机电产品的设计制造过程37页PPT

德国凯驰RC3000
科沃斯地宝 730
机电产品开发与设计的基本过程
产品规划阶段（认识需求、可行性论证、 形成任务书） 功能原理方案设计阶段（分析功能、设 计机器的工作原理，形成原理方案） 技术设计阶段（详细设计机器的各组成 部分及零件，形成装配图和零件图） 样机试制与测试 批量化设计（商品化设计）阶段
机电产品的制造过程
材料及其处理

常用的材料

金属材料（铸铁、碳素钢、合金钢、有色金属）。 无机材料（陶瓷、玻璃、水泥等） 高分子材料（工程塑料、合成橡胶） 复合材料 功能材料（超导材料、半导体材料、电致（磁致）伸缩材料、形状记忆 合金、双金属材料、超硬材料等）

使用性能、工艺性能选用材料 进一步的发展方向：根据性能要求改变组成成分和组织结构以设计 材料。 材料处理（材料改性）：
机电产品的制造过程
机械零件加工举例——连杆的加工工艺。
工艺路线（33道工序）： 锻造——铣两端面——粗磨两端面——钻、扩小头 孔——锪小头孔倒角——拉小头孔——粗镗大头 孔——车大头外圆——打成套编号——粗铣螺栓孔 平面——精铣螺栓孔平面——钻、扩、铰两螺栓 孔——中间检验——半精磨两端面——半精镗大头 孔——精镗小头孔——中间检验——钻小头油孔— —去小孔毛刺——压入衬套——铣开——去毛刺— —锪螺栓孔倒角——钻连杆盖定位销孔——钻连杆 体定位销孔——装配连杆盖与连杆体——精磨两平 面——精镗衬套孔和大头孔——中间检验——车小 头两端面及孔口倒角——去全部毛刺——清洗—— 最后检验
试生产阶段：

机电产品的制造过程
基本制造过程：

生产准备——零件制造——产品装配
编制生产计划（品种、产量、进度） 设计工艺设计 工艺装备设计制造、数控程序编制、材料消耗定额、 工时定额、质量标准等。 备料与采购

酒店客房部分采用集中计量 冷却塔补水、泳池补水、洗衣房用水、绿化用水、冷冻机房补水皆单独计 量。
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台湾饭店项目方案简介—给排水/燃气系统
从控制冲洗水量和选用节水配件方面达到节水目的，并 减少跑、冒、滴、漏等现象。 ➢ 尽量选用节水型配件、卫生洁具、淋浴器。如冲水量 ≤6升的大便器
项目概况
➢台湾饭店项目位于北京市东城区王府井，酒店品牌 为Waldorf=Astoria，总建筑面积32002m2。
➢本项目B4-B3为停车库；B2为酒店后勤区，包括员工 餐厅、洗衣房、房管部等；B1-L3为酒店公共区，包 括大堂、餐厅、宴会厅、会议室、游泳池、健身中 心、Spa等；L4-L12为酒店客房层，包括标准客房、 行政套房、总统套房，共计174间。
第四部分 强电系统
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台湾饭店项目方案简介—强电系统
强电系统包括：
• 10kV变配电系统 • 低压配电系统 • 照明系统 • 接地和防雷系统 • 应急电源系统 • 电气火灾报警系统 • 电站自动化系统 • 客房控制系统
+可靠的供配电系统 +优质的照明系统 +完善的防雷接地系统 +备用的发电系统 +不间断UPS系统 =高质量的电源解决方案
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台湾饭店项目方案简介—消防系统
消防系统说明： 室内消火栓系统 ❖ 用水量为30升/秒 ❖ 火灾延续期为3小时 ❖ 消火栓安装于各楼层及 其消防电梯前室、地下室和明显便于取用的地 方。
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消 火 栓 给 水 系 统 示 意 图
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台湾饭店项目方案简介—消防系统
台湾饭店项目方案简介—消防系统
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③ 与金属材料相比，绝缘材料的硬度较低，弹性较大： 导热性差，吸湿性大，电气绝缘性能容易变坏等，使绝缘 零件的机械加工具有特殊性。绝缘零件机械加工时会产生 大量粉尘，必须装设除尘装置；为减少摩擦热，刀具必须 锋利，不能采用切削液，以免绝缘性能变坏。
④ 对带有绝缘材料的部件，如定子、转子，换向 器和集电环等，机械加工时，使用切削掖，又要防 止切屑损伤绝缘材料。 ⑤ 对于导磁零部件，切削应力不应过大，以免降 低导磁性能和增大铁耗。 ⑥ 对于叠片铁心，机械加工时应防止倒齿。根据 电机的电磁性能要求，定子铁心内圆应尽量避免机 械加工。
光止口方案——定于铁心内、外圆不进行机械加工，压入 机座后，以铁心内圆定位精车机座止口。其特点是以精车 止口消防机座加工、铁心制造和装配所产生的误差，从而 达到所要求的同轴度。因此，定子的同轴度主要取决于精 车止口时所用胀胎工具的精度和定位误差。在机座零件加 工时，对止口与内圆的同轴度和精度可放低些，有利于采 用组合机床或自动线加工；但多一道光止口工序，以致多 占用一次机床。
单件工艺费用为：
全年工艺费用为：
第一章 电机零部件的机械加工
第一节 电机零部件机械加工的一般问题
一、电机零部件的互换性 在成批生产和大量生产的零部件中，不经过选择和 修配，任意取出一个同样规格的零件或部件，就能顺 利地装配到产品上去，并能保证产品的质量。这种同 样规格的零件或部件可以相互替换使用的性质，称为 零件或部件的互换性。
三、工艺尺寸链 一个零件或一个装配体，都有由若干彼此连接的尺寸组
成一个封闭的尺寸组，这种封闭的尺寸组称为尺寸链，在 零件加工过程中所遇到的尺寸链，称为工艺尺寸链。
在尺寸链中，每个尺寸都称为环，其中必有一个尺寸依 附于其他尺寸而最后形成
四、电机零部件机械加工的特点 电机零部件机械加工时所采用的机床和切削刀具与一般

