精密机械系统的设计
精密机械设计与开发程序
精密机械设计与开发程序引言精密机械设计与开发程序是一种为精密机械设计和开发而开发的专用程序。
它结合了机械工程和计算机科学的知识，旨在提高精密机械设计的效率和精度。
本文将介绍精密机械设计与开发程序的一般概念、设计原则、功能和应用。
一般概念精密机械设计与开发程序是一种基于计算机的工具，用于协助工程师进行精密机械设计和开发。
它可以提供一系列设计工具和模块，帮助工程师完成从概念到制造的全过程。
精密机械设计与开发程序通常具有良好的用户界面和数据处理能力，能够与其他设计软件进行集成。
精密机械设计与开发程序的设计原则包括以下几个方面：界面友好精密机械设计与开发程序应该具有友好的用户界面，使得工程师能够快速上手并进行操作。
它应该提供简洁明了的操作指南和提示，帮助用户高效地使用该程序。
数据处理能力精密机械设计与开发程序应该具有较强的数据处理能力，能够处理大量复杂的设计数据。
它应该提供高效的数据输入、编辑、存储和输出功能，保证设计数据的准确性和可靠性。
精密机械设计与开发程序应该能够与其他设计软件进行集成，实现设计数据的共享和协同工作。
它应该支持与CAD、CAE和CAM软件的无缝对接，提高设计效率和精度。
功能精密机械设计与开发程序通常包含以下主要功能：3D建模精密机械设计与开发程序应该具有强大的三维建模功能，能够快速创建和编辑复杂的机械模型。
它应该提供各种建模工具和操作方式，支持实时渲染和动画效果，方便工程师进行设计和评估。
精密机械设计与开发程序应该提供全面的零件库管理功能，方便工程师查找和使用标准零件。
它应该具有零件分类、检索和替换功能，减少设计过程中的重复工作和错误。
强大的仿真分析精密机械设计与开发程序应该具有强大的仿真分析功能，能够模拟和评估机械系统的性能。
它应该支持静态和动态分析，包括应力分析、流体分析、热分析等，帮助工程师优化设计方案。
制造准备精密机械设计与开发程序应该具有制造准备功能，能够生成产品的设计和加工文件。
精密机械设计的基础知识
精密机械设计的基础知识精密机械设计是一门关键性的工程学科，它为各种行业的发展提供了必要的支持。
本文将介绍精密机械设计的基础知识，包括材料选择、结构设计以及性能优化等方面。
一、材料选择在精密机械设计中，材料的选择至关重要，因为不同的材料拥有不同的特性和性能。
常见的材料选择包括金属、塑料和陶瓷等。
金属常用于承载结构和传递力量，而塑料则常用于隔离和减震。
陶瓷具有较高的硬度和耐磨性，常用于高速旋转部件的设计。
二、结构设计在精密机械的结构设计中，需要考虑多个因素，例如刚度、稳定性以及装配性等。
首先，设计师需要确保结构具有足够的刚度，以便在工作过程中不会产生过大的变形。
其次，稳定性也是一个重要的考虑因素，特别是在高速运转的设备中。
最后，装配性的考虑在设计过程中也非常关键，以确保零部件可以准确地安装和拆卸。
三、性能优化性能优化是精密机械设计的核心目标之一。
在设计过程中，需要根据具体的应用要求，优化机械的工作效率、精确度和稳定性等性能指标。
例如，在高速电机设计中，需要通过减小机械传动的阻尼和损耗来提高效率。
同时，采用精密加工和装配工艺，能够提高机械的精确度和稳定性。
四、热处理与表面处理热处理和表面处理是精密机械设计中的重要工艺步骤。
通过热处理，可以改善材料的硬度和耐磨性。
常见的热处理方法包括淬火、回火和表面渗碳等。
此外，表面处理也非常关键，可以提高机械零部件的抗腐蚀性能和摩擦特性。
例如，镀铬和氮化处理可显著改善零部件的表面硬度和润滑性。
五、精密机械加工精密机械加工是精密机械设计中不可或缺的步骤。
通过精密加工，可以确保零部件的尺寸和形状精确到微米级别。
常见的精密加工方法包括数控加工、电火花加工和激光切割等。
此外，还需要使用精密测量工具对零部件进行检测和校准，以确保其质量和精度。
在总结中，精密机械设计涉及多个方面，包括材料选择、结构设计、性能优化、热处理与表面处理以及精密机械加工等。
只有掌握了这些基础知识，才能设计出高效、精确和稳定的精密机械产品，满足不同行业的需求。
精密机械设计课程设计指导书
精密机械设计课程设计指导书（测控技术与仪器教研室）精密机械设计课程设计是测控技术与仪器专业的学生在学完精密机械设计基础课程后的一个重要的实践性教学环节，也是对过去所学的相关课程的一次全面应用及检验，是对学生设计能力的综合培养。
一、课程设计设计目的1、巩固、实践课堂讲过的知识。
通过对仪器结构的实际设计，培养学生综合应用所学知识，理论联系实际，解决工程实际问题的能力，同时加深对所学理论知识的理解。
2、掌握正确的设计思想和设计方法。
:通过对设计任务的分析、设计方案的拟定、零件结构设计与计算，零件几何精度的确定、材料的选择、仪器的装配和调整工艺、仪器精度的合成与分配等环节的设计训练，使学生掌握精密机械设计的正确方法。
机械产品设计的一般过程为：接受设计任务→拟定设计方案→设计计算→绘制装配图→绘制零件图。
