產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方法專題設(shè)計(jì)方案(共102張)課件

1、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理和原則 常見產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)和特點(diǎn) 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)要素和設(shè)計(jì)方法產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作步驟 典型案例分析 第1頁，共103頁。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理和原則 產(chǎn)品機(jī)械系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)的功能和應(yīng)用產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的組成 產(chǎn)品對機(jī)械系統(tǒng)的基本要求 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則 第2頁，共103頁。 機(jī)械系統(tǒng)與外殼結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代設(shè)備發(fā)展的基礎(chǔ)和必不可少的組成部分。各種科學(xué)的最新成果和先進(jìn)的技術(shù)系統(tǒng)，如微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和其他高新技術(shù)，如果要成為具有實(shí)用價(jià)值的產(chǎn)品，必須有機(jī)械系統(tǒng)與外殼結(jié)構(gòu)、安裝結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。產(chǎn)品機(jī)械系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)的功能和應(yīng)用第3頁，

2、共103頁。通過各種動力、傳動機(jī)構(gòu)及其相互組合，構(gòu)成機(jī)器設(shè)備中的特定機(jī)械與機(jī)構(gòu)的功能系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動、能量和信息的傳遞、轉(zhuǎn)換、控制、顯示和記錄以及完成機(jī)器設(shè)備功能所要求的各種動作。通過機(jī)座、機(jī)殼等各種基體零部件和緊固件的組合，設(shè)備中機(jī)構(gòu)的機(jī)架和支承系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備、儀器各種元器件的剛性或彈性連接、固定和高速，保證各元器件獲得所要求的、確定的和穩(wěn)定的相對位置 現(xiàn)代產(chǎn)品機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的零部件和機(jī)構(gòu)種類繁多，各自的功能和作用多種多樣，但可概括為兩個(gè)主要方面：第4頁，共103頁。 攝像機(jī)是典型的具有機(jī)械、微電子系統(tǒng)的產(chǎn)品，如圖所示。機(jī)芯和鏡頭是精密機(jī)械系統(tǒng)。裝有集成電路的線路板是微電子系統(tǒng)。整個(gè)機(jī)械、微電

3、子系統(tǒng)都安裝在底座、沖壓金屬板上，再與機(jī)殼固定在一起。 產(chǎn)品機(jī)械系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)的的應(yīng)用實(shí)例之一是數(shù)控繪圖儀中的機(jī)械裝置。數(shù)控繪圖儀是根據(jù)計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信息，經(jīng)過處理，高速度、高精度地將原來的連續(xù)模型以繪制圖形的形式輸出的裝置，它的出現(xiàn)和應(yīng)用對設(shè)計(jì)工作是一大飛躍，它既可作為主計(jì)算機(jī)的一種終端聯(lián)機(jī)使用，也可與主計(jì)算機(jī)脫機(jī)使用。 第5頁，共103頁。主計(jì)算機(jī)將處理過的圖形信息存在磁盤或光盤上，自動繪圖時(shí)，繪圖儀與配套的微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理，然后通過插補(bǔ)器發(fā)出一系列X、Y方向的指令脈沖，經(jīng)過伺服放大器、伺服電動機(jī)、傳動裝置，最后使筆架上的畫筆進(jìn)行X、Y方向的合成運(yùn)動，繪出圖形。它主要由繪圖平臺，X向?qū)?/p>

4、機(jī)，Y向?qū)C(jī)，傳動裝置和筆架等部分組成。 第6頁，共103頁。繪圖平臺。臺面通常由硬質(zhì)橡膠構(gòu)成，上面有許多小孔、與真空吸附裝置相通，以便固定圖紙。導(dǎo)軌與橫梁。X向?qū)к壩挥谄脚_兩側(cè)，Y向?qū)M梁上，橫梁由兩端的滑座支承X向?qū)к壣?。傳動裝置。X向?qū)鲃友b置由齒輪減速器和齒輪齒條機(jī)構(gòu)組成，Y向傳動裝置由齒輪減速器和滾珠螺旋機(jī)構(gòu)組成。筆架。筆架支承在Y向?qū)к壣希趯?dǎo)軌上的移動是由電機(jī)驅(qū)動并通過滾珠螺葉在螺桿上的移動而實(shí)現(xiàn)的。它與由電機(jī)驅(qū)動使橫梁在X向?qū)к壣系囊苿咏M合實(shí)現(xiàn)畫筆的繪圖。而筆架按計(jì)算機(jī)的指令要求可自動抬筆和落筆。從以上實(shí)例簡介中，可初步了解機(jī)械系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)在機(jī)器設(shè)備中的基本功能和作用。第7頁，

5、共103頁。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的組成 任何一部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的產(chǎn)品，按照結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)，均可視為由若干零件、部件和組件組成。第8頁，共103頁。 又稱元件，是產(chǎn)品的基礎(chǔ)，是組成產(chǎn)品的最基本成分，是一個(gè)不經(jīng)破壞不可分解的單一整體，是一種不采用裝配工序而制成的成品。零件通常是用一種材料經(jīng)過所需的各種加工工序制成的，如螺釘、彈簧、軸等。（1）零件（2）部件 又稱器件，是生產(chǎn)過程中由加工好的兩個(gè)或兩個(gè)以上的零件，以可拆聯(lián)接或永久連接的形式，按照裝配圖要求裝配而成的一個(gè)單元。其目的是將產(chǎn)品的裝配分成若干初級階段，也可以作為獨(dú)立的產(chǎn)品，如滾動軸承、減振器等。第9頁，共103頁。（3）組件 又稱整件，是由若干零件和部件按照

6、裝配圖要求，裝配成的一種具有完整機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)，能實(shí)施獨(dú)立功能，能執(zhí)行一定任務(wù)的裝置，從而將比較復(fù)雜產(chǎn)品的裝配分成若干高級階段，或作為獨(dú)立的產(chǎn)品，如減速器、錄像機(jī)機(jī)芯、磁帶機(jī)芯等。（4）整機(jī) 是由若干組件、部件和零件按總裝配圖要求，裝配成的完整的儀器設(shè)備產(chǎn)品。整機(jī)能完成技術(shù)條件規(guī)定的復(fù)雜任務(wù)和功能，并配備所謂的一切配套附件，如錄放機(jī)、復(fù)印機(jī)、攝像機(jī)、放映機(jī)等。第10頁，共103頁。產(chǎn)品對機(jī)械系統(tǒng)的基本要求 一般來說，產(chǎn)品中的技術(shù)性能指標(biāo)主要是針對產(chǎn)品的系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)能否滿足技術(shù)條件規(guī)定的功能和使用技術(shù)性能要求，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)則主要是針對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)能否經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行生產(chǎn)、滿足成本和經(jīng)濟(jì)效益的要求。 產(chǎn)品對機(jī)械系統(tǒng)

