《精密机械设计》教学大纲 课程编号：302094040 课程性质：必修 课程名称：精密机械设计 学时/学分：64/6 英文名称： Precision Machine Design 考核方式： 闭卷笔试 选用教材： 《精密机械设计基础》第1版 大纲执笔人：陆小龙 裘祖荣 机械工业出版社 先修课程： 高等数学、机械制图、互换性与技大纲审核人： 专业教学指导组 术测量、工程材料力学 适用专业：测控技术与仪器 一、课程目标 课程具体目标为： 1.能解释精密机械设计相关的专业术语。 2.能利用工程材料力学的基本概念和理论分析解决精密机械设计中的实际 工程问题。 3.能利用运动副、运动链、自由度的基本概念和分析方法解决精密机械设 计中的工程问题。 4.能根据通用机构（包括平面四杆机构、凸轮机构、齿轮传动、带传动、 螺旋传动)的工作原理、特点和设计方法，解决精密机械设计中的实际 工程问题。 5.能根据通用零部件（包括轴、连轴器、离合器、支承、导轨、弹性元件， 以及联接)的特点、选型依据和设计方法，解决精密机械设计中的实际 工程问题。 6。能使用机械设计手册、三维建模、仿真工具软件解决精密机械零部件的 设计问题。 二、教学内容 绪论（支撑课程目标1） 1.机械、机构、零件等基本概念 2.精密机械与普通机械间的区别与联系，以及精密机械设计的基础知识。 第一章结构设计中的静力学平衡（支撑课程目标1、2） 1.学握静力学的基本概念和公理，以及约束与约束反力的定义 2.平面一般力系的简化和平衡方法。 3.滑动摩擦基本规律和滚动摩擦自锁
《精密机械设计》教学大纲 课程编号： 302094040 课程性质： 必修 课程名称： 精密机械设计 学时/学分： 64/6 英文名称： Precision Machine Design 考核方式： 闭卷笔试 选用教材： 《精密机械设计基础》第 1 版 裘祖荣 机械工业出版社 大纲执笔人： 陆小龙 先修课程： 高等数学、机械制图、互换性与技 术测量、工程材料力学 大纲审核人： 专业教学指导组 适用专业： 测控技术与仪器 一、课程目标 课程具体目标为： 1. 能解释精密机械设计相关的专业术语。 2. 能利用工程材料力学的基本概念和理论分析解决精密机械设计中的实际 工程问题。 3. 能利用运动副、运动链、自由度的基本概念和分析方法解决精密机械设 计中的工程问题。 4. 能根据通用机构（包括平面四杆机构、凸轮机构、齿轮传动、带传动、 螺旋传动）的工作原理、特点和设计方法，解决精密机械设计中的实际 工程问题。 5. 能根据通用零部件（包括轴、连轴器、离合器、支承、导轨、弹性元件， 以及联接）的特点、选型依据和设计方法，解决精密机械设计中的实际 工程问题。 6. 能使用机械设计手册、三维建模、仿真工具软件解决精密机械零部件的 设计问题。 二、教学内容 绪论（支撑课程目标 1） 1. 机械、机构、零件等基本概念 2. 精密机械与普通机械间的区别与联系，以及精密机械设计的基础知识。 第一章 结构设计中的静力学平衡（支撑课程目标 1、2） 1. 掌握静力学的基本概念和公理，以及约束与约束反力的定义。 2. 平面一般力系的简化和平衡方法。 3. 滑动摩擦基本规律和滚动摩擦自锁
