材料加工新技術(shù)與新工藝結(jié)構(gòu)方案的創(chuàng)新設(shè)計課件

材料加工新技術(shù)與新工藝結(jié)構(gòu)方案的創(chuàng)新設(shè)計課件1

機械創(chuàng)新設(shè)計機械工程與自動化學(xué)院機械設(shè)計系機械創(chuàng)新設(shè)計機械工程與自動化學(xué)院機械設(shè)計系2第七章結(jié)構(gòu)方案的創(chuàng)新設(shè)計第七章結(jié)構(gòu)方案的創(chuàng)新設(shè)計3 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是在總體設(shè)計的基礎(chǔ)上，根據(jù)所確定的原理方案，決定滿足功能要求的機械結(jié)構(gòu)，需要決定的內(nèi)容包括：7.0引言 結(jié)構(gòu)的類型和組成， 結(jié)構(gòu)中所有零部件的形狀、尺寸、位置、數(shù)量、材料、熱處理方式和表面狀況， 所確定的結(jié)構(gòu)除應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)原理方案所規(guī)定的動作要求外，還應(yīng)能滿足設(shè)計對結(jié)構(gòu)的強度、剛度、精度、穩(wěn)定性、工藝性、壽命、可靠性等方面的要求。 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是在總體設(shè)計的基礎(chǔ)上，根據(jù)所確定的原理方4 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要特征之一是設(shè)計問題的多解性，即滿足同一設(shè)計要求的機械結(jié)構(gòu)并不是唯一的。7.0引言 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是在眾多的可行結(jié)構(gòu)方案中尋求較好的或最好的方案。 找出所有的局部最優(yōu)解，并從中找出全局最優(yōu)解，得到最好的設(shè)計方案。這就需要發(fā)揮創(chuàng)造性思維方法的作用。 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要特征之一是設(shè)計問題的多解性，即滿足同一設(shè)5結(jié)構(gòu)方案的變異設(shè)計方法使設(shè)計者從一個已知的可行結(jié)構(gòu)方案出發(fā)，通過變換得到大量的可行方案。7.1結(jié)構(gòu)方案的變異設(shè)計通過對這些方案中參數(shù)的優(yōu)化，可以使設(shè)計者得到多個局部最優(yōu)解，再通過對這些局部最優(yōu)解的分析和比較，就可以得到較優(yōu)解或全局最優(yōu)解。 變異設(shè)計的目的是尋求滿足設(shè)計要求的獨立的設(shè)計方案，以便對其進行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)方案的變異設(shè)計方法使設(shè)計者從一個已知的可6 變異設(shè)計的基本方法是首先通過對結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的分析，得出一般結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中所包含的技術(shù)要素的構(gòu)成。7.1結(jié)構(gòu)方案的變異設(shè)計 然后再分析每一個技術(shù)要素的取值范圍，通過對這些技術(shù)要素在各自的取值范圍內(nèi)的充分組合，就可以得到足夠多的獨立的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。 變異設(shè)計的基本方法是首先通過對結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的分析，得出一般7 一般機械結(jié)構(gòu)的技術(shù)要素包括零件的幾何形狀，零件之間的聯(lián)接和零件的材料及熱處理方式。以下分別分析這幾個技術(shù)要素的變異設(shè)計方法。7.1結(jié)構(gòu)方案的變異設(shè)計 一般機械結(jié)構(gòu)的技術(shù)要素包括零件的幾何形狀，零件之間的聯(lián)接和8機械結(jié)構(gòu)的功能主要是靠機械零部件的幾何形狀及各個零部件之間的相對位置關(guān)系實現(xiàn)的。7.1.1功能面的變異 零件的幾何形狀由它的表面所構(gòu)成，一個零件通常有多個表面，在這些表面中與其他零部件相接觸的表面，與工作介質(zhì)或被加工物體相接觸的表面稱為功能表面。 零件的功能表面是決定機械功能的重要因素，功能表面的設(shè)計是零部件設(shè)計的核心問題。通過對功能表面的變異設(shè)計，可以得到為實現(xiàn)同一技術(shù)功能的多種結(jié)構(gòu)方案。機械結(jié)構(gòu)的功能主要是靠機械零部件的幾何形狀及9描述功能表面的主要幾何參數(shù)有表面的形狀、尺寸大小、表面數(shù)量、位置、順序等。通過對這幾個方面的變異，可以得到多組構(gòu)型方案。7.1.1功能面的變異描述功能表面的主要幾何參數(shù)有表面的形狀、尺寸107.1.1功能面的變異7.1.1功能面的變異117.1.1功能面的變異壓簧的壓縮距離不應(yīng)過大，否則容易引起彈簧的失穩(wěn)，如確需使用較大的壓縮距離則應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。拉簧無失穩(wěn)問題，設(shè)計中受空間約束較少，既可單獨使用，也可與搖桿及繩索等配合使用。板簧通常剛度較大，可在較小的變形條件下產(chǎn)生較大的壓緊力。7.1.1功能面的變異壓簧的壓縮距離不應(yīng)過大，否則容易引起127.1.1功能面的變異7.1.1功能面的變異13機器上的按鍵外形通常為方形或圓形，這種形狀的按鍵在控制面板上占用較大的面積。7.1.1功能面的變異由于采用三角形按鍵，使最小寬度縮小為24mm，比原方案減小29％。機器上的按鍵外形通常為方形或圓形，這種形狀的按鍵在控14在包含中間齒輪的直齒圓柱齒輪傳動中，中間軸所受合力的大小與三個軸的相對位置有關(guān)。7.1.1功能面的變異在包含中間齒輪的直齒圓柱齒輪傳動中，中間軸所受合力的15挺桿2與搖桿1通過一球面相接觸，球面在挺桿上。7.1.1功能面的變異將球面改在搖桿上，則接觸面上的法線方向始終平行于挺桿軸線方向，不產(chǎn)生橫向推力。挺桿2與搖桿1通過一球面相接觸，球面在挺桿上。7.1.16上方零件為凹形，下方零件為凸形。7.1.1功能面的變異上方零件為凹形，下方零件為凸形。7.1.1功能面的177.1.1功能面的變異曲柄搖桿機構(gòu)偏心輪機構(gòu)機構(gòu)中銷孔尺寸變化7.1.1功能面的變異曲柄搖桿機構(gòu)偏心輪機構(gòu)機構(gòu)中銷孔尺寸187.1.1功能面的變異普通電動機中轉(zhuǎn)子和定子的布置直線方向布置直線方向布置的轉(zhuǎn)子和定子再沿另一軸線旋轉(zhuǎn)7.1.1功能面的變異普通電動機中轉(zhuǎn)子和定子的布置直線方向19一個不與其他零部件相接觸的零件具有6個自由度，機械設(shè)計中通過規(guī)定零件之間適當(dāng)?shù)穆?lián)接方式限制零件的某些自由度，保留機器的功能所必需的自由度，使機器在工作中能夠?qū)崿F(xiàn)確定形式的運動關(guān)系。7.1.2聯(lián)接的變異聯(lián)接的作用是通過零件的工作表面與其他零件的相應(yīng)表面的接觸實現(xiàn)的，不同形式的聯(lián)接由于相接觸的工作表面形狀不同，表面間所施加的緊固力不同，從而對零件的自由度形成不同的約束。一個不與其他零部件相接觸的零件具有6個自由度，機械設(shè)20以軸轂聯(lián)接為例。按照設(shè)計要求，軸與輪轂的聯(lián)接對相對運動自由度的限制可能有：7.1.2聯(lián)接的變異1．固定聯(lián)接，限制6個相對運動自由度。2．滑動聯(lián)接，限制5個相對運動自由度。3．轉(zhuǎn)動聯(lián)接，限制5個相對運動自由度。4．移動、轉(zhuǎn)動聯(lián)接，限制5個相對運動自由度。以軸轂聯(lián)接為例。按照設(shè)計要求，軸與輪轂的聯(lián)接對相對運動自217.1.2聯(lián)接的變異3．轉(zhuǎn)動聯(lián)接，限制5個相對運動自由度。4．移動、轉(zhuǎn)動聯(lián)接，限制5個相對運動自由度。聯(lián)接中軸的截面形狀必須是圓形由于輪轂要相對于軸移動，所以聯(lián)接中軸的表面形狀必須是柱面(不能是錐面)考慮加工方便和避免產(chǎn)生附加軸向力通常也采用柱面兩種聯(lián)接中的軸表面形狀為圓柱面7.1.2聯(lián)接的變異3．轉(zhuǎn)動聯(lián)接，限制5個相對運動自由227.1.2聯(lián)接的變異1．固定聯(lián)接，限制6個相對運動自由度。2．滑動聯(lián)接，限制5個相對運動自由度。由于輪轂要相對于軸移動，所以軸表面必須是除完整圓柱面以外的其他柱面，如滑鍵聯(lián)接、導(dǎo)鍵聯(lián)接。固定式聯(lián)接，限制條件少，所有滿足可加工性和可裝配性條件的表面形狀都可以作為這種軸毅聯(lián)接的表面形狀。7.1.2聯(lián)接的變異1．固定聯(lián)接，限制6個相對運動自由237.1.2聯(lián)接的變異按照聯(lián)接中形成鎖合力的條件可將固定式軸轂聯(lián)接分為形鎖合聯(lián)接和力鎖合聯(lián)接。形鎖合聯(lián)接要求被聯(lián)接表面為非圓形，可以是三角形、正方形、六邊形或其他特殊形狀表面。7.1.2聯(lián)接的變異按照聯(lián)接中形成鎖合力的條件可將固定247.1.2聯(lián)接的變異

