东北大学精密仪器设计与制造绪论-ppt(1)

Northeastern University,*,April 2023,周密仪器设计与制造,主讲人：孟红记,东北大学信息学院仪表争论所,NEU,2,绪 论,主要内容：,1.1 概述,1.2 本课程的争论对象和内容,1.3 本课程的特点及重要性,1.4 本课程的教学要求,3,仪器仪表的用途:,在机械制造业中：对产品的静态与动态性能测试；加工过程的掌握与监测；设备运行中的故障诊断等。,在电力、化工、石油工业中：对压力、流量、温度、成分、尺寸等参数的检测和掌握；对压力容器泄漏和裂纹的检测等。,在航天、航空工业中：对发动机转速、转矩、振动、噪声、动力特性、喷油压力、管道流量的测量；对构件的应力、刚度、强度的测量；对掌握系统的电流、电压、绝缘强度的测量等。,仪器仪表的用途和重要性,普及国民经济各个部门，深入到人民生活的各个角落，仪器仪表中的计量测试仪器与掌握仪器统称为测控仪器，可以说测控仪器的水平是科学技术现代化的重要标志。,1.1,概述,4,1.1,概述,3D,扫描仪,5,流量计,湿度计,6,机械构造部件,仪器中的机械构造部件用于对被测件、标准器、传感器的定位，支承和运动，如导轨、轴系、基座、支架、微调、锁紧、限位爱护等机构。全部的零部件还要装到仪器的基座或支架上,这些都是测控仪器必不行少的部件，其精度对仪器精度影响起打算作用。,1.1,概述,7,1.1,概述,科学技术进展 经济与工业 各种类型的周密机械与仪器仪表；,现在周密机械与仪器仪表，,不再局限于：纯机械类的周密机械元件或零部件的组装；,结合体：1周密机械技术；,2电子技术包括计算机掌握；,3检测技术包括光电检测；,新技术进展对仪器提出更高要求：,(1)微电子技术；(2)信息科学；,(3)能源科学；(4)材料科学；,(5)海洋科学；(6)生物工程;,(7)宇航工业;(8)智能机器人,8,例1：日本和德国提出：“周密工程”“周密技术”的概念。,航母大飞机的蒸汽弹射器难以制造，主要缘由：缺少周密机床,例2：微电子技术：,大规模 超大规模进展 集成度 图形线条的越来越细，,微米级(m)亚微米级0.1m过度 将来毫微米级0.001m。,需要：一整套高精度的微细加工和周密检测设备。,1.1,概述,故：,从事仪器仪表工作的工程技术人员，既应有良好的周密机械,技术的训练，擅长将其与电子技术及其它技术结合起来，才,能推动科学技术不断向前进展。,9,1.1,概述,10,部件,：,由零件组装，具有单一功能的装置。,1.2 本课程的争论对象和内容,主要争论通用仪表机构、零部件的构造、组成、工作原理、特性及设计计算。,通用：与专用相对应。在专用仪表中，例如检测仪表温度、压力、流量、,机械量、成份量等仪表、调整仪表、显示仪表、执行器等有很多,通用的机构、零部件。这些通用的零部件、机构是我们这门课程所要,表达的主要内容。,零件,：,组成仪表或仪器的,制造单元,，不经过任何装配。,例如：弹簧、螺母等。,例如：齿轮、蜗杆传动、螺旋传动；轴；滚动轴承、滑动轴承；螺栓、键、销；铆、焊、胶构造件；弹簧等。,例如：减速器、阻尼器、减震器等。,11,1.3.1 课程特点,综合性强,多种学科的综合：涉及工程制图、工程力学、金属工艺学、金属材料、公差与技术测量等学科。,实践性强,设计者从工程实际动身，零部件的好坏必需在整机上表达。坚持以“整机为归依”的思想。,工程性强,承受具体问题具体分析的观点。,例如：a、完成同一任务可选用不同的零、部件或机构；,b、同一种零件、部件和构件可应用在不同的场合下，但其受力状,况、工作效率、设计原则和方法不尽一样。,设计中承受阅历数据与阅历公式的状况，会存在一题多解的状况，设计者权衡比较，在众多可行方案中，找到最正确答案。,1.3,本课程的特点及重要性,12,1.3,本课程的特点及重要性,1.3.2 课程的重要性,专业培育目标,培育自动化仪表的专业人才。,在仪表、系统及其生产过程中，有大量的机械设备、机构、零部件、这些是自动化仪表人才的必备学问。