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第二章机电一体化机械系统设计理论第一节概述机电一体化机械系统是由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械及机电部件相互联系的系统。
其核心是由计算机控制的，包括机械、电力、电子、液压、光学等技术的伺服系统。
它的主要功能是完成一系列机械运动，每一个机械运动可单独由控制电动机、传动机构和执行机构组成的子系统来完成，而这些子系统要由计算机协调和控制，以完成其系统功能要求。
机电一体化机械系统的设计要从系统的角度进行合理化和最优化设计。
机电一体化系统的机械结构主要包括执行机构、传动机构和支承部件。
在机械系统设计时，除考虑一般机械设计要求外，还必须考虑机械结构因素与整个伺服系统的性能参数、电气参数的匹配，以获得良好的伺服性能。
一、机电一体化对机械系统的基本要求机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比，除要求较高的制造精度外，还应具有良好的动态响应特性，即快速响应和良好的稳定性。
1、高精度精度直接影响产品的质量，尤其是机电一体化产品，其技术性能、工艺水平和功能比普通的机械产品都有很大的提高，因此机电—体化机械系统的高精度是其首要的要求。
如果机械系统的精度不能满足要求，则无论机电—体化产品其它系统工作再精确，也无法完成其预定的机械操作。
2、快速响应机电一体化系统的快速响应即是要求机械系统从接到指令到开始执行指令指定的任务之间的时间间隔短。
这样系统才能精确地完成预定的任务要求，且控制系统也才能及时根据机械系统的运行情况得到信息，下达指令，使其准确地完成任务。
3、良好的稳定性机电一体化系统要求其机械装置在温度、振动等外界干扰的作用下依然能够正常稳定的工作。
既系统抵御外界环境的影响和抗干扰能力强。
为确保机械系统的上述特性，在设计中通常提出无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率和适当的阻尼比等要求。
此外机械系统还要求具有体积小、重量轻、高可靠性和寿命长等特点。
二、机械系统的组成概括地讲，机电一体化机械系统应主要包括如下三大部分机构。
机电一体化系统设计习题汇总第一章：概论1.关于机电一体化的涵义，虽然有多种解释，但都有一个共同点。
这个共同点是什么?2.机电一体化突出的特点是什么?重要的实质是什么？3.为什么说微电子技术不能单独在机械领域内获得更大的经济效益?4.机电—体化对我国机械工业的发展有何重要意义?5.试列举20种常见的机电一体化产品。
6.试分析CNC机床和工业机器人的基本结构要素，并与人体五大要素进行对比，指出各自的特点。
7.机电一体化产品各基本结构要素及所涉及的技术的发展方向。
8.机电一体化设计与传统设计的主要区别是什么?9.试举例说明常见的、分别属于开发性设计、适应性设计和变异性设计的情况。
10.为什么产品功能越多，操作性越差?为何产品应向“傻瓜化”方向发展?11.试结合产品的一般性设计原则，分析和理解按“有限寿命”设计产品的目的和意义。
第二章：机械系统设计1. 机电一体化产品对机械系统的要求有哪些?2. 机电一体化机械系统由哪几部分机构组成，对各部分的要求是什么?3. 常用的传动机构有哪些，各有何特点？4. 齿轮传动机构为何要消除齿侧间隙?5. 滚珠丝杠副轴向间隙对传动有何影响?采用什么方法消除它？6. 滚珠丝杠副的支承对传动有何影响?支承形式有哪些类型?各有何特点?7. 试设计某数控机床工作台进给用滚珠丝杠副。
己知平均工作载荷F＝4000N，丝杠工作长度l＝2m，平均转速＝120r／min，每天开机6h，每年300个工作日，要求工作8年以上，丝杠材料为CrwMn钢，滚道硬度为58—62HRC，丝杠传动精度为±0.04mm。
8.导向机构的作用是什么?滑动导轨、滚动导轨各有何特点?9.请根据以下条件选择汉江机床厂的HJG—D系列滚动直线导轨。
作用在滑座上的载荷F＝18000N，滑座数M=4，单向行程长度L＝0.8m，每分钟往返次数为3，工作温度不超过120℃，工作速度为40m／min,工作时间要求10000h以上,滚道表面硬度取60HRC。
