精密仪器的设计基础33页PPT
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精密仪器总体设计ppt课件
5.根据系列化要求确定主要参数和技术指标。 如：工业机器人根据作业任务的需求，形成系列 化产品。
28
2.3 主要参数与技术指标 ——确定方法
6.根据产品可靠性与成本的要求确定主要参数和技 术指标
29
2.4 总体方案的制定 ——基本设计原则
1.阿贝原则
1890年，阿贝对量仪设计提出了一个指 导性原则：
通过查找资料、收集产品样本、现场调查等途 径对国外同类产品进行深入了解和分析。
16
2.2 设计任务分析 9*.仪器制造厂家的有关情况
设计能力和加工水平完全不是一回事，不能光 埋头设计，忽略了企业的加工能力，在设计时，不 合时宜的加入一些厂家达不到的加工要求。
17
2.2 设计任务分析
10*.信号转换原理选择 这是进行仪器设计总体考虑时，首先遇到的问
成设计工作所需要的技术指标。
22
2.3 主要参数与技术指标 ——确定方法
2.根据测量（加工）对象的主要尺寸确定主要参 数和技术指标
23
2.3 主要参数与技术指标 ——确定方法
3.根据测量（加工）精度确定主要参数和技术指标
例：光学灵敏杠杆 瞄准误差：
24
2.3 主要参数与技术指标 ——确定方法
3.根据测量（加工）精度确定主要参数和技术指标
3
2.1 设计方法概述 ——新产品设计试制过程
3.设计类型——变型设计
只改动尺寸大小或结构布局，形成系列产品。
4
2.1 设计方法概述 ——新产品设计试制过程
4.技术文件 • 设计任务书； • 光学、电器、气动、液压等原理图，机械运动简
图； • 总装配图、部件装配图、明细表； • 总体设计报告（包括方案分析比较、设计原理、
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2.3 主要参数与技术指标 ——确定方法
6.根据产品可靠性与成本的要求确定主要参数和技 术指标
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2.4 总体方案的制定 ——基本设计原则
1.阿贝原则
1890年，阿贝对量仪设计提出了一个指 导性原则：
通过查找资料、收集产品样本、现场调查等途 径对国外同类产品进行深入了解和分析。
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2.2 设计任务分析 9*.仪器制造厂家的有关情况
设计能力和加工水平完全不是一回事，不能光 埋头设计，忽略了企业的加工能力，在设计时，不 合时宜的加入一些厂家达不到的加工要求。
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2.2 设计任务分析
10*.信号转换原理选择 这是进行仪器设计总体考虑时，首先遇到的问
成设计工作所需要的技术指标。
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2.3 主要参数与技术指标 ——确定方法
2.根据测量（加工）对象的主要尺寸确定主要参 数和技术指标
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2.3 主要参数与技术指标 ——确定方法
3.根据测量（加工）精度确定主要参数和技术指标
例：光学灵敏杠杆 瞄准误差：
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2.3 主要参数与技术指标 ——确定方法
3.根据测量（加工）精度确定主要参数和技术指标
3
2.1 设计方法概述 ——新产品设计试制过程
3.设计类型——变型设计
只改动尺寸大小或结构布局，形成系列产品。
4
2.1 设计方法概述 ——新产品设计试制过程
4.技术文件 • 设计任务书； • 光学、电器、气动、液压等原理图，机械运动简
图； • 总装配图、部件装配图、明细表； • 总体设计报告（包括方案分析比较、设计原理、
精密仪器设计基础
测控仪器则是利用测量和控制的理论，采用机、电、光各种计量测试原理及控制系统与计算机相结合的一种范围广泛的测量仪器。
