精密机械设计的基础知识PPT课件
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课 第四章 平面机构的结构分析 第五章 平面连杆机构
程 第六章 凸轮机构 第七章 摩擦轮传动和带传动
内 第八章 齿轮传动 第九章 螺旋传动
容 第十章 轴、联轴器、离合器 第十一章 支承 第十二章 直线运动导轨 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
实 1、精密齿轮传动系统的精度试验 验 2、钟表装拆及结构分析
考 1、期末闭卷考试成绩 70％
核 2、平时作业及考勤
10％
方 法
3、小测验 4、实验成绩
10％ 10％
绪论
一、精密机械与普通机械的基本概念
1、区别
机器和机构的总称
机械
普通机械 ：传递运动的同时传递力和能量，运动 精度要求不高
精密机械：传递力和能量的同时，主要对传递运 动的精度要求较高
拉压变形量： lma x l
挠度和偏转角： ymaxy max
扭转角: max
第一章： 第二节 零件的工作能力及其计算
三、振动稳定性 变载荷下，零件产生机械振动，若零件的固有频率与载荷 的频率相同，发生共振，零件失效（丧失工作能力）
fp0.8f5 fp1.1f5
第一章： 第二节 零件的工作能力及其计算
当特性解析式已知并单项误差已知时，零件的总误差可按
代数和法
1、
i
f xi .xi
n
1222n2 i2 ——第i个因素xi引起的零件尺寸的误差
i1
例:片簧的刚度 则E0X0.710.22
z z
l i m
w
Sz
Sl2i m Sw 2
第一章： 第三节 零件与机构的误差估算和精度
2、但当总误差要求一定时，则对零件的加工精度要求较高，原 始误差以公差计，各种误差都出现极限情况的机会极少，因此 对偶然误差（随机误差）的合成用均方根更接近实际情况。
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
二、精密机械设计的一般步骤
开发性设计 适应性设计 变参数设计
开发性设计步骤：
明确任务，市场调研
原理方案设计
技术设计
信
息
反
试制、试验、小批生产
馈
、
修
投产
改
第一章： 第一节 概述
第二节 零件的工作能力及其计算
绪论及第一章重点
1、机械的概念 2、构件和零件的区别 3、强度和刚度的含义 4、变应力下零件的破坏形式和特点 4、应力循环特性的定义，对称循环，脉动循环 5、接触应力与综合曲率半径的关系 6、误差估算的基本方法有哪两种
绪论及第一章 重点
绪论及第一章结束
绪论 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
2、联系
机械传动和结构部分的基本原理及分析方法相同
机器的组成：
构件
SBB 运动单元 主动件 从动件 0 0 机架 零件
机器：内燃机 机构
机械
绪论
制造单元 专用零件 通用零件
二、本课程的主要内容
1、从工作能力、工作原理、精度、结构等方面介绍精密机 械中常用的零部件及其设计计算的一般原则和方法。
2、实验：钟表装拆，齿轮传动精度测量 3、后续实践环节：
变应力下零件的破坏形式：疲劳破坏
①交变应力的类型
应力循环特性
min max
a、对称循环 1
b、脉动循环 0
第一章： 第二节 零件的工作能力及其计算
②疲劳破坏的特点：
a、破坏应力<<强度极限，甚至屈服极限
b、破坏形式——无明显塑性变形的脆性突然断裂
c、损伤的累积 表面微裂纹→扩展→突然断裂，与循环次数有关
第一章： 第二节 零件的工作能力及其计算
4、表面磨损强度 磨损的三个阶段： 1) 跑合阶段 2) 稳定磨损阶段 3) 急剧磨损阶段
影响磨损的因素很多（载荷、相对速度、润滑等）
近似： pp
pvpv
第一章： 第二节 零件的工作能力及其计算
二、刚度——零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力 某些零件应限制弹性变形的大小，如精密车床主轴，将会影 响加工零件的精度，使支承和齿轮产生载荷集中。 刚度校核（弹性变形量）
两圆柱体轴线平行放置相压时的最 大接触应力