机械系统设计概念总结第一篇：机械系统设计概念总结1)机械工程学科是研究机械产品（或系统）的性能、设计和制造的基础理论和技术的科学；分为机械学和机械制造2)机械学：对机械进行功能综合并定量描述及控制其性能的基础技术科学；3)机械制造：接受设计输出的指令和信息，并加工出合乎设计要求的产品的过程。
分为热加工和冷加工。
热：研究如何将材料加工成产品，如何保证、评估、提高这些产品的安全可靠度和寿命的技术科学.冷：研究各种机械制造过程和方法的技术科学；1)系统：是指由特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体，即有两个或以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体二1.2机械系统设计一、任务：开发新的产品和改造老产品，最终目的是为市场提供优高效、价廉物美的机械产品，以取得较好的效益。
设计角度的种类：完全创新二、设计的的基本原则和要求 1)需求、信息、系统（输入输出；三大流）、优化和效益要求：功能、适应性、可靠性、生产能力、使用经济性、成本三、产品设计、生产过程1)产品策划（指导性作用）、产品设计、产品生产、产品销售、产品运转、产品报废或回收2)功能原理方案设计、结构总体设计和技术设计阶段第二章机械系统总体设计是产品设计的关键，对产品的技术性能、经济指标和外观造型均具有决定性意义2.1功能原理设计必要功能（基本功能和附加功能）非必要功能 1)定义：针对所设计的产品的主要功能提出一些原理性的构思，即针对产品的主要功能进行原理性设计2)任务：针对某一确定的功能要求，去寻求一些物理效应并借助某些作用原理来求得一些实现该功能目标的解法原理来。
1)输入输出量只涉及物料流、能量流、信号流2)用来描述产品的功能，内部结构未知3)特点：暂时不考虑附加和非必须功能、突出。
将这些功能用抽象的形式（）表达，通过抽象化清晰掌握设计产品功能和主要约束条件，从而突出设计中的主要矛盾问题本质基本的功能单位：功能元：能直接从技术效应及逻辑关系中找到可以满足功能要求的最小单位功能元：物理反映系三大流的基本物理动作、数学：逻辑结构总体设计任务：将原理方案设计机构化 1)1、明确原则：功能、工作情况、结构的工作原理2、简单原则3、安全可靠原则：构件可靠性、功能可靠性、工作安全性、环境安全性步骤 1)初步设计：1、明确设计要求2、主功能载体的初步设计3、按比例绘制主要结构草图4、检查主、辅功能载体结构5设计结果触屏机选择2)详细设计1各功能载体的详细设计2补充、完善结构总体设计草图3对完善的结构总体草图进行审核4进行技术经济评分3)机构总体设计的完善和审核总体布置设计1)任务：确定机械系统中各子系统之间的相对位置及相对运动关系，使总系统具有一个协调完善的造型 2)基本要求1功能合理2结构紧凑、层次清晰、比例协调3充分考虑产品的系列化及发展总体参数是结构总体设计和零部件设计的依据，参数：性能生产能力、结构、运动、动力；最高、最低转速的确定；转速相对损失A与公比ψ、变速范围Rn 与级数Z；确定公比ψ的原则执行系统设计要求：保证设计提出的功能目标、使用寿命强度刚度、各执行机构结构合理配合协调轴静刚度：轴尺寸形状、轴承数量预紧配置、前后支撑距离、前悬伸量、传动件布置、主轴组件的制造和装配质量导轨：导向和承载3类要求：导向精度及精度保持性（几何和接触精度、刚度、高灵敏度间隙：镶条和压板传动：独立、集中、联合驱动组成：变速改变动力源的输出转矩和力矩适应执行间的要求；离合器：牙嵌式、齿轮、摩擦片式：减小尺寸、超速、结构因素起停换向：方便省力、操作安全、结构安全可靠并能传递足够动力：齿轮-摩擦离合器、齿轮换向机构制动：与离合器互锁、合理确定制动器的安装位置、闸带式制动器的操纵力应作用在松边安全保护：销钉安全联轴器、钢珠、摩擦安全离合器内联：保证传动精度指各执行末端之间的协调性和均匀性；提高精度原则：缩短传动链、降速传动、合理分配传动比、合理选择传动件、合理确定传动副的精度、教正装置支承件作用：支撑零件部件、并保持被支撑零部件的相互位置关系及承受各种力和力矩：静刚度、动、热、内应力变形及刚度:自身、局部、接触截面积：空心、形状、封闭操纵系统集中、独立控制操纵系统：操纵件、变送、执行要求：操纵灵活省力、方便舒适、安全可靠设计原理方案和机构设计安全：目的系统运行和人身位置、手段：电气液机械润滑：减少摩擦损失、工作表面的磨损发热、提高寿命及精度、工作效率冲洗、防腐。
