《精密机械设计》课程教学大纲 Précision Machinery Design

《精密机械设计》教学大纲课程编号：课程名称：精密机械设计/PrecisionMachineryDesign学时/学分：72/4.5/12先修课程：工程制图工程力学金属材料与工艺学适用专业：测控技术及仪器开课学院、系或教研室：机电学院测控系一、本课程的性质与任务本课程是测控专业的一门必修课，主要研究精密机械中常用机构和常用的零件和部件。是从机构分析工作能力、精度和结构等方面来研究这些机构和零、部件的，并介绍其工作原理、特点、应用范围、选型、材料、精度以及设计计算的一般原则和方法。本课程的主要内容涉及常见机构的工作原理、公差与配合基本理论、精密机械精度理论与设计知识。通过本课程的学习培养学生对机械传动和机械结构有进行分析和设计的能力，使学生具有精密机械的综合设计能力，为今后的设计工作打下必要的机械知识基础。二、本课程的教学内容、基本要求及学时分配1.教学内容1）平面机构的运动简图与自由度的计算运动副：运动副的概念和分类，高副和低副的特点，运动链与机构的关系。平面机构运动简图：构件和运动副的表示方法，运动简图的画法。自由度的计算：自由度的意义，自由度的计算。2）平面连杆机构平面四杆机构：基本形式和特性，压力角、传动角、死点与急回特性。曲柄存在的条件及其计算，铰链四杆机构的基本形式及其演化，仪器仪表中的典型机构及其设计平面四杆机构的设计：四杆机构的方法，图解法和解析法。3）凸轮机构凸轮机构特点和分类，从动件运动规律，凸轮轮廓与从动件运动规律的关系。平面凸轮轮廓的设计，仪用平面凸轮机构的设计。凸轮机构基本尺寸：压力角、基元半径、滚子半径。4）齿轮传动机构齿轮啮合基本规律渐开线齿廓曲线：渐开线的形成和性质。标准直齿圆柱齿轮：齿廓的形成，齿轮各部分的名称、几何尺寸计算，正确啮合的条件。渐开线齿廓的切制原理、根切现象和产生的原因，齿轮变位。斜齿圆柱齿轮：齿廓曲面的形成和啮合特点，与直齿圆柱齿轮重叠系数的差别，正确啮合的条件。圆锥齿轮机构：基本特点。蜗杆蜗轮机构：传动特点，正确啮合条件，基本参数计算。5）轮系轮系的类型，轮系的作用，定轴轮系和周转轮系传动比的计算，轮系在仪器中的应用。6）精密机械设计概论精密机械设计的要求、程序和方法。精密机械零件的强度、刚度。7）机械精度设计精度的基本概念及设计的一般步骤。精度设计原则。公差与配合：基本术语和定义，尺寸的极限与配合。形状公差与位置公差：形位公差的对象、特征项目和符号、形位公差值。8）齿轮传动设计齿轮传动失效形式及设计准则。受力分析和计算：直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮受力分析与计算，圆锥齿轮、蜗轮蜗杆受力分析。9）带传动带传动特点、类型，应力分析，带轮结构。10）螺旋传动螺旋传动类型，传动误差分析。仪器仪表中螺旋机构的应用。11）轴系轴的功用和类型，轴材料。轴系的结构设计：轴上零件的定位和固定，制造和安装要求。12）轴承

《精密机械设计》教学大纲 课程编号： 课程名称：精密机械设计/Précision Machinery Design 学时/学分：72/4.5/12 先修课程：工程制图 工程力学 金属材料与工艺学 适用专业：测控技术及仪器 开课学院、系或教研室：机电学院测控系 一、本课程的性质与任务 本课程是测控专业的一门必修课，主要研究精密机械中常用机构和常用的零件和部件。是从机构分析、 工作能力、精度和结构等方面来研究这些机构和零、部件的，并介绍其工作原理、特点、应用范围、选型、 材料、精度以及设计计算的一般原则和方法。 本课程的主要内容涉及常见机构的工作原理、公差与配合基本理论、精密机械精度理论与设计知识。通 过本课程的学习培养学生对机械传动和机械结构有进行分析和设计的能力，使学生具有精密机械的综合设计 能力，为今后的设计工作打下必要的机械知识基础。 二、本课程的教学内容、基本要求及学时分配 1．教学内容 1）平面机构的运动简图与自由度的计算 运动副：运动副的概念和分类，高副和低副的特点，运动链与机构的关系。 