非圓截面加工困難，特別是非圓截面孔加工更困難，所以這些形狀的截面實際應(yīng)用較少。非圓截面通常通過在圓形截面上銑平面、銑槽或鉆孔等方法產(chǎn)生，通過變換這些平面、槽或孔的尺寸、數(shù)量、在軸段的位置和方向就形成不同形式的軸毅聯(lián)接。7.1.2聯(lián)接的變異非圓截面加工困難，特別是非圓截面孔257.1.2聯(lián)接的變異按照聯(lián)接中形成鎖合力的條件可將固定式軸轂聯(lián)接分為形鎖合聯(lián)接和力鎖合聯(lián)接。

力鎖合聯(lián)接依靠被聯(lián)接件表面間的壓力所派生的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩和軸向力，表面間壓力的產(chǎn)生可以依靠多種不同的結(jié)構(gòu)措施。

過盈配合是一種常用的結(jié)構(gòu)措施，它以最簡單的結(jié)構(gòu)形狀獲得足夠的壓力，缺點是裝配和拆卸都很不方便，并引起較大的應(yīng)力集中。7.1.2聯(lián)接的變異按照聯(lián)接中形成鎖合力的條件可將固定267.1.2聯(lián)接的變異

常用的形鎖合聯(lián)接有銷聯(lián)接、平鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、成形聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接。7.1.2聯(lián)接的變異常用的形鎖合聯(lián)接有銷聯(lián)接、平鍵277.1.2聯(lián)接的變異

為構(gòu)造裝拆方便的力鎖合聯(lián)接結(jié)構(gòu)必須使聯(lián)接裝配時表面間無過盈，裝配后通過其他調(diào)整措施使表面間產(chǎn)生過盈，拆卸過程則相反。

