玩具機械結構設計

1、.：.；玩具機械構造設計5.1.1機械構造設計的義務機械構造設計的義務是在總體設計的根底上，根據(jù)所確定的原理方案，確定并繪出詳細的構造圖，以表達所要求的功能。是將籠統(tǒng)的任務原理詳細化為某類構件或零部件，詳細內容為在確定構造件的資料、外形、尺寸、公差、熱處置方式和外表情況的同時，還須思索其加工工藝、強度、剛度、精度以及與其它零件相互之間關系等問題。所以，構造設計的直接產物雖是技術圖紙，但構造設計任務不是簡單的機械制圖，圖紙只是表達設計方案的言語，綜合技術的詳細化是構造設計的根本內容。5.1.2機械構造設計特點機械構造設計的主要特點有：1它是集思索、繪圖、計算有時進展必要的實驗于一體的設計過程，是

2、機械設計中涉及的問題最多、最詳細、任務量最大的任務階段，在整個機械設計過程中，平均約80%的時間用于構造設計，對機械設計的成敗起著舉足輕重的作用。2機械構造設計問題的多解性，即滿足同一設計要求的機械構造并不是獨一的。3機械構造設計階段是一個很活潑的設計環(huán)節(jié)，經常需反復交叉的進展。為此，在進展機械構造設計時，必需了解從機器的整體出發(fā)對機械構造的根本要求5.2機械構造件的構造要素和設計方法5.2.1構造件的幾何要素機械構造的功能主要是靠機械零部件的幾何外形及各個零部件之間的相對位置關系實現(xiàn)的。零部件的幾何外形由它的外表所構成，一個零件通常有多個外表，在這些外表中有的與其它零部件外表直接接觸，把這一

3、部分外表稱為功能外表。在功能外表之間的結合部分稱為聯(lián)接外表。零件的功能外表是決議機械功能的重要要素，功能外表的設計是零部件構造設計的中心問題。描畫功能外表的主要幾何參數(shù)有外表的幾何外形、尺寸大小、外表數(shù)量、位置、順序等。經過對功能外表的變異設計，可以得到為實現(xiàn)同一技術功能的多種構造方案。5.2.2構造件之間的聯(lián)接在機器或機械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在構造設計中除了研討零件本身的功能和其它特征外，還必需研討零件之間的相互關系。零件的相關分為直接相關和間接相關兩類。凡兩零件有直接裝配關系的，成為直接相關。沒有直接裝配關系的相關成為間接相關。間接相關又分為位置相關和運動相關兩類。位置相關是

4、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，其中心距必需保證一定的精度，兩軸線必需平行，以保證齒輪的正常嚙合。運動相關是指一零件的運動軌跡與另一零件有關，如車床刀架的運動軌跡必需平行于于主軸的中心線，這是靠床身導軌和主軸軸線相平行來保證的，所以，主軸與導軌之間位置相關；而刀架與主軸之間為運動相關。 多數(shù)零件都有兩個或更多的直接相關零件，故每個零件大都具有兩個或多個部位在構造上與其它零件有關。在進展構造設計時，兩零件直接相關部位必需同時思索，以便合理地選擇資料的熱處置方式、外形、尺寸、精度及外表質量等。同時還必需思索滿足間接相關條件，如進展尺寸鏈和精度計算等。普通來說，假設某零件直接相

5、關零件愈多，其構培育愈復雜；零件的間接相關零件愈多，其精度要求愈高。例如，軸轂聯(lián)接見圖5.1。5.2.3構造設計據(jù)構造件的資料及熱處置不同應留意的問題機械設計中可以選擇的資料眾多，不同的資料具有不同的性質，不同的資料對應不同的加工工藝，構造設計中既要根據(jù)功能要求合理地選擇適當?shù)馁Y料，又要根據(jù)資料的種類確定適當?shù)募庸すに嚕⒏鶕?jù)加工工藝的要求確定適當?shù)臉嬙?，只需經過適當?shù)臉嬙煸O計才干使所選擇的資料最充分的發(fā)揚優(yōu)勢。設計者要做到正確地選擇資料就必需充分地了解所選資料的力學性能、加工性能、運用本錢等信息。構造設計中應根據(jù)所選資料的特性及其所對應的加工工藝而遵照不同的設計原那么。如：鋼材受拉和受壓時的

