精密机械设计第8章精密机械设计概论
精密机械设计介绍课件
导航系统：精密机械设计在导航系统中应用广泛，如卫星 导航、惯性导航、无线电导航等系统的设计和制造。
航空发动机：精密机械设计在航空发动机制造中应用广泛， 如涡轮叶片、燃烧室、传动系统等部件的设计和制造。
医疗设备领域
变速箱：精密机械 设计在变速箱制造 中应用广泛，如齿 轮、轴、轴承等部 件的设计和制造。
底盘：精密机械设 计在底盘制造中应 用广泛，如悬挂系 统、转向系统、制 动系统等部件的设
计和制造。
车身：精密机械设 计在车身制造中应 用广泛，如车门、 车窗、座椅等部件
的设计和制造。
精密机械设计的发 展趋势
智能化设计趋势
技术创新：精密机械设计可以实现技 0 3 术创新，提高企业的竞争力。
节能环保：精密机械设计可以降低能 0 4 耗，减少污染，实现可持续发展。
精密机械设计的特点
01
高精度：精密机 械设计要求产品 的尺寸、形状、 位置等参数具有 很高的精度。
02
高效率：精密机 械设计要求产品 在生产过程中具 有较高的生产效 率，以满足市场 需求。
精密机械设计介绍课件
演讲人
目录
01
02
03
04
精密机械设计概述
精密机械设计的基 本原理
精密机械设计的应 用领域
精密机械设计的发 展趋势
精密机械设计概述
精密机械设计的定义
01 精密机械设计是指对机械系 统的设计、制造和装配过程 进行优化，以提高其性能、 可靠性和效率。
02 精密机械设计包括对机械系 统的结构、材料、制造工艺 和装配工艺等方面的优化。
01
手术机器人： 用于微创手 术，提高手 术精度和成 功率
《精密机械设计》课程教学大纲
《精密机械设计》课程教学大纲课程代码：222018课程负责人：许贤泽课程中文名称:《精密机械设计》课程英文名称：Precise Machine Design课程类别：必修课程学分数：3课程学时数：54授课对象：测控技术与仪器、光信息科学与技术、电子信息工程专业本课程的前导课程：《工程制图》、《互换性与技术测量》一、教学目的《精密机械设计》课程是测控技术及仪器专业的专业主干课。
它以精密机械中常用机构和零、部件为研究对象，从设计该类机构和零、部件时应具备的基础理论、基本技能和基本方法等几方面组织教学内容。
从机构分析、工作能力、精度和结构等诸方面来研究这些机构和零、部件，并介绍其工作原理、特点、应用范围、选型、材料、精度以及设计计算的一般原则和方法。
二、教学要求要求学生初步掌握常用机构的结构分析、运动分析、动力分析及设计方法；掌握通用零部件的工作原理、特点、应用范围、选型、材料及设计计算方法；培养学生具有设计精密机械传动装置的能力。
三、课程内容与学时分配内容教学学时绪论 1第1章精密机械零件的受力分析与平衡 2第2章精密机械零件受力变形与应力分析 4第３章平面机构的运动简图与自由度计算 3第４章平面连杆机构 3第５章凸轮机构 3第6章齿轮机构8第7章轮系 4第8章精密机械设计概论 4第9章齿轮传动7第10章带传动 4第11章轴 4第12章轴承 5第13章弹性元件自学第14章导轨和基座 2第15章联接自学绪论1. 机械设计课程的研究对象、内容、性质和任务。
2. 机械设计的内容和步骤。
重点：课程研究对象、内容、性质和任务，以及机械、机器、机构、零件、构件概念。
第一章精密机械零件的受力分析与平衡第一节力学的基本概念第二节约束、约束反力与受力图第三节精密机械零件的受力平衡基本要求：1．掌握静力学公理。
2．会分析零件的受力。
重点内容：零件的受力分析。
第二章精密机械零件受力变形与应力分析第一节精密机械零件的强度与刚度第二节杆件的拉伸与压缩第三节第三节机械零件的剪切第四节第四节机械零件的扭转第五节第五节梁类零件的平面弯曲基本要求：1．了解杆件拉伸与压缩时的内力与应力，掌握其强度公式。
《精密机械基础》知识点汇总知识分享
精密机械设计考试重点整理第二章工程材料和热处理低碳钢：含碳≤0.25% 中碳钢：含碳0.25%~0.60% 高碳钢：含碳＞0.60%第四节钢的热处理（P23）普通热处理：退火、正火、淬火、回火表面热处理：表面淬火、化学热处理第四章平面机构的结构分析机构是按一定方式联接的构件组合体。
使两构件直接接触，而又能产生一定相对运动的联接（可动联接）称为运动副。