常用的力鎖合聯(lián)接有楔鍵聯(lián)接、彈性環(huán)聯(lián)接、圓柱面過盈聯(lián)接、圓錐面過盈聯(lián)接、頂絲聯(lián)接、容差環(huán)聯(lián)接、星盤聯(lián)接、壓套聯(lián)接和液壓漲套聯(lián)接等7.1.2聯(lián)接的變異為構(gòu)造裝拆方便的力鎖合聯(lián)接結(jié)構(gòu)必須287.1.2聯(lián)接的變異

常用的力鎖合聯(lián)接7.1.2聯(lián)接的變異常用的力鎖合聯(lián)接297.1.3支承的變異軸系的工作性能與它的支承設(shè)計的狀況和質(zhì)量密切相關(guān)。旋轉(zhuǎn)軸至少需要兩個相距一定距離的支點支承，支承的變異設(shè)計包括支點位置變異和支點軸承的種類及其組合的變異。7.1.3支承的變異軸系的工作性能與它的支承設(shè)計307.1.3支承的變異以錐齒輪傳動為例分析支點位置變異問題，錐齒輪傳動的兩軸各有兩個支點，每個支點相對于傳動零件的位置可以在左側(cè)，也可以在右側(cè)，兩個支點的位置可能有3種組合方式:7.1.3支承的變異以錐齒輪傳動為例分析支點位置變317.1.3支承的變異將兩軸的支點位置進行組合得到9種結(jié)構(gòu)方案:7.1.3支承的變異將兩軸的支點位置進行組合得到9種結(jié)構(gòu)327.1.3支承的變異

軸上的每個支點除承受徑向載荷以外還可能同時承受單向或雙向軸向載荷，每個支點承受軸向載荷的方式有4種可能:承受純徑向載荷的支點，可以選用圓柱滾子軸承、滾針軸承、深溝球軸承、調(diào)心球軸承或調(diào)心滾子軸承?？梢赃x用向心推力軸承如圓錐滾子軸承或角接觸球軸承，當(dāng)軸向力較小時也可以選用深溝球軸承、調(diào)心球軸承或調(diào)心滾子軸承等向心軸承，也可以采用向心軸承與承受軸向載荷的推力軸承的組合。用一對向心推力軸承面對面或背對背組合使用，可以使用專門型號的雙列向心推力軸承7.1.3支承的變異軸上的每個支點除承受徑向載荷337.1.3支承的變異將軸系中兩個支點的這4種情況進行組合，得到兩支點軸系承受軸向載荷情況的16種方案dmbebeicicdm軸系在兩個方向上實現(xiàn)完全定位，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用最普遍使軸系在兩個方向上都不定位，稱為兩端游動軸系結(jié)構(gòu)，這種軸系結(jié)構(gòu)適用于軸系可以通過傳動件實現(xiàn)雙向軸向定位的場合只用在軸系只可能產(chǎn)生單方向軸向載荷的場合7.1.3支承的變異將軸系中兩個支點的這4種情況進行組合347.1.4材料的變異

機械設(shè)計中可以選擇的材料種類眾多，不同的材料具有不同的性能，不同的材料對應(yīng)不同的加工工藝。

結(jié)構(gòu)設(shè)計中既要根據(jù)功能的要求合理地選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，又要根?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)計才能使所選擇的材料最充分地發(fā)揮優(yōu)勢。7.1.4材料的變異機械設(shè)計中可以選擇的材料種類357.1.4材料的變異

設(shè)計者要做到正確地選擇結(jié)構(gòu)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。

彈性聯(lián)軸器的設(shè)計中需要選擇彈性元件的材料，由于所選彈性元件材料的不同，使得聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)變化很大。

可選作彈性元件的材料有金屬、橡膠、尼龍、膠木等。7.1.4材料的變異設(shè)計者要做到正確地選擇結(jié)構(gòu)材367.1.4材料的變異

由于彈性元件的壽命短，使用中需多次更換，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)為更換彈性元件提供可能和方便，為更換彈性元件留有必要的操作空間，使更換彈性元件所必須拆卸、移動的零件盡量少。7.1.4材料的變異由于彈性元件的壽命短，使用中377.1.4材料的變異使用不同彈性元件材料的常用彈性聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)7.1.4材料的變異使用不同彈性元件材料的常用彈性聯(lián)軸器387.1.4材料的變異

結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(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)計原則。

鋼材受拉和受壓時的力學(xué)特性基本相同，因此鋼梁結(jié)構(gòu)多為對稱結(jié)構(gòu)。

鑄鐵材料的抗壓強度遠大于抗拉強度，因此承受彎矩的鑄鐵結(jié)構(gòu)截面多為非對稱形狀，以使承載時最大壓應(yīng)力大于最大拉應(yīng)力7.1.4材料的變異結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)根據(jù)所選材料的特397.1.4材料的變異

塑料結(jié)構(gòu)的強度較差，螺紋聯(lián)接件產(chǎn)生的裝配力很容易使塑料零件損壞。

在兩個被聯(lián)接件上分別做出形狀簡單的搭鉤和凹槽，裝配時利用塑料零件彈性變形量大的特點使搭鉤與凹槽互相咬合實現(xiàn)聯(lián)接，裝配過程簡單準(zhǔn)確，便于操作。7.1.4材料的變異塑料結(jié)構(gòu)的強度較差，螺紋聯(lián)接407.1.4材料的變異

設(shè)計的結(jié)果要通過制造和裝配實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計中如果能根據(jù)所選材料的工藝特點合理地確定結(jié)構(gòu)形式則會為制造過程帶來方便。

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中通常通過加大截面尺寸的方法增大結(jié)構(gòu)的強度和剛度。

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)通常通過加肋板和隔板的方法加強結(jié)構(gòu)的剛度和強度。7.1.4材料的變異設(shè)計的結(jié)果要通過制造和裝配實417.1.4材料的變異

