精密机械及仪器设计

《精密机械及仪器设计》课程设计教学大纲课程编号：00208813学时：1周适用专业：测控技术及仪器授课单位：测控教研室一、课程设计的目的与任务目的：通过课程设计实践，巩固学生所学精密机械课程的基本理论和基础知识，树立正确的设计思想，培养综合运用精密机械设计课程和其他先修课程的理论与生产实际知识来分析和解决精密机械设计问题的能力，使学生的设计能力、特别是创新能力得到提高。

任务：通过对精密机械系统的设计，使学生综合运用基本理论和基础知识，进行机械系统运动方案设计的基本训练，加强创新能力的培养，完成从方案拟订到机械结构设计的过程训练，进行精密机械设计基本技能的训练：例如计算、绘图、查阅资料和手册、运用标准和规范，进行计算机辅助设计和绘图的训练，运用CAD技术完成机构分析、零部件设计、绘制装配图、零件图和设计说明书。

二、课程设计的基本要求使学生受到精密机械设计的全面训练，起到培养学生设计能力、创新能力和工程实践能力的目的：1、针对设计题目开展调查研究，了解与设计题目相类似的产品情况，增加设计的感性知识。

2、认真参加与之相关的机械实验。

三、课程设计内容精密机械设计课程设计，通常以一般用途的精密机械传动装置或简单通用精密机械为设计对象，通常包括下列内容：1、精密机械系统方案的拟定2、精密机械系统运动动力参数计算3、传动零件设计,包括带传动设计,齿轮传动设计等4、减速器轴的结构设计，滚动轴承的选择，键和联轴器的选择5、绘制零件图、装配图；6、编写设计计算说明书。

四、学时分配共一周时间：其中任务分析、方案设计两天，计算机绘图三天。

五、课程设计教材（讲义）、参考资料《精密机械及仪器设计》课程设计指导书六、课程设计成绩考核与评定根据学生出席情况，课程设计任务完成情况综合评定，分为优、良、中、及格、不及格五个等级。

《精密机械及仪器设计》课程设计指导书机械工程学院测控教研中心200506《精密机械及仪器设计》课程设计指导书一、课程设计的目的与任务通过课程设计实践，树立正确的设计思想，培养综合运用精密机械设计课程和其他先修课程的理论与生产实际知识来分析和解决精密机械设计问题的能力。

学习精密机械设计的一般方法、步骤，掌握精密机械设计的一般规律。

进行精密机械设计基本技能的训练：例如计算、绘图、查阅资料和手册、运用标准和规范，进行计算机辅助设计和绘图的训练。

培养运用现代设计方法解决工程问题的能力。

二、课程设计内容精密机械设计课程设计，通常以一般用途的精密机械传动装置或简单通用精密机械为设计对象，通常包括下列内容：1、精密机械系统方案的拟定2、精密机械系统运动动力参数计算3、传动零件设计,包括带传动设计,齿轮传动设计等4、减速器轴的结构设计，滚动轴承的选择，键和联轴器的选择5、绘制零件图、装配图；6、编写设计计算说明书。

三、使用设备计算机四、设计的地点与时间安排地点：计算机房时间：第16周五、成绩评定根据学生出席情况，课程设计任务完成情况综合评定，分为优、良、中、及格、不及格五个等级。

一、传动装置选择一、课程设计的一般步骤1 、设计准备阅读和研究设计任务书，明确设计内容和要求，分析原始数据及工作条件。

观看模型，进行减速器拆装实验，阅读有关设计资料、图册等，初步了解简单精密机械系统的组成方案，减速器的类型与结构。

复习课程有关内容熟悉有关零件的设计方法，拟定设计计划，准备设计资料和用具。

2 、精密机械系统的方案设计拟定执行机构的运动方案，绘机构运动简图；选择传动装置的类型；选择电动机；绘制精密机械系统运动简图。

3、精密机械系统运动、动力参数计算执行机构的运动与动力分析；计算总传动比及传动比分配；传动装置的运动、动力参数计算；4、传动零件的设计计算减速器以外传动零件的设计计算。