要求学生：能根据物体的受力特点，选择正确的公理，绘制其受力简图， 完成静力学分析。 第二章工程材料和热处理（支撑课程目标1、2） 1.介绍刚度、塑性，以及硬度的定义。金属材料力学性能及其主要影响因 素。工程材料的分类、特点及用途。 2.热处理的定义、实质及工艺介绍。表面精饰的目的、方法及特点。 3.精密仪器材料选用原则。 要求学生：堂据金屁材料力学性能及其主要影响因素，硬解热处理的卖 质，能根据精密仪器设计的使用要求、工艺要求和经济要求，选择合适的材 料，正确的热处理和表面精饰工艺。 第三章零件强度刚度分析（支撑课程目标1、2） 1.刚度、强度、内力、应力的概念。零件受力和变形的种类及特点 2.零件复杂变形的强度计算，刚度校核。 要求学生：理解刚度、强度、内力及应力的特点，能根据零件的受力和 变形特点，选择正确的方法，完成零件变形的强度计算和列度校核。 第四章平面机构的结构分析（支撑课程目标1、3） 1.运动副和运动链的概念。机构运动简图的绘制方法。 2。机构具有确定运动的条件。机构自由度的计算方法。 3.机构的组成原理和结构分析。平面机构的高副低代 要求学生：理解运动副、运动链的概念和机构具有确定运动的条件。能 够根据机构运动特点，绘制出机构的运动简图，并计算出机构的自由度。理 解机构的组成原理，会选择正确的方法完成平面机构的高副低代。 第五章平面连杆机构（支撑课程目标1、4） 1.平面连杆机构的基本形式及其演化 2.平面四杆机构的基本特性。 3.平面四杆机构的设计方法。 要求学生：了解平面四杆机机构的基本形式及其演化。理解平面四杆机 构的基本特性。能够根据四杆机构的设计要求，选择正确的设计方法，完成 机构的设计。 第六章凸轮机构（支撑课程目标1、4、6) 1.凸轮机构的应用与分类。 2。反转法原理及其在平面凸轮轮廓曲线的设计 3.凸轮机构基本尺寸的确定。 要求学生：了解各类凸轮机构的特点及适用场合。能根据设计要求，运
要求学生：能根据物体的受力特点，选择正确的公理，绘制其受力简图， 完成静力学分析。 第二章 工程材料和热处理（支撑课程目标 1、2） 1. 介绍刚度、塑性，以及硬度的定义。金属材料力学性能及其主要影响因 素。工程材料的分类、特点及用途。 2. 热处理的定义、实质及工艺介绍。表面精饰的目的、方法及特点。 3. 精密仪器材料选用原则。 要求学生：掌握金属材料力学性能及其主要影响因素，理解热处理的实 质，能根据精密仪器设计的使用要求、工艺要求和经济要求，选择合适的材 料，正确的热处理和表面精饰工艺。 第三章 零件强度刚度分析（支撑课程目标 1、2） 1. 刚度、强度、内力、应力的概念。零件受力和变形的种类及特点。 2. 零件复杂变形的强度计算，刚度校核。 要求学生：理解刚度、强度、内力及应力的特点，能根据零件的受力和 变形特点，选择正确的方法，完成零件变形的强度计算和刚度校核。 第四章 平面机构的结构分析（支撑课程目标 1、3） 1. 运动副和运动链的概念。机构运动简图的绘制方法。 2. 机构具有确定运动的条件。机构自由度的计算方法。 3. 机构的组成原理和结构分析。平面机构的高副低代。 要求学生：理解运动副、运动链的概念和机构具有确定运动的条件。能 够根据机构运动特点，绘制出机构的运动简图，并计算出机构的自由度。理 解机构的组成原理，会选择正确的方法完成平面机构的高副低代。 第五章 平面连杆机构（支撑课程目标 1、4） 1. 平面连杆机构的基本形式及其演化。 2. 平面四杆机构的基本特性。 3. 平面四杆机构的设计方法。 要求学生：了解平面四杆机机构的基本形式及其演化。理解平面四杆机 构的基本特性。能够根据四杆机构的设计要求，选择正确的设计方法，完成 机构的设计。 第六章 凸轮机构（支撑课程目标 1、4、6） 1. 凸轮机构的应用与分类。 2. 反转法原理及其在平面凸轮轮廓曲线的设计。 3. 凸轮机构基本尺寸的确定。 要求学生：了解各类凸轮机构的特点及适用场合。能根据设计要求，运