点接触或线接触的运动副成为高副；面接触的运动副称为低副。
机构运动简图的画法（P67例题4-1）第四节平面机构的自由度构件所具有的独立运动数目称为自由度，做平面运动的自由构件具有三个自由度。
机构自由度计算公式F=3n-2P L-P H自由度等于1的机构，在具有一个原动件时运动是确定的。
机构自由度、原动件数目与机构运动之间的关系：①当F≤0时，构件间不可能具有相对运动；②当F＞0时，原动件数大于机构自由度，机构会遭到损坏；原动件数小于机构自由度，机构运动不确定；③只有当原动件数等于机构自由度时，机构才具有确定的运动。
计算机构自由度时应注意的事项：（P69）①复合铰链：在同一轴线上有两个以上的构件用转动副联接时，则形成复合铰链。
若有m个构件用复合铰链联接时，则应含有（m-1）个转动副。
②局部自由度：在有些机构中，某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运动，把这些构件所产生的这种局部运动的自由度称为局部自由度。
③虚约束：在机构中，有些运动副的约束可能与其他运动副的约束重复，因而这些约束对机构的运动实际上并无约束作用，这类约束称为虚约束。
第五节平面机构的组成原理和结构分析高副低代（P71）（什么是高副低代？怎么样代？特殊情况？）不能再拆的最简单的自由度为零的构件称为组成机构的基本杆组。
由二个构件三个低副组成，称之为Ⅱ级杆组，是应用最广的杆组。
平面机构的结构分析（P74）第五章平面连杆机构平面连杆机构是由若干刚性构件用低副（回转副、移动副）联接而成的一种机构，主要作用是用来传递运动、放大位移或改变位移的性质。
2023大学_精密机械设计(庞振基黄其圣著)课后答案
2023精密机械设计(庞振基黄其圣著)课后答案精密机械设计(庞振基黄其圣著)内容简介前言基本物理量符号表绪论第一章精密机械设计的基础知识第一节概述第二节零件的工作能力及其计算第三节零件与机构的误差估算和精度第四节工艺性第五节标准化、系列化、通用化第六节零件的设计方法及其发展思考题及习题第二章工程材料和热处理第一节概述第二节金属材料的力学性能第三节常用的工程材料第四节钢的热处理第五节表面精饰第六节材料的选用原则思考题及习题第三章零件的几何精度第一节概述第二节极限与配合的基本术语和定义第三节光滑圆柱件的极限与配合及其选择第四节形状与位置公差及其选择第五节表面粗糙度及其选择思考题及习题第四章平面机构的结构分析第一节概述第二节运动副及其分类第三节平面机构的运动简图第四节平面机构的自由度第五节平面机构的组成原理和结构分析思考题及习题第五章平面连杆机构第一节概述第二节铰链四杆机构的基本型式及其演化第三节平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念第四节平面四杆机构的设计思考题及习题第六章凸轮机构第一节概述第二节从动件常用运动规律第三节图解法设计平面凸轮轮廓第四节解析法设计平面凸轮轮廓第五节凸轮机构基本尺寸的确定思考题及习题第七章摩擦轮传动和带传动第一节概述第二节磨擦轮传动第三节磨擦无级变速器第四节带传动第五节同步带传动第六节其它带传动简介思考题及习题第八章齿轮传动第一节概述第二节齿廓啮合基本定律第三节渐开线齿廓曲线第四节渐开线齿轮各部分的名称、符号和几何尺寸的计算第五节渐开线直齿圆柱齿轮传动第六节渐开线齿廓的切制原理、根切和最少齿数第七节变位齿轮第八节斜齿圆柱齿轮传动第九节齿轮传动的失效形式和材料第十节圆柱齿轮传动的强度计算第十一节圆锥齿轮传动第十二节蜗杆传动第十三节轮系第十四节齿轮传动精度第十五节齿轮传动的空回第十六节齿轮传动链的设计思考题及习题第九章螺旋传动第一节概述第二节滑动螺旋传动第三节滚珠螺旋传动第四节静压螺旋传动简介思考题及习题第十章轴、联轴器、离合器第一节概述第二节轴第三节联轴器第四节离合器思考题及习题第十一章支承第一节概述第二节滑动摩擦支承第三节滚动摩擦支承第四节弹性摩擦支承第五节流体摩擦支承及其它形式支承第六节精密轴承思考题及习题第十二章直线运动导轨第一节概述第二节滑动摩擦导轨第三节滚动摩擦导轨第四节弹性摩擦导轨第五节静压导轨简介思考题及习题第十三章弹性元件第一节概述第二节弹性元件的基本特性第三节螺旋弹簧第四节游丝第五节片簧第六节热双金属弹簧第七节其它弹性元件简介思考题及习题第十四章联接第一节概述第二节机械零件的联接第三节机械零件与光学零件的联接思考题及习题第十五章仪器常用装置第一节概述第二节微动装置第三节锁紧装置第四节示数装置第五节隔振器思考题及习题第十六章机械的计算机辅助设计第一节概述第二节计算机辅助设计系统的原理与构成第三节表格和线图的处理第四节机械优化设计第五节设计举例思考题及习题参考文献精密机械设计(庞振基黄其圣著)目录本书对精密机械及仪器仪表中常用机构和零部件的工作原理、适用范围、结构、设计计算方法，以及工程材料、零件几何精度的基础知识等诸方面均作了较为详细的阐述。
