精密机械

仿生智能机械
机械科学与技术发展或许是我们限定思维所难以展 望的，但人们在机械创新的漫漫征程中所积累的机械设 计基础知识为我们提供了认识和改造客观世界的基础。
有关机械的几个问题
➢什么是机械？其含义包括哪些？ ➢各行各业的机器组成有没有共同的特点？ ➢其共同特征或者共同之处在何处？
能否进行专门研究？
此，不但课程设置偏多，讲授分散，往往还造成彼此
脱节，而且，也不利于运用辩证的观点，从机构的选
型、工作能力、精度、结构等诸方面，较全面的去分
析和研究精密机械中常用的机构及其零、部件设计的
计算的基本规律。所以，在1997年进行现教材的编订
时将上述四门课程合为一门新的课程----精密机械设计。
引言 机械发展的历史
如：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、带传动 机构、链传动机构等。
机器－－根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合体。
如：缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用机器、起重机等。
精密机械
计量仪器仪表 精密加工设备
机器的种类繁多，结构、性能和用途等各 不相同，但具有相同的基本特征。
典型机器的分析： 1.内燃机 活塞的往复运动通过连杆变为曲轴的连续 转动，该组合体称为：曲柄滑块机构 凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀； 称为：凸轮机构
课程授课目的是什么？
绪论
§0－1 本课程的研究对象 §0－2 本课程的研究内容 §0－3 本课程的主要任务 §0－4 本课程学习方法 §0－5 本课程教学环节和学习资源
§0－1 本课程的研究对象
本课程研究对象为：精密机械
机械－人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物的组合体。 机构
机械 机器
机构－－能够用来传递运动和力或改变运动形式的多件实物的 组合体。
Computer DAQ Board
Product Processing
Sensor
Signal Conditioning
Actuator
& Valve
Control circuit
Instruments
Measurement & Control Technology
The Diagram of Modern M&C System
二、精密机械设计的一般步骤
1、产品设计类型： 开发性设计 适应性设计 变参数设计
开发性设计即利用新原理、新技术设计新产品。
适应性设计即保留原有产品的原 理及方案不变，为适应市场需要， 只对个别零件或部件进行重新设 计。（直钳口-可转钳口）
变参数设计即保留原有产品的功 能、原理方案和结构，仅改变零 部件的尺寸或结构布局，形成系 列产品。（G4025-G4040）
传感器
信号条理
数
生 产 过
据 采 集 装
计 算 机
程 仪器
执行机 构&阀门
控制电路
置
设备
测控 技术
现代测控系统框图
精
精密机械系统是现代仪器仪
表的基础和重要的组成部分。
密Hale Waihona Puke Baidu
精密机械系统与结构的质量
机
直接影响仪器仪表的性能指标、 工作可靠性和稳定性。
械
与 仪
• 课程介绍 • 引言
器
• 绪论
课程介绍
❖ 课程名称：精密机械与仪器 ❖ 课程类型：范围选修 ❖ 适用对象：测控技术与仪器专业 ❖ 学时分配：讲授56+实验8=64学时
国际太空站
航天飞机正在利用机械臂施 放哈勃空间望远镜
21世纪，机械学科在迅猛发展, 新概念、新理论、新 方法、新工艺不断涌现。智能机械、微型机构、仿生 机械的蓬勃发展，将促进材料、信息、计算机技术、 自动化等领域的交叉与融合，进一步丰富和发展机械 基础学科知识。
用光刻技术做成的微米尺寸的微机械
蜘蛛形探雷机器人
• 利用光电、电磁物理效应，实现能量传递或运动转换或实现动作 的一类机构，应用也十分广泛。例如，采用继电器机构实现电路 的闭合与断开；电话机采用磁开关机构，提起受话器时，接通线 路进行通话，当受话器放到原位时断路。
