精密机械设计绪论

1、精密机械与仪器设计测控技术与仪器 精密机械与仪器设计精密机械与仪器设计 学分：4学分 学时：80周剑花精密机械与仪器设计测控技术与仪器 思考：思考： 什么是精密机械设计什么是精密机械设计? 做什么用的做什么用的? 有什么效用么有什么效用么? 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 精密机械与制造技术是专门用来制造精密机械与制造技术是专门用来制造精密机械精密机械和和精精 密仪器密仪器的。的。 精密机械是加工精密零件的设备。精密机械是加工精密零件的设备。 精密磨床、精密车床、精密丝杠车、螺纹磨床、精密精密磨床、精密车床、精密丝杠车、螺纹磨床、精密 平面磨床等。平面磨床等。 精密

2、仪器有照相机、水准仪、平衡机、理化实验用设精密仪器有照相机、水准仪、平衡机、理化实验用设 备等。备等。 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 精密机械是现代科学技术的基础，是精密机械是现代科学技术的基础，是 仪器仪表工业的重要支柱，在高科技领域仪器仪表工业的重要支柱，在高科技领域 占有重要的地位。它标志一个国家的工业占有重要的地位。它标志一个国家的工业 水平，是我国今后要重点发展的方面。水平，是我国今后要重点发展的方面。 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 绪论绪论 1. 本课程的教与学 2. 精密机械的相关知识 3. 精密机械设计

3、的要求和程序 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 研究对象研究对象“机械机械”是机构和机器的总称。是机构和机器的总称。 研究内容研究内容 介绍精密机械仪器、仪表中常用机构介绍精密机械仪器、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、如常见的机构有带传动机构、链传动构、齿轮机构、 凸轮机构、螺旋机构等。）凸轮机构、螺旋机构等。） 零部件的基本组成和工作原理零部件的基本组成和工作原理 精密机构设计的基础理论和计算方法精密机构设计的基础理论和计算方法 1.1 课程研究对象及内容课程研究对象及内容 1、教与学、教与学 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 1.2 学科的性质学科的性质 精

4、密机械在现代科学技术机械中的地位是一精密机械在现代科学技术机械中的地位是一 门古老的学科，也是发展迅速的学科；门古老的学科，也是发展迅速的学科； 机械工业向高精密、高可靠性、小型化等方机械工业向高精密、高可靠性、小型化等方 面发展精度面发展精度； 现代精密机械是多学科交叉、渗透和综合；现代精密机械是多学科交叉、渗透和综合； 相续出现相关专业相续出现相关专业“精密工程精密工程”、“精密技精密技 术术”、“微细技术微细技术”； 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 1.3 学习方法学习方法 注重实践注重实践 多观察多观察 多分析与思考多分析与思考 善于找到事物的共性善于找到事物的共性 善于发现事物的个

5、性善于发现事物的个性 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 (1) 平时、作业完成情况 25% (2)考试成绩60% (3)实验评定 15% 1.4 成绩评定成绩评定 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 教教 材：材： 精密机械设计精密机械设计，田明、冯进良、，田明、冯进良、 白素平编著，北京大学出版社，白素平编著，北京大学出版社，2010 年。年。 参考书：参考书： 精密机械设计精密机械设计，徐峰、李庆祥等，徐峰、李庆祥等 著，清华大学出版，著，清华大学出版，2005年。年。 精密机械设计精密机械设计，庞振基、黄其圣，庞振基、黄其圣 著，机械工业出版社，著，机械工业出版社，2003年。年。 精密机

6、械与仪器设计测控技术与仪器 精度精度误差的反义词误差的反义词 误差大误差大精度低，误差小精度低，误差小精度高精度高 准确度：系统误差大小的反映，准确度：系统误差大小的反映， 精密度：随机误差大小的反映，重复运动精密度：随机误差大小的反映，重复运动 积累引起的误差积累引起的误差 精确度：系统误差和随机误差两者的综合精确度：系统误差和随机误差两者的综合 反映反映 2、精密机械介绍、精密机械介绍 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 精度鉴定法测量精度鉴定法测量 测量方法：测量方法： 尺子、尺子、 卡尺、螺旋测微仪、激光测微仪，卡尺、螺旋测微仪、激光测微仪， 显微镜、隧道显微镜显微镜、隧道显微镜- 测量

7、精度测量精度 1. 微米级：微米级：m 2. 纳米级：纳米级：nm 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 精密机械实例精密机械实例 精密定位：光存储、硬盘技术 测量： 微位移 小型机械： 微机械 MEMS 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 光存储光存储 DVD-R主要规格 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 hard disk drive硬盘技术硬盘技术 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 Future 未来发展 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 测量测量:微位移微位移 高精度微位移 压电陶瓷为控制元件， 压电陶瓷通电后变形， 生成推力，可以引起 零件的移动，产生微 小的位移，这样的位 移精度很高，大