6、力學特性根本一樣，因此鋼梁構造多為對稱構造。鑄鐵資料的抗壓強度遠大于抗拉強度，因此接受彎矩的鑄鐵構造截面多為非對稱外形，以使承載時最大壓應力大于最大拉應力，圖示5.2為兩種鑄鐵支架比較。鋼構造設計中通常經過加大截面尺寸的方法增大構造的強度和剛度，但是鑄造構造中假設壁厚過大那么很難保證鑄造質量，所以鑄造構造通常經過加筋板和隔板的方法加強構造的剛度和強度。塑料資料由于剛度差，鑄造后的冷卻不均勻呵斥的內應力極易引起構造的翹曲，所以塑料構造的筋板與壁厚相近并均勻對稱。對于需求熱處置加工的零件，在進展構造設計時的要求有如下幾點：1零件的幾何外形應力求簡單、對稱，理想的外形為球形。2具有不等截面的零件，其

7、大小截面的變化必需平緩，防止突變。假設相鄰部分的變化過大，大小截面冷卻不均，必然構成內應力。3防止銳邊尖角構造，為了防止銳邊尖角處熔化或過熱，普通在槽或孔的邊緣上切出2mm的倒角。4防止厚薄懸殊的截面，厚薄懸殊的截面在淬火冷卻時易變形，開裂的傾向較大。5.3.1機械構造設計的根本要求 機械產品運用于各行各業(yè)，構造設計的內容和要求也是千差萬別，但都有一樣的共性部分。下面就機械構造設計的三個不同層次來闡明對構造設計的要求。1.功能設計 滿足主要機械功能要求，在技術上的詳細化。如任務原理的實現(xiàn)、任務的可靠性、工藝、資料和裝配等方面。2質量設計 兼顧各種要求和限制，提高產品的質量和性能價錢比，它是現(xiàn)代

8、工程設計的特征。詳細為操作、美觀、本錢、平安、環(huán)保等眾多其它要求和限制。在現(xiàn)代設計中，質量設計相當重要，往往決議產品的競爭力。那種只滿足主要技術功能要求的機械設計時代曾經過去，統(tǒng)籌兼顧各種要求，提高產品的質量，是現(xiàn)代機械設計的關鍵所在。與思索任務原理相比，兼顧各種要求似乎只是設計細節(jié)上的問題，然而細節(jié)的總和是質量，產質量量問題不僅是工藝和資料的問題，提高質量應始于設計。3優(yōu)化設計和創(chuàng)新設計 用構造設計變元等方法系統(tǒng)地構造優(yōu)化設計空間，用發(fā)明性設計思想方法和其它科學方法進展優(yōu)選和創(chuàng)新。對產質量量的提高永無盡頭，市場的競爭日趨猛烈，需求向個性化方向開展。因此，優(yōu)化設計和創(chuàng)新設計在現(xiàn)代機械設計中的作

9、用越來越重要，它們將是未來技術產品開發(fā)的競爭焦點。構造設計中得到一個可行的構造方案普通并不很難。機械設計的義務是在眾多的可行性方案中尋求較好的或是最好的方案。構造優(yōu)化設計的前提是要能構造出大量可供優(yōu)選的能夠性方案，即構造出大量的優(yōu)化求解空間，這也是構造設計最具發(fā)明性的地方。構造優(yōu)化設計目前根本仍局限在用數(shù)理模型描畫的那類問題上。而更具有潛力、更有效果的構造優(yōu)化設計應建立在由工藝、資料、聯(lián)接方式、外形、順序、方位、數(shù)量、尺寸等構造設計變元所構成的構造設計解空間的根底上。5.3.2機械構造根本設計準那么機械設計的最終結果是以一定的構造方式表現(xiàn)出來的，按所設計的構造進展加工、裝配，制呵斥最終的產品。