7、與結(jié)構(gòu)的基本要求，可概括為以下幾個(gè)方面：第11頁，共103頁。（1）功能特性要求 是最基本的技術(shù)要求。機(jī)械系統(tǒng)主要體現(xiàn)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動規(guī)律和運(yùn)動范圍的要求。（2）精度要求 是最重要的技術(shù)性能要求。對于機(jī)械系統(tǒng)主要體現(xiàn)為對執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出部分的位置誤差、位移誤差和空回誤差的嚴(yán)格控制。（3）靈敏度要求 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出部分應(yīng)能靈敏地反映輸入部分的微量變化。為此，必須減小系統(tǒng)的慣量、減少磨擦、提高效率，以利于系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。（4）剛度要求 構(gòu)件的彈性變形應(yīng)限制在允許的范圍之內(nèi)，以免由彈性變形引起運(yùn)行誤差和影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性及動態(tài)響應(yīng)。第12頁，共103頁。（5）強(qiáng)度要求 構(gòu)件應(yīng)在一定的使用期限內(nèi)不產(chǎn)生破壞，以

8、保證運(yùn)動和能量的正常傳遞。（6）各種環(huán)境下工作穩(wěn)定性要求 系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)應(yīng)能在沖擊、振動、高溫、低溫、腐蝕、潮濕、灰塵等惡劣環(huán)境下，保持工作的穩(wěn)定性。（7）結(jié)構(gòu)工藝性的要求 結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加工、裝配、維修，應(yīng)充分貫徹標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化等經(jīng)濟(jì)原則，以降低成本、提高效益。（8）使用要求 結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量緊湊、輕便，操作簡便、安全，造型美觀，攜帶、運(yùn)輸方便。第13頁，共103頁。產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則 所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品及其機(jī)械結(jié)構(gòu)能否在滿足使用技術(shù)性能要求的前提下，采用最合理的工藝方法和流程，最經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行生產(chǎn)，即所謂結(jié)構(gòu)工藝性問題，須給予極大的重視。在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)嚴(yán)格遵循以下工藝原則，并貫穿產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全部

9、過程中的各個(gè)階段。第14頁，共103頁。1.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)應(yīng)反映生產(chǎn)規(guī)模的特點(diǎn) 產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模按產(chǎn)品生產(chǎn)的數(shù)量分為單件、小批、中批、大批和大量生產(chǎn)，它是由社會實(shí)際需求決定的。不同的生產(chǎn)規(guī)模具有不同的生產(chǎn)線和相應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備，因此，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)應(yīng)反映出生產(chǎn)規(guī)模的特點(diǎn)，并與相應(yīng)的生產(chǎn)線及其生產(chǎn)能力相適應(yīng)。例如大量和大批生產(chǎn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)從毛坯制取、機(jī)械加工和裝配都應(yīng)適應(yīng)造化或半自動化生產(chǎn)線，由各種高效率的專用加工設(shè)備和插裝設(shè)備進(jìn)行加工、裝配，甚至包括生產(chǎn)各個(gè)階段質(zhì)量的在線檢測和控制，直到標(biāo)牌安裝或封貼以及產(chǎn)品包裝。為此，零件的加工和裝備必須達(dá)到完全互換。而單件和小批生產(chǎn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，則應(yīng)適應(yīng)由通用設(shè)備、通用工

10、藝裝置等組成的生產(chǎn)線進(jìn)行加工、裝配的特點(diǎn)。第15頁，共103頁。2.合理劃分產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的組件 設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)從產(chǎn)品總體著眼，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)易于分成若干獨(dú)立組件，以便采用積木式進(jìn)行總裝。各組件的裝配最好是彼此獨(dú)立、并行地進(jìn)行裝配，以利于提高總裝效率和查找產(chǎn)生問題的部位。各組件之間的聯(lián)系應(yīng)方便拆裝、易于裝調(diào)，并便于對任何零、部件檢修和更換而不影響其他部分。3.盡量利用典型結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)新產(chǎn)品或?qū)υ挟a(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，應(yīng)充分分析吸收原有產(chǎn)品或相近產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，盡量利用原有產(chǎn)品或借用相近產(chǎn)品中經(jīng)過生產(chǎn)和使用證明已比較成熟的結(jié)構(gòu)，或盡量采用典型結(jié)構(gòu)。只對少部分結(jié)構(gòu)另行設(shè)計(jì)，或局部改動。這不僅可大大簡化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)

11、過程，縮短產(chǎn)品研制和生產(chǎn)周期，而且易于保證產(chǎn)品質(zhì)量。第16頁，共103頁。4.力求系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)簡單化 在保證產(chǎn)品技術(shù)恨不能要求的前提下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量簡化傳動鏈，這樣使系統(tǒng)中的零、部件的數(shù)量大大減少，從而使結(jié)構(gòu)盡量簡單。零、部件自身的結(jié)構(gòu)也應(yīng)盡量簡化。這不僅減少了加工勞動量，同時(shí)也減少了誤差來源。5.合理選擇基準(zhǔn)、力求合一 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使每個(gè)零、部件都具有合理的定位基準(zhǔn)，盡量使定位基準(zhǔn)（包括輔助基準(zhǔn)）分布在同一平面內(nèi)。并且盡量使零、部件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工藝基準(zhǔn)（包括定位基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)）重合一致，以減少由于基準(zhǔn)不一致所造成的誤差和繁瑣計(jì)算。 6.貫徹標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化原則 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中貫徹標(biāo)

12、準(zhǔn)化是獲得工藝性結(jié)構(gòu)的最重要條件，貫徹標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化原則主要體現(xiàn)為：結(jié)構(gòu)中最大限度地采用標(biāo)準(zhǔn)件。確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的各種參數(shù)時(shí)，應(yīng)最大限度地采用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值和優(yōu)先數(shù)系的規(guī)定值。盡量統(tǒng)一結(jié)構(gòu)中相近零件的材料牌號、標(biāo)準(zhǔn)件的品種、規(guī)格、型號尺寸系列。 7.結(jié)構(gòu)應(yīng)能進(jìn)行調(diào)整和定位。第17頁，共103頁。常見產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)涉及的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是產(chǎn)品的外部殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 目前殼體材料主要是金屬材料通過鈑金沖壓工藝成型和塑料通過注塑工藝成型。第18頁，共103頁。1 鈑金結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 彎 曲件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 沖裁件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 拉深件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2塑料產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 塑料產(chǎn)品的形狀 塑料產(chǎn)品的壁厚 塑料產(chǎn)品

13、的脫模斜度 塑料產(chǎn)品的加強(qiáng)筋 塑料產(chǎn)品的底部支承面 塑料產(chǎn)品的孔 塑料產(chǎn)品的圓角 塑料產(chǎn)品的標(biāo)志設(shè)計(jì) 3電子設(shè)備整機(jī)結(jié)構(gòu) 機(jī)箱的結(jié)構(gòu)形式 機(jī)柜的結(jié)構(gòu)形式 通風(fēng)窗口的開設(shè)形式 常見產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第19頁，共103頁。一、彎曲件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 具有良好工藝性的彎曲件，能簡化彎曲的工藝過程和提高彎曲件的精度。下面對彎曲件的結(jié)構(gòu)提出一些設(shè)計(jì)要求。彎曲件的形狀最好對稱，彎曲半徑左右一致。否則，由于磨擦力不均勻，板料在彎曲過程中會產(chǎn)生滑動。為了防止板料的偏移，設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)有可靠的定位措施。彎曲件的圓角半徑應(yīng)大于板料許可的最小彎曲半徑。當(dāng)必須彎曲成很小圓角時(shí)，可進(jìn)行多次彎曲，中間輔以退火工序。彎曲件的圓角半徑