设计过程中需注意以下内容：1）满足使用要求（功能、可靠性及精度要求）2）注意工艺性（结构合理、简单，经济性，外观要求）3、熟悉有关规范、标准、手册。
设计中涉及到的零件材料、结构等，均需按照有关标准选择；零件的尺寸、公差等亦应符合相关标准；制图也要符合一定的规范。
因此在课程设计过程中要求通过学习，掌握查阅标准及使用手册的基本技能。
通过课程设计，锻炼学生的计算、绘图能力和熟练运用设计资料的能力。
二、设计题目及要求1、设计题目：齿轮双面啮合综合测量仪设计2、测量对象：盘形渐开线圆柱齿轮。
3、测量参数：齿轮径向综合总偏差i F ''和一齿径向综合偏差i f ''。
4、设计应满足的要求：（1）被测齿轮模数：1－10mm ；（2）可调中心距：50－300mm ；（3）测量精度：6级（按GB/T10095.2-2001）。
三、设计任务1、完成双啮仪总装配图（草图）一张；2、完成双啮仪总装配图（工作图）一张；3、完成主要零件工作图2－4涨；4、完成设计说明书一份。
四、设计进程和主要完成的工作（一）、准备阶段（1－2天）1、准备绘图工具及图纸：0＃方格纸一张，0＃白图纸1.5张。
精密机械设计
精密机械设计第一章精密机械设计的基础知识1、什么是机械？答：一般认为它是“机器”和“机构”的总称2、机器的基本组成要素是什么？答：机械零件3、机器的基本组成部件是什么？答：各种机构4、什么叫部件？答：几个零件的组合体称为部件5、设计精密机械时应满足那些基本要求？答：1、功能要求设计精密机械时首先应满足它的功能要求。
2、可靠性要求要使精密机械在一定的时间内和一定的使用条件下有效的实现预期的功能，则要求其工作安全可靠，操作维修方便。
为此，零件应该具有一定的强度、刚度和振动稳定性等工作能力。
3、精度要求精度是精密机械的一项重要技术指标，设计时必须保证机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、部件能最经济的被制造出来，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。
6、强度的概念是什么？答：强度是零件抵抗外载荷作用的能力。
7、什么叫静载荷、变载荷、名义载荷、计算载荷答：静载荷和静应力不随时间变化或变化缓慢的载荷和应力变载荷和变应力随时间作周期性变化的载荷和应力名义载荷在稳定和理想的工作条件下，作用在零件上的载荷计算载荷考虑影响零件强度的各种因素时，将名义载荷乘以某些系数，作为计算时采用的载荷，此载荷称为计算载荷8、什么叫静应力、变应力、应力循环，应力循环的三种形式答：静载荷和静应力不随时间变化或变化缓慢的载荷和应力变载荷和变应力随时间作周期性变化的载荷和应力应力循环应力作周期性变化时，一个周期所对应的应力变化称为应力循环三种形式①当r=-1时，称为对称循环；②当r≠-1时，称为非对称循环；③特例r=0时称为脉动循环9、什么是疲劳极限？何为有限寿命疲劳极限阶段和无限寿命疲劳阶段？答：当循环特性r 一定时，应力循环N 次后，材料不发生疲劳破坏时的最大应力称为疲劳极限，用表示，0N 称为循环基数，0N N ≥区为无限寿命区，0N N ≤区为有限寿命区。
精密机械系统的齿轮传动设计与优化
精密机械系统的齿轮传动设计与优化齿轮传动是一种广泛应用于各种机械系统中的传动方式。
其通过齿轮之间的啮合作用，实现转矩和速度的传递。
在精密机械系统中，齿轮传动的设计与优化至关重要，它直接影响着机械系统的性能和寿命。
一、齿轮的材料选择在进行齿轮传动设计时，首先需要选择合适的材料。
一般来说，常见的齿轮材料有钢、铸铁和塑料等。
钢材具有较高的强度和韧性，适用于高载荷和高速度的传动。
铸铁齿轮成本相对较低，但其强度和韧性略低于钢材。
塑料齿轮具有良好的自润滑性和吸音性能，但承载能力较低，适用于低载荷和低速度的传动。
因此，根据具体应用场景和需求，选择合适的材料是设计和优化齿轮传动的首要任务。
二、齿轮的模数选择齿轮的模数是指齿轮齿数与模数的比值，它反映了齿轮的尺寸与设计参数之间的关系。
在进行齿轮传动设计时，模数的选择直接影响着齿轮的强度和传动效率。
一般来说，当齿轮模数较大时，齿面弯曲应力相对较小，但齿面接触应力增大，适用于高载荷传动；当齿轮模数较小时，齿面接触应力减小，但齿面弯曲应力增大，适用于高速度传动。
因此，在选择齿轮的模数时，需要综合考虑载荷、速度和传动效率等因素，进行权衡和优化。
三、齿轮的齿形设计齿轮的齿形设计是指通过确定齿轮的齿数、齿型和齿向等参数，实现齿轮传动的顺利运转和稳定性能。
通常，齿轮的齿形设计直接影响着齿轮的传动精度和噪声水平。
在进行齿轮齿形设计时，需要基于齿轮的模数和齿面接触条件，选择合适的齿轮齿型，如直齿、斜齿、渐开线齿和曲线齿等。
此外，齿向的设计也是齿轮传动优化的重要一环，通过合理的齿向设计，可以降低齿面接触应力和噪声水平，提升齿轮传动的效率和可靠性。