精密机械设计
精密机械设计简介：这本书强调基础工程和工程实践。
这是精密机械领域的经典之作，寓教于乐，启迪智慧，激发创新。
它也是麻省理工学院公共课程的指定书籍。
在这本书中，精密机械被视为一个完整的系统，在这个系统中，各种部件相互配合。
重点研究精密机械零件的机械结构设计及其与传感器和控制系统的集成，以获得良好的系统性能。
在设计中，着重分析了设计对整个系统的精度、重复性和分辨率的影响，并给出了许多创造性的设计实例。
本书共分为十章：第一章：精密机械设计概论；第二章。
第2章：基本精度、重复性和分辨率原理，第3章模拟传感器，第4章光学传感器，第5章传感器安装和校准，第6章旋转中心的几何误差和热误差，第7章系统设计注意事项，第8章接触轴承，第9章非接触轴承，第10章传输和传输。
本书适用于机械工程、仪器科学与技术领域的研究人员和工程师以及该领域的研究生或高年级本科生的教材。
前言：历史证明，精密机械是工业社会的基本要素。
事实上，从集成电路制造到光学零件加工再到汽车生产，现代工业高度依赖精密机械。
鉴于有许多优秀的机械零件设计教科书，本书假定读者熟悉相关概念。
精密机械是一个各部分相互配合的集成系统。
因此，本书侧重于精密机械零件的结构设计和精密机械零件、传感器和控制系统的集成优化设计。
在部件设计的讨论中，讨论了设计如何影响机器的整体精度、重复性和分辨率。
没有一本教科书可以涵盖机械、传感器和控制系统的设计。
本书主要涉及精密机械零件和设备的集成设计。
对于传感器和控制系统，首先介绍了它们的基本工作原理，然后通过实例给出了市场上常见传感器的特点。
控制系统的设计主要讨论控制单元的选择及其对机械可控性的影响。
创新与设计的结合。
本书旨在为读者提供清晰的理论背景和实验方法。
在以往的设计课程教学中，由于要为学生的课程设计准备足够的参考书目，我经常感到沮丧。
相反，从学生的角度来看，设计往往因为没有必要的数据目录而延误设计计划的顺利完成。
因此，在本书的设计实例中，给出了作者认为非常有用的市面上许多常见部件的性能参数。
第八章 精密机械设计概论
－N疲劳曲线
8.2 精密机械零件的强度
3. 动应力作用下零件的强度
－N疲劳曲线
应力越小，能经受的循环次数就越多 循环基数：N0
有限寿命区 无限寿命区
有限寿命区
mrN N=mrN0=C
有限寿命区间内循环次数N与 疲劳极限σrN的关系为：
rN
N N0
r
N
N0 m rN r 2015年1月28日 N
产品是否具有 创新性，很大 程度上取决于 原理方案设计
2015年1月28日
8.1 精密机械设计的要求、程序与方法
3 机械零件设计的一般步骤（设计过程） 根据工作原理及要求等拟订零件的设计简图 确定载荷的大小和位置 选择材料 根据失效形式选用判定条件，设计出零件的主要参数 绘制零件三维图和二维图 注意
8.2 精密机械零件的强度
4. 零件的接触疲劳强度
接触应力 当两零件以点、线相接触时， 其接触的局部会引起较大的应力。 这局部的应力称为接触应力。
失效形式： 疲劳点蚀
接触疲劳破坏后果 损坏零件的光环表明 减少了接触面积，降低承载能力 引起振动和噪声
2015年1月28日
8.2 精密机械零件的强度
2015年1月28日
8.3 常用材料及钢的热处理
1. 常用材料 钢：含碳量<2％的铁碳合金 低碳钢：≤0.25％ 塑性高，良好的焊接性能
碳素钢：
中碳钢：0.25％～0.6％ 综合力学性能较好
高碳钢：>0.6％ 高强度和弹性
普通碳素钢： Q235、Q275 按S，P量不同 优质碳素钢： 20、45
2015年1月28日
8.2 精密机械零件的强度
1. 载荷和应力
精密机械设计绪论