14、也不宜過大，因?yàn)檫^大時(shí)，回彈值增大，彎曲件的精度不易保證。彎曲件的直邊高度不宜過小，彎曲高度為直邊的兩倍。可在彎曲前，在彎曲處先壓槽，再彎曲，如圖所示?；蚣痈咧边叄瑥澢笤偾械?。在彎曲件有孔時(shí)，如果孔的位置處于彎曲變形區(qū)，則孔會發(fā)生變形，為避免這種情況，必須使孔處于變形區(qū)之外。 第20頁，共103頁。彎曲件直邊高度 壓槽 第21頁，共103頁。在局部彎曲某一段邊緣時(shí)，為避免角部形成裂紋，可預(yù)先切出工藝槽（如圖3所示）；可以離開尺寸突變處（如圖4所示）、直角的拐彎處；可在彎曲前沖制工藝孔（如圖5所示）。邊緣部分有缺口的彎曲件，彎曲時(shí)必須于缺口處留連接帶，將缺口連住，待彎曲成形后，再將連接帶切除。

15、若在毛料上先沖缺口再彎曲，會出現(xiàn)叉口甚至無法形成。第22頁，共103頁。添加工藝槽剪曲前沖的工藝孔轉(zhuǎn)移彎曲線沖工藝孔第23頁，共103頁。切除連接帶2-彎曲后切除的連接帶第24頁，共103頁。二、沖裁件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 沖裁件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是指沖裁件對沖裁工藝的適應(yīng)性。良好的沖裁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)保證材料利用率高、工序數(shù)目少、模具結(jié)構(gòu)簡單且壽命高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等。一般情況下，對沖裁件結(jié)構(gòu)影響最大的是精度要求和幾何形狀及尺寸。第25頁，共103頁。1沖裁件的精度等級 沖裁件精度一般可達(dá)IT10-IT12級,高精度可達(dá)IT8-IT10級，沖孔比落料的精度約高一級。具體數(shù)值可查有關(guān)設(shè)計(jì)手冊。如果工件要求更高精度時(shí)，沖

16、裁后需通過整修或輔以切削加工，或者采用精密沖裁。第26頁，共103頁。2.沖裁件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沖裁件的形狀應(yīng)盡量簡單，最好是規(guī)則的幾何形狀或由規(guī)則的幾何形狀所組成。同時(shí)應(yīng)避免沖裁件上過長的懸臂與凹槽，它們的寬度要大于料厚的1.5-2倍。一般情況下，沖裁件的外形和內(nèi)孔應(yīng)避免尖角，采用圓角的形式。當(dāng)需要沖制不帶圓角的工件時(shí)，可以用分段沖切的辦法沖制，但模具壽命明顯降低。 沖孔時(shí)，因受凸模強(qiáng)度限制，孔的尺寸不宜過小。孔與孔之間的距離或孔與零件邊緣之間的距離，因受模具強(qiáng)度和沖裁件質(zhì)量的限制，其值不能過小，一般應(yīng)為3-4mm.在彎曲件或拉深件上沖孔時(shí)，其孔壁與工件直壁之間的距離不宜過小，否則，會使凸模受側(cè)向

17、力作用，同時(shí)，會影響彎曲件或拉深件的已成形區(qū)域。第27頁，共103頁。拉深件的形狀應(yīng)盡量簡單對稱，盡量避免急劇的輪廓變化。旋轉(zhuǎn)體零件在圓周方向上的變形應(yīng)是均勻的，這樣模具加工較容易，其工藝性最佳。其他形狀的拉深件，應(yīng)盡最避免輪廓的急劇變化，否則，變形不均勻，拉深困難。拉深件凸緣的外輪廓最好與拉深部分的輪廓形狀相似。如果凸緣的寬度不一致，不僅拉深困難，需要添加工序，而且還需放寬修邊余量，增加材料損耗。拉深件的圓角半徑要合適。內(nèi)部圓角半徑為壁厚的3-5倍。拉深件底部孔的大小要合適。在拉深件的底部沖孔時(shí)，其孔邊到側(cè)壁的距離應(yīng)不瀕于該處圓角半徑加上板料厚度的一半。拉深件的精度要求不宜過高。拉深件的精度

18、包括拉深件內(nèi)形或外形的直徑尺寸公差、高度尺寸公差等，其精度等級要求不宜過高。三、拉深件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第28頁，共103頁。如圖所示 為一件較復(fù)雜的拉深產(chǎn)品。其外形均勻?qū)ΨQ，輪廓變化較柔和、順滑，頂部凸緣寬度一致，底部孔大小合適，外部凸凹裝飾條凹進(jìn)較淺，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，工藝性較佳。第29頁，共103頁。一次壓延二次壓延三次壓延做成外形拉深件沖壓過程第30頁，共103頁。拉深件沖壓過程作成凸凹條第31頁，共103頁。塑料產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 良好的塑料產(chǎn)品既要美觀大方、好用，又要便于成型。塑料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的幾何形狀包括：形狀、壁厚、加強(qiáng)筋、支承面、脫面斜度、圓角、孔、標(biāo)志與花紋等。第32頁，共103頁。一、塑

19、料產(chǎn)品的形狀塑料產(chǎn)品應(yīng)盡量避免側(cè)壁凹槽或與塑件脫模方向垂直的孔，這樣可避免采用瓣合分型或側(cè)抽芯等復(fù)雜的模具結(jié)構(gòu)，避免使分型面留下飛邊。如圖所示，改進(jìn)前的塑件需要采用側(cè)抽芯或瓣合分型凹模（或凸模）結(jié)構(gòu)，改進(jìn)后的塑件簡化了模具結(jié)構(gòu)，可采用整體式凹模（或凸模）結(jié)構(gòu)。第33頁，共103頁。第34頁，共103頁。對于較淺的內(nèi)側(cè)凹槽并帶有圓角的塑料件，可利用塑料在脫模溫度下具有足夠彈性的特性以強(qiáng)行脫模的方式脫模，而不必采用組合型芯的方法。多數(shù)情況下，帶側(cè)凹的塑料件不宜采用強(qiáng)行脫模，以免損壞塑料件。塑料產(chǎn)品的形狀還要有利于提高塑料件的強(qiáng)度和剛度。如把薄殼狀的塑料產(chǎn)品頂部或底部設(shè)計(jì)成球面或拱形曲面，可以有效地

20、增加剛性和減少變形，如圖1所示。對于薄壁容器的邊緣可按圖2所示設(shè)計(jì)來增加剛性和減少變形。第35頁，共103頁。第36頁，共103頁。緊固的凸耳或臺階應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受緊固時(shí)的作用力，應(yīng)避免臺階的突然過渡和尺寸過小，如圖所示。第37頁，共103頁。 此外，塑料產(chǎn)品的形狀還應(yīng)考慮成型時(shí)分型面位置，脫模后不易變形等。 綜合所述，塑料產(chǎn)品的形狀必須便于成型以簡化模具結(jié)構(gòu)、降低成本、提高生產(chǎn)率和保證塑料件的質(zhì)量。 第38頁，共103頁。二、塑料產(chǎn)品的壁厚 塑料產(chǎn)品的外殼壁厚取決于塑料件的使用條件，即強(qiáng)度、剛度、結(jié)構(gòu)、性能、尺寸穩(wěn)定性以及裝配等各項(xiàng)要求。但壁厚的大小對塑料成型影響很大，所以合理地