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)力極易引起結(jié)構(gòu)翹曲，所以塑料結(jié)構(gòu)的肋板應(yīng)與壁厚相近并均勻?qū)ΨQ。

陶瓷結(jié)構(gòu)的模具成本和燒結(jié)工藝成本遠大于材料成本，所以陶瓷結(jié)構(gòu)設(shè)計中為使結(jié)構(gòu)簡單，通常不考慮節(jié)省材料的原則。7.1.4材料的變異塑料材料由于剛度差，鑄造后的427.1.4材料的變異例7-1棘輪機構(gòu)的變異設(shè)計分析

棘爪頭部的平面與棘輪齒形平面互相接觸，是棘輪機構(gòu)的功能面。7.1.4材料的變異例7-1棘輪機構(gòu)的變異設(shè)計分析437.1.4材料的變異例7-1棘輪機構(gòu)的變異設(shè)計分析

通過變換功能面的形狀方案a和方案c用于單向傳動方案b可用于雙向傳動功能面能承擔(dān)較大的載荷，應(yīng)用較普遍，但承載能力對制造誤差較敏感。7.1.4材料的變異例7-1棘輪機構(gòu)的變異設(shè)計分析447.1.4材料的變異例7-1棘輪機構(gòu)的變異設(shè)計分析通過變換功能面的數(shù)量通過減小輪齒尺寸使輪齒的齒數(shù)增多，由于齒數(shù)增加使傳動的最小反應(yīng)角度減小，傳動精度提高c和d通過兩個棘爪同時受力的方法提高了承載能力。方案b不改變棘輪的形狀，而通過增加棘爪數(shù)量的方法起到在不降低承載能力的前提下提高傳動精度的作用；7.1.4材料的變異例7-1棘輪機構(gòu)的變異設(shè)計分析通457.1.4材料的變異例7-1棘輪機構(gòu)的變異設(shè)計分析通過變換功能面的位置內(nèi)棘輪結(jié)構(gòu)，通過將棘爪設(shè)置在棘輪內(nèi)的方法減小了結(jié)構(gòu)尺寸軸向棘輪結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)只有在空間條件允許的條件下才能應(yīng)用7.1.4材料的變異例7-1棘輪機構(gòu)的變異設(shè)計分析通467.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種裝配結(jié)構(gòu)鉸鏈的一種裝配結(jié)構(gòu)7.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種477.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種裝配結(jié)構(gòu)采用鑄造毛坯時的不同結(jié)構(gòu)方案a和b的外形簡單容易造型，c和d的外形結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但較省材料，而且各部分壁厚較均勻，容易保證鑄造質(zhì)量。7.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種487.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種裝配結(jié)構(gòu)采用整體材料以切削方法成形時的不同結(jié)構(gòu)方案用于單件或小批量生產(chǎn)的情況。下排的幾種結(jié)構(gòu)雖然具有較輕的重量，但并不節(jié)省材料，而且增大切削加工的工作量。7.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種497.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種裝配結(jié)構(gòu)使用薄板沖壓毛坯的不同結(jié)構(gòu)方案沖壓結(jié)構(gòu)具有重量輕、節(jié)省材料和大批量生產(chǎn)成本低的優(yōu)點，特別適合于生產(chǎn)批量較大的場合。包含較小的彎曲半徑，容易引起裂紋和榴皺在條件允許時應(yīng)盡量采用較大的彎曲半徑7.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種507.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種裝配結(jié)構(gòu)使用板材經(jīng)焊接成形的結(jié)構(gòu)適用于結(jié)構(gòu)尺寸較大，而且批量較小的情況。a的焊口只起聯(lián)接作用，基本不承擔(dān)載荷；其余幾種結(jié)構(gòu)的焊口都要承擔(dān)工作載荷，因此對焊接質(zhì)量要求較高；方案c的焊口較長，焊接成本高；方案d中的底板在焊接中容易翹曲，影響焊接質(zhì)量。7.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種517.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種裝配結(jié)構(gòu)使用成型材料并經(jīng)焊接成形的結(jié)構(gòu)由于使用了槽鋼、角鋼、帶鋼等型材，使焊接工作量更小C的焊口承受較大的彎矩，影響其承載能力。7.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種527.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種裝配結(jié)構(gòu)使用整體材料與板材經(jīng)焊接成形的結(jié)構(gòu)7.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種53機械產(chǎn)品的性能不但與原理設(shè)計有關(guān)，結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量也直接影響產(chǎn)品的性能，甚至影響產(chǎn)品功能的實現(xiàn)。7.2提高性能的設(shè)計下面分別分析為提高結(jié)構(gòu)的強度、剛度、精度、工藝性等方面性能常采用的設(shè)計方法和設(shè)計原則。機械產(chǎn)品的性能不但與原理設(shè)計有關(guān)，結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量也直54強度和剛度是結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本問題，通過正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以減小單位載荷所引起的材料應(yīng)力和變形量，提高結(jié)構(gòu)的承載能力。7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計強度和剛度都與結(jié)構(gòu)受力有關(guān)，在外載荷不變的情況下降低結(jié)構(gòu)受力是提高強度和剛度的有效措施。強度和剛度是結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本問題，通過正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計可551．載荷分擔(dān)7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計載荷引起結(jié)構(gòu)受力，如果多種載荷作用在同一結(jié)構(gòu)上就可能引起局部應(yīng)力過大。結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)將載荷由多個結(jié)構(gòu)分別承擔(dān)，這樣有利于降低危險結(jié)構(gòu)處的應(yīng)力，從而提高結(jié)構(gòu)的承載能力，這種方法稱為載荷分擔(dān)。1．載荷分擔(dān)7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計561．載荷分擔(dān)7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計彎矩和扭矩同時作用會在軸上引起較大應(yīng)力。結(jié)構(gòu)中增加了一個支承套，帶輪通過端蓋將扭矩傳給軸，通過軸承將壓軸力傳給支承套。1．載荷分擔(dān)7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計彎矩和扭571．載荷分擔(dān)7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計蝸桿軸系結(jié)構(gòu)蝸桿傳動產(chǎn)生的軸向力較大，使得軸承在承受徑向載荷同時承受較大的軸向載荷。1．載荷分擔(dān)7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計581．載荷分擔(dān)7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計增加了專門承受雙向軸向載荷的雙向推力球軸承，使得各軸承分別發(fā)揮各自承載能力的優(yōu)勢。1．載荷分擔(dān)7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計59