四、齿轮传动的润滑与散热齿轮传动的润滑与散热是保证齿轮传动正常运转和延长使用寿命的关键因素。
在进行齿轮传动设计时，需要考虑齿轮传动的润滑方式和冷却方式。
一般来说，润滑方式可以选择油润滑或干润滑。
油润滑可通过油脂或液压油等提供齿轮之间的润滑和冷却，减小摩擦和磨损。
精密机械设计基础
– F7=3n-2pL-pH=3x3-2x4-0=1 – F8=3n-2pL-pH=3x4-2x5-0=2
有确定运动 无确定运动
计算机构自由度时应注意的问题
举例 直线机构自由度计算
解 n7，pL6，pH0 F3n2pLpH37269 错误的结果！
B
计算错误的原因：
两个转动副
D5
F
46
1E
7
C
2 3
被测要素形位公差框格中的公差值后标注符号“ M ”，见图 3-22a；当应用于基准要素时应在形位公差框格内的基准 字母代号后标注符号“ M ”，如 ⊕ t M A M 。
最大实体要求应用于被测要素
• 图3-22a表示轴 200-0.3的轴线直线度公差采用最大实体要 求。当被测要素处于最大实体状态时，其轴线直线度公差 为图样上的给定值0.1mm（图 3-22c）。
• 高副低代的最简单方法是用两个转动副和一个构 件来代替一个高副。
平面机构组成原理
• 杆组：从动件系统可分解为若干个不可再的、自由度为零的运动链。
• 机构组成原理：按照杆组的观点，任何机构都可
以用零自由度的杆组依次联接到原动件和机架上去的 方法来组成。
杆组
• 设杆组由n个构件和pL个平面低副所组成， 那么它们之间必满足下述条件：
F=3n-2PL=0 或 2PL=3n
• 由于构件数n和运动副pL数必须是整数，故 满足上述条件的最简单杆组为： • n=2，PL=3。Ⅱ级杆组。 • n=4，pL=6。Ⅲ级杆组。 • n=6，pL=9。Ⅳ级杆组。
变应力下的强度--疲劳破坏
• 疲劳破坏
– 在变应力作用下，零件的一种失效形式将是疲劳断裂，这种失效 形式不仅与变应力的大小有关，也与应力循环的次数有关。表面 无缺陷的金属材料的疲劳断裂过程可分为两个阶段，第一阶段是 在变应力的作用下，零件材料表面开始滑移而形成初始裂纹；第 二阶段是在变应力作用下初始裂纹扩展以致断裂。实际上，由于 材料具有晶界夹渣、微孔以及机械加工造成的表面划伤、裂纹等 缺陷，材料的疲劳断裂过程只经过第二阶段。零件上的圆角、凹 槽、缺口等造成的应力集中也会促使零件表面裂纹的生成和扩展。
机械系统的精度分析与设计方法研究
机械系统的精度分析与设计方法研究引言：机械系统在现代社会中扮演着重要角色，从汽车引擎到工业机器人，都离不开精密的设计和分析。
机械系统的精度分析和设计方法是保证机械系统稳定运行的关键。
本文将探讨机械系统精度分析和设计的方法。
一、机械系统的精度分析机械系统的精度分析是研究系统在运行过程中所能达到的精确度水平。
精度分析的目的是确定系统中各个关键部件的误差来源和传递方式。
1.误差来源的分析机械系统中的误差来源主要包括几何误差、运动误差和装配误差。
几何误差是指由于制造过程中的公差堆积以及材料和测量器具的不确定性所引起的误差。
运动误差是指由于运动部件在运动中的不稳定性以及周围环境的影响所引起的误差。
装配误差是指由于装配过程中的不精确性导致的误差。
2.误差传递的方式机械系统中的误差可以通过机械传动、刚度传递和振动传递等方式进行传递。
机械传动是指机械系统中各个部件之间通过齿轮、皮带等方式传递的误差。
刚度传递是指机械系统中各个部件之间通过刚性结构传递的误差。
振动传递是指机械系统中由于振动引起的误差。
二、机械系统的精度设计方法机械系统的精度设计是通过合理的设计手段来使得系统在整个生命周期中能够满足特定的精度要求。
1.设计准则的制定机械系统的精度设计需要根据具体的应用要求来制定设计准则。
设计准则应包括系统的精度要求、误差来源和传递方式、误差限值等内容，并与应用领域的标准相符合。
2.设计参数的优化机械系统的设计参数对于精度有着重要影响。
优化设计参数可以通过使用先进的建模和仿真工具，对系统进行全面的分析和优化。
例如，有限元分析可以用于预测系统的刚度和振动响应，从而有助于减少误差的传递。
3.材料和制造工艺的选择材料和制造工艺也是影响机械系统精度的重要因素。
选择合适的材料和制造工艺可以降低几何误差和装配误差。
例如，使用高精度的数控机床可以减少加工误差，而使用稳定性好的材料可以减少热膨胀引起的误差。
4.装配和校准的优化机械系统的精度还受到装配和校准的影响。
精密机械设计知识点
精密机械设计知识点【精密机械设计知识点】在精密机械设计领域，关键的知识点包含材料选择、结构设计、精度控制、装配工艺等方面。
本文将分别对这些知识点进行探讨，从而帮助读者更好地理解精密机械设计的要点。
一、材料选择在精密机械设计中，材料的选择至关重要。
精密机械通常要求具有高硬度、高强度、耐磨损、耐腐蚀等性能，常用的材料包括钢材、铝材、镍基合金等。
在选择材料时，首先要考虑机械的使用环境和工作条件，以确定材料的耐久性和稳定性。