积累引起的误差
测
控 技 术
• 精确度：系统误差和随机误差两者的综合 反映
与
仪
器
精
密 • 精度鉴定法－测量
机 械
• 测量方法：
与
仪 器 设
• 尺子、 卡尺、螺旋测微仪、激光测微仪， 显微镜、隧道显微镜----
计
• 测量精度
1. 微米级：µm
测 控
2. 纳米级：nm
技
术
与
仪
器
精 精密机械实例
密
机
械 与
机
械 与
• 尖端直径为5μm的微型镊子可以夹起一个红血球。
仪
器 • 尺寸为7mm×7mm×2mm的微型泵流量可达
设
250μl/min能开动汽车。
计
• 在磁场中飞行的机器蝴蝶
测 • 集微型速度计、微型陀螺和信号处理系统为一体的微
控
型惯性组合(MIMU)。
技
术
与
仪
器
精
密 • 德国创造了LIGA工艺，制成了悬臂梁、执行机构以及
清华纳型卫星外观图
mems
精 密
微机械陀螺仪(Microgyroscope)
机
械
与
仪
器
设
计
测
控
微机械陀螺仪结构
技
术
基于微机械加工工艺和集成电路工艺
与
仪
体积小、重量轻、功耗小、成本低、
器 易集成、过载能力强、可靠性高
可大批量生产。
微机械陀螺仪样机
精 密 目前已有大量的微型机械或微型系统被研究出来，例如：
• 研究内容——
✓ 介绍精密机械仪器、仪表中常用机构
（如常见的机构有带传动机构、链传动构、齿轮机构、
精密机械设计庞振基课后答案第八章
精密机械设计庞振基课后答案第八章1、被活塞封闭在气缸中的一定质量的理想气体温度升高，压强保持不变，则:（）*A.气缸中每个气体分子的速率都增大B.气缸中单位体积内气体分子数减少(正确答案)C.气缸中的气体吸收的热量等于气体内能的增加量D.气缸中的气体吸收的热量大于气体内能的增加量(正确答案)2、通电线圈在磁场中受到磁场力的作用而转动时，将机械能转化为电能[判断题] *对错(正确答案)答案解析：电能转化为机械能3、5．“神舟”七号的返回舱打开降落伞后减速下降时处于平衡状态．[判断题] *对错(正确答案)4、下列情形中,矿泉水瓶中水的质量会发生变化的是（）[单选题] *A. 打开瓶盖,喝掉几口(正确答案)B. 将这瓶水放入冰箱,水温度变低C. 水结成冰,体积变大D. 宇航员将这瓶水带到太空5、26．下列现象中，属于升华的现象是（）[单选题] *A．夏天，冰棍周围冒“白气”B．冬天，玻璃窗上结冰花C．衣箱中的樟脑丸逐渐变小(正确答案)D．夏天，水缸外壁“出汗”6、5．一辆汽车在10 m/s的速度匀速行驶，遇到紧急情况，突然以大小为2 m/s2的加速度匀减速刹车，则从刹车开始计时，汽车在6 s内的位移是24 m．[判断题] *对错(正确答案)7、44．下列现象不可能出现的是（）[单选题] *A．衣柜里的樟脑丸放置很长时间后会变小B．潮湿的夏天，从冰箱里取出的啤酒瓶上会出现小水珠C．有风的天气，游泳后从水中出来会感觉冷D．冬天，戴眼镜的人从室内走到室外，眼镜上会出现小水珠(正确答案)8、4．只要物体做直线运动，物体就处于平衡状态．[判断题] *对错(正确答案)9、30．如图，我国首款国际水准的大型客机C919在上海浦东机场首飞成功，标志着我国航空事业有了重大突破。
它的机身和机翼均采用了极轻的碳纤维材料。
这种材料的优点是（）[单选题] *A．密度大B．密度小(正确答案)C．熔点低D．硬度小10、23．口罩成为常态防疫“神器”，戴眼镜的人们常因口罩佩戴出现镜片模糊的情况，这是液化现象。
精密机械设计_知识点串讲
计算机构自由度应注意的事项小结
存在于转动副处 ◆ 复合铰链 正确处理方法：复合铰链处有m个 构件则有(m-1)个转动副 常发生在为减小高副磨损而将滑动摩 擦变成滚动摩擦所增加的滚子处。 正确处理方法：计算自由度时将局部 自由度减去。
◆局部自由度
存在于特定几何条件或结构条件下。 ◆ 虚约束
正确处理方法：将引起虚约束的构件 和运动副除去不计。
特点： 传动比恒定、结构紧凑、传递较大的功率 （力）、传动效率高、寿命长、成本高及吸 振性差。 主要用途： 1）传递任意两轴之间的运动和转矩（平行，相交，
交错）
2）变换运动方式 3）变速
分类
圆柱齿轮 平面齿轮传动 （轴线平行） 非圆柱齿轮 按相对运 动分 齿 轮 传 动 的 类 型
直齿 斜齿 人字齿 圆锥齿轮
第四节
钢的热处理