10、所以，機械構造設計應滿足作為產品的多方面要求，根本要求有功能、可靠性、工藝性、經濟性和外觀外型等方面的要求。此外，還應改善零件的受力，提高強度、剛度、精度和壽命。因此，機械構造設計是一項綜合性的技術任務。由于構造設計的錯誤或不合理，能夠呵斥零部件不應有的失效，使機器達不到設計精度的要求，給裝配和維修帶來極大的不方便。機械構造設計過程中應思索如下的構造設計準那么。1.實現(xiàn)預期功能的設計準那么2.滿足強度要求的設計準那么3.滿足剛度構造的設計準那么4.思索加工工藝的設計準那么5.思索裝配的設計準那么6.思索外型設計的準那么5.3.2機械構造根本設計準那么實現(xiàn)預期功能的設計準那么產品的設計主要目的是

11、為了實現(xiàn)預定的功能要求，因此實現(xiàn)預期功能的設計準那么是構造設計首先思索的問題。要滿足功能要求，必需做到以下幾點。(1)明確功能: 構造設計是要根據(jù)其在機器中的功能和與其他零部件相互的銜接關系，確定參數(shù)尺寸和構造外形。零部件主要的功能有接受載荷、傳送運動和動力，以及保證或堅持有關零件或部件之間的相對位置或運動軌跡等。設計的構造應能滿足從機器整體思索對它的功能要求。(2)功能合理的分配：產品設計時，根據(jù)詳細情況，通常有必要將義務進展合理的分配，即將一個功能分解為多個分功能。每個分功能都要有確定的構造承當，各部分構造之間應具有合理、協(xié)調的聯(lián)絡，以到達總功能的實現(xiàn)。多構造零件承當同一功能可以減輕零件負

12、擔，延伸運用壽命。V型帶截面的構造是義務合理分配的一個例子。纖維繩用來接受拉力；橡膠填充層接受帶彎曲時的拉伸和緊縮；包布層與帶輪輪槽作用，產生傳動所需的摩擦力。例如，假設只靠螺栓預緊產生的摩擦力來接受橫向載荷時，會使螺栓的尺寸過大，可添加抗剪元件，如銷、套筒和鍵等，以分擔橫向載荷來處理這一問題。(3)功能集中：為了簡化機械產品的構造，降低加工本錢，便于安裝，在某些情況下，可由一個零件或部件承當多個功能。功能集中會使零件的外形更加復雜，但要有度，否那么反而影響加工工藝、添加加工本錢，設計時應根據(jù)詳細情況而定。5.3.2機械構造根本設計準那么2.滿足強度要求的設計準那么等強度準那么零件截面尺寸的變

13、化應與其內應力變化相順應，使各截面的強度相等。按等強度原理設計的構造，資料可以得到充分的利用，從而減輕了分量、降低本錢。如懸臂支架、階梯軸的設計等。見圖5.3。圖5.3 合理力流構造為了直觀地表示力在機械構件中怎樣傳送的形狀，將力看作猶如水在構件中流動，這些力線匯成力流。表示這個力的流動在構造設計調查中起著重要的作用。力流在構件中不會中斷，任何一條力線都不會忽然消逝，必然是從一處傳入，從另一處傳出。力流的另一個特性是它傾向于沿最短的道路傳送，從而在最短道路附近力流密集，構成高應力區(qū)。其它部位力流稀疏，甚至沒有力流經過，從應力角度上講，資料未能充分利用。因此，假設為了提高構件的剛度，應該盡能夠按