测控仪器的分类：1. 几何量计量仪器2. 热工量计量仪器3. 机械量计量仪器4. 时间频率计量仪器5. 电磁量计量仪器6. 无线电参数测量仪器7. 光学与声学量测量仪器8. 电离辐射计量仪器按功能将仪器分成以下几个组成部分：1 基准部件2 传感器与感受转换部件3 放大部件4 瞄准部件5 信息处理与运算装置6 显示部件7 驱动控制器部件8 机械结构部件发展趋势：高精度与高可靠性、高效率、智能化、多样化与多维化。
现代设计方法的特点：(1)程式性(2)创造性(3)系统性(4)优化性(5)计算机辅助设计设计要求：(1)精度要求(2)检测效率要求(3)可靠性要求(4)经济性要求(5)使用条件要求(6)造型要求设计程序：(1)确定设计任务(2)设计任务分析，制定设计任务书(3)调查研究，详细占有资料(4)总体方案设计(5)技术设计(6)制造样机(7)产品鉴定或验收(8)设计定型后进行小批量生产误差的分类：按误差的数学性质分1）随机误差是由大量的独立微小因素的综合影响所造成的，其数值的大小和方向没有一定的规律，但就其总体而言，服从统计规律，大多数随机误差服从正态分布。
2）系统误差由一些稳定的误差因素的影响所造成，其数值的大小的方向在测量过程中恒定不变或按一定的规律变化。
3）粗大误差粗大误差指超出规定条件所产生的误差，一般是由于疏忽或错误所引起，在测量值中一旦出现这种误差，应予以剔除。
按被测参数的时间特性分1）静态参数误差不随时间而变化或随时间而缓慢变化的被测参数称为静态参数，测定静态参数所产生的误差2）动态参数误差随时间而变化或时间的函数的被测参数称为动态参数，测定动态参数所产生的误差按误差间的关系分1）独立误差彼此相互独立，互不相关，互不影响的误差2）非独立误差（或相关误差）一种误差的出现与其他的误差相关联，这种彼此相关的误差绝对误差：被测量测得值x 与其真值(或相对真值) xo 之差△=x-xo特点：有量纲、能反映出误差的大小和方向。
精密仪器设计教学课件（王智宏）第三章3
标定
（2）温度变形（实际温度与标定要求之差）
补偿
摄像机引起的系统误差
1、CCD分辨率： e1=CCD像素尺寸/β=0.007/(3.5×10-3)=2(mm)
2、物镜畸变： e2 =Δy= 0.0005y= 0.0005×10×103=5（mm）
∴系统误差：Δe= e1+ e2=7→20/3（接近）
数（注意正反方向）、计算并显示长度测 量结果。
1m激光测长机
尾座
h
工作台
测量头架
干涉仪厢体
电机与变速箱 闭合钢带
电磁离合器
底座
固定角隅棱镜 尾杆
激光器 测量主轴 可动角隅棱镜
分光器
思考题
1、总体设计前应做那些工作？ 2、总体设计的内容有那些？ 3、仪器总体设计时应遵守哪些原则？为什么？举例说明 4、为什么说遵守阿贝原则可以避免一次误差？ 5、仪器总体设计时工作原理如何设计？请举例说明常见的仪 器设计原理 6、仪器的组成按功能分为哪八个部分？并举例分析仪器的组 成及各部分作用 7、如何确定仪器结构的主要参数？举例说明。
作业：进行总体设计 1、对矿石密度仪 2、运动木棒长度计量装置 3、激光测长机数据处理显示系统
再见！
二、主要结构设计
（1）感受、转换部件的选择 （2）数据处理部件选择 （3）标准量选择
1、感受、转换部件的选择
采用：CCD摄像机—— 物镜：输入钢锭长度信息的（物）亮度，L 作
为物高（光学系统）； CCD：输出象的电信号； 图像采集卡：电信号→数字信号（数字图象）。
2、数据处理部件选择
（1）计算机图像处理： 数字信号→提出长度L 值，
第三章 精密仪器总体设计
教学要求：了解精密仪器设计的基本原则，掌
精密机械设计的基础知识-16页文档资料
i1
n
1212...n2
2 i
i1
2、零件的特性误差估算 1）绝对误差估算 例如片簧的弹性变形
4 EFb33Lh f(L,b,h,E)
片簧变形的绝对误差为
dfd Lfd bfd hfdE
L b h E
写成增量形式，略去高阶无穷小，
fL fb fh fE
3、精度要求 精度是精密机械的一项重要技术指标，设 计时必须保证精密机械正常工作时所要求的精度。
4、经济性要求 组成精密机械的零部件能被最经济的制 造出来，这就要求零件结构简单、节省材料、工艺性 好，尽量采用标准尺寸和标准件。
5、外观要求 设计精密机械时应使其造型美观大方，色 泽柔和。
“活到老，学到老”，人需要不断的学习和思考，这样才会 进步！通过学习著名企业的一些宝贵资料和经典案例，不仅 能提升您的个人素质，同时也能为您以后的工作带来极大的 帮助，一个人的核心竞争力，源自于其学习力！为知识付费 是您最值得的投资!