Hmax F/.1E1121E222
第一章： 第二节 零件的工作能力及其计算
Hmax F/.1E1121E222
Fμ——线载荷，Fμ=F/b
ρ——综合曲率半径
1
1
1
1
2
外接触 内接触
Hmax
接触强度条件：
Hmax H
接触疲劳破坏——疲劳点蚀，疲劳裂纹，表层金属小块剥落
《课程设计》，2周（2学分） 对机械结构和精度的设计计算
三、本课程的性质和所需预备知识
综合性的技术基础课 先修课程：理论力学，材料力学，概率与数理统计，机械制
图，金属材料及热处理，机械工艺
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（略） 第五节 标准化、系列化、通用化（略） 第六节 零件的设计方法及其发展
三、误差的来源 i) 设计误差（原理误差） ii) 产生于设计过程，设计时的近似
ii) 制造误差 产生于制造、装配过程中、机床、刀具、夹具的误差及装 夹，调整得不准确。
一、强度——零件抵抗外载荷作用的能力
零件的强度不足时，将发生断裂或产生塑性变形
1、静应力下的强度
max[]
简单应力：
max[]
[ ] lim [ ] Slim
S
或
S
来自百度文库
lim
[S
]
S
lim
[S
]
复合应力：由第三强度理论
2 42 []
第一章： 第二节 零件的工作能力及其计算
2、交变应力下的强度——疲劳强度（防止疲劳破坏）
第三节 零件与机构的误差估算和精度
误差——实际值与理想值之间的差异
一、零件与机构的误差
1、零件的误差
加工误差
特性误差
dF dN 2、机构的误差：
位置误差
ft S w
tf
位移误差
SB1B0B0 B 1
第一章： 第三节 零件与机构的误差估算和精度
二、误差估算的基本方法
当有两个或多个独立或偶然因素影响零件或机构的特性时，
③疲劳曲线
N——在一定应力循环
特性γ下，应力循环次 数为N，材料不发生疲 劳破坏的最大应力 σγ——持久极限 No ——循环基数
第一章： 第二节 零件的工作能力及其计算
3、表面强度 两个零件点或线接触传递运动和动 力，加载后接触点或线由于弹性变 形变为微小的接触面积，在接触区 内的局部应力
——接触应力
程 第六章 凸轮机构 第七章 摩擦轮传动和带传动
内 第八章 齿轮传动 第九章 螺旋传动
容 第十章 轴、联轴器、离合器 第十一章 支承 第十二章 直线运动导轨 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
实 1、精密齿轮传动系统的精度试验 验 2、钟表装拆及结构分析
考 1、期末闭卷考试成绩 70％
核 2、平时作业及考勤
10％
方 法
3、小测验 4、实验成绩
10％ 10％
绪论
一、精密机械与普通机械的基本概念
1、区别
机器和机构的总称
机械
普通机械 ：传递运动的同时传递力和能量，运动 精度要求不高
精密机械：传递力和能量的同时，主要对传递运 动的精度要求较高
拉压变形量： lma x l
挠度和偏转角： ymaxy max
扭转角: max
第一章： 第二节 零件的工作能力及其计算
三、振动稳定性 变载荷下，零件产生机械振动，若零件的固有频率与载荷 的频率相同，发生共振，零件失效（丧失工作能力）
fp0.8f5 fp1.1f5
第一章： 第二节 零件的工作能力及其计算
当特性解析式已知并单项误差已知时，零件的总误差可按
代数和法
1、
i
f xi .xi
n
1222n2 i2 ——第i个因素xi引起的零件尺寸的误差
i1
例:片簧的刚度 则E0X0.710.22
z z
l i m
w
Sz
Sl2i m Sw 2
第一章： 第三节 零件与机构的误差估算和精度
2、但当总误差要求一定时，则对零件的加工精度要求较高，原 始误差以公差计，各种误差都出现极限情况的机会极少，因此 对偶然误差（随机误差）的合成用均方根更接近实际情况。
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
二、精密机械设计的一般步骤
开发性设计 适应性设计 变参数设计
开发性设计步骤：
明确任务，市场调研
原理方案设计
技术设计
信
息
反
试制、试验、小批生产