• 回火：零件淬火后，加热至临界温度之下， 保温，以一定速度冷却。 目的：达到设计图纸要求的硬度，消除内应 力。 回火工艺的种类： 1、低温回火（150～250C） 2、中温回火（350～500C） 3、高温回火（500～650C） 调质处理－淬火＋高温回火 （掌握其目的）
第四节
钢的热处理
• 退火：加热、保温、随炉冷却 目的：降低硬度、细化晶粒、消除内应力， 预先热处理 • 正火：加热、保温、空气冷却 目的：同退火，更高的力学性能 • 淬火：加热，保温，水、油或盐水冷却 目的：提高零件的硬度和耐磨性，强化材料。 但淬火后，出现内应力，材料变脆，须回火。 方法：单介质淬火；双介质淬火
－曲柄在两极限位置时所夹锐角，也等于 导杆的摆角，极位夹角。
a. θ =0无急回特征 b. θ >0有急回特征 c. θ >0有急回特征
K 1 180 K 1
精密机械设计基础第1讲精密机械设计概论
试制
小批生
投
试验
产试销
产
样 机 评 价 改
考核 工艺 性收 集用 户意
产 品 销 售
进
见
精密机械设计基础第1讲精密机械设 计概论
1.2 精密机械设计的基本要求及设计程序
2、机械零件设计的一般步骤
1）建立零件的受力模型，确定零件的计算载荷 2）选择零件的类型与结构； 3）选择零件的材料； 4）按可能的失效形式确定零件的计算准则，并确定零件的
精密机械设计基础第1讲 精密机械设计概论
2020/11/30
精密机械设计基础第1讲精密机械设 计概论
第一讲 精密机械设计概论
内容提示
本课程的性质和任务 精密机械设计的基本要求及设计程序 精密机械设计的最新进展
精密机械设计基础第1讲精密机械设 计概论
1.1 本课程的性质和任务
一、本课程的研究对象
精密机械设计基础第1讲精密机械设 计概论
参考书目：
（1）精密机械设计，徐峰、李庆祥等著 北京：清华大 学出版社2005 （2）天津大学精品课程网站:
/jmjx/index.htm
精密机械设计基础第1讲精密机械设 计概论
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
一、精密机械设计的基本要求
1、对机械设计的要求
a) 对机器使用功能方面的要求； b)对机器经济性的要求； c) 设备外观、环保等。 2、对机械零件设计的基本要求 a) 在预定工作期限内正常、可靠地工作，保证机器的各种
功能； b)要尽量降低零件的生产、制造成本 c) 精度要求。
精密机械设计基础第1讲精密机械设 计概论
主要是研究精密机械中常用机构和常用的零件和部 件。从机构分析、工作能力、精度和结构等方面来研 究这些机构和零、部件，并介绍其工作原理、特点、 应用范围、选型、材料、精度以及设计计算的一般原 则和方法。
《精密机械设计基础》课程教学大纲(本科)
精密机械设计基础(Fundamentals of Precision Machinery Design)课程编号：03410034学分：3.5学时：56 (其中：讲课学时：50实验学时：6上机学时：0)先修课程：工程图学、工程力学适用专业：测控技术与仪器，光信息科学与工程等专业教材：《精密机械设计》，庞振基，机械工业出版社，2004年3月第1版一、课程性质与课程目标(-)课程性质《精密机械设计基础》主要讲授精密机械及仪器仪表中常用机构和零部件的工作原理、适用范围、结构、设计计算方法，以及工程材料、零件几何精度的基础知识等。
具体内容包括精密机械设计的基础知识，工程材料和热处理，零件的几何精度，平面机构的结构分析，平面连杆机构，凸轮机构、摩擦轮和带轮传动，齿轮传动，轴、联轴器、离合器，支承。
本课程强调工程观点、定量运算、实验技能和设计能力的训练，强调理论与实际的结合，提高分析问题、解决问题的能力。
止匕外，由于本课程是一门理论与实践密切结合的设计性课程，在教学过程中，除进行理论讲课外，还安排有习题课、实验课及课程设计等实践性教学环节。
为培养复合型人才奠定了工程基础。