21、選擇塑料件壁厚是很重要的。 任何塑料產(chǎn)品均需要有一定的壁厚。這是因?yàn)樗芰显诔尚蜁r(shí)要有良好的流動性，并保證產(chǎn)品有足夠的強(qiáng)度和剛度，也便于從模具里頂出產(chǎn)品。部件裝配操作也需要制品有一定的壁厚。 壁厚過大，不僅浪費(fèi)原料，增加塑料制品的成本，而且增加成型時(shí)間和冷卻時(shí)間，處長模塑周期，降低生產(chǎn)率，還容易產(chǎn)生氣泡、縮孔等缺陷；壁厚過小，成型時(shí)流動阻力大，對大型復(fù)雜塑料產(chǎn)品就難以充滿型腔，而且不能保證塑料產(chǎn)品的強(qiáng)度和剛度。 塑料產(chǎn)品的壁厚應(yīng)力求均勻，厚薄適當(dāng)，以減少應(yīng)力的產(chǎn)生。壁太厚，易形成“沉陷點(diǎn)”或產(chǎn)生翹曲。為此，常將厚的部分挖空，采用適當(dāng)?shù)男揎棸霃揭跃徛^渡厚薄部分空間。第39頁，共103頁。 熱固性

22、塑料產(chǎn)品的厚度一般在1-6mm之間，最大不得超過13mm.在保證成型和使用條件下，應(yīng)力求采用均勻和最小的壁厚，以得到快速、完全的固化。 第40頁，共103頁。三、塑料產(chǎn)品的脫模斜度 脫模斜度又稱拔模斜度、出模斜度 塑料成型后塑料產(chǎn)品緊緊抱住模具型芯或型腔中凸出部位，給取出產(chǎn)品帶來困難。為便于從模具內(nèi)取出產(chǎn)品或從產(chǎn)品內(nèi)抽出型芯，設(shè)計(jì)塑料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)時(shí)，必須考慮足夠的脫模斜度。脫模斜度如圖所示。第41頁，共103頁。 塑料產(chǎn)品的內(nèi)表面、外表面沿脫模方向均應(yīng)有脫模斜度，所取數(shù)值按經(jīng)驗(yàn)確定，必須限制在制造公差范圍內(nèi)。一般脫模斜度為1-2，最小為0.5.內(nèi)表面的脫模斜度大于外表面的脫模斜度。塑料產(chǎn)品有凸起或

23、加強(qiáng)肋，單邊應(yīng)有4-5的脫模斜度。 型芯長度及型腔越大，斜度適當(dāng)縮小，通常取0.5即可。厚壁產(chǎn)品會因壁厚使成型收縮增大，故斜度應(yīng)放大。若斜度不妨礙制品的使用，則可將斜度取得大些。 熱固性塑料較熱塑性塑料收縮小些，脫模斜度也相應(yīng)小些。復(fù)雜及不規(guī)則形狀制品其斜度應(yīng)大些。 不通孔深度小于10mm，外形高度不大于20mm時(shí)，允許不設(shè)計(jì)斜度。有時(shí)根據(jù)產(chǎn)品預(yù)留的位置來確定脫模斜度。若為了在開模后讓產(chǎn)品留在凸模上，則有意將凸模斜度減小，而將凹模斜度放大，反之亦然?？傊跐M足塑料產(chǎn)品尺寸公差要求的前提下，脫模斜度可以取大些。第42頁，共103頁。四、塑料產(chǎn)品的加強(qiáng)筋 加強(qiáng)筋的作用不僅可以提高塑料產(chǎn)品的強(qiáng)度和

24、剛度，減少扭歪現(xiàn)象，而且可使塑料成型時(shí)容易充滿型腔。 設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋時(shí)應(yīng)注意以下問題：加強(qiáng)筋的厚度應(yīng)小于被加強(qiáng)的產(chǎn)品壁厚，防止連接處產(chǎn)生凹陷。加強(qiáng)筋的高度不宜過高，否則會使筋部受力破壞，降低自身剛性。如圖所示的為加強(qiáng)筋尺寸比例。加強(qiáng)筋脫模斜度可大些，以利脫模（單邊應(yīng)有4-5）第43頁，共103頁。第44頁，共103頁。圖（a）所示的加強(qiáng)筋底部厚度為壁厚的一半，高度較矮，不易產(chǎn)生縮孔。圖（b）所示的加強(qiáng)筋底部厚度等于壁厚，高度較高，在交匯處產(chǎn)生“沉陷點(diǎn)”。為了增加產(chǎn)品的剛度，寧可增加加強(qiáng)筋的數(shù)目而不應(yīng)增加其高度。產(chǎn)品加強(qiáng)筋為兩個(gè)以上時(shí)，其中點(diǎn)距不小于2mm。第45頁，共103頁。第46頁，共103頁

25、。使多數(shù)加強(qiáng)筋的方向與型腔塑料的流向一致，避免塑料流向的干擾而損害產(chǎn)品的質(zhì)量。多條加強(qiáng)筋要分布得當(dāng)，排列相互錯(cuò)開，以減少收縮不均，如下圖所示。 第47頁，共103頁。五、塑料產(chǎn)品的底部支承面 塑料產(chǎn)品的底部支承面選用整平面結(jié)構(gòu)是不適宜的，因?yàn)橐拐矫孢_(dá)到絕對平直是十分困難的，所以采用凸臺結(jié)構(gòu)效果較好。 凸臺以3個(gè)為最好，高度應(yīng)高出平面0.5mm以上，位置應(yīng)均勻設(shè)置在制品的邊角，有足夠的強(qiáng)度、適宜的出模斜度和絞變的過渡聯(lián)接。 塑料產(chǎn)品的底部支承面凸臺結(jié)構(gòu)如下圖所示。 第48頁，共103頁。第49頁，共103頁。六、塑料產(chǎn)品的孔 塑料產(chǎn)品上的孔有通孔、盲孔和復(fù)雜形狀的孔?？椎奈恢脩?yīng)盡可能設(shè)置在最

26、不易削弱塑料產(chǎn)品強(qiáng)度的地方，在相鄰孔之間以及孔到邊緣之間，均應(yīng)留出適當(dāng)?shù)木嚯x，且盡可能使壁厚大一些，以保證有足夠的強(qiáng)度。 如圖（a）所示，圓筒邊部通孔，孔在筒邊設(shè)計(jì)成管柱狀，管邊起到加強(qiáng)筋的作用，不減弱筒壁強(qiáng)度。如圖（b）、(c)所示，孔邊緣設(shè)計(jì)凸臺，以增加強(qiáng)度。 對于斜孔和形狀復(fù)雜孔的成型方法，可采用拼合型芯來完成，以避免抽側(cè)芯結(jié)構(gòu)。 塑料產(chǎn)品上出現(xiàn)側(cè)孔及側(cè)凹時(shí)，為便于出模，必須設(shè)置滑塊或側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，從而使模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本增加。因此，應(yīng)加以改進(jìn)。如圖（b）所示，孔改為槽狀，便于拔模。第50頁，共103頁。第51頁，共103頁。七、塑料產(chǎn)品的圓角 在塑料產(chǎn)品的拐角處設(shè)置圓角，可增加產(chǎn)品的機(jī)械