平面机构运动简图：构件和运动副的表示方法，运动简图的画法。 自由度的计算：自由度的意义，自由度的计算。 2）平面连杆机构 平面四杆机构：基本形式和特性，压力角、传动角、死点与急回特性。 曲柄存在的条件及其计算，铰链四杆机构的基本形式及其演化，仪器仪表中的典型机构及其设计 平面四杆机构的设计：四杆机构的方法，图解法和解析法。 3）凸轮机构 凸轮机构特点和分类，从动件运动规律，凸轮轮廓与从动件运动规律的关系。 平面凸轮轮廓的设计，仪用平面凸轮机构的设计。 凸轮机构基本尺寸：压力角、基元半径、滚子半径。 4）齿轮传动机构 齿轮啮合基本规律 渐开线齿廓曲线 ：渐开线的形成和性质。 标准直齿圆柱齿轮：齿廓的形成，齿轮各部分的名称、几何尺寸计算，正确啮合的条件。 渐开线齿廓的切制原理、根切现象和产生的原因，齿轮变位。 斜齿圆柱齿轮：齿廓曲面的形成和啮合特点，与直齿圆柱齿轮重叠系数的差别，正确啮合的条件。 圆锥齿轮机构： 基本特点。 蜗杆蜗轮机构：传动特点，正确啮合条件，基本参数计算。 5）轮系 轮系的类型，轮系的作用，定轴轮系和周转轮系传动比的计算，轮系在仪器中的应 用。 6）精密机械设计概论 精密机械设计的要求、程序和方法。 精密机械零件的强度、刚度。 7）机械精度设计 精度的基本概念及设计的一般步骤。 精度设计原则。 公差与配合：基本术语和定义，尺寸的极限与配合。 形状公差与位置公差：形位公差的对象、特征项目和符号、形位公差值。 8）齿轮传动设计 齿轮传动失效形式及设计准则。 受力分析和计算：直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮受力分析与计算，圆锥齿轮、蜗轮蜗杆受力分析。 9）带传动 带传动特点、类型，应力分析，带轮结构。 10）螺旋传动 螺旋传动类型，传动误差分析。 仪器仪表中螺旋机构的应用。 11）轴系 轴的功用和类型，轴材料。 轴系的结构设计：轴上零件的定位和固定，制造和安装要求。 12）轴承

轴承的分类及其结构。滑动轴承和滚动轴承及其组合设计。13）弹性元件弹性元件的类型、功能、材料。弹性元件：螺旋弹簧、片簧、热敏双金属片簧、波纹管、游丝、膜片、膜盒、弹簧管及其它异型弹性元件。弹性元件的特性：滞后效应和后效现象。弹性元件在精密机械中的应用。14）导轨和基座导轨的作用、类型。精密仪器中导轨设计。基座结构及主要技术要求。15）仪器常用装置微动装置：微动装置的工作原理，微动装置的设计方法。锁紧装置：锁紧装置的工作原理，锁紧装置设计方法。显示装置：显示装置的工作原理，显示装置的设计方法隔振器：隔振原理，隔振器的设计方法。2.基本要求1）正确理解下列基本概念和定义机构，构件，零件，部件，运动副，高副，低副，运动简图，自由度，虚约束，局部自由度、复合铰链，运动链，压力角、传动角、死点，急回特性，凸轮基圆半径，滚子半径，齿轮基圆，齿根圆，齿顶圆分度圆，节圆，中心距，模数，重叠系数，根切，变位，螺旋角，轮系传动比，强度，刚度，精度，互换性，偏差，公差，配合，形状公差，位置公差，公差带，弹性滑动和打滑，空回误差，滞后效应，后效现象，导向精度。2）熟练应用下列基本定理和公式自由度计算公式，曲柄存在条件计算，齿廓啮合基本定理，圆柱直齿齿轮几何尺寸计算公式，齿轮切齿原理，转化轮系计算公式，尺寸公差的计算。3）牢固掌握下列分析方法机构运动简图的画法，局部自由度、复合铰链、虚约束的判断，机构具有确定运动的条件，平面四杆机构特性分析，铰链四杆机构演化方法，四杆机构和凸轮机构的设计方法，轮系判断与传化，公差分析方法，直齿圆柱齿轮、斜齿轮、圆锥齿轮、蜗轮蜗杆受力分析，带传动受力分析。3.学时分配本课程的教学时数为60学时，课内学时分配如下表：教学环节学时课程内容讲课小计习题或讨论4.课程内容的重点、难点平面机构的运动简图与自由度的计2681）平面机构的算运动简图与自由度682平面连杆机构的计算44凸轮机构重点：运动副的88齿轮传动机构概念，自由度的计426轮系算。难点：虚约束的22精密机械设计概论判断，机构具有确862机械精度设计定运动的条件。22齿轮传动设计2）平面连杆机构22带传动、螺旋传动重点：平面四杆44轴系机构压力角、死点22轴承概念，曲柄存在的条件。22弹性元件难点：曲柄存在22导轨和基座、联接的条件及其演化。22仪器常用装置3）凸轮机构重点：凸轮机构合计52860特点，凸轮轮廓与从动件运动规律的关系。难点：凸轮机构运动特性的理解，滚子半径的确定