用反转法完成平面凸轮轮廓曲线的绘制，确定凸轮机构的基本尺寸。 第七章齿轮传动（支撑课程目标1、4、6） 1.齿轮传动特点及分类。齿轮啮合基本定律及渐开线齿轮传动的基本性质 2.渐开线直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、圆锥齿轮，及蜗杆传动的传动特 点及应用。渐开线齿廓的切制原理和根切现象，齿轮失效形式和材料选 择。 3。轮系的用途及分类，传动比的计算。齿轮传动链的结构设计，传动精度 及空回问题。 要求学生：了解各类渐开线齿轮的传动特点及应用。理解齿轮啮合的基 本定律，渐开线齿轮传动的基本性质和根切现象。会根据状轮的失效形式， 选择正确的校核方式和合适的材料。能根据轮系的特点，选择正确的方法， 计算出轮系的传动比。能根据轮系的设计要求，完成齿轮传动链的结构设计 和传动精度分析 第八章带传动（支撑课程目标1、4、6） 1.带传动的类型、特点及应用。 2.同步带的组成及工作原理，同步带传动的计算和设计方法。 要求学生：了解各类带传动的特点及适用场合。能根据设计要求，运用 同步带的计算和设计方法完成同步带、带轮的设计 第九章螺旋传动（支撑课程目标1、4、6） 1.螺游传动的类型、特点及应用。 2.滑动螺旋传动、滚动螺旋传动的特点和设计原则。 3。静压螺旋传动的介绍。 要求学生：了解各类螺旋传动的特点及应用场合，能根据具体设计要求 选择合适的螺旋传动类型。 第十章轴、联轴器、离合器（支撑课程目标1、5、6） 1.轴的结构设计与强度计算。 2.联轴器、离合器的工作原理、分类及选型。 要求学生：了解各类联轴器，离合器的特点及应用场合，能根据具体设 计要求，完成轴的结构设计、强度计算，以及离合器、联轴器的选型。 第十一章支承（支撑课程目标1、5、6） 1.支承的基本组成，类型。滑动支承的特点及适用场合。 2.。滚动支承的特点及选型 3.弹性支承，静压支承的工作原理，特点及类型 4.精密轴系的特点
用反转法完成平面凸轮轮廓曲线的绘制，确定凸轮机构的基本尺寸。 第七章 齿轮传动（支撑课程目标 1、4、6） 1. 齿轮传动特点及分类。齿轮啮合基本定律及渐开线齿轮传动的基本性质。 2. 渐开线直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、圆锥齿轮，及蜗杆传动的传动特 点及应用。渐开线齿廓的切制原理和根切现象，齿轮失效形式和材料选 择。 3. 轮系的用途及分类，传动比的计算。齿轮传动链的结构设计，传动精度 及空回问题。 要求学生：了解各类渐开线齿轮的传动特点及应用。理解齿轮啮合的基 本定律，渐开线齿轮传动的基本性质和根切现象。会根据齿轮的失效形式， 选择正确的校核方式和合适的材料。能根据轮系的特点，选择正确的方法， 计算出轮系的传动比。能根据轮系的设计要求，完成齿轮传动链的结构设计 和传动精度分析。 第八章带传动（支撑课程目标 1、4、6） 1. 带传动的类型、特点及应用。 2. 同步带的组成及工作原理，同步带传动的计算和设计方法。 要求学生：了解各类带传动的特点及适用场合。能根据设计要求，运用 同步带的计算和设计方法完成同步带、带轮的设计。 第九章 螺旋传动（支撑课程目标 1、4、6） 1. 螺旋传动的类型、特点及应用。 2. 滑动螺旋传动、滚动螺旋传动的特点和设计原则。 3. 静压螺旋传动的介绍。 要求学生：了解各类螺旋传动的特点及应用场合，能根据具体设计要求， 选择合适的螺旋传动类型。 第十章 轴、联轴器、离合器（支撑课程目标 1、5、6） 1. 轴的结构设计与强度计算。 2. 联轴器、离合器的工作原理、分类及选型。 要求学生：了解各类联轴器，离合器的特点及应用场合，能根据具体设 计要求，完成轴的结构设计、强度计算，以及离合器、联轴器的选型。 第十一章 支承（支撑课程目标 1、5、6） 1. 支承的基本组成，类型。滑动支承的特点及适用场合。 2. 滚动支承的特点及选型。 3. 弹性支承，静压支承的工作原理，特点及类型。 4. 精密轴系的特点