如∶带传动、链传动、开式齿轮传动等；减速器中传动件设计计算。

如∶齿轮传动、蜗杆传动等。

5 、减速器装配草图设计6 、工作图设计与绘制；采用计算机进行装配工作图设计与绘制；7 、整理编写设计计算说明书二、执行机构的运动方案1 、执行构件的运动形成与基本机构减速器是在原动机（一般为电动机）和工作机之间的独立传动部件，一般以齿轮、蜗杆传动等传动零件装在铸造或焊接的刚性箱体中而构成。

传动装置总体设计要确定传动方案、选定电动机型号、合理分配传动比、计算传动装置的运动及动力参数。

为使执行机构满足精密机械的功能要求，首先应将精密机械的总功能分解成若干个分功能，每个分功能由一个执行机构去完成。

执行构件就是根据执行机构的功能要求去完成规定的动作。

执行构件的运动形式有回转运动、直线运动和曲线运动三种。

按运动有无往复性和间歇性，基本运动分为：单向转动，往复摆动，单向移动，往复移动和间歇运动。

曲线运动则是由两个或两个以上基本运动合成的复合运动。

原动机最普遍的运动形式是转动。

原动机运动的单一性与生产要求执行机构具有运动的多样性之间要靠应用各种不同的机构进行运动变换。

运动变换包括运动形式，运动速度和运动方向的变换及运动合成（或分解）等。

实现运动变换的基本机构类型、特点及适用性见表2.1。

图2.1 基本机构的运动形式变换(A—连杆滑块组 B—铰接二杆组)2、机构类型选择的一般要求必须实现功能要求；必须满足功能质量要求；必须满足经济适用性要求。

所选机构类型还应符合生产率高，体积小，工艺性好，易于维修保养等技术经济要求。

3、执行机构运动方案将精密机械的总功能分解为各执行机构的运动后，应考虑选用哪种类型的机构来实现。

选择机构时可按着运动形式，运动速度和运动方向变换等需要，通过检索表2.1和图2.1选取合适的机构,构思出众多满足运动要求的机构方案。

对这些方案应根据机构选择的一般要求，从机构功能，功能质量和经济适用性三方面列出相关项目进行分析比较，从中选出最佳方案对难以直接做出判断的，经定量评价再选出最佳方案。

三、精密机械传动装置类型与选择精密机械传动装置的任务是根据精密机械的总体布置要求，解决原动机与工作机之间的运动联系及运动速度和运动方向变换，使其运动参数相匹配。

设计时要先确定传动方案，画出传动系统简图。

1、传动机构类型的比较选择传动机构的类型是拟定传动方案的重要一环，通常应考虑机器的动力、运动和其它要求，再结合各种传动机构的特点和适用范围，分析比较，合理选择。

在某些简单精密机械中，常用减速器作为主要传动装置，2、传动形式的合理布置采用几种传动形式组成多级传动时，要合理布置其传动顺序，常考虑以下几点。

1．带传动的承载能力较低，传递相同转矩时，结构尺寸较其它传动形式大，但传动平稳，能缓冲减振，因此宜布置在高速级（转速较高，在传递相同功率时，转矩较小）。

2．斜齿圆柱齿轮传动的平稳性较直齿圆柱齿轮传动好，常用在高速级或要求传动平稳的闭式传动。

开式齿轮传动的工作环境一般较差、润滑条件不好，磨损较严重，寿命较短，应布置在低速级。

3 、传动装置的传动方案合理的传动方案首先应满足机器的工作要求，如所传递的功率及要求的转速。

此外，还应保证机器的工作性能和可靠性，具有高的传动效率、工艺性好、结构简单、成本低廉、结构紧凑和使用维护方便等。

但同时达到这些要求是不容易的。

因此在设计过程中，往往需要拟定多种方案以进行技术经济分析比较。

对上述各种方案应根据机器的具体情况如：精密机械系统的总传动比大小；载荷大小、性质；各机构的相对位置；工作环境；对整机结构要求等选定。

一、电动机的选择1、选择电动机的类型生产单位一般用三相交流电源，如无特殊要求通常采用Y系列三相交流异步电动机。

2、选择电动机的容量电动机所需的输出功率为：Pd=Pw/η kW式中， Pw——工作机要求的输入功率η——电动机至工作机的总效率η =η1 η2 η 3 …ηn,分别为每一传动副、一对轴承及每个联轴器等的效率，工作机要求的输入功率Pw可按下式计算：Pw=F V/(1000ηw) kW 或 Pw=Twnw/ 1000 kW3、选择电动机的转速电动机的同步转速有3000，1500，1000和750r/min。

