绪论及第一章精密机械设计的基础知识

精密机械设计基础《精密机械设计》3学分庞振基，黄其圣，机械工业出版社机械工程学院机械设计及自动化系206教研室梁医[e-mail]84315623公共邮箱[e-mail]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、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4、变应力下零件的破坏形式和特点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第四章平面机构的结构分析第五章平面连杆机构第六章凸轮机构第七章摩擦轮传动和带传动第八章齿轮传动第九章螺旋传动第十章轴、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课程内容实验1、精密齿轮传动系统的精度试验2、钟表装拆及结构分析1、期末闭卷考试成绩70％2、平时作业及考勤10％3、小测验10％4、实验成绩10％考核方法机器和机构的总称绪论一、精密机械与普通机械的基本概念2、联系机械传动和结构部分的基本原理及分析方法相同1、区别机械普通机械：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机器的组成：运动单元主动件从动件机架制造单元专用零件通用零件机器：内燃机机构构件零件机械绪论二、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：《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第四节工艺性（略）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外观要求明确任务，市场调研原理方案设计技术设计投产试制、试验、小批生产信息反馈、修改开发性设计步骤：第一章：第一节概述第二节零件的工作能力及其计算一、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、静应力下的强度简单应力：][maxSlim][][maxSlim][或][limSS][limSS复合应力：由第三强度理论][422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）变应力下零件的破坏形式：疲劳破坏①交变应力的类型a、对称循环应力循环特性maxminb、脉动循环01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③疲劳曲线——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N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——接触应力两圆柱体轴线平行放置相压时的最大接触应力222121max11./EEFH第一章：第二节零件的工作能力及其计算222121max11./EEFHFμ——线载荷，Fμ=F/bρ——综合曲率半径内接触外接触21111maxH接触强度条件：HHmax接触疲劳破坏——疲劳点蚀，疲劳裂纹，表层金属小块剥落第一章：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vpvp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）拉压变形量：llmax挠度和偏转角：yymax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）ffffpp15.185.0第一章：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2、机构的误差：位置误差位移误差00BBS1001BBBBS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，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、niin1321总iiixxf.——第i个因素xi引起的零件尺寸的误差例:片簧的刚度),,,(433EhbLfLEbhFkEEfhhfbbfLLfk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。niin1222221三、误差的来源i)设计误差（原理误差）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。iii)使用误差产生于使用过程中，零件的磨损，载荷下变形，热胀冷缩第一章：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）第一章：第四、五节略第六节零件的设计方法及其发展一、零件的设计方法（一）理论设计设计计算——根据载荷及特性要求，由公式直接求零件的几何尺寸校核计算——初定零件尺寸后，校核零件的强度等特性（二）经验设计（三）模型实验设计第一章：第六节零件的设计方法及其发展二、设计方法的新发展（一）可靠性设计可靠度Rt——在规定的使用条件和工作时间内，不失效地完成规定功能的概率设：N个零件时间T内Nf个失效Nt个继续工作NNNNNNNRfftt1tftRNNF1——不可靠度，累积失效概率NdtdNdtdFtfft——失效分布密度寿命分布曲线图1-10第一章：第三节零件与机构的误差估算和精度规定的时间寿命分布曲线失效可靠第一章：第三节零件与机构的误差估算和精度R1R2R3Rn串联系统R=R1·R2·R3·R4……RnR1R2并联系统R=1—（1—R1）·（1—R2）第一章：第三节零件与机构的误差估算和精度2、零件的可靠性设计w某零件的随机变量统计分布曲线——工作应力，正态分布，均值lim——极限应力，正态分布，均值wlim虽然wlim，但是也有可能出现wlim不可靠，标准离差，标准离差wSlimS第一章：第三节零件与机构的误差估算和精度数学期望描述随机变量与均值的偏离程度构建新的数据系列wzlim均值标准离差wzlim22limwzSSS22limlimwwzzSSSz联接方程根据z值表1-1可靠度R（二）机械优化设计（略）（三）计算辅助设计（略）第一章：第三节零件与机构的误差估算和精度绪论及第一章重点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、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4、变应力下零件的破坏形式和特点绪论及第一章重点绪论及第一章结束第一章：第二节零件的工作能力及其计算数学期望描述随机变量取值的平均特征平均值随机变量取每个值并不是等可能的，需加权平均。X123pk20%50%30%第一章：第三节零件与机构的误差估算和精度例:此例说明了数学期望可以简单理解为X的均值。设离散型随机变量X的分布为：X012P0.10.20.7若离散型随机变量X的分布律为：X012P0.70.20.14.01.022.017.00EX则6.17.022.011.00EX则第一章：第三节零件与机构的误差估算和精度或：一组数据为{2,1,2,2,1,2,0,2,2,2}或：一组数据为{0,1,0,0,1,0,0,2,0,0}6.1102...212EX或4.0100...010EX或例：A、B两组各有6位学生参加同一次测验，A组分数：95、85、75、65、55、45B组分数：73、72、71、69、68、67这两组的平均数（数学期望）都是70A组的标准差为17.08分B组的标准差为2.16分标准离差（标准差）nxxSnii12标准差能反映一个数据集的离散程度。平均数（数学期望）相同的，标准差未必相同。A组学生之间的差距要比B组学生之间的差距大得多标准差是一组数值自平均值分散开来的程度的一种测量观念。一个较大的标准差，代表大部分的数值和其平均值之间差异较大；一个较小的标准差，代表这些数值较接近平均值。第一章：第三节零件与机构的误差估算和精度