14、力流最短道路來設計零件的外形，減少承載區(qū)域，從而累積變形越小，提高了整個構件的剛度，使資料得到充分利用。如懸臂布置的小錐齒輪，錐齒輪應盡量接近軸承以減小懸臂長度，提高軸的彎曲強度。圖5.4例舉幾個典型的實例。減小應力集中構造當力流方向急劇轉機時，力流在轉機處會過于密集，從而引起應力集中，設計中應在構造上采取措施，使力流轉向平緩。應力集中是影響零件疲勞強度的重要要素。構造設計時，應盡量防止或減小應力集中。其方法在相應的章節(jié)會作引見，如增大過度圓角、采用卸載構造等。如圖5.5。使載荷平衡構造在機器任務時，常產生一些無用的力，如慣性力、斜齒輪軸向力等，這些力不但添加了軸和軸襯等零件的負荷，降低其精度

15、和壽命，同時也降低了機器的傳動效率。所謂載荷平衡就是指采取構造措施部分或全部平衡無用力，以減輕或消除其不良的影響。這些構造措施主要采用平衡元件、對稱布置等。例如，同一軸上的兩個斜齒圓柱齒輪所產生的軸向力，可經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，使軸承負載減小。如圖5.6。5.3.2機械構造根本設計準那么3.滿足構造剛度的設計準那么為保證零件在運用期限內正常地實現(xiàn)其功能，必需使其具有足夠的剛度。5.3.2機械構造根本設計準那么4.思索加工工藝的設計準那么機械零部件構造設計的主要目的是：保證功能的實現(xiàn)，使產品到達要求的性能。但是，構造設計的結果對產品零部件的消費本錢及質量有著不可低

16、估的影響。因此，在構造設計中應力求使產品有良好的加工工藝性所謂好的加工工藝指的是零部件的構造易于加工制造，任何一種加工方法都有能夠不能制造某些構造的零部件，或消費本錢很高，或質量遭到影響。因此，對于設計者認識一種加工方法的特點非常重要，以便在設計構造時盡能夠的揚長避短。實踐中，零部件構造工藝性遭到諸多要素的制約，如消費批量的大小會影響坯件的生成方法；消費設備的條件能夠會限制工件的尺寸；此外，外型、精度、熱處置、本錢等方面都有能夠對零部件構造的工藝性有制約作用。因此，構造設計中應充分思索上述要素對工藝性的影響。5.3.2機械構造根本設計準那么5.思索裝配的設計準那么裝配是產品制造過程中的重要工序

17、，零部件的構造對裝配的質量、本錢有直接的影響。有關裝配的構造設計準那么簡述如下合理劃分裝配單元整機應能分解成假設干可單獨裝配的單元部件或組件，以實現(xiàn)平行且專業(yè)化的裝配作業(yè)，縮短裝配周期，并且便于逐級技術檢驗和維修。2使零部件得到正確安裝-保證零件準確的定位。圖5.7所示的兩法蘭盤用普通螺栓銜接。圖a所示的構造無徑向定位基準，裝配時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，構造合理。-防止雙重配合。圖5.8(a)中的零件A有兩個端面與零件B配合，由于制造誤差，不能保證零件A的正確位置。圖5.8b構造合理。-防止裝配錯誤。圖5.9所示軸承座用兩個銷釘定位。圖a中兩銷釘反向布置，到螺栓的

18、間隔 相等，裝配時很能夠將支座旋轉180安裝，導致座孔中心線與軸的中心線位置偏向增大。因此，應將兩定位銷布置在同一側，或使兩定位銷到螺栓的間隔 不等圖5.9使零部件便于裝配和裝配構造設計中，應保證有足夠的裝配空間，如扳手空間；防止過長配合以免添加裝配難度，使配合面擦傷，如有些階梯軸的設計；為便于裝配零件，應給出安放裝配工具的位置，如軸承的裝配。如圖5-10。5.3.2機械構造根本設計準那么6.思索外型設計的準那么產品的設計不僅要滿足功能要求，而且還應思索產品外型的美學價值，使之對人產生吸引力。從心思學角度看，人60%的決議取決于第一印象。技術產品的社會屬性是商品，在買方市場的時代，為產品設計一

