[足式机器人]Part4 机械设计 Ch00/01 绪论+机器结构组成与连接 ——【课程笔记】

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本文参考:

  1. 《机械设计》 王德伦 马雅丽
  2. 课件与日常作业可登录网址 http://edu.bell-lab.com/manage/#/login,选择观摩登录,查看2023机械设计2

Ch00-绪论

0.1 何为机械设计——是什么

机械设计 Machines Design,在传统课程中,更倾向于机械零件设计 Machine Elements Design:预期装置(运动/结构)与性能(运动学/静力学/动力学——强度/刚度/精度)的构思与表达

其中:运动对应功能结构对应性能 → 材料-尺度-工艺;
机械——理解为具有确定运动与结构的装置,从而实现所需的功能,并满足性能需求;
装置——通过设计结构、材料、尺度、工艺等条件,从而满足性能需求

设计 = 构思(想象 + 构造/计算) + 表达/图案

其中:构造/计算的过程,就是通过规律+流程/参数 = 获得解的过程
规律=理论=公式=水平/设计依据

机械原理:机器运动/力的传递与变换原理设计(抽象思维——功能运动——实现)
机械设计:机器的结构与性能设计(演绎展开——结构性能——可行)

0.2 机械设计有什么——学什么?

机械设计:整机→部件/子系统→动连接→静连接→零件——(结构-尺度-性能 精度-刚度-强度)→成本

机械原理的基础上(运动构型→尺度/运动学→载荷/静力学→动力学)——机构简图结构化,从而具有结构/性能表达——结构方案性能规划

  • 因此从结构方案与性能规划出发,首先考虑的是整机设计

整机结构方案与性能规划

  1. 结构方案——力学模型:不同工况下各个运动副集中载荷
  2. 性能指标——技术参数:性能-工况载荷-尺度-材料-工艺-成本

部件结构与性能设计

  1. 结构方案:结构的不同移动副,回转副组合约束结构方案
  2. 技术参数:尺度-材料-工艺-成本——性能:精度/刚度/强度

运动副结构与性能设计

  1. 结构方案:
    回转副——不同的轴承组合约束结构(支撑结构)
    移动副——不同的导轨/滑块组合的约束结构
    约束结构设计 —> 自由度约束程度
  2. 技术指标:尺度-材料-工艺-成本——性能:精度/刚度/强度

静连接结构与性能设计

  1. 结构方案:构件中零件连接结构方案
  2. 技术指标:尺度-材料-工艺-成本——性能:精度/刚度/强度

典型零件结构与性能设计

  1. 结构方案:零件结构设计方案
  2. 技术指标:尺度-材料-工艺-成本——性能:精度/刚度/强度

Ch01-机器结构组成与连接

1.1 何为机器

机器Machine——实现预定功能转换的装置
功能(做功+能量+转换)——功能原理
运动(构件+连接+性能)——机械原理
结构(零件+连接+性能)——机械零件
测控(驱动+感知+反馈)——测控技术

机构Mechanism——运动与力的变换与传递
构件——运动单元(通常视为刚体)
运动副——可动联接(理想形状约束)
上述两者形成——运动链(指定机架/原动件)——具有(确定)运动的组合体(机构)

机械零件Mchinery Elements——制造单元
机械:泛指 【零件/构件/部件/机构 — 机器】 → 【零件 + 连接(静+动)】
机械设计:机器/零件的结构与性能设计

1.2 机器的结构组成

[足式机器人]Part4 机械设计 Ch00/01 绪论+机器结构组成与连接 ——【课程笔记】,机器人,笔记,机械设计

1.3 机器的性能——什么样的机器是“好机器”?

  • 对象——用户——关注
  • 评价——指标——遵循
  • 改进——设计——掌握

评价已有机器——合理性?优劣?

性能:
技术性能——功能与性能
使用性能——便利与可靠
经济性能——成本与运行文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-647629.html

1.3.1 技术性能:技术指标参数值

  • 运动与动力:静力、运动与动力学参数变化规律及其适用范围——使用
  • 强度与刚度:承载能力及抵抗弹性变形的能力——寿命
  • 摩擦与润滑:利用摩擦工作或减少运动零件间的摩擦——环境
  • 工艺与精度:便于加工装配,实际参数值与理想值的接近程度——装配
  • 材料与毛坯:毛坯材料与初始形状选用、热/冷加工过程——材料实体

1.3.2 使用性能:使用便利性与费用

  • 环境与安全:环境污染、安全隐患——噪声/油溅
  • 操作与维护:操作与维护便利、宜人化——拧螺丝、加油、人机工学
  • 可靠性:
    • 正常工作能力的保持性与稳定性
    • 重复运行结果的一致性
    • 对工况变化的适应性与抗干扰能力——可靠度
  • 寿命:正常工作条件下,不发生失效的有效时间

1.3.3 经济性能:

  • 制造经济性——制造成本(70%由设计决定)
  • 使用经济性——机器正常工作效率与效益、维护与管理、原材料与能源动力消耗

1.4 设计境界

  • 有用:功能性——原理样机
  • 可用:技术性——技术指标可满足基本要求
  • 好用:使用性——正常工作(少故障)——产品化
  • 愿用:经济性——制造与使用成本低——有市场
  • 想用:实用性——宜人化综合指标——有竞争力

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