三、精度 是表征测得结果与真实值的接近程度的量。精度的
高低是用误差的大小来度量的，误差越小，则精度越高。
四、误差的来源：
1、设计误差（原理误差）（产生于设计过程） 由于采用近似机构代替理想机构，或采用了近似
假设，使得设计的零件或机构在原理上产生了误差。
2、工艺误差 （产生于制造过程） 由于零件的加工和装配过程中，由机床、刀具、
二、是机指构实误际差机：构运來动自3精72度2 中与国理最想大机的构资运料库动下精载度之间的 偏差，常用机构位置误差和位移误差表示。 1、机构的位置误差: 当实际机构与理想机构的主动件 位置相同时，两者从动件位置的偏差。(B0B0’) 2、机构的位移误差: 实际机构与理想机构的主动件位 移相同时，两者从动件位移量的偏差。(B1B0 - B1’B0’)
精密仪器设计基础2012-2讲解
分辨率 重复性(2S)
测量系统 显示单元 测量体移动速
度 环境温度 环境湿度 重量
0.001mm/0.0001mm/0.00001mm 0.05µm
超高精度玻璃光栅测量系统 液晶显示屏、标准DELL电脑
400mm/秒
+10℃至+40℃ 20-80% 80kg
第二章 精密仪器设计方法
2.3.2 确定方法
第二章 精密仪器设计方法
例 测长机：以线纹尺的刻度作为已知长度，利用机 械测头进行接触测量的光学长度测量工具
第二章 精密仪器设计方法
爱彭斯坦光学系统
第二章 精密仪器设计方法
尾架倾斜产生的测量误差
l H sin (l l cos) H 1 l 2
2
令高度H与物镜焦距f相等
第二章 精密
a
tan
a(
13
3
)
1 a
第二章 精密仪器设计方法
串联式
绕z轴转动引起的误差
' 2
c(1 cos)
2
c[1 (1
4
)]
24
' 2
1 c 2
2
第二章 精密仪器设计方法
遵守阿贝原则的传动 部件设计 阿贝原则同样适合各 类仪器传动部件的设 计。
第二章 精密仪器设计方法
解决方法：
合理安排布局 避免经过变形环节 提高系统的刚度
第二章 精密仪器设计方法
四、基面合一原则：零件设计时，设计基准、
加工基准、检验基准、装配基准要统一。
基准：用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依 据的那些点、线、面。
精密仪器设计
③ 主轴系统的振动 ④ 主轴系统的热变形 ⑤ 主轴系统的耐磨性 ⑥ 主轴结构设计的合理性 主轴回转精度： 1）一般把主轴实际回转轴线对理想回转轴线位置的偏移量定义为主轴回转误差。 2）主轴回转误差由轴向窜动误差、径向晃动误差及角运动误差三部分组成。分别表征 轴系的轴向回转精度、径向回转精度和定向精度； 3）主轴的轴向窜动误差又称为轴向偏摆，是主轴回转误差的轴向分量，以主轴几何轴线 的纯轴向窜动量表示。 4）主轴角运动误差是主轴几何轴线对理想轴线的纯角度偏摆量，一般又称为主轴的定 向精度。
1、 精密仪器的基本组成：
基准部件 感受转化部件 转化放大部件 瞄准部件 处理与计算部件 显示部件 驱动部件 机械结构部件 2、 现代精密仪器设计原则：
1．从原理上提高精度的原则 （1） 误差平均原理 （2） 位移量同步比较原理： （3） 误差分离与外偿原理
2. 阿贝原则 3. 运动学设计原理 4. 最小变形原则、功能分离原则 5. 基面统一原则 6. 最短测量链原则 7. 精度匹配原则 8. 仪器零件的标准化、系统化、通用化原则 9. 仪器可靠性、安全、维修与操作方便原则 10. 结构工艺性好原则 11. 造型与装饰宜人原则 12. 价值系数最优原则 3、 被测参数的精度要求: 中等精度：直线位移、回转精度 1-10um，分度精度：1"-10" 高精度：直线位移、回转精度 0.1-1um，分度精度：0.2"-1" 超高精度：直线位移、回转精度 <0.1um，分度精度：< 0.1" 4、 阿贝原则定义：被测零件的尺寸线和量仪中作为读数用的基准线应顺序排成一条直线。 游标卡尺、螺旋测微仪 5、不服从阿贝原则的比长仪：