2．載荷平衡7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計 在機械傳動中有些做功的力必須使其沿傳動鏈傳遞，有些不做功的力應(yīng)盡可能使其傳遞路線變短，如果使其在同一零件內(nèi)與其他同類載荷構(gòu)成平衡力系則其他零件不受這些載荷的影響，利于提高結(jié)構(gòu)的承載能力。2．載荷平衡7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計 在機械60

2．載荷平衡7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計行星齒輪結(jié)構(gòu)中齒輪嚙合使中心輪和系桿受力。在對稱位置布置三個行星輪，使行星輪產(chǎn)生的力在中心輪和系桿上合成為力偶，減小了有害力的傳播范圍。2．載荷平衡7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計行星齒輪61

3．減小應(yīng)力集中7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計 應(yīng)力集中是影響承受交變應(yīng)力的結(jié)構(gòu)承載能力的重要因素，結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)設(shè)法緩解應(yīng)力集中。在零件的截面形狀發(fā)生變化處力流會發(fā)生變化，局部力流密度的增加引起應(yīng)力集中。 3．減小應(yīng)力集中7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計 應(yīng)力集中62

3．減小應(yīng)力集中7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計 零件截面形狀的變化越突然，應(yīng)力集中就越嚴重，結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)盡力避免使結(jié)構(gòu)受力較大處的零件形狀突然變化，以減小應(yīng)力集中對強度的影響。 零件受力變形時不同位置的變形阻力(剛度)不相同也會引起應(yīng)力集中，設(shè)計中通過降低應(yīng)力集中處附近的局部剛度可以有效地降低應(yīng)力集中。 3．減小應(yīng)力集中7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計 零件截面63

3．減小應(yīng)力集中7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計過盈配合聯(lián)接結(jié)構(gòu)在輪毅端部應(yīng)力集中嚴重通過降低軸或輪毅相應(yīng)部位的局部剛度使應(yīng)力集中得到有效緩解 3．減小應(yīng)力集中7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計過盈配合聯(lián)64

3．減小應(yīng)力集中7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計 由于結(jié)構(gòu)定位等功能的需要在絕大部分結(jié)構(gòu)中不可避免地會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)尺寸及形狀的變化，這些變化都會引起應(yīng)力集中，如果多種變化出現(xiàn)在同一結(jié)構(gòu)截面處將引起嚴重的應(yīng)力集中，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)盡力避免這種情況。 3．減小應(yīng)力集中7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計 由于結(jié)構(gòu)65

3．減小應(yīng)力集中7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計 軸結(jié)構(gòu)中臺階和鍵槽端部都會引起軸在彎矩作用下的應(yīng)力集中。鍵槽不加工到軸段根部，避免了應(yīng)力集中源的集中兩個應(yīng)力集中源設(shè)計到同一截面處，加劇了局部的應(yīng)力集中 3．減小應(yīng)力集中7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計 軸結(jié)構(gòu)中66

4．減小接觸應(yīng)力7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計 高副接觸零件的接觸強度和接觸剛度都與接觸點的綜合曲率半徑有關(guān)，設(shè)法增大接觸點的綜合曲率半徑是提高這類零件工作能力的重要措施。 漸開線齒輪在齒面上不同位置處的曲率半徑不同，采用正變位可使齒面的工作位置向曲率半徑較大的方向移動，對提高齒輪的接觸強度和彎曲強度都非常有利。 4．減小接觸應(yīng)力7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計 高副接觸67

4．減小接觸應(yīng)力7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計凸球面接觸傳力，綜合曲率半徑較小，接觸應(yīng)力大；綜合曲率半徑依次增大，有利于改善球面支承的強度和剛度。 4．減小接觸應(yīng)力7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計凸球面接觸687.2.2提高精度的設(shè)計通過結(jié)構(gòu)設(shè)計可以減小由于制造、安裝等原因產(chǎn)生的原始誤差，減小由于溫度、磨損、構(gòu)件變形等原因產(chǎn)生的工作誤差，減小執(zhí)行機構(gòu)對各項誤差的敏感程度，從而提高產(chǎn)品的精度。7.2.2提高精度的設(shè)計通過結(jié)構(gòu)設(shè)計可以減小由于69

1．誤差均化7.2.2提高精度的設(shè)計制造和安裝過程中產(chǎn)生的誤差是不可避免的，通過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計可以在原始誤差不變的情況下使執(zhí)行機構(gòu)的誤差較小。試驗證明螺旋傳動的誤差可以小于螺桿本身的螺距誤差。千分尺的累積測量誤差

千分尺螺桿的螺距累積誤差 1．誤差均化7.2.2提高精度的設(shè)計制造和安70

1．誤差均化7.2.2提高精度的設(shè)計機械精度的均化原理：在機構(gòu)中如果有多個聯(lián)接點同時對一種運動起限制作用，則運動件的運動誤差決定于各聯(lián)接點的綜合影響，其運動精度高于一個聯(lián)接點的限制作用。在一定條件下增加螺旋傳動中起作用的螺紋圈數(shù)，使多圈螺紋同時起作用，不但可以提高螺旋傳動的承載能力和耐磨性，而且可以提高傳動精度。 1．誤差均化7.2.2提高精度的設(shè)計機械精度的71

