出變化值y與輸入變化值x比值的極限，即靈敏度S定義為 靈敏度的具體數(shù)值與系統(tǒng)的靜態(tài)特性函數(shù)y=f(x)有關(guān)。例如，y = Kx，則靜態(tài)靈敏度K（K為常數(shù)）。,（2）分辨率 它是指精密機(jī)械設(shè)備能感受、識(shí)別或檢測到輸入量的最小值，或者能產(chǎn)生、響應(yīng)得到輸出量的最小值。,93,10.3.2 精度設(shè)計(jì)的主要原則,1變形最小原則 精密機(jī)械設(shè)備的零部件受到自重、外載、溫度變化、工藝內(nèi)應(yīng)力以及振動(dòng)等因素的作用，都會(huì)產(chǎn)生變形誤差。因此，變形最小原則即要求上述各種變形誤差最小。,94,2基面統(tǒng)一原則 零件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意遵守下列四個(gè)

30、基面統(tǒng)一原則，以減小制造誤差和測量誤差。 （1）設(shè)計(jì)基面 零件工作圖上標(biāo)注尺寸的基準(zhǔn)面。 （2）工藝基面 加工時(shí)的定位基面，以此加工其它面。 （3）測量基面 以它為測量基準(zhǔn)，測量與此有關(guān)的尺寸。 （4）裝配基面 以它為基準(zhǔn)；確定零件間的相互位置。,95,3誤差縮小和放大原理 在傳動(dòng)鏈中，各級(jí)傳動(dòng)副的傳動(dòng)誤差都按一定的傳動(dòng)比依次傳遞，最后集中反映到末端件上，導(dǎo)致兩個(gè)端件之間產(chǎn)生相對(duì)位移誤差，即傳動(dòng)誤差。 傳動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)位移是在嚙合過程中由主動(dòng)件傳給被動(dòng)件的，并且只沿瞬時(shí)嚙合點(diǎn)處的公法線方向傳遞。因此，一對(duì)傳動(dòng)副在嚙合點(diǎn)處的公法線方向上的瞬時(shí)位移相等。傳動(dòng)誤差的傳遞也遵循同樣的規(guī)律。,96,式中 u1第一對(duì)嚙合齒輪的傳動(dòng)比。若不考慮軸的扭轉(zhuǎn)變形，裝在同一根軸上兩個(gè)傳動(dòng)件的角度位移是相等的。由于z2和z3同軸，因此，z2的誤差傳到z3時(shí)為同理，z1誤差傳到z4時(shí)為式中 u2第二對(duì)嚙合齒輪的傳動(dòng)比。,所以,97,由此得出誤差傳遞的規(guī)律：傳動(dòng)鏈中任意一個(gè)環(huán)節(jié)n產(chǎn)生轉(zhuǎn)角誤差時(shí)，其后面的某個(gè)傳動(dòng)環(huán)節(jié)k的轉(zhuǎn)角誤差應(yīng)為 由于傳動(dòng)鏈?zhǔn)怯扇舾蓚鲃?dòng)件組成的，因此每一傳動(dòng)件的誤差都將傳遞到末端件，根據(jù)概率原理，傳動(dòng)鏈各傳動(dòng)件誤差反映到末端件的總轉(zhuǎn)角誤差為 式中 um末端傳動(dòng)副的傳動(dòng)比； m末端傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)角誤差。,98,由式（2-47）可知，傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)件誤差反映到末端件的總轉(zhuǎn)角誤差將