限的比值 。（引用误差是一种相对误差） 19、电表的最大允许误差：
东北大学精密仪器设计与制造绪论-ppt(1)
Northeastern University
13
1.3 本课程的特点及重要性
1.3.3 本课程的地位 要求先修课程： 高等数学 普通物理 机械制图 工程力学
基础课
技术基础课 机械设计基础
专业课
比基础课更接近 工程实际
承上启下
比专业课有更宽的研究面 和更广的适应性
Northeastern University
机构：
多个构件由运动付联接，作确定运动的构件系统。 例如：汽车的内燃机、柴油机、仪表中的压力表。
内燃机组成： 1 箱体 2 活塞 4 曲轴 5、6 齿轮 3 连杆 7 凸轮 视频
8 推杆
连杆机构：将活塞的往复移动转化为曲轴的连续转动。
内燃机
齿轮机构：实现转动的传递 凸轮机构：将凸轮的转动变换为顶杆的往复移动。 活塞、连杆、曲轴
Y
Y
X Z
图1 图2
X
Northeastern University
30
第一章 机构组成原理
第三节 机构的自由度
自由度的计算公式
Y
W 6n 5P 5 4 P 4 3P 3 2 P 2 P1
n —活动构件数（总构件数-1）
平面机构的自由度
X
平面机构：所有构件均在同一平面或平行平面内运动。
第一节 构件和运动副
按接触形式分类：
接触形式 : 点、线、面 低副：面接触 高副：点、线接触 平面低副
空间低副
y
o 高副 高副 空间低副 平面低副 平面低副
x
Northeastern University
22
第一章 机构组成原理
第一节 构件和运动副
低副
现代精密仪器设计第一章概述 ppt课件
精密仪器设计
Design of Precision Instrument
ppt课件 ppt课件 ppt课件
1
教材——
《现代精密仪器设计》李庆祥/李玉和等编著 清华大学出版社
参考书——
《现代仪器仪表技术与设计》王大珩 主编 ，北京 : 科学出版社, 2002 ——内容新、全 《精密仪器设计》天大、上交大合编，机械工业出版社，1992年 ——内容类似、简单 《测控仪器设计》浦昭邦、王宝光主编，机械工业出版社，2001年 ——哈尔滨工业大学教材 《电子精密仪器设计》徐和祥主编，国防工业出版社，1986年 ——以机械设计为主 《量仪设计》孙祖室主编，机械工业出版社，1981年 ——天大，老的量仪专业教材 《光学计量仪器设计》王因明主编，机械工业出版社，1982年 ——光学仪器专业教材，偏重于光学设计 2 ppt课件 ppt课件 ppt课件
“现代精密仪器设计”是国内外许多大学机电类、测控 仪器类、电子信息类专业的专业课程。本课程主要内容： 第1章 概述 第2章 现代精密仪器总体设计 第3章 精密仪器设计的精度理论 第4章 现代精密机械系统设计（现代设计方法） 第5章 微位移技术 第6章 定位与测量系统 第7章 瞄准与对准系统 第8章 自动调焦系统 第9章 精密机械系统伺服系统设计 第10章 典型精密仪器设计实例
ppt课件 ppt课件 ppt课件 3
课程简介
第1 章
概
述
中 国 航 天 清 华 一 号
现代精密仪器实例介绍