2．誤差合理配置7.2.2提高精度的設(shè)計在機床主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計中，提高主軸前端(工作端)的旋轉(zhuǎn)精度是很重要的設(shè)計目標(biāo)，主軸前支點軸承和主軸后支點軸承的精度都會影響主軸前端的旋轉(zhuǎn)精度，但是影響的程度不相同。 2．誤差合理配置7.2.2提高精度的設(shè)計在機72

3．誤差傳遞7.2.2提高精度的設(shè)計在機械傳動系統(tǒng)中，各級傳動件都會產(chǎn)生運動誤差，傳動件在傳遞必要的運動的同時也不可避免地將誤差傳遞給下一級傳動件。 3．誤差傳遞7.2.2提高精度的設(shè)計在機械傳動73

3．誤差傳遞7.2.2提高精度的設(shè)計如果傳動系統(tǒng)為減速傳動(i>1)，則最后一級傳動所產(chǎn)生的運動誤差對總誤差影響最大，所以在以傳遞運動為主要目的的減速傳動系統(tǒng)設(shè)計中通常將最后一級傳動件的精度設(shè)計得較高；在加速傳動系統(tǒng)(i<1)中第一級傳動所產(chǎn)生的傳動誤差對總誤差影響最大，這樣的傳動系統(tǒng)中通常將第一級傳動件的精度設(shè)計得較高。 3．誤差傳遞7.2.2提高精度的設(shè)計如果傳動系74

4．誤差補償7.2.2提高精度的設(shè)計在機械結(jié)構(gòu)工作過程中會由于溫度變化、受力、磨損等因素使零部件的形狀及相對位置關(guān)系發(fā)生變化，這些變化也常常是影響機械結(jié)構(gòu)工作精度的原因。好的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以減少由于這些因素對工作精度造成的影響。4．誤差補償7.2.2提高精度的設(shè)計75

5．采用誤差較小的近似機構(gòu)7.2.2提高精度的設(shè)計有些應(yīng)用中為簡化機構(gòu)而采用某些近似機構(gòu)，這會引入原理誤差，在條件允許時優(yōu)先采用近似性較好的近似機構(gòu)可以減小原理誤差。

正切機構(gòu)正弦機構(gòu)兩種凸輪近似機構(gòu)都可以得到手輪的旋轉(zhuǎn)運動與擺桿擺動角之間的近似線性關(guān)系。5．采用誤差較小的近似機構(gòu)7.2.2提高精度的76

1．方便裝卡7.2.3提高工藝性的設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計要根據(jù)機械切削加工機床的設(shè)備特點，為裝卡過程提供必要的夾持面，夾持面的形狀和位置應(yīng)使零件在切削力的作用下具有足夠的剛度，零件上的被加工面應(yīng)能夠通過盡量少的裝卡次數(shù)得以完成。如果能夠通過一次裝卡對零件上的多個相關(guān)表面進行加工，這將有效地提高加工效率。1．方便裝卡7.2.3提高工藝性的設(shè)計77

1．方便裝卡7.2.3提高工藝性的設(shè)計只有兩個圓錐表面，用卡盤無法裝卡；增加了兩個圓柱形表面，這個表面在零件工作中不起作用，只是為了實現(xiàn)工藝過程而設(shè)置的，這種表面稱為工藝表面1．方便裝卡7.2.3提高工藝性的設(shè)計只有兩78

1．方便裝卡7.2.3提高工藝性的設(shè)計軸上的兩個鍵槽沿周向成90度布置，這兩個鍵槽必須兩次裝卡才能完成加工將兩個鍵槽布置在同一周向位置，使得可以一次裝卡完成加工，方便了裝卡，提高了加工效率。1．方便裝卡7.2.3提高工藝性的設(shè)計軸上的79

1．方便裝卡7.2.3提高工藝性的設(shè)計沒有可供加工導(dǎo)軌工作表面使用的裝卡定位表面；雖設(shè)置裝卡定位表面，由于表面過小，用它定位裝卡在加工中不能使零件獲得足夠的剛度；增大了定位面的面積，并在上部增加了工藝臍；1．方便裝卡7.2.3提高工藝性的設(shè)計沒有可80

2．方便加工7.2.3提高工藝性的設(shè)計切削加工所要形成的幾何表面的數(shù)量、種類越多，加工所需的工作量就越大，結(jié)構(gòu)設(shè)計中盡量減少加工表面的數(shù)量和種類是一條重要的設(shè)計原則。2．方便加工7.2.3提高工藝性的設(shè)計81

2．方便加工7.2.3提高工藝性的設(shè)計如齒輪箱中同一軸系兩端的軸承受力通常不相等，但是如果將兩軸承選為不同型號，兩軸承孔成為兩個不同尺寸的幾何表面，加工工作量將加大。2．方便加工7.2.3提高工藝性的設(shè)計如82

2．方便加工7.2.3提高工藝性的設(shè)計箱形結(jié)構(gòu)頂面加工2．方便加工7.2.3提高工藝性的設(shè)計箱形結(jié)83

2．方便加工7.2.3提高工藝性的設(shè)計輪毅與輪緣不等寬2．方便加工7.2.3提高工藝性的設(shè)計輪毅與84

3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸7.2.3提高工藝性的設(shè)計加工好的零部件要經(jīng)過裝配才能成為完整的機器，裝配的質(zhì)量直接影響機器設(shè)備的運行質(zhì)量，設(shè)計中是否考慮裝配過程的需要也直接影響裝配工作的難度。3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸7.2.3提高工藝性85