其次，还要考虑材料的可加工性和可靠性，以确保机械的制造和使用过程中不会出现问题。
二、结构设计精密机械的结构设计需要考虑机械的使用功能和运作原理。
合理的结构设计可以提高机械的工作效率和可靠性。
在结构设计中，应注意以下几个方面：1. 避免过于复杂的结构，简化结构有助于提高机械的制造和维修效率。
2. 合理安排零部件的布局，以减少工作误差和机械振动。
3. 确保机械的刚度和稳定性，以提高机械的工作精度和寿命。
4. 选择合适的传动方式和连接方式，以满足机械的运动要求。
三、精度控制精密机械需要具备较高的工作精度，对于精度的控制是设计过程中非常重要的一环。
在精度控制方面，需要考虑以下几个方面：1. 确定机械的工作精度要求，以便从设计阶段开始就有明确的目标。
2. 合理选择和控制机械的加工工艺，以保证所加工零部件的精度满足要求。
3. 在装配过程中，严格按照装配工艺进行操作，避免装配误差对精度造成影响。
4. 在使用过程中，定期对机械进行检修和维护，保持机械的工作精度。
四、装配工艺精密机械的装配工艺对于机械的性能和精度有着直接的影响。
在装配过程中，需要注意以下几个方面：1. 合理安排装配顺序，避免在装配过程中对其他零部件造成损坏或误差。
2. 使用合适的装配工具和夹具，以确保零部件的正确安装和配合性能。
3. 严格控制装配过程中的装配力度和插入深度，避免装配误差对精度产生影响。
4. 对装配过程中的关键节点进行记录和检测，确保装配质量和精度要求。
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、
精密机械设计习题答案
精密机械设计习题答案精密机械设计习题答案在精密机械设计中，习题是我们提高技能和理解能力的重要方式。
通过解答习题，我们可以加深对机械设计原理的理解，培养解决问题的能力。
在这篇文章中，我将为您提供一些精密机械设计习题的答案，希望能够帮助您更好地掌握这一领域的知识。
1. 问题：如何设计一个精密的齿轮传动系统？答案：设计精密齿轮传动系统需要考虑许多因素，包括齿轮的模数、齿轮的齿数、齿轮的硬度等。
首先，我们需要选择合适的材料，如高强度合金钢或硬质合金。
然后，根据传动比和载荷要求，计算出齿轮的模数和齿数。
接下来，进行齿轮的绘制和加工，确保齿轮的精度和表面质量。
最后，进行齿轮的装配和调试，确保传动系统的稳定性和精度。
2. 问题：如何设计一个高精度的直线导轨系统？答案：设计高精度直线导轨系统需要考虑导轨的材料、导轨的精度和导轨的润滑等因素。
首先，我们需要选择高硬度和高耐磨性的材料，如硬质铝合金或工具钢。
然后，根据导轨的长度和载荷要求，计算出导轨的精度和尺寸。
接下来，进行导轨的制造和加工，确保导轨的平整度和表面质量。
最后，进行导轨的润滑和调试，确保导轨系统的稳定性和精度。
3. 问题：如何设计一个高精度的光学仪器？答案：设计高精度光学仪器需要考虑光学元件的选择、光路的设计和光学系统的调试等因素。
首先，我们需要选择高质量的光学元件，如高透射率的镜片和透镜。
然后，根据光学系统的要求，设计出合适的光路，包括准直、聚焦和成像等过程。
接下来，进行光学元件的安装和调试，确保光学系统的稳定性和精度。
最后，进行光学仪器的性能测试和校准，确保其满足实际应用的要求。
4. 问题：如何设计一个高精度的测量仪器？答案：设计高精度测量仪器需要考虑测量原理、传感器的选择和测量系统的调试等因素。
首先，我们需要选择合适的测量原理，如激光测距、电阻测量或光学测量等。
然后，根据测量要求，选择合适的传感器，如激光传感器、压力传感器或光学传感器等。
接下来，进行测量系统的设计和调试，确保测量系统的稳定性和精度。
精密机械设计基础详解
用当量荷载评价——F′（ M′）
即产生单位变形所承受的外力(外力矩)
例：悬臂梁刚度评价
L
F
b
h
F'
F
3 EI a L3
Ebh3 4 L3
(N/mm)
20/04
2. 振动稳定性 精密机械系统中运动引起的振动对传
动精度有直接影响，结构固有频率计算：
固有频率： n
F' K m
式中：F′——相当荷载 m —— 系统质量 K —— 弹性系数
20/08
2. 特性误差 零件实际特性与理想特性之间的差异。
影响互换性的因素除尺寸、形状外，还 包括机械性能、物理化学性能。
例：机械零件可能出现的特性误差
●片簧承载时有挠度误差（材质影响） ●导轨表面硬度不足（热处理） ●发动机汽缸连杆之间质量超差（工艺） ●陀螺仪质心位置误差（工艺）
20/09
四. 机构的误差 机构误差是零件误差、装配误差之和，属于
上次课主要内容：
1.精密机械系统的基本组成 2.精密机械设计的基本要求 3.常规工作机分类及用途 4.设备生产效率分析
●单机生产 ●多工位周期位移生产线 ●连续位移生产线
普通机械设计 精密机械设计
相关思考：成本、性价比、生产规模
20/01
§1.4 精密机械设计基础知识
