大作业指导书(机电产品现代设计方法).docx

大作业指导书
(机电产品现代设计方法)
金天国编
2014年5月
要求:
大作业:主题:利用现代设计方法进行典型机电产品设计
题目可以自定,字数10000字左右
图基于现代设计方法的产品设计组成框架
(一)设计任务
雷达底座转台设计: 一个回转自由度
图4-26设计对象
承载能力:500kg
被测件最大尺寸:Ф500×600mm
台面跳动:,台面平面度:
台面布置T型槽,便于负载安装
方位转角范围:±120°
具有机械限位和锁紧机构
角位置测量精度:±5′
角位置测量重复性:±3′
角速度范围:°/s~60°/s
二、大作业具体规范:
(一)设计流程
图设计流程与设计内容和设计方法
上图所示,整个设计过程分为功能设计、总体方案设计、详细设计和设计总结四大部分。
其中,在功能设计部分,我们要结合所给出的性能要求以及我们设计的转台的目标客户可能存在的功能需求,对转台的功能进行定义。然后将转台的功能细化为一个个小的功能单元,对应于一个个要实现功能的结构单元,为后续的设计打下基础。然后利用QFD图对要实现的各种功能实现综合评估,评价出功能需求的相对重要性及解决方案的相对重要性,在以后的设计中,要对比较重要的功能投入比较多的精力重点设计。
在总体方案设计部分,我们首先利用SysML语言来明确各部分功能的参数以及参数约束之间的关系,然后综合考虑各种参数,设计出整体的设计草图。
在详细设计部分,首先要使得零件实现其所对应的功能,使其满足其精度及强度的要求。在此基础上,要综合考虑工件的可加工性,可装配性以及价格等多方面因素,从而选出最符合我们需求的设计。然后根据确定的参数和方案,利用三维建模软件CATIA来进行三维建模,并将3D图进行投影,得出适合工业加工的2D图,完成整个设计。
设计总结部分,对整个过程中进行反思,考虑这个过程中存在的不足以及设计过程种学到的知识,以便应用于以后的设计当中。
(二)QFD设计
QFD(全称Qualification Function Deployment)一种用来进行设计总体规划的工具。QFD的主要功能是实现工程设计与消费者的需求的精确连接,根据
消费者的需求与需求的重要性来对工程设计做出相应的规划。
,其中第一纵行代表了安全性高,价格便宜,角度定位精度高及重复定位精度高等一系列的客户可能对所设计的转台所提出的要求。第三列(Importance of whats)用数字显示出各功能的重要性。数字越大,所对应的功能越重要,所有数字之和为100,以防止把每一项都标注得很重要,造成无法得出比较重要的功能的现象。至于参数的分配,理论上应该是根据对客户的进行调查问卷,然后根据客户的答复,给第一列中的功能按重要性赋值得到的相对重要性的饼状图如下。我们发现定位精度、重复定位精度、可靠性、安全性为主要考察功能,重要性参数确定的比较合理。
其中第一行代表了重量、伺服电机等对第一列的为了实现功能的设计。这里将所有能想到的设计列出。
屋顶代表着各功能之间的关系。它表示了各种设计之间的关系,相互促进(+)或者相互限制(-). 以此可以对设计有个宏观的综合的考虑得到一个中性的方案。
而中间的主体矩阵部分起到衡量横行上的设计单元对客户需求的功能的满足程度,将各列里的数字加起来,即为该设计方案所对应的重要程度,重要程度越大,说明越应该重点设计。
如图所示,我们得到个设计方案的相对重要程度如下。从图中我们可以看出,为了实现客户所需求的功能,轴的设计以及电机的选择显得至关重要。这意味着在后续的设计中,应该着重设计这部分。
(三)总体方案设计(Configuration design)
SysML语言是UML语言(Unified Modeling Language,统一建模语言,一种面向对象的标准建模语言,用于软件系统的可视化建模)在系统工程应用领域的延续和扩展,是近年提出的用于系统体系结构设计的多用途建模语言,用于对由软硬件、数据和人综合而成的复杂系统的集成体系结构进行可视化的说明、分析、设计及校验。
在这里我们绘制参数图如下。在下面的参数图中,我们确定了系统中各部件的相互约束情况。
图4-31产品初步结构与SysML图
(四) 底座转台关键件有限元分析
(一)台面结构有限元分析
接下来我们考虑台面的设计。台面的直径受载荷的最大直径限制,因为载荷的要求为Ф500×600mm,留下100mm余量,则台面的直径为Ф600。
图台面负载图
对于台面厚度的确定,主要需要考虑台面的强度、以及台面在载荷的作用下的变形情况。由于这已经超出材料力学的范围,因此我们无法定量地去实施计算。
我们决定用如上图所示的仿真模型来进