要求学生：了解各类支承的特点及应用场合，能根据具体设计要求，完 成滚动支承、弹性支承基静压支承的选型，以及精密轴系的设计。 第十二章直线运动导轨（支撑课程目标1、5、6） 1.导向原理及导轨精度分析。 2.滑动导轨和滚动导轨的结构特点与设计。 3.其它类型导轨介绍。 要求学生：理解导向原理及导轨精度分析方法，了解各类导轨的特点及 应用场合，能根据具体设计要求，选择或设计合适的导轨。 第十三章弹性元件（支撑课程目标1、5、6) 1.弹性元件的基本特性及影响因素。 2.螺旋弹簧的设计及选型。 3. 游丝，片簧，波纹管等弹性元件的特点，适用场合。 要求学生：理解弹性滞后和弹性后效，了解各类弹性元件的特点及应用 场合，能根据具体设计要求，选择或设计合适的弹性元件。 第十四章联接（支撑课程目标1、5、6） 1.联接的分类与要求。 2.联接的失效形式及选型 3.光学联接的特点。 要求学生：了解联接的失效形式，各类联接的特点，能根据具体设计要 求，选择或设计合适的联接。 三、实验内容 序 实验名称 主要内容 支撑课程是否必学 号 目标 做 时 1 实验一齿轮传动 了解直升机救援纹车，绕线机和双课程目标必做 2 机构结构分析 频激光干涉仪三脚架三台设备的工作3、4、5、 原理，结构，完成机构运动简图绘制6 和传动比计算。 2 实验二导轨结构与 观察导轨在三脚架、光驱、百分表课程目标 必做 2 运动分析 中的应用：分析三脚架中燕尾导轨的3、4、5、 间隙调整方法：分析光驱中导轨的结6 构类型及作用 实验三百分表结 了解百分表的结构及工作原理：学课程目标 必做 2 构分析 习仪表拆装技能及工具的使用方法：3、4、5、 熟悉课堂上所学的齿轮、导轨、弹性6
要求学生：了解各类支承的特点及应用场合，能根据具体设计要求，完 成滚动支承、弹性支承基静压支承的选型，以及精密轴系的设计。 第十二章 直线运动导轨（支撑课程目标 1、5、6） 1. 导向原理及导轨精度分析。 2. 滑动导轨和滚动导轨的结构特点与设计。 3. 其它类型导轨介绍。 要求学生：理解导向原理及导轨精度分析方法，了解各类导轨的特点及 应用场合，能根据具体设计要求，选择或设计合适的导轨。 第十三章 弹性元件（支撑课程目标 1、5、6） 1. 弹性元件的基本特性及影响因素。 2. 螺旋弹簧的设计及选型。 3. 游丝，片簧，波纹管等弹性元件的特点，适用场合。 要求学生：理解弹性滞后和弹性后效，了解各类弹性元件的特点及应用 场合，能根据具体设计要求，选择或设计合适的弹性元件。 第十四章联接（支撑课程目标 1、5、6） 1. 联接的分类与要求。 2. 联接的失效形式及选型。 3. 光学联接的特点。 要求学生：了解联接的失效形式，各类联接的特点，能根据具体设计要 求，选择或设计合适的联接。 三、实验内容 序 号 实验名称 主要内容 支撑课程 目标 是否必 做 学 时 1 实验一 齿轮传动 机构结构分析 了解直升机救援绞车，绕线机和双 频激光干涉仪三脚架三台设备的工作 原理，结构，完成机构运动简图绘制 和传动比计算。 课程目标 3、4、5、 6 必做 2 2 实验二导轨结构与 运动分析 观察导轨在三脚架、光驱、百分表 中的应用；分析三脚架中燕尾导轨的 间隙调整方法；分析光驱中导轨的结 构类型及作用 课程目标 3、4、5、 6 必做 2 3 实验三 百分表结 构分析 了解百分表的结构及工作原理；学 习仪表拆装技能及工具的使用方法； 熟悉课堂上所学的齿轮、导轨、弹性 课程目标 3、4、5、 6 必做 2
