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盈配合、以及过度配合。尽管产品的装配关系繁杂各异,但在装配形式上,仅有位置和配合两种基本形式。然而在计算机中却可以通过定位关系描述零部件之间的空间位置关系和配合关系(如图2.1所示),如平面贴合、平面对齐、柱面贴合、点面接触等来进行零件装配。它描述零部件之间直接的相互关联关系。配合关系分为刚性和弹性两种。
装配关系 定位关系 配合关系 图2.1 装配关系分类
2.1.2装配约束
产品虚拟装配时,零件可分为两种:一种是基础件,在装配过程中有一个零件是固定不动的,称之为基础件,装配中它不移动也不转动;其余零件,在装配过程中既移动也转动,称之为浮动件。浮动件的运动表现为六个自由度:3个移动,3个转动。它们在装配中的关系表现为配合约束关系。
在虚拟装配的软件里，分别可采用贴合、齐平和定向(定角度)三种方式约束相互配合的零件约束。装配约束表现形式有面对面,线对线,点对点等,并通过面对面(限制两个转动和一个移动);面对点(限制一个移动);线对线(限制一个转动两个移动);线对点和点对点(限制两个移动)的约束实现。
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2.2 基于装配约束的产品设计
2.2.1基于装配约束的CAD设计思想〔6〕
图2.2基于装配约束的CAD设计思想
产品零部件的装配,是产品虚拟设计的关键所在。针对产品的结构和设计特点,为此提出基于约束的产品设计思想如图2.2所示。
2.2.2基于装配约束的产品CAD设计方法
用户在进行模仿、改造或创新产品设计时,可以利用三维造型软件中模块所提供的造型工具(拉伸、旋转、扫描、放样等)实体零/部件,或引用图库中已有的零部件,通过所提供的装配约束/装配关系描述(配合、表面齐平、对准度、插入)得到装配体。今后用户可根据需要,通过编辑装配约束,即可得到更改后的产品装配图。当装配关系和装配约束保持不变，却想改变零件的结构和形状尺寸时，产品装配不会发生变化。同样，用户可以改变装配约束描述，很快地得到产品爆炸图。
根据人的一般思维习惯，基于装配约束的产品设计理念，支持自顶向下和自底向上两种装配设计方法，确保在设计群体中每个成员的设计从产品设计开始，就被有效地控制在最终产品可装配范围内，从而减少了设计过程中的重复现象，缩短了产品的开发周期。
2.3 本设计采用的设计软件――SolidWorks2007
现在，CAD技术已经成为企业在新产品开发过程中的技术保障，它是现代
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化数字技术产品它具有其他二维软件无法比拟的优势和功能。要现实的产品的虚拟设计中，常用的三维造型软件有CATIA，PROE，UG, Solid Works等产品设计软件。
由于常规的AUTOCAD等二维设计软件在设计的产品的各个尺寸中没有约束关系，使得一个尺寸出现差错就全盘失效，难以满足现代产品设计的要求，尤其它们的装配干涉，运动干涉等问题特别突出。对一个新产品来说，能否占领市场，其生产成本是至关重要的。如果运用虚拟设计和虚拟装配技术，就可以对新产品的开发进行周密和细致前期设计，技术与方案的整改，以及尺寸的调整。运用三维造型软件可以避免后续的反复修改，节约大量的时间和资金。
Solid Works三维造型软件具有功能强大、易学易用和技术创新是的三大特点，使得Solid Works成为设计者们首选的、公司普及的主流的三维CAD设计造型软件。Solid Works能够轻松实现设计者心里想的产品设计方案，而且还能减少设计过程中的错误以及对产品进行优化设计。
在Solid Works中，当生成新零件时，你可以直接参考其他零件并使其各个零件间保持特有的参数关系。在装配的环境里，可以方便地修改和组装零部件。对于超过一万个零部件的大型装配体，Solid Works也能正常进行零件装配，软件性能不会受影响。Solid Works还可以动态地查看装配体的所有运动，并且可以对运动的零部件进行动态的干涉检查和间隙检测。同时Solid Works还为设计者提供了智能零件技术。智能零件技术是一种崭新的技术，用智能零件技术可以自动完成重复设计，用来完成诸如将一个标准的螺栓装入螺孔中，而同时按照正确的顺序完成垫片和螺母的装配。Solid Works用捕捉配合的智能化装配技术，来加快装配体的总体装配。智能化装配技术能够自动地捕捉并定义装配关系。