“航天清华”卫星在离地球600～800千米 高的太阳同步轨道上运行。它可以进行存 储转发式的通信，或进行定点实时通信， 特别适用于无地面网络的地区使用，在数 据采集、远程教育等方面有着独特优势。 它不仅可以进行光学成像观测，还可以用 于环境、资源、水文、地理勘察和气象观 测、科学实验等多种用途。除具备以上用 途外，它也具有发射入轨后再上载软件的 能力，可随时通过上载新的软件改变卫星 的任务，并能修正高能粒子对电脑芯片辐 射而导致的程序突变问题，提出并开展了 “软件卫星”的概念研究。
Design of Precision Instrument
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1
教材——
《现代精密仪器设计》李庆祥/李玉和等编著 清华大学出版社
参考书——
《现代仪器仪表技术与设计》王大珩 主编 ，北京 : 科学出版社, 2002 ——内容新、全 《精密仪器设计》天大、上交大合编，机械工业出版社，1992年 ——内容类似、简单 《测控仪器设计》浦昭邦、王宝光主编，机械工业出版社，2001年 ——哈尔滨工业大学教材 《电子精密仪器设计》徐和祥主编，国防工业出版社，1986年 ——以机械设计为主 《量仪设计》孙祖室主编，机械工业出版社，1981年 ——天大，老的量仪专业教材 《光学计量仪器设计》王因明主编，机械工业出版社，1982年 ——光学仪器专业教材，偏重于光学设计 2 ppt课件 ppt课件 ppt课件
“现代精密仪器设计”是国内外许多大学机电类、测控 仪器类、电子信息类专业的专业课程。本课程主要内容： 第1章 概述 第2章 现代精密仪器总体设计 第3章 精密仪器设计的精度理论 第4章 现代精密机械系统设计（现代设计方法） 第5章 微位移技术 第6章 定位与测量系统 第7章 瞄准与对准系统 第8章 自动调焦系统 第9章 精密机械系统伺服系统设计 第10章 典型精密仪器设计实例
ppt课件 ppt课件 ppt课件 3
课程简介
第1 章
概
述
中 国 航 天 清 华 一 号
现代精密仪器实例介绍
“航天清华”卫星在离地球600～800千米 高的太阳同步轨道上运行。它可以进行存 储转发式的通信，或进行定点实时通信， 特别适用于无地面网络的地区使用，在数 据采集、远程教育等方面有着独特优势。 它不仅可以进行光学成像观测，还可以用 于环境、资源、水文、地理勘察和气象观 测、科学实验等多种用途。除具备以上用 途外，它也具有发射入轨后再上载软件的 能力，可随时通过上载新的软件改变卫星 的任务，并能修正高能粒子对电脑芯片辐 射而导致的程序突变问题，提出并开展了 “软件卫星”的概念研究。
精密机械设计精密机械设计概论PPT课件
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％）
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)
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 :
， lim
S
， lim
S
•载荷的类型：动静载载荷荷
120º金刚石锥体，载荷分别为150kgf,、100kgf 、60kgf
维氏硬度 （HV）
136 º金刚石四角锥体，载荷小，5-30kgf
硬度单位之比较： HRC(洛氏)×10 ≈ HBS
(四)、冲击韧性：金属材料抵抗冲击载荷的作用而不破坏的
能力
弹性能↑，材料的韧性越好。
金属材料在加工和使用过程中，其力学性能受多种 因素影响：
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。
min
S
塑性材料σS 脆性材料σB