元件、联接和示值装置在百分表中的 具体应用。 *注：实验详情见课程实验大纲及实验指导书 四、参考文献 [1]蒋秀珍，精密机械结构设计，清华大学出版社，2011年4月 [2]卢耀祖，机械结构设计，同济大学出版社，2009年1月 [3]于靖军，机械原理，机械工业出版社，2013年8月 [4]何宝芹，工程材料及热处理，华中科技大学出版社，2012年2月 五、达成课程目标的途径与措施 精密机械设计涉及内容广，课程目标较多，其达成目标的途径和措施主要有： 1.引导学生掌握精密机械设计中的相关概念、基本理论、设计思想及方法， 利用学生感兴趣的案例（如基于滑动摩擦自锁原理的智能爬杆机器人， 铁塔攀爬机器人，活塞环检测仪的运动部分)帮助学生加深对精密机械 设计的认识： 2.精讲多练：课堂讲授以提出实际问题、分析问题、解决问题为主，辅之 习题练习，课后研讨题：促使学生主动利用所学知识分析实际工程问题： 3.大班授课，小班研讨：布置一个研讨题，分析实际项目中的具体机械机 构，要求学生查阅文献资料，分析机构设计特点，并利用Solidworks 维设计软件完成机构的三维建模。学生分为10组，每组不同题目：完成 后，用一次课的时间，让每组推荐一位同学上台讲解，教师和其他同学 提问，促使学生利用基本原理、方法解决实际精密机械设计问题： 4.多环节训练、督促检查，巩固学习成果： 1)作业：课后习题 2)实验 3)研讨题 4)阶段考试：依据课程进度，安排2次阶段考试，内容主要为本课程的 己学内容：主要涉及精密机械的基本概念、分析方法，强度刚度校核 方法，以及传动机构的设计。 5)期末考试：内容为课程的重要知识点和研讨题的部分内容 6)上课考勤 5.命题要求 说明命题内容能否反应课程目标的实现。 本课程试卷由填空、简答、分析计算等组成，其中填空题占比15-20%， 主要考核课程目标1,2,3：简答题占比25%-30%，主要考核课程目标1
元件、联接和示值装置在百分表中的 具体应用。 *注：实验详情见课程实验大纲及实验指导书 四、参考文献 [1] 蒋秀珍，精密机械结构设计，清华大学出版社，2011 年 4 月 [2] 卢耀祖，机械结构设计，同济大学出版社，2009 年 1 月 [3] 于靖军，机械原理，机械工业出版社，2013 年 8 月 [4] 何宝芹，工程材料及热处理，华中科技大学出版社，2012 年 2 月 五、达成课程目标的途径与措施 精密机械设计涉及内容广，课程目标较多，其达成目标的途径和措施主要有： 1. 引导学生掌握精密机械设计中的相关概念、基本理论、设计思想及方法， 利用学生感兴趣的案例（如基于滑动摩擦自锁原理的智能爬杆机器人， 铁塔攀爬机器人，活塞环检测仪的运动部分）帮助学生加深对精密机械 设计的认识； 2. 精讲多练：课堂讲授以提出实际问题、分析问题、解决问题为主，辅之 习题练习，课后研讨题；促使学生主动利用所学知识分析实际工程问题； 3. 大班授课，小班研讨：布置一个研讨题，分析实际项目中的具体机械机 构，要求学生查阅文献资料，分析机构设计特点，并利用 Solidworks 三 维设计软件完成机构的三维建模。学生分为 10 组，每组不同题目；完成 后，用一次课的时间，让每组推荐一位同学上台讲解，教师和其他同学 提问，促使学生利用基本原理、方法解决实际精密机械设计问题； 4. 多环节训练、督促检查，巩固学习成果： 1）作业：课后习题 2）实验 3）研讨题 4）阶段考试：依据课程进度，安排 2 次阶段考试，内容主要为本课程的 已学内容；主要涉及精密机械的基本概念、分析方法，强度刚度校核 方法，以及传动机构的设计。 5）期末考试：内容为课程的重要知识点和研讨题的部分内容。 6）上课考勤 5. 命题要求 说明命题内容能否反应课程目标的实现。 本课程试卷由填空、简答、分析计算等组成，其中填空题占比 15-20%， 主要考核课程目标 1，2，3；简答题占比 25%-30%， 主要考核课程目标 1