27、強(qiáng)度，改善成型時(shí)材料的流動性，也有利于產(chǎn)品的脫模。因此，在設(shè)計(jì)塑料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡可能采用圓角。 在兩部位交接處的內(nèi)、外角上采用圓弧過渡能減小應(yīng)力集中。外圓弧半徑應(yīng)是壁厚的1.5倍，內(nèi)圓弧半徑是壁厚的0.5倍，使厚度一致。塑料產(chǎn)品所有拐角處均應(yīng)設(shè)置圓弧過渡。第52頁，共103頁。八、塑料產(chǎn)品的標(biāo)志設(shè)計(jì) 根據(jù)裝飾或某種使用上的要求，塑料產(chǎn)品上常需要直接制出花紋、標(biāo)記、符號及文字。為了工藝上的要求及模具制作的方便，設(shè)計(jì)的花紋應(yīng)注意其凸凹紋方向與膠模方向的一致性。塑料產(chǎn)品側(cè)壁的花紋或文字等是依靠側(cè)壁斜度保證脫模的。 如下圖所示的是塑料旋鈕花紋，其中圖（a）為設(shè)計(jì)不合理，不能脫模。圖（b）為設(shè)計(jì)合理，

28、便于脫模。第53頁，共103頁。第54頁，共103頁。 塑料產(chǎn)品上的標(biāo)記、符號或文字可以設(shè)計(jì)成三種不同的形式。 （1）凸字：如圖 (a)所示，它在模具制造時(shí)比較方便，可用機(jī)械或手工將字雕刻在模具上，但使用過程中凸字容易損壞。 （2）凹字：如圖(b)所示，它可以填上各種顏色的油漆，使字跡更為鮮明。這種形式如果用機(jī)械加工模具則較麻煩，現(xiàn)在多采用電鑄、冷擠壓或電火花方法來制造模具。 （3）凹坑凸字：如圖（c）所示，在凸字的周圍帶來凹入的裝飾框。制造這種結(jié)構(gòu)形式模具可以采用鑲塊，然后鑲?cè)肽ｓw中。制造比較方便，凸字在使用時(shí)也避免碰壞。 第55頁，共103頁。第56頁，共103頁。電子設(shè)備整機(jī)結(jié)構(gòu) 人們把

29、利用電子學(xué)原理制成的設(shè)備、裝置、儀器、儀表等統(tǒng)稱為電子設(shè)備。電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)組成，其內(nèi)部需安裝電子元、器件及機(jī)械零、部件。常見結(jié)構(gòu)分機(jī)箱、機(jī)柜兩種。 機(jī)箱是把整個(gè)設(shè)備安置在一個(gè)箱體中。常用于尺寸較小、結(jié)構(gòu)簡單的小型電子設(shè)備，外形往往是箱形的，稱為機(jī)箱。 機(jī)柜是對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸較大的電子設(shè)備，往往將其分為若干分機(jī)或插箱，安置在一個(gè)共同的安裝架上，封閉后的整體稱為機(jī)柜。常見結(jié)構(gòu)形式為立式、琴柜式和組合式?，F(xiàn)代新的發(fā)展方向?yàn)橥獠迨椒e木化結(jié)構(gòu)。 下面就機(jī)箱、機(jī)柜和通風(fēng)窗口的開設(shè)一一加以介紹。第57頁，共103頁。一、機(jī)箱的結(jié)構(gòu)形式 機(jī)箱的結(jié)構(gòu)可按其材料和結(jié)構(gòu)形式分為兩大類。 1.按制

30、造材料分 根據(jù)機(jī)箱使用的材料與工藝不同可劃分為：1）鈑金結(jié)構(gòu)機(jī)箱 用各種冷軋、熱軋薄鋼板經(jīng)過剪切、沖壓、彎曲等工藝過程，最后用焊接、螺釘組裝，制成各式機(jī)箱、機(jī)柜。用這種材料制成的箱柜成本低，取材方便。 如下圖所示的是簡單的鈑金機(jī)箱，它由上下兩個(gè)“門”字形鋼板組成。 其優(yōu)點(diǎn)是：機(jī)箱可以設(shè)計(jì)成各種形式及尺寸，靈活多樣，用料品種少，機(jī)箱的強(qiáng)度與剛度好。適用于單件多品種生產(chǎn)。 其缺點(diǎn)是：機(jī)箱的外形尺寸公差大，不宜于批量生產(chǎn)，鈑金工水平要求高，有一定的工裝模具，外形不美觀。第58頁，共103頁。第59頁，共103頁。2）鋁型材機(jī)箱鋁型材機(jī)箱按其結(jié)構(gòu)可劃分為：（1）型材圍框結(jié)構(gòu)機(jī)箱用鋁型材折彎，形成前后圍

31、框（也可以是左右圍框），再用鋁型材腰帶、支撐為側(cè)梁組成機(jī)箱框架，最后加上下蓋板及前后面板即成機(jī)箱，如下圖所示。第60頁，共103頁。 其優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，若改變型材的下料長度工，則可組成各種不同外形尺寸的機(jī)箱；采用通用折彎模后，可用于批量生產(chǎn)。 其缺點(diǎn)是：型材折彎后，圍框與蓋板、面板的配合不易做到緊密吻合，機(jī)箱外形尚不夠美觀；由于采用薄壁型材折彎，其剛度與強(qiáng)度較差，僅適用于輕型設(shè)備。第61頁，共103頁。（2）型材組合結(jié)構(gòu)機(jī)箱 這種機(jī)箱是用多種不同斷面形狀鋁型材，通過螺釘在轉(zhuǎn)角處聯(lián)接組成機(jī)箱框架，再加前后面板及左右、上下蓋板組成機(jī)箱。 其優(yōu)點(diǎn)是：機(jī)箱的外形尺寸變換方便，適應(yīng)多品種及有一定批量的

32、產(chǎn)品；用途廣，可組合成臺式、裝架式機(jī)箱及插箱；由于選用較高強(qiáng)度的鋁合金，因此機(jī)箱具有較高的強(qiáng)度與剛度。（3）型板結(jié)構(gòu)機(jī)箱 型板是具有板狀特征的鋁型材。利用型板作為機(jī)箱柜架的側(cè)面（也可為前后面），再用鋁型材橫梁與側(cè)面板連接，就構(gòu)成機(jī)箱框架，如下圖所示。這種結(jié)構(gòu)的機(jī)箱由于采用了型板，故機(jī)加工量小，工藝簡單，機(jī)箱的強(qiáng)度與剛度均較好。但機(jī)箱高度方向的尺寸受型板尺寸的限制，故適用于扁平形狀的機(jī)箱。第62頁，共103頁。第63頁，共103頁。（4）壓鑄結(jié)構(gòu)機(jī)箱 若將型板結(jié)構(gòu)機(jī)箱的型板及其連接部分制成鋁壓鑄件，即成為壓鑄結(jié)構(gòu)機(jī)箱。這種機(jī)箱由于采用了壓鑄工藝，故尺寸精確度高，適用于大批量生產(chǎn)，強(qiáng)度與剛度均較好