教学环节 课程内容 学时 讲课 习题或讨论 小 计 平面机构的运动简图与自由度的计 算 6 2 8 平面连杆机构 6 2 8 凸轮机构 4 4 齿轮传动机构 8 8 轮系 4 2 6 精密机械设计概论 2 2 机械精度设计 6 2 8 齿轮传动设计 2 2 带传动、螺旋传动 2 2 轴系 4 4 轴承 2 2 弹性元件 2 2 导轨和基座、联接 2 2 仪器常用装置 2 2 合 计 52 8 60 轴承的分类及其结构。 滑动轴承和滚动轴承及其组合设计。 13）弹性元件 弹性元件的类型、功能、材料。 弹性元件：螺旋弹簧、片簧、热敏双金属片簧、波纹管、游丝、膜片、膜盒、弹簧管及其它异型弹性元件。 弹性元件的特性：滞后效应和后效现象。 弹性元件在精密机械中的应用。 14）导轨和基座 导轨的作用、类型。 精密仪器中导轨设计。 基座结构及主要技术要求。 15）仪器常用装置 微动装置：微动装置的工作原理，微动装置的设计方法。 锁紧装置：锁紧装置的工作原理，锁紧装置设计方法。 显示装置：显示装置的工作原理，显示装置的设计方法 隔振器：隔振原理 ，隔振器的设计方法。 2．基本要求 1）正确理解下列基本概念和定义 机构，构件，零件，部件，运动副，高副，低副，运动简图，自由度，虚约束，局部自由度、复合铰 链，运动链，压力角、传动角、死点，急回特性，凸轮基圆半径，滚子半径，齿轮基圆，齿根圆，齿顶圆， 分度圆，节圆，中心距，模数，重叠系数，根切，变位，螺旋角，轮系传动比，强度，刚度，精度，互换 性，偏差，公差，配合，形状公差，位置公差，公差带，弹性滑动和打滑，空回误差，滞后效应，后效现 象，导向精度。 2）熟练应用下列基本定理和公式 自由度计算公式，曲柄存在条件计算，齿廓啮合基本定理，圆柱直齿齿轮几何尺寸计算公式， 齿轮切 齿原理，转化轮系计算公式，尺寸公差的计算。 3）牢固掌握下列分析方法 机构运动简图的画法，局部自由度、复合铰链、虚约束的判断，机构具有确定运动的条件，平面四杆机 构特性分析，铰链四杆机构演化方法，四杆机构和凸轮机构的设计方法，轮系判断与传化，公差分析方法， 直齿圆柱齿轮、斜齿轮、圆锥齿轮、蜗轮蜗杆受力分析，带传动受力分析。 3．学时分配 本课程的教学时数为60学时，课内学时分配如下表： 4．课程内容 的重点、难点 1）平面机构的 运动简图与自由度 的计算 重点：运动副的 概念，自由度的计 算。 难点：虚约束的 判断，机构具有确 定运动的条件。 2）平面连杆机 构 重点：平面四杆 机构压力角、死点 概念，曲柄存在的 条件。 难点：曲柄存在 的条件及其演化。 3）凸轮机构 重点：凸轮机构 特点，凸轮轮廓与 从动件运动规律的关系。 难点：凸轮机构运动特性的理解，滚子半径的确定

4）齿轮传动机构重点：齿轮啮合基本规律，齿轮几何尺寸计算，正确啮合的条件。难点：齿轮啮合原理，根切现象，齿轮变位。5）轮系重点：轮系的类型与作用，传动比的计算。难点：轮系类型的判断，周转轮系传动比的计算。6）精密机械设计概论重点：精密机械设计一般方法。难点：强度、刚度概念。7）机械精度设计重点：互换性原则，公差与配合基本术语和定义，尺寸的极限与配合。形状公差与位置公差。难点：尺寸公差的确定与计算。8）齿轮传动设计重点：齿轮传动失效形式及设计准则。难点：齿轮受力分析。9）带传动重点：带传动特点、类型，带轮结构。难点：应力分析10）螺旋传动重点：螺旋传动类型及在仪器仪表中的应用。难点：传动误差分析。11）轴系重点：轴的功用和类型，轴材料，轴系的结构设计难点：轴上零件的定位和固定及结构形式。12）轴承重点：轴承的分类、结构和应用。难点：轴承组合设计。13）弹性元件重点：弹性元件的类型、功能、材料。