3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸7.2.3提高工藝性的設(shè)計滑動軸承右側(cè)有一個與箱體連通的注油孔，如果裝配中將滑動軸承的方向裝錯將會使滑動軸承和與之配合的軸得不到潤滑。3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸7.2.3提高工藝性86

3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸7.2.3提高工藝性的設(shè)計隨著裝配過程自動化程度的提高，越來越多的裝配工作應(yīng)用了裝配自動線或裝配機器人，這些自動化設(shè)備具有很高的工作速度，但是對零件上的微小差別的分辨能力比人差很多，這就要求設(shè)計人員應(yīng)減少那些具有微小差別的零件種類，或增加容易識別的明顯標(biāo)志，或?qū)⑾嗨频牧慵诳赡艿那闆r下消除差別，合并為同一種零件。3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸7.2.3提高工藝性87

3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸7.2.3提高工藝性的設(shè)計兩個圓柱銷的外形尺寸完全相同，只是材料及熱處理方式不同。3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸7.2.3提高工藝性88

3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸7.2.3提高工藝性的設(shè)計在機械設(shè)計中很多設(shè)計參數(shù)是依靠調(diào)整過程實現(xiàn)的，當(dāng)對機器進行維修時要破壞某些經(jīng)過調(diào)整的裝配關(guān)系，維修后需要重新調(diào)整這些參數(shù)，這就增加了維修工作的難度。結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)減少維修工作中對已有裝配關(guān)系的破壞，使維修更容易進行。3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸7.2.3提高工藝性89

3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸7.2.3提高工藝性的設(shè)計軸承座結(jié)構(gòu)的裝配關(guān)系不獨立，更換軸承時不但需要破壞軸承蓋與軸承座的裝配關(guān)系3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸7.2.3提高工藝性90

3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸7.2.3提高工藝性的設(shè)計機械設(shè)備中的某些零部件由于材料或結(jié)構(gòu)的關(guān)系使用壽命較低，這些零部件在設(shè)備的使用周期內(nèi)需要多次更換，結(jié)構(gòu)設(shè)計中要考慮這些易損零件更換的可能性和方便程度。3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸7.2.3提高工藝性91