(-)课程目标.能正确描述机械和精密机械的基本概念，及零件的设计方法；1.根据材料的分类，能正确划分常用工程材料；根据各种热处理方法的不同，在实际应用中能正确选用合适的热处理手段；2.能正确计算孔和轴配合的各种尺寸；能在图纸上正确标注形位公差和粗糙度等；.能正确绘制出给定实际机构的运动简图；能对给定的高副机构进行低代处理；能利用机构的组成原理正确进行结构分析；3.根据钱链四杆机构中曲柄存在的条件，由已知条件能求出未知杆长范围；能运用常见钱链四杆机构的设计方法，进行合理设计；.根据凸轮机构从动件常用运动规律，由给定的条件能用图解法设计常见的凸轮机构;4.能正确进行带传动中带的受力分析，能根据给定的工作条件正确选择合适的带传动;.能合理地设计直齿圆柱齿轮传动，并能正确进行校核；能利用适当的方法，正确计算各种轮系的传动比。
精密机械设计基础
• 精密机械概述 • 精密机械设计基础理论 • 精密机械设计技术 • 精密机械设计实例 • 精密机械设计挑战与解决方案 • 未来精密机械设计展望
01
精密机械概述
定义与特点
定义
精密机械是指通过高精度制造和装配 技术，实现高精度运动、定位和测量 功能的机械系统。
特点
高精度、高稳定性、高可靠性、高效 率、长寿命等。
04
精密机械设计实例
微小型机械设计实例
微小型齿轮设计
微小型齿轮具有极小的模数和齿数，通常用于微型机器人、航空航天和医疗器械等领域。 设计时需考虑齿轮的几何尺寸、材料、热处理和加工工艺等方面，以确保其具有高精度、 高强度和耐磨性。
微型轴承设计
微型轴承是微小型机械中的关键元件，用于支撑旋转轴。设计时需考虑轴承的材料、尺寸 、润滑和热处理等方面，以确保其具有高精度、高稳定性和长寿命。
通过高精度模具和加工设 备，实现复杂形状和结构 的精密制造。
增材制造
利用3D打印技术，实现个 性化定制和小批量生产的 快速制造。
表面处理技术
如离子注入、化学镀等， 提高材料表面的耐磨、耐 腐蚀和抗疲劳性能。
智能化与自动化设计
01
数字化建模与仿真
利用CAD、CAE等技术进行数字 化建模和仿真分析，提高设计效 率和准确性。
动态性能优化问题
总结词
动态性能是衡量精密机械系统性能的重要指标，直接 关系到系统的稳定性和响应速度。
详细描述
动态性能优化是精密机械设计的另一个重要问题。设计 师需要关注系统的振动、稳定性和响应速度等方面，通 过优化结构设计、调整动态参数和使用阻尼材料等方法 ，提高系统的动态性能。
材料选择与处理问题
精密机械设计
简介：这本书强调基础工程和工程实践。
这是精密机械领域的经典之作，寓教于乐，启迪智慧，激发创新。
它也是麻省理工学院公共课程的指定书籍。
在这本书中，精密机械被视为一个完整的系统，在这个系统中，各种部件相互配合。
重点研究精密机械零件的机械结构设计及其与传感器和控制系统的集成，以获得良好的系统性能。
在设计中，着重分析了设计对整个系统的精度、重复性和分辨率的影响，并给出了许多创造性的设计实例。
本书共分为十章：第一章：精密机械设计概论；第二章。
第2章：基本精度、重复性和分辨率原理，第3章模拟传感器，第4章光学传感器，第5章传感器安装和校准，第6章旋转中心的几何误差和热误差，第7章系统设计注意事项，第8章接触轴承，第9章非接触轴承，第10章传输和传输。
本书适用于机械工程、仪器科学与技术领域的研究人员和工程师以及该领域的研究生或高年级本科生的教材。
前言：历史证明，精密机械是工业社会的基本要素。
事实上，从集成电路制造到光学零件加工再到汽车生产，现代工业高度依赖精密机械。
鉴于有许多优秀的机械零件设计教科书，本书假定读者熟悉相关概念。
精密机械是一个各部分相互配合的集成系统。
因此，本书侧重于精密机械零件的结构设计和精密机械零件、传感器和控制系统的集成优化设计。
在部件设计的讨论中，讨论了设计如何影响机器的整体精度、重复性和分辨率。
没有一本教科书可以涵盖机械、传感器和控制系统的设计。
本书主要涉及精密机械零件和设备的集成设计。
对于传感器和控制系统，首先介绍了它们的基本工作原理，然后通过实例给出了市场上常见传感器的特点。
控制系统的设计主要讨论控制单元的选择及其对机械可控性的影响。
创新与设计的结合。
本书旨在为读者提供清晰的理论背景和实验方法。
在以往的设计课程教学中，由于要为学生的课程设计准备足够的参考书目，我经常感到沮丧。
相反，从学生的角度来看，设计往往因为没有必要的数据目录而延误设计计划的顺利完成。
因此，在本书的设计实例中，给出了作者认为非常有用的市面上许多常见部件的性能参数。
精密机械设计概论资料