一. 总体方案设计 方案设计的优劣直接影响产品开发的结果。
主动件曲柄转动角度达到理想时，从动件
滑块的始点、终点都相对理想点有误差。
曲
柄
终点位置误差 始点位置误差
滑
块
机
构
20/11
位置误差评价：
主动转角：Δα=α1-α0源自从动件初始位置误差：Δ0=OB0′-OB0
精密机械系统设计与制造技术研究
精密机械系统设计与制造技术研究随着科技的不断发展，精密机械系统在各个领域的应用越来越广泛，这也使得精密机械系统设计与制造技术研究变得越来越重要。
因此，本文将从设计与制造两个方面展开相关技术的研究探讨。
一、设计技术研究精密机械系统的设计技术是保证机器系统质量及性能的关键之一。
在机器系统设计的过程中，要考虑到机器的框架稳定性、空间布局、机器零部件的排布及连接方式等，还要考虑到机器所使用的传感器，控制器和驱动器的选择和配置。
对机器系统整体的设计优化，设计者要全面考虑机器系统的质量、成本、性能和工艺制造可行性等因素。
（一）设计要点在精密机械系统的设计过程中，需要考虑的一些关键性要点：1. 机器系统的框架必须稳定性好，传递力量的机构合理且精度高。
2. 空间布局合理，电线、气管等各种管路合理布局，不交叉又不拥挤。
3. 小件的排布及连接方式等，应考虑使用方便、可定位性好、易于维护等。
4. 传感器、控制器、驱动器等关键部件的选型，要从可靠性、精确性、响应速度、抗干扰等多方面考虑。
5. 机器系统设计优化，应该考虑到机器系统的质量、成本、性能和工艺制造可行性等因素。
（二）机械设计软件机械设计软件是一种专门用于机械产品设计的软件，它可以辅助设计人员有效地进行模型建立、绘制机器的零部件及结构和进行机器分析和优化等。
常用的机械设计软件有SolidWorks、AutoCAD、Pro/E等。
在设计过程中，这些软件能够建立机械模型，在加工制作的过程中提供更多便利，同时提升设计效率。
（三）模块化设计模块化设计是将机器系统的结构化功能分解为几个模块，每个模块通过接口连接，最终形成一个复杂的机器系统。
模块化设计的优点在于可以降低整个机器设计过程的难度，方便维护、更新、替换各个模块，并且提高了机器系统的通用性和可扩展性。
因此，模块化设计不仅可以提高机器系统的稳定性和可靠性，还可以节约工程师的设计时间，提高机器制造和使用的效率。
二、制造技术研究（一）成本优化在精密机械系统的制造过程中，成本占据着重要的地位。
机械工程中的精密控制系统设计
机械工程中的精密控制系统设计1.引言精密控制系统设计是机械工程中一个关键的领域，它涵盖了各种机械设备与系统的设计与优化。
在现代工业中，精密控制系统设计有着广泛的应用，如机床、机器人、自动化生产线等。
本文旨在探讨机械工程中精密控制系统设计的重要性以及其应用案例。
2.精密控制系统设计的重要性2.1 精密控制系统对机械设备性能的影响精密控制系统设计直接影响机械设备的性能和精度。
例如，在机床上，精密控制系统的设计对加工精度、工件表面质量和工作效率等起着重要作用。
通过设计合理的控制系统，可以实现高速、高精度的加工，并提高机床的生产效率。
2.2 精密控制系统对机械设备的稳定性和可靠性的要求精密控制系统设计对机械设备的稳定性和可靠性提出了高要求。
在一些特殊场合，如航天器飞行控制系统、核电站安全控制系统等，系统的失效可能会带来严重的后果。
因此，在设计精密控制系统时，必须考虑到系统的稳定性和可靠性，以确保设备运行的安全性和长期稳定性。
2.3 精密控制系统对控制算法的要求精密控制系统设计要求系统具备较高的控制精度和调节性能。
这就要求设计者在选择控制算法时，综合考虑系统性能与计算开销，以找到最佳的控制算法。
同时，还需要结合实际应用场景，优化控制算法的参数以满足实际需求。
3.案例分析：机器人运动控制系统设计机器人运动控制系统是机械工程中一个重要的应用领域。
通过控制机器人的运动，可以实现自动化生产和精准操控。
下面以某型号工业机器人的运动控制系统设计为例，介绍精密控制系统设计的具体过程。
3.1 系统需求分析首先，需要明确机器人运动控制系统的需求。
例如，需要实现的运动自由度数量、精度要求、工作环境条件等等。
通过分析需求，可以给出精密控制系统的设计目标和指标。
3.2 控制算法选择基于需求分析，可以根据机器人的运动模型和控制性能要求，选择适合的控制算法。
常见的算法包括PID控制算法、模糊控制算法、自适应控制算法等。
根据系统的实际情况，可以调节控制算法的参数以实现最佳控制效果。
精密机械设计的基础知识
精密机械设计的基础知识引言精密机械设计是一门工程学科，主要涉及设计、制造和优化精密机械系统的原理和方法。
在现代科技的发展中，精密机械在各个领域的应用越来越广泛，如光学仪器、半导体设备、医疗器械等。
本文将介绍精密机械设计的基本概念和关键知识，帮助读者理解精密机械设计的原理和方法。
精密机械设计的定义精密机械设计是指通过合理的设计方案和优化方法，满足特定工作要求并保证高精度和稳定性的机械系统。