教学案例: 教学案例
家用清洁机器人 完成人: 完成人 02级：张艳利、吕晓杰、刘进、郑 级 张艳利、吕晓杰、刘进、 秀琦； 级 莫静、 秀琦；05级：莫静、闫键
机电产品开发与设计的基本概念
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科沃斯地宝 730
机电产品开发与设计的基本过程
产品规划阶段（产生创意、可行性论证、 产品规划阶段（产生创意、可行性论证、 形成任务书） 形成任务书） 原理方案设计阶段（ 原理方案设计阶段（设计机器的工作原 形成原理方案） 理，形成原理方案） 技术设计阶段（详细设计机器的各组成 技术设计阶段（ 部分及零件，形成装配图和零件图） 部分及零件，形成装配图和零件图） 样机试制与测试 批量化设计与生产阶段
机电产品开发与设计的基本过程
产品规划阶段（明确设计任务阶段） 产品规划阶段（明确设计任务阶段）
需求识别（创意的产生） 需求识别（创意的产生） 提出问题比解决问题更重要更困难 需求识别的方法： 需求识别的方法： 从生活中的“不方便”之处发现需求； 从生活中的“不方便”之处发现需求； 从生产发展的角度寻找需求； 从生产发展的角度寻找需求； 根据现有技术的弱点去寻找需求； 根据现有技术的弱点去寻找需求； 从新技术应用的角度去发现需求； 从新技术应用的角度去发现需求； 从以外中发现需求； 从以外中发现需求； 需求的抽象与明确
机电产品的制造过程
毛胚的成形方法： 毛胚的成形方法：
机电产品的制造过程
毛胚的成形方法： 毛胚的成形方法：
塑性成形： 塑性成形：利用汽锤或压力机使金属产生塑 性变形的成形方法，包括锻造、 性变形的成形方法，包括锻造、冲压以及轧 拉拔等型材加工方法。 制、拉拔等型材加工方法。
裤扣的冲 压成型 自由锻 冲压

左X2
0
0 1 1 1 1
左X1
右Y2
右Y1
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控制算法-避障
• 选型：HC-SR04超声波模块。 • 参数：测距范围为2~450cm，测距精度可达到 2ｍｍ • 传感器的排布
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控制算法-避障
• 超声波测距模块的处理流程图 • 超声波模块的时序图
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传感器
• 漫反射式红外光电管 • 功能：用于避障，利用红外线可被白色地面漫反射，而会被
黑色轨迹吸收的原理来探测黑线轨迹，将光信号转变为电信 号，传给主控板，从而控制直流电机运动状态（转弯过程） • 引脚： ➢ VCC 外接3.3V-5V电压（可以直接与3.3v单片机相连） ➢ GND 外接GND ➢ OUT 小板数字量输出接口（0和1），可以单片机IO接口直 接相连 • 基本参数：有效距离范围2～30cm，工作电压为3.3V-5V • 尺寸：
平5V，低电平0V，感应角度不大于15度，探测距离 2cm-450cm，高精度可达0.2cm，盲区只有2cm
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供电系统
• 电源需求：系统需要5V作为工作电压给各个传 感器，驱动板，电机供电；也需要3.3V给主控 板供电
• 电源选择：综合考虑容量，电压需求，电压电 流稳定性等众多因素，决定选用7.4V 18650 锂电池（2块）作为电源
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控制算法-避障
超声波测距模块程序框图
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控制算法-避障