第 8章精密机械设计概论一、教学目的:通过本章的学习, 达到了解仪器设计基本原理与方法、精密机械零件的强度、机械零件的常用材料及钢的热处理以及机械零件的结构工艺性的目的。
二、教学方法:黑板教学与多媒体教学相结合三、教学手段:课堂教学和课后辅导相结合四、学时分配:讲课学时为 4学时五、重点、难点:8.1节与 8.2节重点讲解难点:精密机械零件的强度问题六、作业布置:习题 8-1至 8-6七、辅导安排:课后安排辅导八、教学内容8.1 仪器设计概述仪器是生产过程和科学实验中信息的检测、传递、显示、记录和控制的工具。
根据仪器的构造和组成, 它可以是一个有检测、传递和显示功能的小型测量装置。
仪器的结构和传动机构的设计是各种装置的重要基础。
对机械测量仪器和仪表而言, 传动和结构是保证仪器和仪表的性能,实现测量、传动和指示的全部功能。
对电子或光电仪器来说, 机械结构是构成仪器的主要部分。
机械结构设计的合理与否, 对仪器的性能和整体起着非常重要的作用。
因此,仪器结构和传动机构的设计,必须根据仪器性能和整体来考虑。
实际上,仪器的性能和整体可归纳为下面两方面的要求。
1. 使用方面要求;2. 经济方面要求。
8.1.1 使用方面的要求使用要求主要体现在以下几个方面:1. 基本性能:测量范围(工作范围、精确度、稳定性、动态特性;2. 可靠性:在一定时间和条件下,仪器保持规定范围内的性能和精度;3. 调整、操作和维修的方便。
8.1.2 经济方面的要求在经济方面,工艺性和结构设计的要求可以概括如下:1.结构简单、工艺性好2.合理地制定技术要求和选择材料3.采用标准件、通用件8.2 精密机械零件的强度任何精密机械都是由零件组成的。
在设计精密机械时, 应计算零件的强度。
在理想的平稳工作条件下, 作用在零件上的载荷称为名义载荷。
然而在机器运转时, 零件还会受到各种附加载荷, 通常用引入载荷系数 k 的办法来估计这些因素的影响。
通常, 把载荷系数 k 与名义载荷的乘积称为计算载荷。
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注意: 1、通过设计计算出的零件尺寸一般并不是最终采用的数值，设计者 还要根据制造零件的工艺要求和标准、规格加以圆整；
2、在一般机器设计中，只有一部分零件是通过计算确定其形状和尺寸 的,而其余的零件则仅根据工艺要求和结构要求进行设计 ；
3、设计工作是一个反复进行的过程，经过多次修改方案，改变设计 参数,才能得到比较合理的结果。
脉动循环 ：
四.许用应力和安全系数
五.接触疲劳强度
1．失效形式：疲劳点蚀
后果： a. 损坏零件的光滑表面 b. 减小了接触面积，
降低承载能力 c. 引起振动和噪声
２．接触应力的计算
由弹性力学知，当两个轴线平行的圆柱体相互接触并受压 时，其接触面积为一狭长矩形，最大接触应力发生在接触区中 线上，其值为:
精密机械设计第8章精密 机械设计概论
2020/8/7
§8-1 概 述
一. 机器设计应满足以下要求：
1、功能要求 2、可靠性要求 3、精度要求 4、经济性要求 5、外观要求 6、其他特殊要求
工作可靠、成本低廉
工作能力 在不发生失效的条件下,零件所能安全工作的限度 承载能力 →对载荷而言 ★机械零件设计的计算准则：
2.类比设计 3.经验设计： 4.模型实验设计：
§8-2 机械零件的强度
强度——抵抗断裂和残余变形的能力
•计算准则 :
•载荷的类型： 名义载荷：在理想的平稳工作条件下作用在零件 上的载荷。 载荷系数 计算载荷： 计算载荷=K×名义载荷
一.应力的种类
静应力： 变应力：
稳定变应力 不稳定变应力
对称循环变应力 非对称循环变应力 脉动循环变应力
s－N疲劳曲线
机械零件的疲劳大多
发生在σ－N曲线的CD段， D点以后的疲劳曲线呈一
水平线，代表着无限寿命 区.
s－N疲劳曲线
★疲劳曲线
1、应力越小，能经受的循环次数越多。
2、疲劳曲线的左半部（N≤N0），可 用下列方程表示： 应力循环基数
对应于循环次数N的弯曲疲劳极限：
★许用应力
对称循环：
尺表应寸面力系状集数态中系系数数
1
对于低碳钢，约25%左右，约为60%。这二个指标越高，材料 的塑性越好。
ZCu
H62
5.非金属材料 耐腐蚀、绝缘性、绝热性、优异的成形性能，
质轻价廉 .