馈
、
修
投产
改
第一章： 第一节 概述
第二节 零件的工作能力及其计算
绪论及第一章重点
1、机械的概念 2、构件和零件的区别 3、强度和刚度的含义 4、变应力下零件的破坏形式和特点 4、应力循环特性的定义，对称循环，脉动循环 5、接触应力与综合曲率半径的关系 6、误差估算的基本方法有哪两种
绪论及第一章 重点
绪论及第一章结束
绪论 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
2、联系
机械传动和结构部分的基本原理及分析方法相同
机器的组成：
构件
SBB 运动单元 主动件 从动件 0 0 机架 零件
机器：内燃机 机构
机械
绪论
制造单元 专用零件 通用零件
二、本课程的主要内容
1、从工作能力、工作原理、精度、结构等方面介绍精密机 械中常用的零部件及其设计计算的一般原则和方法。
2、实验：钟表装拆，齿轮传动精度测量 3、后续实践环节：
变应力下零件的破坏形式：疲劳破坏
①交变应力的类型
应力循环特性
min max
a、对称循环 1
b、脉动循环 0
第一章： 第二节 零件的工作能力及其计算
②疲劳破坏的特点：
a、破坏应力<<强度极限，甚至屈服极限
b、破坏形式——无明显塑性变形的脆性突然断裂
c、损伤的累积 表面微裂纹→扩展→突然断裂，与循环次数有关
第一章： 第二节 零件的工作能力及其计算
4、表面磨损强度 磨损的三个阶段： 1) 跑合阶段 2) 稳定磨损阶段 3) 急剧磨损阶段
影响磨损的因素很多（载荷、相对速度、润滑等）
近似： pp
pvpv
第一章： 第二节 零件的工作能力及其计算
二、刚度——零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力 某些零件应限制弹性变形的大小，如精密车床主轴，将会影 响加工零件的精度，使支承和齿轮产生载荷集中。 刚度校核（弹性变形量）
两圆柱体轴线平行放置相压时的最 大接触应力
Hmax F/.1E1121E222
第一章： 第二节 零件的工作能力及其计算
Hmax F/.1E1121E222
Fμ——线载荷，Fμ=F/b
ρ——综合曲率半径
1
1
1
1
2
外接触 内接触
Hmax
接触强度条件：
Hmax H
接触疲劳破坏——疲劳点蚀，疲劳裂纹，表层金属小块剥落
《课程设计》，2周（2学分） 对机械结构和精度的设计计算
三、本课程的性质和所需预备知识
综合性的技术基础课 先修课程：理论力学，材料力学，概率与数理统计，机械制
图，金属材料及热处理，机械工艺
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（略） 第五节 标准化、系列化、通用化（略） 第六节 零件的设计方法及其发展
三、误差的来源 i) 设计误差（原理误差） ii) 产生于设计过程，设计时的近似
ii) 制造误差 产生于制造、装配过程中、机床、刀具、夹具的误差及装 夹，调整得不准确。
一、强度——零件抵抗外载荷作用的能力
零件的强度不足时，将发生断裂或产生塑性变形
1、静应力下的强度
max[]
简单应力：
max[]
[ ] lim [ ] Slim
S
或
S
来自百度文库
lim
[S
]
S
lim
[S
]
复合应力：由第三强度理论
2 42 []
第一章： 第二节 零件的工作能力及其计算
2、交变应力下的强度——疲劳强度（防止疲劳破坏）
第三节 零件与机构的误差估算和精度
误差——实际值与理想值之间的差异
一、零件与机构的误差
1、零件的误差
加工误差
特性误差
dF dN 2、机构的误差：
位置误差
ft S w
tf
位移误差
SB1B0B0 B 1
第一章： 第三节 零件与机构的误差估算和精度
二、误差估算的基本方法
当有两个或多个独立或偶然因素影响零件或机构的特性时，
③疲劳曲线
N——在一定应力循环
特性γ下，应力循环次 数为N，材料不发生疲 劳破坏的最大应力 σγ——持久极限 No ——循环基数
第一章： 第二节 零件的工作能力及其计算
3、表面强度 两个零件点或线接触传递运动和动 力，加载后接触点或线由于弹性变 形变为微小的接触面积，在接触区 内的局部应力
——接触应力