Solid Works可以直接根据零部件的三维图，可以通过改变其保存的格式，以工程图即二维图纸的形式保存下来，正真实现了三维与二维的转化。这样能为设计者减少很多画工程图的工作量。所以水面垃圾收集船的设计思路就采用Slid Works先画出各零部件的三维实体图，再利用虚拟装配技术，在虚拟装配环境中进行虚拟装配，通过Slid Works软件中特有的对性能和各项参数进行全面检查的功能，对设计的产品进行模拟检查，然后进行设计优化。最后把Slid Works软件中三唯实体图导成标准的工程图即二维图。
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第3章 机电传动及其控制系统
3.1 机电传动
机电传动（又称电力传动或电力拖动）（又称电力传动或电力拖动）就是指以电动机为原动机驱动生产机械的系统之总称，它的目的是将电能转变为机械能，实现生产机械的启动、停止以及速度调节，完成各种生产工艺过程的要求，保证生产过程的正常进行。单就机电传动而言，它的发展大体上经历了成组拖动，单电机拖动和多电机拖动三个阶段。所谓成组拖动，就是多台电机拖动一根天轴，然后再由天轴通过皮带轮和皮带分别拖动各生产机械，这种拖动方式生产率低，劳动条件差，一旦电动机发生故障，将造成成组的生产机械停车；所谓单电动机拖动，就是用一台电动机拖动一台生产机械，它虽较成组拖动前进了一步，但当一台生产机械的一个运动部件较多时，机械传动机构仍然十分复杂；多电机拖动，即一台生产机械的每一个运动部件分别由一台专门的电动机拖动，例如，龙门刨床的刨台，左右垂直刀架与侧刀架、横梁及其夹紧机构，均分别由一台电动机拖动，这种拖动方式不仅大大简化了生产机械的传动机构，而且控制灵活，为生产机械的自动化提供了有利条件，所以，现代化机电传动基本上均采用这种拖动方式。
本水面垃圾收集船采用的就是多电机传动。
3.2 控制系统
控制理论是在产业革命的背景下，在生产和军事需求的刺激下，自动控制、电子技术、计算机科技等多种学科相互交叉发展的产物。控制系统的发展又随着控制元器件的发展而发展。随着敏感元件、功放远件的不断更新，以及光栅、磁栅、交流变频等技术的创新与突破，使得电机真正实现了转速可变控制。从而机电传动控制系统也真正得到了日新月异的发展。机电传动控制系统主要经历了四个发展阶段：最早的机电传动控制系统出现在20世纪初，它仅借助于简单的接触器与继电器等控制电器，实现对控制对象的启动、停车以及有级调速等控制，它的控制速度慢，控制精度差；30年代出现了电机放大机控制，它使控制系统从断续控制发展到连续控制，连续控制系统可以随时检查控制对象的工作状态，并输出量与给定量的偏差对控制对象进行自动调整，它的快速性及其精确度都大大超过了最初的断续控制，并简化了控制系统，减少了电路中的触点，提高了可靠性，使生产效率大为提高；40年代～50年代出现了磁放大器控制和大功率可控水银整
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流器控制；可时隔不久，于50年代末出现了大功率固体可控整流元件—晶闸管，很快晶闸管控制就取代了水银整流器控制，后又出现了功率晶体管控制，由于晶体管、晶闸管具有效率高、控制特性好、反应快、寿命厂、可靠性高、维护容易、体积小、重量轻等优点，它的出现为机电传动自动控制系统开辟了新纪元；随着数控技术的发展，计算机的应用特别是微型计算机的出现和应用，又使控制系统发展到一个新阶段—采样控制，它也是一种断续控制，但是和最初的断续控制不同，它的控制间隔（采样周期）比控制对象的变化周期短的多，因此，在客观上完全等效于连续控制，它把晶闸管技术与微电子技术、计算机技术紧密地结合在一起，使晶闸管与晶体管控制具有强大的生命力。
20世纪70年代初，计算机数字控制（CNC）系统应用于数控机床和加工中心，这不仅加强了自动化程度，而且提高了机床的通用性和加工效率，在生产上得到了广泛的应用。工业机器人的诞生，为实现机械加工全盘自动化创造了物质基础。80年代以来，出现了由数控机床、工业机器人、自动搬运车等组成的统一由中心计算机控制的机械加工自动线—柔性自造系统（FMS），它是实现自动化车间和自动化工厂的重要组成部分。机械制造自动化高级阶段是走向设计、制造一体化，即利用计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM）形成产品设计和制造过程的完整系统，对产品构思和设计直至装配、试验和质量管理这一全过程实现自动化。为了实现制造过程的高效率、高柔性、高质量，研制计算机集成生产
〔9〕系统（CIMS）是人们今后的任务。
本设计虽然要实现的自动化要求并不是很高，但该产品也是一个简单的机电一体化产品。采用的控制系统使用了电子元器件，实现开关量的控制，可谓是对自动化控制系统的一个简单应用。
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