它需要考虑材料特性、机械结构、传动系统、控制系统等因素，以确保机械系统的性能达到预期的要求。
精密机械设计的关键要素1. 精度要求精密机械设计的一个重要方面是确定精度要求。
精度是指机械系统输出值与设计值之间的差异。
在精密机械设计中，需要根据实际应用需求来确定所需的精度水平。
不同的应用领域有不同的精度要求，例如在光学仪器中，精度通常要求达到亚微米级别。
2. 结构设计结构设计是精密机械设计的核心部分。
它涉及到确定机械系统的几何形状和尺寸。
在结构设计中，需要考虑机械件的强度、刚度、耐磨性等性能，以确保机械系统的长期稳定性和可靠性。
3. 传动系统设计传动系统设计是指选择合适的传动装置来实现机械系统的运动。
常见的传动形式包括齿轮传动、带传动、链传动等。
在传动系统设计中，需要考虑传动效率、传动精度、传动承载能力等因素，以满足精密机械系统的要求。
4. 控制系统设计控制系统设计是精密机械设计中的重要环节。
它涉及到确定合适的控制方法和控制器，以实现对机械系统运动的精确控制。
在控制系统设计中，需要考虑控制精度、响应速度、系统稳定性等因素，以确保机械系统的准确性和可靠性。
精密机械设计的优化方法为了提高精密机械系统的性能，需要采用合理的优化方法来优化设计方案。
以下是几种常见的优化方法：1. 性能参数设计通过选择适当的性能参数，可以对机械系统进行全面的性能评估。
例如，可以选择机械系统的刚度、阻尼和共振频率作为性能参数进行优化，以使机械系统的动态响应达到最优。
第四章-精密机械系统的设计PPT课件
以粱的弯曲变形模型试验中相似判据的确定方法为例，来说明微分方程 法在相似判据确定中的应用。
1.梁的弯曲变形方程为
d 2 M
dl 2
EI
式中 为沿弯曲挠度方向的坐标；l为沿梁长度方向的坐标；E为材料的弹
性模量；I为梁的截面惯性矩；M为弯矩. 。
5
以下标1代表实物, 下标2代表模型. 则有
d 21 M1
2.设计要求
㈠有足够的刚度，力变形要小
㈡稳定性好，内应力变形小
a.自然时效处理
b.人工时效处理
㈢热变形要小
举例说明：对于一个长度为L、高度为H的矩形基座．当其上表面温
度高于下底而时会产生上凸下凹的形变．
.
2
热变形造成的误差
最大凹凸量可由下式求得：
tan 推出 L L
4
L 2
42 8
L 2 L 1 H L t
.
12
二、导轨部件设计的基本要求 （一）导向精度（精度指标） 动导轨运动轨迹的准确性。
对于直线运动导轨，导向精度指导轨沿给定方向做直线运 动的准确程度。
直线度是重要的精度指标，取决于导轨面的几何精度 及其他因素，其大小可以用线值或角度值表示。 （1）导轨的几何精度：包括导轨在垂直平面内与水平面内的
性是延长仪器寿命的重要途径。采取的措施： 1.降低导轨面的比压（滑动摩擦导轨）
比压：导轨接触面部分单位面积上承受载荷的大小。
ps W/SW/Bl 2.良好的防护与润滑 3.合理选择导轨的材料及热处理工艺
固定导轨与运动导轨的硬度不同 4.合理选择加工方法
.
21
三、导轨设计应遵守的原理和准则
导向导轨是保证导向精度的重要环节，设计时按两个原理一个准 则设计
精密机械设计课程设计指导书
精密机械设计课程设计指导书光电信息与通信工程学院测控技术与仪器系2008．12题目一：百分表的设计一设计目标设计钟表式百分表，具体技术要求如下：1 百分表测量范围为0~5或0~10mm，分度值为0.01mm；2 百分表的外形尺寸和配合尺寸应符合下图规定；（图1）3 百分表的测力应在0.5N至1.5N之间，测力落差（同一点正反向测力之差）不大于0.4N，单向行程测力变化不大于0.5N；4 示值误差：1)对于测量范围0~10的表，示值总误差不大于0.018 mm，对于测量范围0~5的表，不大于0.016 mm；2)任意一毫米内示值误差不大于0.01 mm；3)回程误差不大于0.003 mm；4)示值变动性不大于0.003 mm；5 测杆应移动平衡、灵活、无卡住现象；6 测杆处于自由状态时，指针应位于从零位开始逆时针方向30°~90°之间；7 当转数指针指示整转数时，指针偏离整转数刻度不大于15°；8 测杆行程应至少超出工作行程终点0.5mm；9 指针尖端应盖过短刻线长度的30%~80%；10 指针尖端与表盘之间距离不大于0.7mm；11 表盘刻线宽度和指针尖端宽度应为0.15~0.25mm。
二课程设计的目的、任务和要求1 目的本次课程设计是《精密机械设计》课的重要组成部分，是打好技术基础和进行技能训练的重要环节。
其目的是：（1）巩固《精密机械设计》课程所学内容，综合运用所学课程的知识进行设计，培养分析和解决实际工程问题的能力；（2）学习仪器结构设计的一般方法和步骤，提高机械设计水平，树立正确的设计思想；（3）扩大知识范围，学会运用各类技术资料，包括技术标准、手册等。
2 任务设计一种钟式百分表，在分析样图和参考图的基础上，进行结构方案的比较和选择。