设计经常选用同步转速为1500和1000r/min的电动机，其满载转速可查电动机的技术数据。

4、传动装置的总传动比及分配各级传动比电动机选定后，根据电动机的满载转速nm及工作机转速nw即可确定传动装置的总传动比为:i=nm/nw (3-12)总传动比与各级传动比i1，i2，……,i n的关系为：i=i1·i2……i n (3-13)合理分配传动比，是传动装置设计中的一个重要问题，它将直接影响到传动装置的外廓尺寸、重量、润滑以及减速器的中心距等很多方面。

分配传动比主要应考虑以下几点。

1.各级传动的传动比最好在推荐范围内选取，不应超过其允许的最大值。

2.应充分发挥各级传动的承载能力，注意使各级传动件尺寸协调、结构匀称合理，避免各零件的干涉及安装不便。

3.应考虑带传动的传动比大小对总体结构的影响，如传动比过大则大带轮直径过大与减速器总体尺寸相比不匀称，甚至与机座相干涉。

荐取其传动比i b≤2.8。

4.应便传动装置的外郭尺寸尽可能紧凑。

如图3-5所示为两级圆柱齿轮减速器的两种方案，其总中心距相同，总传动比相同，由于传动比分配不同，其外郭尺寸就有差别，图中实线所示方案具有较小的外廓尺寸。

5.在卧式齿轮减速器中，常使各级大齿轮直径相近，以使浸油深度大致相等，便于齿轮浸油润滑。

由于低速级齿轮的圆周速度较低，一般其大齿轮直径稍大一些，浸油可稍深一些。

6.总传动比分配还要考虑载荷性质。

对平稳载荷，各级传动比可取简单的整数；对周期性变动载荷，为防止零件局部磨损严重，啮合传动的传动比应该取成小数。

对标准减速器，各级传动比按标准分配。

二、传动零件设计计算要点传动零件设计计算方法祥见《精密机械设计》教材。

课程设计中零件设计计算要点如下：一般应先进行减速器外传动零件计算，使随后设计减速器内传动零件时，有较准确的原始条件。

要注意传动件与其他零件的装配和结构协调关系。

对于计算结果，应分不同情况进行取标准值、圆整或保持其精确数值。

例如V带长度、齿轮模数、蜗杆直径等必须取标准值；而齿宽、蜗杆长度等应取整；齿轮分度圆直径、螺旋角等应求出精确值。

尺寸精度应精确到小数点后2~3位。

角度精确到秒。

三、装配草图设计的准备阶段在装配草图设计之前，应进行减速器拆装实验，了解各零、部件的功用、结构和制造方法。

1、减速器箱体的结构：剖分式、整体式；铸造式、焊接式；卧式、立式。

通常选用铸造的卧式剖分箱体，以利于制造和传动零件的润滑。

2．轴承类型及润滑方式3．轴承盖的结构形式4．轴承组合结构方案当轴受热伸长变形较小（齿轮或蜗轮轴），通常采用两端固定式（看图）；蜗杆轴当轴受热伸长变形较大时（如蜗杆轴），应采用一端固定，一端游动（看图）的结构形式四、圆柱齿轮减速器主要结构尺寸1、初绘装配草图及校核键、轴与轴承阶段选择图纸幅面，布置图面位置（2）. 选择视图一般减速器选用三个基本视图（主视图、俯视图和左视图），必要时附加剖视图和局部视图（3）. 选择绘图比例 (GB/T14690-93)草图一般采用1：1的比例进行绘制2、初估轴径和选择联轴器型号轴的最小直径，按轴的扭转强度确定：P----轴的功率（kW)n----轴的转速（r/min)---d 的数值如何圆整?C----材料系数,见下表3、画传动零件的中心线、轮廓线、箱体的内壁线和对称中心线传动零件的中心线、轮廓线、箱体的内壁线和对称中心线4、通过绘图初步进行轴系的结构设计5、完成减速器装配草图及检查修改阶段6、传动件的结构设计圆柱齿轮的结构五、标注尺寸装配图应标注以下四种尺寸：外形尺寸：表明减速器外形轮廓大小的尺寸。