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1.5 机电产品现代设计方法 （2）现代机电产品常见现代设计方法
• 1.并行设计 • （2）基于信息、知识协同和集成的并行化
该方法基于计算机网络来实现，各零部件的设计人员通过计 算机网络对机电产品进行设计，并进行可制造性、经济性、可 靠性、可装配性等内容的分析及时的反馈信息，并按要求修改 各零部件的设计模型，直至整个机电产品完成为止。可以采用 面向制造（DFM）和面向装配 （ D FA ） 的 设 计 方 法 ， 涉 及 C A X 技 术 （ 即 C A D / C A M / C A P P 一 体 化技术）、产品信息集成（PDM）技术以及与人员协同集成有 关的信息技术。
变为直线运动，或反之； 将 一 个 动 力 机 的 机 械 能 传 送 到 数 个 工 作 机 上 ， 或 将 数 个 动 力 机 的
机械能传送到一个工作机上； 其 他 特 殊 作 用 ， 如 有 利 于 机 器 的 控 制 、 装 配 、 安 装 、 维 护 和 安 全
等而设置传动装置。
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3.传动与执行机构 （a）传动机构 传动机构是把动力从机器的一部分传递到另一部分，使机器或机器部件运动或运转
的构件或机构。 (1)功用
改 变 动 力 机 输 出 转 矩 ， 以 满 足 工 作 机 的 要 求 ； 把 动 力 机 输 出 的 运 动 转 变 为 工 作 机 所 需 的 形 式 ， 如 将 旋 转 运 动 改
• 流体传动 • 是指利用流体作为工质的一种传动。依靠液体的静压力传递能量的称为液压传动。
依靠叶轮与液体之间的流体动力作用传递能量的称为液力传动。利用气体的压力 传递能量的称为气压传动。
混泥土泵车
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1.4 现代机电产品的机电产品的功能构成

2
2
满足，C＞0.7(d1+d2)=0.7×2×161.78＝226.49(mm),同时， C＜2(d1+d2)=2×2×161.78＝647.12(mm)中心距合格。 所选同步带轮及带型为： 40-H-200-AF
宁波伏龙同步带
3.2 高速带传动
特点： 高速带传动又称高速平型带传动，指带速v＞30 m/s，高
同步带轮普通与同步带一同购买，可选用厂家提供的规 范带轮，也可单独定购。
3.1.5 设计计算
1、失效方式 同步带的传动主要失效方式：同步带疲劳断裂，带齿的
剪切和挤压破坏及带两侧边和带齿磨损等。
在正常的任务条件下，带传动设计准那么主要是在不打滑 的条件下限制其单位宽度拉力，以保证同步带的抗拉强度， 保证同步带具有一定的疲劳强度和运用寿命。
常用的资料有聚氯酯橡胶和氯丁橡胶。
2、型号、主要参数和标注方法
1〕型号
同步带型号如表所
示。
齿型 代号
型号
名称
MXL(minimal extra light) 最轻型
XXL（ extra extra light ） 超轻型
英制 梯型
齿
XL （ extra light ） L （ light ）
H （ heavy ）
(2) 玻璃纤维 与基体资料的粘结性好，柔韧性和 耐腐蚀性较好。多用于以氯丁橡胶为基体的同步 带中。
(3) 芳香族聚酸胺纤维 韧性远高于钢丝和玻璃纤 维，抗拉强度与钢丝一样，耐腐蚀和高温稳定性 好，价钱较高。
2〕基体
同步带的基体包括带齿和带背，在氯丁橡胶为 基体的同步带中增设用尼龙或锦纶丝织成布层， 以添加耐磨性。基体资料应具有良好的柔韧性、 耐磨性、耐热性、抗弯强度高、抗老化以及与 强力层的粘合性好。