工程塑料、橡胶、陶瓷、复合材料…
二.金属材料的力学性能
力学性能指标 (一)、强度
强度 塑性 硬度 冲击韧性
应力极限：
1、弹性极限σp 2、屈服极限σs
3、强度极限σB
低碳钢的应力—应变曲线
(二) 塑性：金属材料在载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力 伸长率δ； 断面收缩率
计算量≤许用量
例如： 强度判定条件： 工作应力≤许用应力 刚度判定条件： 变形量≤许用变形量
二.机械零件设计过程(一般步骤)
工作原理、结构、
受力分析、
设计准则、
类型、应用场合
失效形式
设计计算
1、拟订零件的设计简图 2、确定载荷的大小及位置 3、选择材料 4、根据失效形式选用判定条件，设计出零件的主要参数 5、绘制零件工作图
静应力 ：
静应力
变应力
稳定变应力
不稳定变应力
对称循环变应力 非对称循环变应力 脉动循环变应力
对称循环变应力
脉动循环变应力
非对称循环变应力
二.静应力下的极限应力
(与材料性能有关)
脆性材料取强度极限sB(tB) 塑性材料取屈服极限sS(tS)
塑性材料σS 脆性材料σB
三.变应力下的许用应力
★变应力下零件的失效形式： 疲劳断裂
疲劳断裂特征：
1、疲劳断裂的最大应力＜材料的屈服极限； 2、疲劳断口均表现为无明显塑性变形； 3、断口上明显地有两个区域：光滑区、粗糙区； 4、疲劳断裂是损伤的积累的结果。
变应力下的强度 失效形式:疲劳断裂(塑、脆性材料) 疲劳断裂与静力断裂不同,它与应力循环次数有关.
[σ]=σr /S ；[τ]=τr/S
3. 接触疲劳强度的判定条件
接触应力的特点 仅在局部很小的区域内产生很大的应力。
４．影响接触疲劳强度的因素
六.机械零件的耐磨性
磨损：（零件表面破坏） 耐磨性：
①影响磨损的因素
②零件磨损的三个阶段
跑合磨损阶段 稳定磨损阶段 剧烈磨损阶段
③计算准则 在预定使用期限内，零件的磨损量不超过允许值。
针对失效形式：零件表面破坏 典型零部件：齿轮、轴承、链等
综合机械性能好，优良性能取决于化学成份及热处理,但较贵 牌号： 60Si2Mn 40Cr 20CrMnTi
3.铸钢 主要用于制造承受重载、形状复杂的大型零件。
牌号：ZG230－450 ( σs＝230MPa ,σB=450MPa )
4.有色金属合金 良好的减摩性、耐腐蚀性、
耐热性和导电性, 价昂。 铝合金、铜合金（黄铜、青铜）、轴承合金
化学成份及热处理 铸钢：含Ｃ→（0.15～0.6）％→易成型 3 有色金属合金：有特殊性能，价昂→少用 铝合金、铜合金（黄铜、青铜）、轴承合金 4 非金属材料： 工程塑料、橡胶、烧结材料、复合材料…
(一)、 铸铁： 含碳量＞2％的铁碳合金，并含有较多
P、S、Mn等杂质。
(二)、 钢：含碳量＜2％的铁碳合金。
§8-3 机械零件的常用材料及钢的热处理
一. 常用材料
常用零件材料的力学性能等级和牌号 1 铸铁：含Ｃ＞2.06％→易成型、价廉、吸振、可靠性差 灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁 2 钢：含Ｃ量＜2％→常用 碳素钢：（含Ｓ、Ｐ量不同）普通碳素钢、优质碳素钢 合金钢：综合机械性能好，但较贵,合金钢的优良性能取决于
三.机械设计的一般过程
设计任务
调查研究
可行性报告
原理方案设计 结构方案设计
总体设计
设计任务书 原理方案图 结构设计草图
产品是否具有 创新性，很大 程度上取决于 原理方案设计
总装配图
施工设计
部装图、零件图
试制、批量生产、销售 技术文档
四. 机械零件传统设计方法
1. 理论设计
强度条件(或刚度) 设计计算 尺寸 校核计算 强度条件(或刚度)
1.碳素钢
低碳钢 (≤0.25 %) σs、σB较低，塑性高， 良好的焊接性
中碳钢 (0.25%～0.60%) 综合力学性能较好
高碳钢 (＞0.60%)
高强度和弹性
普通碳素钢 优质碳素钢
Q235 、Q275
20 、 45
2.合金钢
合金钢
低合金钢 （合金含量＜5％） 中合金钢 （合金含量5％－10％） 高合金钢 （合金含量＞10％）