• 机器内部包含了大量的控制系统和信息处理、传递系统。 • 机器不仅能代替人的体力劳动，还可代替人的脑力劳动。除了工
Review
❖ 机械：机器和机构的总称。 ❖ 机器：能够实现能量转换、运动或动力传递或者信息处理
的人为的实物组合体。 ❖ 机构：能实现预期的机械运动的各构件（包括机架）的基
本组合体称为机构。 ❖ 构件：运动单元体 ❖ 零件：制造单元体 ❖ 构件可由一个或几个零件组成。 ❖ 机架：机构中相对不动的构件
❖ 与其他课程的关系 为《智能仪器设计基础》等后继专业课程学习和今 后从事仪器仪表设计工作打下坚实的基础。
3、本课程的特点：四门课程的综合
❖
过去，仪器仪表类专业多开设有“精密机械零件”
课程，在此之前，分别开设有“机械原理”、“金属
材料及热处理”、和“互换性与技术测量”等课程。
由于各门课程是按照各自课程体系来组织教学的，因
蜗杆传动
连杆机构
滑杆带着工件右移时，夹 持器动爪受挡块的压迫将 工件松开，工件落入载送 器被传送到下一道工序。
电动机
自动载送装置
3.试分析洗衣机的各组成部分 机器的分类：
原动机－实现能量转换（如内燃
机、蒸汽机、电动机） 叶轮（工作）
工作机－完成有用功（如
机床等）
皮带（传动）
工作机的组成：
定时器（控制） 电机（原动）
我国古代在机械研 制方面有许多杰出 的发明创造。
二.近代机械
18世纪初以蒸汽机的出现为代表产生了第一次产业革 命，人们开始设计制造各种各样的机械，例如纺织机、 火车、汽轮船。
哈格里沃斯发明的 “珍妮纺纱机”
法国陆军技术军官古诺发明了世 界上第一辆蒸汽动力车
19世纪到20世纪初的第二次产业革命，随着内燃机的 出现，促进了汽车、飞机等运输工具的出现和发展。
以及典型零、部件的精度分析。 4）了解典型机械零件的实验方法。 5）初步掌握材料与热处理、公差与配合方面的基本知识。 6）了解机械设计的最新动态（计算机辅助设计、优化设计
等）。
§0－4学习本课程的方法
学习方法： 1）着重搞清楚基本概念，理解基本原理，掌握机构分析与综
合的基本方法。培养解决实际问题的能力； 2）要有工程的观点，培养分析对比判断和决策的能力； 3）创造性思维活动的培养；
1898年问世的“雷诺”牌汽车
“圣路易斯精神”号飞机 1927年美国人林德伯格驾驶着它完 成了人类首次不着陆飞越大西洋的 壮举。
三.现代机械
20世纪中后期，以机电一体化技术为代表，在机器人， 航空航天，海洋舰船等领域开发出了众多高新机械产品， 如火箭、卫星、宇宙飞船、空间站、航空母舰、深海探 测器等
第一章 精密机械设计的基础知识
❖基本要求：了解精密机械设计的基础知识 ❖重点：零件的工作能力及其计算、零件与机构的
误差估算和精度。 ❖难点：零件的工作能力及其计算。
第一节 概述
一、设计精密机械时应满足的基本要求 ❖ 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
原动部分－是工作机动力的来源，最常见的是电动机和内然机。 工作部分－完成预定的动作，位于传动路线的终点。 传动部分－联接原动机和工作部分的中间部分。 控制部分－保证机器的启动、停止和正常协调动作。
原动机
传动
工作
控制
**课程研究的对象扩展
随着科学技术的发展，机械概念得到了进一步的扩展：
• 某些情况下，机件不再是刚体，加入柔性构件，气体、液体等也 可参与实现预期的机械运动。
4）多观察，多思考； 5）认真对待每个教学环节。
§0－5本课程的教学环节和学习资源
一.本课程的教学环节
1. 课堂讲授 2. 一般作业 3. 基本实验 4. 综合训练环节 5. 交流与答疑
二、其他教材及学习指导
《机械原理教程 》申永胜主编 清华大学出版社 北京 1999 ; 《机械设计》 董刚 李建功等主编 机械工业出版社 1999年5月第3版 ； 《工程材料》 朱张校主编 清华大学出版社 2001年1月第3版； 《互换性与测量技术基础》 景旭文主编 中国标准出版社 2002年12月； 《现代仪器仪表技术与设计》 王大珩主编 科学出版社 2002年10月第1版
1、课程性质、目的
❖ 精密机械与仪器是测控技术与仪器 专业的专业基础课，属范围选修课。本 课程通过理论教学使学生掌握关于精密 机械与仪器仪表中常用机构和零件、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，并具有初步的分析和设 计能力。