包括示数装置、传动系统、消除空回装置、产生测力装置、导轨、支承、限动器和联接等。
然后进行总体布局、设计计算，绘制草图和正式图，编写说明书。
4精密机械系统-轴系
螺栓
螺母
套管 上轴瓦
轴承盖 下轴瓦
轴承座
对开式轴承(剖分轴套)
部分式轴承(整体轴套)
特 点：结构复杂、可以调整磨损而造成的间隙、安装方便。 应用场合：低速、轻载或间歇性工作的机器中。
4.3 主轴系统 ——滑动轴承
2.推力滑动轴承 推力滑动轴承由轴承座和止推轴颈组成。常用的轴颈结构形式有：
空心式
单环式
4.3 主轴系统 ——设计的基本要求
轴系前段的轴承内环精度对主轴端部精度影响大，后轴 承内环的精度对主轴端部精度影响相对较小，因此在滚动轴 承轴系设计时可以采用不同精度的轴承，后端的轴承精度可 以比前段轴承精度选低一级。
杠杆原理
4.3 主轴系统 ——滚动轴承
滚动轴承一般由内圈1、外圈2、滚动体3和保持架4组成。 内圈装在轴径上，与轴一起转动。 外圈装在机座的轴承孔内，一般不转动。 内外圈上设置有滚道，当内外圈之间相对旋转时，滚动体 沿着滚道滚动。 保持架使滚动体均匀分布在。滚道上，减少滚动体之间的碰 撞和磨损
轴瓦的结构 整体式
整体式轴瓦又称轴套，分为光滑轴套和带纵向油槽轴套两种。
4.3 主轴系统 ——滑动轴承
部分式
为了使轴承与 轴瓦结合牢固，可 在轴瓦基体内壁制 出沟槽，使其与合 金轴承衬结合更牢。 为了使润滑油能均 匀流到整个工作表 面上，轴瓦上要开 出油沟，油沟和油 孔应开在非承载区， 以保证承载区油膜 的连续性。
4.3 主轴系统 ——设计的基本要求
热变形
合理的止推轴承位置控制轴向热变形
止推轴承安装在前径向轴承的两侧，这种结构 布局避免了主轴受热伸长对轴向精度的影响，但是 主轴的悬伸长度增加，影响刚度。
4.3 主轴系统 ——设计的基本要求
机械系统设计有哪些注意事项
机械系统设计有哪些注意事项一、机械系统设计需要注意的基础部分机械系统设计就像是搭积木，但是这个积木搭起来可不容易呢。
首先得把基础打牢，这就好比盖房子得先有个稳固的地基一样。
1. 功能需求要明确你得清楚这个机械系统是用来干啥的。
是要搬运东西呢，还是要进行加工操作呀？如果功能需求都模模糊糊的，那后面设计出来的东西肯定会乱七八糟。
就像你要做一个机器人去端盘子，结果设计的时候都没搞清楚它要端的盘子有多大、多重，那这个机器人可能最后连个小茶杯都端不稳。
2. 工作环境要考虑机械系统工作的地方不一样，设计的时候就得有不同的考虑。
要是在高温的环境下工作，那材料就得能耐高温，不能用那些一热就变形的材料。
要是在潮湿的环境里，就得防止生锈。
这就好比你给人做衣服，在寒冷的北方就得用厚的、保暖的布料，在炎热的南方就得用轻薄、透气的布料。
二、机械系统设计中的结构设计要点1. 结构的合理性结构要合理，不能搞些花里胡哨但不实用的东西。
比如说一个机械臂，它的关节连接如果不合理，那它就可能伸不直或者转不动。
这就像人的胳膊，如果骨头连接得不好，那肯定活动就不自如。
2. 强度和刚度的平衡机械系统的结构要有足够的强度，能承受住工作时的各种力，不然就容易坏掉。
但也不能一味地追求强度而忽视了刚度。
刚度不够的话，可能会变形太大，影响工作精度。
这就像一个人，不能光长肌肉不长骨头，得肌肉和骨头搭配得恰到好处。
三、机械系统设计里的动力系统相关1. 动力源的选择动力源有很多种，像电动机、内燃机之类的。
选择的时候得根据具体的工作需求来。
如果是在室内、需要安静的环境下工作，那电动机可能就比较合适；如果是在野外、需要较大的动力输出，内燃机可能就更好。
这就像你出门旅行，是选择走路（人力）、骑自行车（小动力）还是开汽车（大动力），得看你的目的地和路况。
2. 动力传输的效率从动力源到执行部件之间的动力传输要高效。
如果在传输过程中损失太多的动力，那就像你给汽车加了很多油，结果大部分都在路上漏掉了一样，既浪费又达不到工作要求。
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42 8
L2 L1 H Lt
H
Lt
H
t L2
8H
铸件长度L=2000mm．高H＝500mm， 温差为1°C时
产生温度变化的原因
为减小热变形可采用如下措施：
(1) 严格控制工作环境温度(恒温) (2) 控制仪器内的热源 (3) 采取温度补偿措施
㈣有良好的抗振性 提高抗振性的方法
（3）正确的结构布局，减小力变形 （4）良好的结构工艺性，减小应力变形 （5）合理选择材料
第二节 仪器的导轨及设计
一、导轨的功用与分类
功能：传递精密直线运动， 保证各运动部件的相对 位置和相对运动精度以 及承受载荷。
导轨部件有运动导轨（动） 和支承导轨（静）组成。
导轨种类： 1）滑动摩擦导轨 2）滚动导轨 3）静压导轨 4）弹性摩擦导轨
2.设计要求
㈠有足够的刚度，力变形要小 ㈡稳定性好，内应力变形小
a.自然时效处理 b.人工时效处理
㈢热变形要小