难点：滞后效应和后效现象的理解。14）导轨、基座和联接重点：导轨的作用、类型，基座结构及主要技术要求，联结类型和应用。15）仪器常用装置重点：微动装置、锁紧装置、显示装置、隔振器的工作原理。难点：微动装置、锁紧装置、显示装置、隔振器的设计方法。三、课程改革与特色本课程主要研究精密机械中常用机构和常用的零件和部件。针对精密机械一般承受载荷较小，侧重于零件与机构的精度、刚度和结构设计，结合实验课、习题与讨论课以及课程设计环节，培养学生对仪器仪表的机械传动和机械结构有进行分析和设计的能力，为今后设计工作打下必要的精密机械基础知识和能力。教材及参考书教材：《精密机械学基础》主编：许贤泽，华中科技大学出版社，2009参考书：1、《精密机械设计》主编：庞振基，机械工业出版社，20082、《仪器仪表机构与零件》主编：机械工业部仪器仪表工业局统编，机械工业出版社，20063、《Mechanicaldesignof instruments》InstrumentSocietyofAmericaand the Instituteof Measurement andControlSydenham,P.H2010.2执笔：刘清元日期：2011.09.01审阅：胡建日期：2011.09.03审定：黄安怡日期：2011.09.09

4）齿轮传动机构 重点：齿轮啮合基本规律，齿轮几何尺寸计算，正确啮合的条件。 难点：齿轮啮合原理，根切现象，齿轮变位。 5）轮系 重点：轮系的类型与作用，传动比的计算。 难点：轮系类型的判断，周转轮系传动比的计算。 6）精密机械设计概论 重点：精密机械设计一般方法。 难点：强度、刚度概念。 7）机械精度设计 重点：互换性原则， 公差与配合基本术语和定义，尺寸的极限与配合。形状公差与位置公差。 难点：尺寸公差的确定与计算。 8）齿轮传动设计 重点：齿轮传动失效形式及设计准则。 难点：齿轮受力分析。 9）带传动 重点：带传动特点、类型，带轮结构。 难点：应力分析 10）螺旋传动 重点：螺旋传动类型及在仪器仪表中的应用。 难点：传动误差分析。 11）轴系 重点：轴的功用和类型，轴材料，轴系的结构设计 难点：轴上零件的定位和固定及结构形式。 12）轴承 重点：轴承的分类、结构和应用。 难点：轴承组合设计。 13）弹性元件 重点：弹性元件的类型、功能、材料。 难点：滞后效应和后效现象的理解。 14）导轨、基座和联接 重点：导轨的作用、类型，基座结构及主要技术要求，联结类型和应用。 15）仪器常用装置 重点：微动装置、锁紧装置、显示装置、隔振器的工作原理。 难点：微动装置、锁紧装置、显示装置、隔振器的设计方法。 三、课程改革与特色 本课程主要研究精密机械中常用机构和常用的零件和部件。针对精密机械一般承受载荷较小，侧重于零件 与机构的精度、刚度和结构设计，结合实验课、习题与讨论课以及课程设计环节，培养学生对仪器仪表的机 械传动和机械结构有进行分析和设计的能力，为今后设计工作打下必要的精密机械基础知识和能力。 教材及参考书 教 材： 《精密机械学基础》 主编：许贤泽，华中科技大学出版社，2009 参考书：1、《精密机械设计》 主编：庞振基，机械工业出版社，2008 2、《仪器仪表机构与零件》 主编：机械工业部仪器仪表工业局统编，                                              机 械工业出版社，2006            3、《Mechanical design of instruments》    Instrument Society of America                   and the Instituteof Measurement and Control Sydenham,P.H2010.2                                    执笔：刘清元             日期：2011.09.01 审阅：胡建              日期：2011.09.03 审定：黄安怡             日期：2011.09.09