2、对课程要求
❖ 对先开课程要求 学习本课程，要求学生具有高等数学、机械制图、 理论力学、材料力学、传感器技术、自动检测技术 等方面的基础知识。
两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之 间形成协调动作， 称为：齿轮机构
各部分协调动作的结果，就将燃料中化 学能转化为曲轴旋转的机械能。
内燃机
2.工件自动载送装置
工件 定爪 动爪
档块
滑杆
含带传动机构、蜗杆传动、 装配夹具 凸轮机构、连杆机构等。
工件载送器
滑杆左移时，夹持器将工 件夹住。
带传动 凸轮机构
2、产品开发设计的程序： 设计任务
调
查 决
调查研究
策
阶 段
新产品开发设计书
研 究
试验研究
设
计
阶
技术设计
段
样机试制
试
制
阶
样机试验
段
技术经济评价
生产设计
投
产 销
小批试制
售
阶 段
正式投产
销售服务
图1产品开发设计的程序
第二节 零件的工作能力及其计算
零件的工作能力
即机械零件在一定的条件下 抵抗失效的能力(或零件不发 生失效时的安全工作限度)。
业生产中广泛使用的工业机器人，还有应用在航空航天、水下作 业、清洁、医疗以及家庭服务等领域的 "服务型"机器人。
目录
第一章 精密机械设计的基础知识 第二章 工程材料和热处理 第三章 零件的几何精度 第四章 平面机构的结构分析 第五章 平面连杆机构 第六章 凸轮机构 第七章 摩擦轮传动和带传动 第八章 齿轮传动
零件在使用过程中由于某 些原因而不能正常工作时， 称为失效。
如齿轮轮齿的折断，轴的断裂及凸轮的磨损等。
零件失效的原因有多种形式，但最主要的是由于强度、刚度及振 动稳定性对零件的工作能力产生影响而造成失效，为了避免机械 零件失效，应使零件具有足够的工作能力。所以，强度、刚度及 振动稳定性与零件的工作能力密切相关，也是我们今后设计零件 时要进行计算与校核的主要参数。
一、强度
定义：零件抵抗外载荷作用的能力。 强度不足时，零件将发生断裂或产生塑性变形而使零 件丧失工作能力而失效。
塑性：在应力超过一定限度的条件下，材料或物体不断裂而 继续变形的性质。在外力去掉后还能保持一部分残余变形。
弹性：物体受外力作用变形后，除去作用力时能恢复原来形状的性质。
既然零件强度是通过载荷作用表现出来的，那么反映零 件强度的基本参数就是载荷及应力。
第九章 螺旋传动 第十章 轴、联轴器、离合器 第十一章 支承 第十二章 直线导轨机构 第十三章 弹性元件 第十四章 联接 第十五章 仪器常用装置 第十六章 机械的计算机辅助设计
§0－3 本课程的主要任务
1）初步掌握常用机构的结构分析、运动分析、动力分析及 其设计方法
2）掌握通用机械零部件的设计原理、方法和一般规律。 3）掌握一定的设计技能（查阅资料，运用标准、规范），
（一）载荷和应力
1、载荷和应力的定义： 载荷是指构件或零件工作时所承受的外力。
根据载荷性质不同，可以分为静载荷和变载荷两类。
不随时间变化的或变化很小的载荷称为静载荷， 在静载荷作用下产生的不随时间变化或变化很小的应力称为静应力。
例如零件的重力及相应的应力。
大小和方向随时间而变化的载荷称为变载荷。 在变载荷作用下产生的随时间变化的应力称为变应力。
机械是人类用以转换能量和借以减轻体力 劳动、提高生产率的主要工具。 机械工业是国民经济的支柱工业之一。 机械工业是社会生产力发展水平的重要标志。
当今社会高度的物质文明是以近代机械工业 的飞速发展为基础建立起来的，人类生活的不断 改善也与机械工业的发展紧密相连。
一.古代机械
五千年前已开始使用简单的纺织机械；晋朝时在连 机椎和水碾中应用了凸轮原理；西汉时应用轮系传动原 理制成了指南车和记里鼓车；东汉张衡发明的候风地动 仪是世界上第一台地震仪。目前许多机械中仍在采用的 青铜轴瓦和金属人字圆柱齿轮，在我国东汉年代的文物 中都可以找到它们的原始形态。
例如齿轮传动中轮齿的应力
2、应力的分类及其计算
应力可分为静应力和变应力， 变应力又分为：非对称循环变应力、对称循环变应力和脉动
循环变应力三类。
应力的基本参数：最大应力 max m a 最小应力 min m a