33、，且裝配方便。其缺點(diǎn)是需要壓鑄設(shè)備，壓鑄模的成本高；機(jī)箱的外形尺寸受壓鑄機(jī)的限制。第64頁，共103頁。2.按箱體的結(jié)構(gòu)形式分1）插箱式第65頁，共103頁。2）蓋盒式第66頁，共103頁。3）翻轉(zhuǎn)式第67頁，共103頁。二、機(jī)柜的結(jié)構(gòu)形式1常見機(jī)柜的結(jié)構(gòu)常見機(jī)柜的結(jié)構(gòu)形式有三種：立式、組合式和琴柜式，如圖所示。第68頁，共103頁。2.外插式積木化結(jié)構(gòu) 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子儀器、設(shè)備在工業(yè)和民用中得到廣泛的應(yīng)用，促使人們將能獨(dú)立的功能單元設(shè)計(jì)成臺式設(shè)備，它既能上架、柜使用，又能單獨(dú)使用。接著又發(fā)展到由多臺臺式設(shè)備組合使用，各種設(shè)備間的連接由內(nèi)連接轉(zhuǎn)到外連接，從而形成了外插式積木化結(jié)構(gòu)機(jī)柜

34、并得到日益廣泛的應(yīng)用。第69頁，共103頁。機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)和特點(diǎn) 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù) 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是在總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)所確定的原理方案，確定并繪出具體的結(jié)構(gòu)圖，以體現(xiàn)所要求的功能。是將抽象的工作原理具體化為某類構(gòu)件或零部件，具體內(nèi)容為在確定結(jié)構(gòu)件的材料、形狀、尺寸、公差、熱處理方式和表面狀況的同時(shí)，還須考慮其加工工藝、強(qiáng)度、剛度、精度以及與其它零件相互之間關(guān)系等問題。所以，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的直接產(chǎn)物雖是技術(shù)圖紙，但結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作不是簡單的機(jī)械制圖，圖紙只是表達(dá)設(shè)計(jì)方案的語言，綜合技術(shù)的具體化是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容。第70頁，共103頁。機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)有：

35、 （1）它是集思考、繪圖、計(jì)算（有時(shí)進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)）于一體的設(shè)計(jì)過程，是機(jī)械設(shè)計(jì)中涉及的問題最多、最具體、工作量最大的工作階段，在整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，平均約80%的時(shí)間用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對機(jī)械設(shè)計(jì)的成敗起著舉足輕重的作用。 （2）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的多解性，即滿足同一設(shè)計(jì)要求的機(jī)械結(jié)構(gòu)并不是唯一的。 （3）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段是一個(gè)很活躍的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，常常需反復(fù)交叉的進(jìn)行。為此，在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須了解從機(jī)器的整體出發(fā)對機(jī)械結(jié)構(gòu)的基本要求.第71頁，共103頁。結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)要素和設(shè)計(jì)方法 1 結(jié)構(gòu)件的幾何要素2 結(jié)構(gòu)件之間的聯(lián)接3 結(jié)構(gòu)件的材料及熱處理第72頁，共103頁。結(jié)構(gòu)件的幾何要素 機(jī)械結(jié)構(gòu)

36、的功能主要是靠機(jī)械零部件的幾何形狀及各個(gè)零部件之間的相對位置關(guān)系實(shí)現(xiàn)的。零部件的幾何形狀由它的表面所構(gòu)成，一個(gè)零件通常有多個(gè)表面，在這些表面中有的與其它零部件表面直接接觸，把這一部分表面稱為功能表面。在功能表面之間的聯(lián)結(jié)部分稱為聯(lián)接表面。 零件的功能表面是決定機(jī)械功能的重要因素，功能表面的設(shè)計(jì)是零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心問題。描述功能表面的主要幾何參數(shù)有表面的幾何形狀、尺寸大小、表面數(shù)量、位置、順序等。通過對功能表面的變異設(shè)計(jì)，可以得到為實(shí)現(xiàn)同一技術(shù)功能的多種結(jié)構(gòu)方案。第73頁，共103頁。結(jié)構(gòu)件之間的聯(lián)接 在機(jī)器或機(jī)械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中除了研究零件本身的功能和其它特征外

37、，還必須研究零件之間的相互關(guān)系。 零件的相關(guān)分為直接相關(guān)和間接相關(guān)兩類。凡兩零件有直接裝配關(guān)系的，成為直接相關(guān)。沒有直接裝配關(guān)系的相關(guān)成為間接相關(guān)。間接相關(guān)又分為位置相關(guān)和運(yùn)動相關(guān)兩類。位置相關(guān)是指兩零件在相互位置上有要求，如減速器中兩相鄰的傳動軸，其中心距必須保證一定的精度，兩軸線必須平行，以保證齒輪的正常嚙合。運(yùn)動相關(guān)是指一零件的運(yùn)動軌跡與另一零件有關(guān)，如車床刀架的運(yùn)動軌跡必須平行于于主軸的中心線，這是靠床身導(dǎo)軌和主軸軸線相平行來保證的，所以，主軸與導(dǎo)軌之間位置相關(guān)；而刀架與主軸之間為運(yùn)動相關(guān)。第74頁，共103頁。 多數(shù)零件都有兩個(gè)或更多的直接相關(guān)零件，故每個(gè)零件大都具有兩個(gè)或多個(gè)部位在

38、結(jié)構(gòu)上與其它零件有關(guān)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，兩零件直接相關(guān)部位必須同時(shí)考慮，以便合理地選擇材料的熱處理方式、形狀、尺寸、精度及表面質(zhì)量等。同時(shí)還必須考慮滿足間接相關(guān)條件，如進(jìn)行尺寸鏈和精度計(jì)算等。一般來說，若某零件直接相關(guān)零件愈多，其結(jié)構(gòu)就愈復(fù)雜；零件的間接相關(guān)零件愈多，其精度要求愈高。第75頁，共103頁。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)據(jù)結(jié)構(gòu)件的材料及熱處理不同應(yīng)注意的問題 設(shè)計(jì)中可選擇的材料眾多，不同的材料具有不同的性質(zhì)，對應(yīng)不同的加工工藝，既要根據(jù)功能要求合理地選擇材料，又要根據(jù)材料的種類確定適當(dāng)?shù)募庸すに?，并根?jù)加工工藝的要求確定適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，只有通過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)才能使所選擇的材料最充分的發(fā)揮優(yōu)勢。 設(shè)計(jì)者要做