8、约可 以在m级别以下，所 以常使用压电陶瓷作 为工作台微位移控制 件。 行程 010 m， 定位精度小于0.03 m 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 微装配过程微装配过程 l 微装配属于微夹持理论与 技术范畴。 l 适用于微机械装配、生物 医学、微加工等领域 。 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 微型飞机 精密机械 小型机械 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 在研的清华纳型卫星 基于微纳米技术 重量小于10公斤 纳型卫星的组网 “虚拟卫星” 计 清华纳型卫星外观图 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 mems 微机械陀螺仪(Microgyroscope) 微机械陀螺仪结构 基于微机械加工工艺和

9、集成电路工艺 体积小、重量轻、功耗小、成本低、 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 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 目前已有大量的微型机械或微型系统被研究出来，例如：目前已有大量的微型机械或微型系统被研究出来，例如： 尖端直径为尖端直径为5m的微型镊子可以夹起一个红血球。的微型镊子可以夹起一个红血球。 尺寸为尺寸为7mm7mm2mm的微型泵流量可达的微型泵流量可达 250l/min能开动汽车。能开动汽车。 在磁场中飞行的机器蝴蝶在磁场中飞行的机器蝴蝶 集微型速度计、微型陀螺和信号处理系统为一体的微集微型速度计、微型陀螺和信号处理系统为一体的微 型惯性组合型惯性组合

10、(MIMU)。 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 德国创造了德国创造了LIGA工艺，制成了悬臂梁、执行机构以及工艺，制成了悬臂梁、执行机构以及 微型泵、微型喷嘴、湿度、流量传感器以及多种光学微型泵、微型喷嘴、湿度、流量传感器以及多种光学 器件。器件。 美国加州理工学院在飞机翼面粘上相当数量的美国加州理工学院在飞机翼面粘上相当数量的1mm的的 微梁，控制其弯曲角度以影响飞机的空气动力学特性。微梁，控制其弯曲角度以影响飞机的空气动力学特性。 美国大批量生产的硅加速度计把微型传感器美国大批量生产的硅加速度计把微型传感器(机械部分机械部分) 和集成电路和集成电路(电信号源、放大器、信号处理和正检正电电

11、信号源、放大器、信号处理和正检正电 路等路等)一起集成在硅片上一起集成在硅片上3mm3mm的范围内。的范围内。 日本研制的数厘米见方的微型车床可加工精度达日本研制的数厘米见方的微型车床可加工精度达1.5m 的微细轴。的微细轴。 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 （一）机械的组成 三三 精密机械设计的基本要求及一般程序精密机械设计的基本要求及一般程序 原动机原动机传动装置传动装置工作机工作机 控制系统控制系统 辅助系统（如仪表、照明等） 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 轿车组成：轿车组成： 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 任何机器都是由许多任何机器都是由许多零件零件 组合而成的。组合而成的。

12、 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 部件部件：为完成：为完成同一使命同一使命而协同工作的许多而协同工作的许多零件的组合零件的组合。 零件零件：制造制造的基本单元的基本单元 如：滚动轴承如：滚动轴承 、联轴器。、联轴器。 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 用途用途 专用零部件专用零部件：只在一定类型机器中使用的零件，如曲轴。 通用零部件通用零部件：各种机器中普遍使用的零部件，如齿轮、螺栓。 标准件：制定了国家标准，并由专门工厂生产的零部件。 如：滚动轴承、螺栓等。 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 (二) 精密机械设计的方法和基本程序 内插式设计：利用现有方法内插式设计：利用现有方法 1设计方法

13、设计方法外推式设计：部分经验、部分未知外推式设计：部分经验、部分未知 开发性设计：新原理、新技术开发性设计：新原理、新技术 2基本程序基本程序1. 1. 明确设计任务明确设计任务 2. 2. 方案设计方案设计 3. 3. 技术设计技术设计 4. 4. 试制评价，定型生产试制评价，定型生产 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 图图1-1 新产品开发程序设计新产品开发程序设计 设计任务 调查决策阶段研究设计阶段 试制阶段投产销售阶段 调查研究 工作原理，有关技术情报和 专利；用户意见及要求；市 场供销与竞争等 开发任务书 选出最佳 方案 试验研究 前期开发（解 决技术中的关 键问题） 功能设计 技术设计 后期开发（总 装图、零件图、 说明书） 技术设计 小批试制 样机试验 样机试制 生产设计 技术经济评价 销售服务 正式投产 决定是否 可用或修 改（达到 最佳否？） 改进、提高、完善 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 XE-2100b全自动血液分析仪 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 精密机械与仪器设计测控技术与仪器 1、实现预定的功能，满足运动和动力性能的要求、实现预定的功能，满足运动和动力性能的要求 2、可靠性和安全性要求、可靠性和