,自动化仪表的剖析,自动化仪表涉及到机械的、物理的、化学的、生物的等各方面的学问，要求的学问面相当广泛。,按生产过程参数分：热工量：温度、流量、压力；,机械量：位移物位、测宽、测厚、速度(n、v)、,加速度、力矩等,成份量：化学成份；,例如：钢铁中的成份；尾气成份分析。,13,1.3,本课程的特点及重要性,按组成及原理划分,：,信号传感传感器 感受、传送：,物理化学效应；应变效应；,力应变片技术变形，机械敏感检测元件等；,机械、电子放大等。,执行机构：,显示：机械、电子显示；标尺指针显示，机械计数器，记录装置等,上述分析说明：本课程的重要性。,14,1.3,本课程的特点及重要性,1.3.3,本课程的地位,要求先修课程：,高等数学 一般物理 机械制图 工程力学,基础课,技术基础课,专业课,机械设计基础,比基础课更接近工程实际,承上启下,比专业课有更宽的研究面和更广的适应性,15,1.4,本课程的教学要求,具有肯定分析，解决仪表中有关机械方面问题的力量，为专业仪表的学习打下机械方面的根底。,具体来说就是要把握以下三个根本方面的问题：,把握肯定的根本学问、根本概念,例如：机械效率、刚度、机构、运动付等。,把握肯定的机械根本理论，根本规律,例如：弹性元件的特性分析，齿轮啮合原理，机构自由度计算等。,把握通用机构、零部件的设计计算,例如：弹性元件的设计计算，轴承选择计算，齿轮设计计算等。,16,第一章 机构组成原理,主要争论内容：,构件和运动副,机构图,机构的自由度,平面机构的组成原理,17,第一章 机构组成原理,机构,：,多个构件由,运动付,联接，作,确定运动,的构件系统。,例如：汽车的内燃机、柴油机、仪表中的压力表。,内燃机组成：,1,箱体,2,活塞,3,连杆,4,曲轴,5,、,6,齿轮,7,凸轮,8,推杆,连杆机构,：,将活塞的往复移动转化为曲轴的连续转动。,齿轮机构,：,实现转动的传递,凸轮机构：,将凸轮的转动变换为顶杆的往复移动。,内燃机,箱体,+,活塞、连杆、曲轴,齿轮,凸轮、推杆,连杆机构,齿轮机构,凸轮机构,视频,18,第一章 机构组成原理,从运动观点看：,仪表由构件组成,从制造观点看：,仪表由零件组成,与动力,源组合,机械,机器,机构,构件,零件,通用零件,专用零件,原动构件,从动构件,机 架,零件,构件,机构,机器,静联接,动联接,(,运动副,),19,第一节 构件和运动副,第一章 机构组成原理,构件,机构中作相对运动的各个物体，是机构的运动单元。,与零件区分：单独加工的制造单元,从制造和装配的观点看，机器是由很多独立加工、独立装配的,单元体所组成，这些单元体称为零件。例如：曲轴,视频,构件可以由一个零件组成,也可以由几个零件组成,例如：连杆,20,第一节 构件和运动副,第一章 机构组成原理,构件的种类,构件分为,：,主动构件,、,从动构件,和,固定构件,主动构件：机构中作独立运动的构件。,从动构件：实现要求的运动规律的随动构件。,固定构件：机构中不动的构件。,机 架,主动件,从动件,从动件,视频,21,第一节 构件和运动副,第一章 机构组成原理,运动副,两构件之间相互接触的活动联接局部。,x,y,o,运动副元素：构成运动副时直接接触的点、线、面局部,接触形式:点、线、面,运动副的特点,：即限制了两构件的某些相对运动，又允许一,定的相对运动,22,第一章 机构组成原理,第一节 构件和运动副,按,接触形式,分类：,接触形式,:,点、线、面,低副,：面接触,高副,：点、线接触,平面低副,空间低副,x,y,o,高副,高副,空间低副,平面低副,平面低副,23,低副,高副,第一节 构件和运动副,第一章 机构组成原理,24,第一节 构件和运动副,第一章 机构组成原理,按,相对运动,分类：,转动副,：相对转动,回转副、铰链,移动副,：相对移动,螺旋副,：螺旋运动,球面副,：球面运动,25,自由度,一个在空间不受任何限制的物体共有六个自由度。,独立运动的数目称为自由度,.,一个物体在,xoyz,坐标系中共有六个自由度：即沿,X,、,Y,、,Z,轴移动和绕,X,、,Y,、,Z,轴的三个转动。