39、到正確地選擇材料就必須充分地了解所選材料的力學(xué)性能、加工性能、使用成本等信息。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)所選材料的特性及其所對應(yīng)的加工工藝而遵循不同的設(shè)計(jì)原則。 如：鋼材受拉和受壓時(shí)的力學(xué)特性基本相同，因此鋼梁結(jié)構(gòu)多為對稱結(jié)構(gòu)。鑄鐵材料的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度，因此承受彎矩的鑄鐵結(jié)構(gòu)截面多為非對稱形狀，以使承載時(shí)最大壓應(yīng)力大于最大拉應(yīng)力，圖示為兩種鑄鐵支架比較。 第76頁，共103頁。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中通常通過加大截面尺寸的方法增大結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，但是鑄造結(jié)構(gòu)中如果壁厚過大則很難保證鑄造質(zhì)量，所以鑄造結(jié)構(gòu)通常通過加筋板和隔板的方法加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度。塑料材料由于剛度差，鑄造后的冷卻不均勻造成的內(nèi)應(yīng)力極易

40、引起結(jié)構(gòu)的翹曲，所以塑料結(jié)構(gòu)的筋板與壁厚相近并均勻?qū)ΨQ。第77頁，共103頁。對于需要熱處理加工的零件，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的要求有如下幾點(diǎn)：（1）零件的幾何形狀應(yīng)力求簡單、對稱，理想的形狀為球形。 （2）具有不等截面的零件，其大小截面的變化必須平緩，避免突變。如果相鄰部分的變化過大，大小截面冷卻不均，必然形成內(nèi)應(yīng)力。（3）避免銳邊尖角結(jié)構(gòu)，為了防止銳邊尖角處熔化或過熱，一般在槽或孔的邊緣上切出2mm的倒角。 （4）避免厚薄懸殊的截面，厚薄懸殊的截面在淬火冷卻時(shí)易變形，開裂的傾向較大。 第78頁，共103頁。1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求 2機(jī)械結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 第79頁，共103頁。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本

41、要求 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 機(jī)械產(chǎn)品應(yīng)用于各行各業(yè)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求也是千差萬別，但都有相同的共性部分。下面就機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三個(gè)不同層次來說明對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。 1功能設(shè)計(jì) 滿足主要機(jī)械功能要求，在技術(shù)上的具體化。如工作原理的實(shí)現(xiàn)、工作的可靠性、工藝、材料和裝配等方面。 2質(zhì)量設(shè)計(jì) 兼顧各種要求和限制，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能價(jià)格比，它是現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)的特征。具體為操作、美觀、成本、安全、環(huán)保等眾多其它要求和限制。第80頁，共103頁。 3優(yōu)化設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì) 用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變元等方法系統(tǒng)地構(gòu)造優(yōu)化設(shè)計(jì)空間，用創(chuàng)造性設(shè)計(jì)思維方法和其它科學(xué)方法進(jìn)行優(yōu)選和創(chuàng)新。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到一個(gè)可行的結(jié)構(gòu)方

42、案一般并不很難。機(jī)械設(shè)計(jì)的任務(wù)是在眾多的可行性方案中尋求較好的或是最好的方案。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提是要能構(gòu)造出大量可供優(yōu)選的可能性方案，即構(gòu)造出大量的優(yōu)化求解空間，這也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最具創(chuàng)造性的地方。 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)目前基本仍局限在用數(shù)理模型描述的那類問題上。而更具有潛力、更有成效的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)建立在由工藝、材料、聯(lián)接方式、形狀、順序、方位、數(shù)量、尺寸等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變元所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)解空間的基礎(chǔ)上。 第81頁，共103頁。機(jī)械結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足作為產(chǎn)品的多方面要求，基本要求有功能、可靠性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性和外觀造型等方面的要求。此外，還應(yīng)改善零件的受力，提高強(qiáng)度、剛度、精度和壽命。因此

43、，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)工作。 由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤或不合理，可能造成零部件不應(yīng)有的失效，使機(jī)器達(dá)不到設(shè)計(jì)精度的要求，給裝配和維修帶來極大的不方便。 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)考慮如下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 第82頁，共103頁。1.實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則2.滿足強(qiáng)度要求的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則3.滿足剛度結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則4.考慮加工工藝的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則5.考慮裝配的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則6.考慮造型設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則第83頁，共103頁。1.實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)主要目的是為了實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能要求，因此實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先考慮的問題。要滿足功能要求，必須做到以下幾點(diǎn)。 (1)明確功能: 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是要根據(jù)其在機(jī)器中的

44、功能和與其他零部件相互的連接關(guān)系，確定參數(shù)尺寸和結(jié)構(gòu)形狀。零部件主要的功能有承受載荷、傳遞運(yùn)動和動力，以及保證或保持有關(guān)零件或部件之間的相對位置或運(yùn)動軌跡等。設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)應(yīng)能滿足從機(jī)器整體考慮對它的功能要求。 (2)功能合理的分配：產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)具體情況，通常有必要將任務(wù)進(jìn)行合理的分配，即將一個(gè)功能分解為多個(gè)分功能。每個(gè)分功能都要有確定的結(jié)構(gòu)承擔(dān)，各部分結(jié)構(gòu)之間應(yīng)具有合理、協(xié)調(diào)的聯(lián)系，以達(dá)到總功能的實(shí)現(xiàn)。多結(jié)構(gòu)零件承擔(dān)同一功能可以減輕零件負(fù)擔(dān)，延長使用壽命。第84頁，共103頁。 V型帶截面的結(jié)構(gòu)是任務(wù)合理分配的一個(gè)例子。纖維繩用來承受拉力；橡膠填充層承受帶彎曲時(shí)的拉伸和壓縮；包布層與帶輪輪槽

45、作用，產(chǎn)生傳動所需的摩擦力。 例如，若只靠螺栓預(yù)緊產(chǎn)生的摩擦力來承受橫向載荷時(shí)，會使螺栓的尺寸過大，可增加抗剪元件，如銷、套筒和鍵等，以分擔(dān)橫向載荷來解決這一問題。第85頁，共103頁。 (3)功能集中：為了簡化機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，降低加工成本，便于安裝，在某些情況下，可由一個(gè)零件或部件承擔(dān)多個(gè)功能。功能集中會使零件的形狀更加復(fù)雜，但要有度，否則反而影響加工工藝、增加加工成本，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況而定。第86頁，共103頁。2.滿足強(qiáng)度要求的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則(1)等強(qiáng)度準(zhǔn)則零件截面尺寸的變化應(yīng)與其內(nèi)應(yīng)力變化相適應(yīng)，使各截面的強(qiáng)度相等。按等強(qiáng)度原理設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，材料可以得到充分的利用，從而減輕了重量、降低成本

46、。如懸臂支架、階梯軸的設(shè)計(jì)等。見圖。第87頁，共103頁。(2)合理力流結(jié)構(gòu) 為了直觀地表示力在機(jī)械構(gòu)件中怎樣傳遞的狀態(tài)，將力看作猶如水在構(gòu)件中流動，這些力線匯成力流。表示這個(gè)力的流動在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考察中起著重要的作用。 力流在構(gòu)件中不會中斷，任何一條力線都不會突然消失，必然是從一處傳入，從另一處傳出。力流的另一個(gè)特性是它傾向于沿最短的路線傳遞，從而在最短路線附近力流密集，形成高應(yīng)力區(qū)。其它部位力流稀疏，甚至沒有力流通過，從應(yīng)力角度上講，材料未能充分利用。因此，若為了提高構(gòu)件的剛度，應(yīng)該盡可能按力流最短路線來設(shè)計(jì)零件的形狀，減少承載區(qū)域，從而累積變形越小，提高了整個(gè)構(gòu)件的剛度，使材料得到充分利用。