举例说明：对于一个长度为L、高度为H的矩形基座．当其上表面温 度高于下底而时会产生上凸下凹的形变．
热变形造成的误差
最大凹凸量可由下式求得：
tan
推出 L L
4
L 2
(2)合理地选择和布置加强肋增加刚度 肋：指连接两壁内壁，形状、位置应根据受力的大小方 向而定合理地布置加强肋可以有效地增大刚度，其效果比 增加壁厚更明显。
加强肋有肋板和肋条两种。精度要求较高的仪器其基座 都布置肋板以提局其刚度，减小变形量。肋条一般布置在 基座或支承件的局部，以便增加局部的刚度．
1)在满足刚性要求情况下，尽量减轻重量，以提高固有频率，防止共振。 2)合理地进行结构设计 3)减小内部振源的振动影响 4)采用减振或隔振设计
二、基座与立柱等支承件的结构设计
(一)刚度设计
刚度设计就是要使支承件具有足够的静刚度和动刚度，在满足刚度要求 情况下减轻重量、以减小重力变形和避免共振。 （1）有限元分祈法：用计算机技术与有限元分析相结合，对支承件的刚度 进行计算的方法。 基本原理：
（2）仿真分析法：模型仿真和计算机仿真 相似准则可用微分方程法和量纲分析法确定
以粱的弯曲变形模型试验中相似判据的确定方法为例，来说明微分方程 法在相似判据确定中的应用。
1.梁的弯曲变形方程为
d 2 M
dl 2 EI
式中 为沿弯曲挠度方向的坐标；l为沿梁长度方向的坐标；E为材料的弹
性模量；I为梁的截面惯性矩；M为弯矩。
实际上爬行是一个摩擦自激振问题，可作如下分析计算 通过理论分析可求出不发生爬行的临界速度为:
vc F / 4mk
式中 F F0 F （静摩擦力与动摩擦力之差）
结论：减小爬行应采取的措施
(三)刚度要求 导轨刚度定义：在外力的作用下导轨抵抗变形的能力。 导轨受力变形的种类： 1.自重变形：是作用在导轨面上的零部件重量造成的。
第一节 仪器的支承件设计
支承件包括基座、立柱、机柜、机箱等。 支承件作用：起支承、连接各种零部件的作用，还起确定零部件间相 互位置的作用，以保证仪器的工作精度。支承件直接与被测件相连， 是测量环节中的一部分，其力变形、温度变形将直接影响测量精度。
一、支承件的结构特点和设计要求 1.特点 （1）结构尺寸大 （2）结构复杂
例：三座标机横梁导轨
减小办法：刚度设计 结构设计 补偿措施
2.局部变形：发生在载荷集中的地方 3.接触变形：由于表面不平度造成
接触刚度
K
j
P
（2)接触精度 在动导轨与静导轨接触部位，由于微观的 不平度，造成实际际接只是理论接触面积的—部分，从而 造成接触变形，在导轨运行一段时间后，由于接触变形和 磨损而产生动导轨及滑架扭摆。
减小导轨表面粗糙度值可以有效地提高接触精度。
(二)导轨运动的平稳性 爬行现象 爬行现象影响工作台运动的平稳性和定位精度。 爬行现象产生原因： 1.导轨间动静摩擦系数差值较大 2.摩擦系数随速度变化 3.系统刚度差 为了分析方便将带有导轨、工作台的机械传动装置简化为 力学模型。
Cl2 dl22
CECI E2I2
C Cl2
CM CECI
CP
P1 P2
CM CPCl
CI
C
4 l
C Cl2
CPCl C E Cl4
CEC Cl CP
1
El
P
K
模型制作要考虑尺寸相似、材料及其弹性变形相似，以保证测量精度。
做仿真试验时，应考虑力学和动力学相似以及边界条件相似，同时还要 注意正确选择测量仪器和测量方法，以保证必要测量精度。
以下标1代表实物, 下标2代表模型. 则有
d 21 M1
dl1 2
E1 I1
d 22
dl22
M2 E2 I 2
2.确定相似系数 、l 、M、E、I相似系数 分别为C 、Cl
则 1 C 2 ……..
……..
d 21
dl12
C d 2 2
Cl2dl22
C d 2 2 CM M 2
二、导轨部件设计的基本要求 （一）导向精度（精度指标） 动导轨运动轨迹的准确性。
对于直线运动导轨，导向精度指导轨沿给定方向做直线运 动的准确程度。
直线度是重要的精度指标，取决于导轨面的几何精度 及其他因素，其大小可以用线值或角度值表示。 （1）导轨的几何精度：包括导轨在垂直平面内与水平面内的
直线度，导轨面间的平行度和导轨间的垂直度。
肋板的布置形式分为纵向、横向和斜置肋 1.纵向肋板：应布置在弯曲平面内，对提高抗弯刚度效果明 显。 2.横向肋板：构件受扭时，横向肋对提高抗扭刚度效果明显。 3.斜置肋板：可提高构件的抗弯刚度和抗扭刚度。
肋条一般布置在基座或支承件的局部，以增加局部的刚度。 肋的布置形状多种：P114，如图4－3所示。
(二)基座与支承件的结构设计 结构设计重要性：
(1)正确选样截面形状与外形结构
结论：
1.空心截面的惯性矩比实心截面的惯性矩大，所以在相同截 面积的情况下，可用减小壁厚，加大轮廓尺寸的方法，提 高支承刚度。
2.圆形空心截面能提高抗扭刚度，长方形空心截面对提高长 边方向的抗弯刚度效果明显。
3.不封闭形式的截面，抗扭刚度极差。 支承件的外形面：一般有矩形、船形、圆形。