,约束,限制独立运动的数目叫做约束,约束与自由度是相对而言的。,第一节 构件和运动副,第一章 机构组成原理,26,第一节 构件和运动副,第一章 机构组成原理,名称,图形,简图符号,约束条件数,自由度数,级别,球面高副,1,5,柱面高副,2,4,球面低副,3,3,球销副,4,2,圆柱副,4,2,螺旋副,5,1,转动副,5,1,移动副,5,1,平面高副,4,2,依据约束的数目，运动副分为五级,27,其次节 机构图,第一章 机构组成原理,机构图,用规定的符号代表构件和运动副，表示机构运动关系的简图。,机构图的特点：,简洁明白,能清晰表达出构件间的运动关系,实例,1,视频,28,其次节 机构图,第一章 机构组成原理,实例,2,视频,29,其次节 机构图,第一章 机构组成原理,机构图的代表符号,转动副,移动副,高副,齿轮副、凸轮副,30,第三节 机构的自由度,第一章 机构组成原理,1.,机构的自由度,自由度,：机构相对于机架所具有的独立运动数目。,一个构件在空间有,6,个自由度，如图,1,一个构件在平面内有,3,个自由度，如图,2,图,1,图,2,31,第三节 机构的自由度,第一章 机构组成原理,自由度的计算公式,n 活动构件数总构件数-1,平面机构的自由度,平面机构：全部构件均在同一平面或平行平面内运动。,有三个公共约束，因此平面机构各运动副约束应除去公共约束。,此三个公共约束：,1沿z轴方向移动；,2沿X轴方向转动；,3沿Y轴方向转动。,公式,：,32,第三节 机构的自由度,第一章 机构组成原理,举例：,1,2,3,4,F=3n,2p,l,p,h,=3,2,3,4,0,=,1,1,2,3,4,5,F=3n,2p,l,p,h,=3,2,4,5,0,=,2,F=3n,2p,l,p,h,=3,2,2,2,1,=,1,B,C,A,F=3n,2p,l,p,h,=3,2,3,4,0,=,1,F=3n,2p,l,p,h,=3,2,4,5,1,=,1,33,第三节 机构的自由度,第一章 机构组成原理,几种特殊的机构自由度计算,m,个构件,(m,2),在同一处构成转动副,m,-1,个低副,(1),复合铰链,4,1,2,3,5,6,F,3n,2p,l,p,h,3,2,5,6,0,3,F,3n,2p,l,p,h,3,2,5,7,0,1,4,1,2,3,5,6,错,对,计算在内,5,2,3,2,3,5,1,m,个构件,m-1,个铰链,34,第三节 机构的自由度,第一章 机构组成原理,F,3n,2p,l,p,h,3,2,3,3,1,2,F,3n,2p,l,p,h,3,2,2,2,1,1,错,对,排解,(2),局部自由度,定义：机构中某些构件所具有的独立的局部运动,不影响机构输出运动的自由度,局部自由度常常发生的场合：滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的滚子、轴承中的滚珠,解决的方法：计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的构件固结在一起，视作一个构件,视频,视频,35,第三节 机构的自由度,第一章 机构组成原理,4,1,2,3,5,1,2,3,4,F,3n,2P,L,P,H,3,2,3,4,0,1,F,3n,2P,L,P,H,3,2,4,6,0,0,？,排解,(3),虚约束,不影响机构运动传递的重复约束,在特定几何条件或构造条件下，某些运动副所引入的约束可能与其它运动副所起的限制作用全都，这种不起独立限制作用的运动副叫虚约束,处理方法：计算自由度时，将虚约束或虚约束构件及其所带入的运动副去掉,视频,视频,36,自由度计算小结,第三节 机构的自由度,第一章 机构组成原理,自由度计算公式:,F3n2plph,机构自由度3活动构件数(2低副数+1高副数),计算步骤:,确定活动构件数目,确定运动副种类和数目,确定特殊构造:局部自由度、虚约束、复合铰链,计算、验证自由度,几种特殊构造的处理:,复合铰链