47、 如懸臂布置的小錐齒輪，錐齒輪應(yīng)盡量靠近軸承以減小懸臂長度，提高軸的彎曲強(qiáng)度。圖例舉幾個(gè)典型的實(shí)例。第88頁，共103頁。第89頁，共103頁。 (3)減小應(yīng)力集中結(jié)構(gòu) 當(dāng)力流方向急劇轉(zhuǎn)折時(shí)，力流在轉(zhuǎn)折處會過于密集，從而引起應(yīng)力集中，設(shè)計(jì)中應(yīng)在結(jié)構(gòu)上采取措施，使力流轉(zhuǎn)向平緩。 應(yīng)力集中是影響零件疲勞強(qiáng)度的重要因素。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免或減小應(yīng)力集中。其方法在相應(yīng)的章節(jié)會作介紹，如增大過度圓角、采用卸載結(jié)構(gòu)等。第90頁，共103頁。(4)使載荷平衡結(jié)構(gòu) 在機(jī)器工作時(shí)，常產(chǎn)生一些無用的力，如慣性力、斜齒輪軸向力等，這些力不但增加了軸和軸襯等零件的負(fù)荷，降低其精度和壽命，同時(shí)也降低了機(jī)器的傳動效率

48、。所謂載荷平衡就是指采取結(jié)構(gòu)措施部分或全部平衡無用力，以減輕或消除其不良的影響。這些結(jié)構(gòu)措施主要采用平衡元件、對稱布置等。 例如，同一軸上的兩個(gè)斜齒圓柱齒輪所產(chǎn)生的軸向力，可通過合理選擇輪齒的旋向及螺旋角的大小使軸向力相互抵消，使軸承負(fù)載減小。如圖 第91頁，共103頁。第92頁，共103頁。3.滿足結(jié)構(gòu)剛度的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 為保證零件在使用期限內(nèi)正常地實(shí)現(xiàn)其功能，必須使其具有足夠的剛度。4.考慮加工工藝的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的是：保證功能的實(shí)現(xiàn)，使產(chǎn)品達(dá)到要求的性能。但是，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果對產(chǎn)品零部件的生產(chǎn)成本及質(zhì)量有著不可低估的影響。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)力求使產(chǎn)品有良好的加工工藝性

49、。5.考慮裝配的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 裝配是產(chǎn)品制造過程中的重要工序，零部件的結(jié)構(gòu)對裝配的質(zhì)量、成本有直接的影響。有關(guān)裝配的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則簡述如下：第93頁，共103頁。（1）合理劃分裝配單元 整機(jī)應(yīng)能分解成若干可單獨(dú)裝配的單元（部件或組件），以實(shí)現(xiàn)平行且專業(yè)化的裝配作業(yè)，縮短裝配周期，并且便于逐級技術(shù)檢驗(yàn)和維修。（2）使零部件得到正確安裝 保證零件準(zhǔn)確的定位。圖所示的兩法蘭盤用普通螺栓連接。圖（a）所示的結(jié)構(gòu)無徑向定位基準(zhǔn)，裝配時(shí)不能保證兩孔的同軸度；圖（b）以相配的圓柱面作為定位基準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)合理。第94頁，共103頁。避免雙重配合。圖5.8(a)中的零件A有兩個(gè)端面與零件B配合，由于制造誤差，不能保證零件

50、A的正確位置。圖5.8（b）結(jié)構(gòu)合理。第95頁，共103頁。 防止裝配錯(cuò)誤。圖所示軸承座用兩個(gè)銷釘定位。圖（a）中兩銷釘反向布置，到螺栓的距離相等，裝配時(shí)很可能將支座旋轉(zhuǎn)180安裝，導(dǎo)致座孔中心線與軸的中心線位置偏差增大。因此，應(yīng)將兩定位銷布置在同一側(cè)，或使兩定位銷到螺栓的距離不等。 第96頁，共103頁。（3）使零部件便于裝配和拆卸 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)保證有足夠的裝配空間，如扳手空間；避免過長配合以免增加裝配難度，使配合面擦傷，如有些階梯軸的設(shè)計(jì)；為便于拆卸零件，應(yīng)給出安放拆卸工具的位置，如軸承的拆卸。如圖。第97頁，共103頁。6.考慮造型設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)不僅要滿足功能要求，而且還應(yīng)考慮

51、產(chǎn)品造型的美學(xué)價(jià)值，使之對人產(chǎn)生吸引力。從心理學(xué)角度看，人60%的決定取決于第一印象。技術(shù)產(chǎn)品的社會屬性是商品，在買方市場的時(shí)代，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)一個(gè)能吸引顧客的外觀是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)要求；同時(shí)造型美觀的產(chǎn)品可使操作者減少因精力疲憊而產(chǎn)生的誤操作。 外觀設(shè)計(jì)包括三個(gè)方面：造型、顏色和表面處理。 考慮造型時(shí)，應(yīng)注意下述三個(gè)問題：第98頁，共103頁。（1）尺寸比例協(xié)調(diào) 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意保持外形輪廓各部分尺寸之間均勻協(xié)調(diào)的比例關(guān)系，應(yīng)有意識地應(yīng)用黃金分割法來確定尺寸，使產(chǎn)品造型更具美感。（2）形狀簡單統(tǒng)一 機(jī)械產(chǎn)品的外形通常由各種基本的幾何形體（長方體、圓柱體、錐體等）組合而成。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使這些形

52、狀配合適當(dāng)，基本形狀應(yīng)在視覺上平衡，接近對稱又不完全對稱的外形易產(chǎn)生傾倒的感覺；盡量減少形狀和位置的變化，避免過分凌亂；改善加工工藝（3）色彩、圖案的支持和點(diǎn)綴 在機(jī)械產(chǎn)品表面涂漆，除具有防止腐蝕的功能外，還可增強(qiáng)視覺效果。恰當(dāng)?shù)纳士墒共僮髡哐劬Φ钠诔潭冉档?，并能提高對設(shè)備顯示信息的辨別能力。第99頁，共103頁。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作步驟 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程是綜合分析、繪圖、計(jì)算三者相結(jié)合的過程，其過程大致如下： 1.理清主次、統(tǒng)籌兼顧：明確待設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)件的主要任務(wù)和限制，將實(shí)現(xiàn)其目的的功能分解成幾個(gè)功能。然后從實(shí)現(xiàn)機(jī)器主要功能（指機(jī)器中對實(shí)現(xiàn)能量或物料轉(zhuǎn)換起關(guān)鍵作用的基本功能）的零部件入手，通常先從實(shí)現(xiàn)功能的結(jié)構(gòu)表面開始，考慮與其他相關(guān)零件的相互位置、聯(lián)