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摘 要:机电一体化是多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程,因此在产品设计的过程中,要特别强调技术融合,学科交叉的作用.阐述机电一体化产品典型设计进程,它通常划分为四个阶段,包括准备阶段,理论设计阶段,设计实施阶段,设计定型阶段.

关 键 词:机电一体化,设计方法,步骤

机电一体化系统设计是多个学科的交叉和综合,涉及的学科和技术非常广泛,其技术发展迅速,水平越来越高.由于机电一体化产品覆盖面很广,在系统的构成上,有着不同的层次,但在系统设计方面有着相同的规律.机电一体化系统设计是根据系统论的观点,运用现代设计的方法构造产品结构、赋予产品性能并进行产品设计的过程.

整个开发设计过程按步骤可划分为四个阶段:

1设计筹划阶段

1)在筹划阶段中要对设计目标进行机理分析,对客户的要求进行理论性抽象,以确定产品的性能、规格、参数.在这个阶段,因为用户需求往往是面向产品的使用目的,并不全是设计的技术参数,所以需要对用户的需求进行抽象,要在分析对象工作原理的基础上,澄清用户需求的目地、原因和具体内容,经过理论分析和逻辑推理,提炼出问题的本质和解决问题的途径,并用工程语言描述设计要求,最终形成产品的规格和参数.对于加工机械而言,它包括如下几个方面:

①运动参数:表征机器工作部件的运动轨迹和行程、速度和加速度.

②动力参数:表征机器为完成加工动作应输出的力(或力矩)和功率.

③品质参数:表征机器工作的运动精度、动力精度、稳定性、灵敏度和可靠性.

④环境参数:表征机器工作的环境,如温度、湿度、输入电源.

⑤结构参数:表征机器空间几何尺寸、结构、外观造型.

⑥界面参数:表征机器的人机对话方式和功能.

2)在这个阶段中要根据设计参数的需求,开展技术性分析,制定系统整体设计方案,划分出构成系统的各功能要素和功能模块,然后对各类方案进行可行性研究对比,核定最佳总体设计方案、各个模块设计的目标与相关人员的配备.系统设计方案文件的内容包括:

①系统的主要功能、技术指标、原理图及文字说明.

②控制策略及方案.

③各功能模块的性能要求,模块实现的初步方案及输出输入逻辑关系的参数指标.

④方案比较和选择的初步确定.

⑤为保证系统性能指标所采取的技术措施.

⑥抗干扰及可靠性设计策略.

⑦外观造型方案及机械主体方案.

⑧经费和进度计划的安排.

2理论设计阶段

首先,根据系统的主功能要求和构成系统的功能要素进行系统要素进行主功能分解,划分出功能模块,画出机器工作时序图和机器传动原理简图,对于有过程控制要求的系统应建立各要素的数学模型,确定控制算法,计算出各功能模块之间接口的输入、输出参数,确定接口设计的任务分配.应当说明的是,系统设计过程中的接口设计是对接口输入输出参数或机械结构参数的设计,而功能模块设计中的接口设计则是遵照系统设计制定的接口参数进行细部设计,实现接口的技术物理效应,两者在设计内容和设计分工上是不同的.不同类型的接口,其设计要求有所不同.传感器是机电一体化系统的感觉器官,它从待测对象那里获得反映待测对象特征与状态的信息,监视监测整个设备的工作过程,传感器接口要求传感器与被测对象机械量信号源应有直接关系,保证标度转换及数学建模快速、准确、可靠,传感器与机械本体之间联接简洁、牢固,灵敏度高、动态性能好,抗机械谐波干扰性强,正确反映待测对象的被测参数.变送接口要满足传感器模块的输出信号与微机前向通道电气参数的匹配及远距离信号传输的要求,接口信号的传输要精确,可靠性强,抗干扰能力强,噪音容限较低,传感器的输出阻抗要与接口的输入阻抗相配合,接口输出的电平要与微机的电平一致,为方便微机进行信号处理,接口输入信号和输出信号之间的关系须是线性关系.驱动接口要能满足接口的输入端与微机系统的后向通道在电平上保持一致,接口的输出端与功率驱动模块的输入端之间电平匹配的同时,阻抗也要匹配.其次,为防止功率设备的强电回路反窜入微机系统,接口必须采取有效的抵抗干扰措施.传动接口是一个机械接口,要求它的联接结构紧凑、轻巧,具有较高的传动精度和定位精度,安装、维修、调整简单方便,传动效率高,刚度好,