精度等级 G
G630 G250 G100 G40 G16
G6.3
G2.5 G1 G0.4
振动速度 (mm/s) 630 250 100 40 16
6.3
动平衡精度等级的合理选取
转子类型举例
刚性安装的船用柴油机的曲轴驱动件； 刚性安装的大型四冲程发动机曲轴驱动件
刚性安装的高速四缸柴油机的曲轴驱动件
六缸和多缸柴油机的曲轴驱动件； 汽车、货车、和机车用的（汽油、柴油）发动机整机
❖ 在设计中，铁心设计尺寸要小于理论尺寸5%~8%，以防止叠压时变大而 影响安装。
❖ 铁心叠压时压力为20kg/cm^2。
❖ 2、铁心扭斜
❖ 定子铁心开槽使气隙不均匀，从而造成反电势中含有齿槽谐波；对于分 布式绕组，定子一般扭斜一个齿距。
❖ 定子铁心扭斜是否到位直接影响反电势中齿槽谐波的大小，进而影响齿 槽转矩。
dt
dt
伺服电机振动等级（振动速度）
振速[mm/s]
振动等级
4 3.5
3
2N 1R
1.8 1.12
0.71 0.71
3.0
2.25
2.8
0.71
1.40
1.8
1.18
S
0 0
0.45
1800
1000 2000
3600 4500
n[RPM]
3000 4000 5000 6000 7000
三、与振动相关的因素
❖ 3、转子磁性能对气隙磁密及反电势的影响
转子表面磁性能对电机性能有直接影响，因此在保证定子斜槽和定 转子装配的同时，要重视磁钢磁性能的一致性、转子斜极的准确性（转 子斜极情况）。当然我们可以通过对反电势谐波的分析可以判断转子磁 性能。

机电一体化系统设 计最终版.幻灯片
机电一体化系统设计
教学目的 篇章结构 参考资料
教学目的
本课程主要讲述机电一体化实用技术，讲 述其基本理论，进行机电一体化产品系统 设计的综合知识。同时介绍机电一体化技 术的相关内容，各组成部分的特征和选型 以及相互结合技术方法，为综合应用机电 一体化各种技术奠定基础。通过课堂讲授 和实验观察，使学生了解微电子技术和计 算机应用技术与机械技术相结合的综合性 技术，掌握机电一体化的基础知识。
第二节 机电一体化系统设计
的目标与方法
机电一体化产品和系统的分类
按机电一体化产品和系统的用途分类，有产 业机械，信息机械，民用机械等；按机械和 电子的功能和含量分类，有以机械装置为主 体的机械电子产品和以电子装置为主体的电 子产品；按机电结合的程度分类，有附加型、 功能替代型和机电融合型。
第二节 机电一体化系统设计 的目标与方法
《机电一体化系统设计》，张建民等编著，高等 教育出版社
《机电一体化系统设计与应用》，张训文编著， 北京理工大学出版社
篇章结构
第一章 绪论 第二章 机械系统设计 第三章 传感器检测及其接口电路 第四章 伺服系统 第五章 工业控制计算机及其接口技术 第六章 几点一体化系统设计及应用举例
第一章 绪论
第三节 机电一体化的相关技术
自动控制技术
自动控制技术的目的在于实现机电一体化 系统的目标最佳化。 机电一体化系统中的自动控制技术主要包 括位置控制、速度控制、最优控制、自适 应控制、模糊控制、神经网络控制等。
机电一体化产品的优越性
使用安全性和可靠性提高 生产能力和工作质量提高 使用性能改善 具有复合功能并适用面广 调整和维护方便
第二节 机电一体化系统设计 的目标与方法

5.1.3 系统评价
(1) 降维法
目标：把多目标问题转化成单目标问题求解 ，从而解出 最优解。
方法：用一个起主要作用的指标作为目标函数，而将其 它优化指标转化为约束条件。
5.1.3 系统评价
(2) 顺序单目标法
目标：把多目标问题转化成单目标问题求解 ，从而解出最优 解。
方法：首先对各优化指标按重要程度排序，按单目标优化方 法依序求出每个指标所对应的最优解，然后对这些单目标 优化解进行折衷处理，从而得到整体最优解。
5.1 机电系统设计基础
三、系统评价 1.评价指标 2.评价方法 四、机电系统的现代设计方法 1.并行工程 2.绿色设计 3.反求设计 4.虚拟设计 5.快速响应设计
5.2 可靠性设计
一、可靠性指标和计算方法 1.无故障性指标 (1) 可靠度 (2) 失效率 (3) 平均无故障工作时间 2. 耐久性指标 (1) 有效度 (2) 耐久性系数
辅助设计，是在基于多媒体的、交互的渗入式或侵入式的 三维计算机辅助设计环境中，设计者不仅能够直接在三维 空间中通过三维操作、语言指令、手势等高度交互的方式 进行三维实体建模和装配建模，并且最终生成精确的产品 模型，以支持详细设计与变型设计，同时能在同一环境中 进行一些相关分析，从而满足工程设计和应用的需要。
编写技术文件、资料
结束
5.1 机电系统设计基础
三、系统评价 1.评价指标 2.评价方法
5.1.3 系统评价
1.评价指标
对机电产品的优劣进行评价，必须要有定量的 指标作依据，这些指标应该是能够用来衡量产品性能 和结构质量的参数指标，一般分为基本指标、优化指 标和寻常指标三类 。
5.1.3 系统评价
提出的指标等。
5.1.3 系统评价