19、個能吸引顧客的外觀是一個重要的設計要求；同時外型美觀的產品可使操作者減少因精神疲憊而產生的誤操作。外觀設計包括三個方面：外型、顏色和外表處置。思索外型時，應留意下述三個問題：尺寸比例協(xié)調在構造設計時，應留意堅持外形輪廓各部分尺寸之間均勻協(xié)調的比例關系，應有認識地運用黃金分割法來確定尺寸，使產品外型更具美感。外形簡單一致機械產品的外形通常由各種根本的幾何形體長方體、圓柱體、錐體等組合而成。構造設計時，應使這些外形配適宜當，根本外形應在視覺上平衡，接近對稱又不完全對稱的外形易產生傾倒的覺得；盡量減少外形和位置的變化，防止過分混亂；改善加工工藝顏色、圖案的支持和點綴在機械產品外表涂漆，除具有防止腐蝕

20、的功能外，還可加強視覺效果。恰當?shù)念伾墒共僮髡哐劬Φ钠诔潭冉档停⒛芴岣邔υO備顯示信息的區(qū)分才干。單色只運用于小構件。大的特別是運動構件假設只用一種顏色就會顯得單調無層次，一個小小的附加色塊會使整個顏色活潑起來。在多個顏色并存的情況下，應有一個起主導作用的底色，和底色相對應的顏色叫對比色。但在一個產品上，不同顏色的數(shù)量不宜太多，太多的顏色會給人一種華而不實的覺得。溫馨的顏色大約位于從淺黃、綠黃到棕的區(qū)域。這個趨勢是漸暖，正黃正綠往往顯得不溫馨；劇烈的灰顏色顯得壓制。對于冷環(huán)境運用暖色，如黃、橙黃和紅。對于熱環(huán)境用冷色，如淺藍。一切顏色都應淡化。另外，經過一定的顏色配置可使產品顯得平安、穩(wěn)定

21、。將外形變化小的、面積較大的平面配置淡色，而將運動、活潑輪廓的元件配置深色；深色應安頓于機械的下部，淡色置于上部。5.4機械構造設計的任務步驟不同類型的機械構造設計中各種詳細情況的差別很大，沒有必要以某種步驟按部就班的進展。通常是確定完成既定功能零部件的外形、尺寸和規(guī)劃。構造設計過程是綜合分析、繪圖、計算三者相結合的過程，其過程大致如下：理清主次、統(tǒng)籌兼顧：明確待設計構造件的主要義務和限制，將實現(xiàn)其目的的功能分解成幾個功能。然后從實現(xiàn)機器主要功能指機器中對實現(xiàn)能量或物料轉換起關鍵作用的根本功能的零部件入手，通常先從實現(xiàn)功能的構造外表開場，思索與其他相關零件的相互位置、結合關系，逐漸同其它外表一

22、同銜接成一個零件，再將這個零件與其它零件結合成部件，最終組合成實現(xiàn)主要功能的機器。而后，再確定次要的、補充或支持主要部件的部件，如：密封、光滑及維護保養(yǎng)等。繪制草圖：在分析確定構造的同時，粗略估算構造件的主要尺寸并按一定的比例，經過繪制草圖，初定零部件的構造。圖中應表示出零部件的根本外形，主要尺寸，運動構件的極限位置，空間限制，安裝尺寸等。同時構造設計中要充分留意規(guī)范件、常用件和通用件的運用，以減少設計與制造的任務量。對初定的構造進展綜合分析，確定最后的構造方案：綜合過程是指找出實現(xiàn)功能目的各種可供選擇的構造的一切任務。分析過程那么是評價、比較并最終確定構造的任務。可經過改動任務面的大小、方位、數(shù)量及構件資料、外表特性、銜接方式，系統(tǒng)