3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸7.2.3提高工藝性的設(shè)計

彈性套柱銷聯(lián)軸器的彈性元件由于使用橡膠材料所以壽命較低，聯(lián)軸器兩端通常聯(lián)接較大設(shè)備，更換彈性元件時很難移動這些設(shè)備，結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)為彈性元件的拆卸和裝配留有必要的空間。3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸7.2.3提高工藝性92通過大量事實使人們認識到不能要求操作者無限制地適應(yīng)機器的要求，而應(yīng)使機器的操作方法適應(yīng)人的生理和心理特點，只有這樣才能使操作者在最佳的生理及心理狀態(tài)下工作，使人和機器所組成的人—機系統(tǒng)發(fā)揮最佳效能。7.3結(jié)構(gòu)的宜人化設(shè)計通過大量事實使人們認識到不能要求操作者無限制93人在對機械的操作中通過肌肉發(fā)力對機械做功，通過正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計使操作者在操作中不容易疲勞，是使其連續(xù)正確操作的重要前提條件。7.3.1適合人的生理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1．減少疲勞的設(shè)計當(dāng)操作人員長時間保持某一種姿勢時，身體的某些肌肉長期處于收縮狀態(tài)，肌肉壓迫血管使血液流通受阻，血液不能為肌肉輸送足夠的氧，肌肉的這種工作狀態(tài)稱為靜態(tài)肌肉施力狀態(tài)。設(shè)計與操作有關(guān)的結(jié)構(gòu)時應(yīng)考慮操作者的肌肉受力狀態(tài)，盡力避免使肌肉處于靜態(tài)肌肉施力狀態(tài)。人在對機械的操作中通過肌肉發(fā)力對機械做功，通過正確的947.3.1適合人的生理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1．減少疲勞的設(shè)計7.3.1適合人的生理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計1．減少疲勞957.3.1適合人的生理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1．減少疲勞的設(shè)計試驗證明人在靜態(tài)施力狀態(tài)下能夠持續(xù)工作的時間與施力大小有關(guān)。當(dāng)以最大能力施力時肌肉的供血幾乎中斷，施力只能持續(xù)幾秒鐘。隨著施力的減小能夠持續(xù)工作的時間加長。7.3.1適合人的生理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計1．減少疲勞967.3.1適合人的生理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2．容易發(fā)力的設(shè)計操作者在操作機器時需要用力，人在處于不同姿勢、向不同方向用力時發(fā)力能力差別很大。試驗表明人手臂發(fā)力能力的一般規(guī)律是右手發(fā)力大于左手，向下發(fā)力大于向上發(fā)力，向內(nèi)大于向外，拉力大于推力，沿手臂方向大于垂直手臂方向。人以站立姿勢操作時手臂所能施加的操縱力明顯大于坐姿，但是長時間站立容易疲勞，站立操作的動作精度比坐姿操作的精度低。7.3.1適合人的生理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計2．容易發(fā)力977.3.1適合人的生理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2．容易發(fā)力的設(shè)計在設(shè)計需要人操作的機器時，首先要選擇操作者的操作姿勢，一般優(yōu)先選擇坐姿，特別是動作頻率高、精度高、動作幅度小的操作，或需要手腳并用的操作。當(dāng)需要施加較大的操縱力，或需要的操作動作范圍較大，或因操作空間狹小，無容膝空間時可以選擇立姿。7.3.1適合人的生理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計2．容易發(fā)力987.3.1適合人的生理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2．容易發(fā)力的設(shè)計操縱力的施加方向應(yīng)選擇人容易發(fā)力的方向。施力的方式應(yīng)避免使操作者長時間保持一種姿勢，當(dāng)操作者必須以不平衡姿勢進行操作時應(yīng)為操作者設(shè)置輔助支撐物。7.3.1適合人的生理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計2．容易發(fā)力997.3.2適合人的心理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1．減少觀察錯誤的設(shè)計在由人和機器組成的系統(tǒng)中人起著對系統(tǒng)的工作狀況進行調(diào)節(jié)的“調(diào)節(jié)器”的作用，人的正確調(diào)節(jié)來源于人對機器工作情況的正確了解和判斷，所以在人—機系統(tǒng)設(shè)計中使操作者能夠及時、正確、全面地了解機器的工作狀況是非常重要的。操作者了解機器的工作情況主要通過機器上設(shè)置的各種顯示裝置(顯示器)，其中使用最多的是作用于人的視覺的視覺顯示器，其中又以顯示儀表應(yīng)用最為廣泛。7.3.2適合人的心理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計1．減少觀察1007.3.2適合人的心理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1．減少觀察錯誤的設(shè)計在顯示儀表的設(shè)計中應(yīng)使操作者觀察方便，觀察后容易正確地理解儀表顯示的內(nèi)容，這要通過正確地選擇儀表的顯示形式、儀表的刻度分布、儀表的擺放位置以及多個儀表的組合實現(xiàn)7.3.2適合人的心理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計1．減少觀察1017.3.2適合人的心理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1．減少觀察錯誤的設(shè)計選擇顯示器形式主要應(yīng)依據(jù)顯示器的功能特點和人的視覺特性，試驗表明人在認讀不同形式的顯示器時正確認讀的概率差別較大。7.3.2適合人的心理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計1．減少觀察1027.3.2適合人的心理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1．減少觀察錯誤的設(shè)計通常在同一應(yīng)用場合應(yīng)選用同一形式的儀表，同樣的刻度排列方向，以減少操作者的認讀障礙。7.3.2適合人的心理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計1．減少觀察1037.3.2適合人的心理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1．減少觀察錯誤的設(shè)計儀表擺放位置的選擇應(yīng)以方便認讀為標(biāo)準(zhǔn)。重要的儀表應(yīng)擺放在視區(qū)中心，相關(guān)的儀表應(yīng)分組集中擺放，有固定使用順序的儀表應(yīng)按使用順序擺放。7.3.2適合人的心理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計1．減少觀察1047.3.2適合人的心理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2．減少操作錯誤的設(shè)計人通過控制器對機器進行調(diào)整，通過反饋信息了解調(diào)整的效果。控制器的設(shè)計應(yīng)使操作者在較少視覺幫助或無視覺幫助下能夠迅速準(zhǔn)確地分辨出所需的控制器，在正確了解機器工作狀況的基礎(chǔ)上對機器做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。7.3.2適合人的心理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計2．減少操作1057.3.2適合人的心理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2．減少操作錯誤的設(shè)計首先應(yīng)使操作者分辨出所需的控制器。在機器擁有多個控制器時要使操作者迅速準(zhǔn)確地分辨出不同的控制器就要使不同的控制器的某些屬性具有明顯的差別。常被用來區(qū)別不同控制器的屬性有形狀、尺寸、位置、質(zhì)地等，控制器手柄的不同形狀常被用來區(qū)別不同的控制器。7.3.2適合人的心理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計2．減少操作1067.3.2適合人的心理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2．減少操作錯誤的設(shè)計控制器的操作應(yīng)有一定的阻力，操作阻力可以為操作過程提供反饋信息，提高操作過程的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，并可防止因無意碰撞引起的錯誤操作。為減少操作錯誤，控制器的設(shè)計還要考慮與顯示器的關(guān)系。根據(jù)控制器與顯示器位置一致的原則，控制器與相應(yīng)的顯示器應(yīng)盡量靠近，并將控制器放置在顯示器的下方或右方。7.3.2適合人的心理特點的結(jié)構(gòu)設(shè)計2．減少操作1077.4新型結(jié)構(gòu)設(shè)計

7.4.1彈性結(jié)構(gòu)組成機器的各部分之間具有確定的相對運動，機械設(shè)計中通常用運動副的聯(lián)接構(gòu)成兩個零部件之間的相對運動。彈性結(jié)構(gòu)設(shè)計方法不是用運動副構(gòu)成零部件之間的相對運動而是通過某個零件的彈性變形構(gòu)成兩個零部件或一個零部件的不同部分之間的相對運動。7.4新型結(jié)構(gòu)設(shè)計7.4.1彈性結(jié)構(gòu)組1087.4.1彈性結(jié)構(gòu)計算機中使用的軟盤驅(qū)動器上有多處鉸鏈，原設(shè)計中普遍采用傳統(tǒng)的鉸鏈設(shè)計方法，用銷軸構(gòu)造鉸鏈，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用空間大。鉸鏈均改為彈性鉸鏈結(jié)構(gòu)，原來的銷軸和軸承被一片焊接在兩個部件之間的彈性金屬片取代，靠金屬片的彈性變形實現(xiàn)兩個部件之間的相對轉(zhuǎn)動，使結(jié)構(gòu)簡化。7.4.1彈性結(jié)構(gòu)計算機中使用的軟盤驅(qū)動器上有多處鉸1097.4.2快動聯(lián)接結(jié)構(gòu)對于需要經(jīng)常拆卸的零部件結(jié)構(gòu)不但應(yīng)使聯(lián)接可靠，還應(yīng)使拆卸操作盡量方便。為使聯(lián)接具有一定的使用壽命，應(yīng)使聯(lián)接結(jié)構(gòu)在安裝和拆卸過程中的磨損盡量小。7.4.2快動聯(lián)接結(jié)構(gòu)對于需要經(jīng)常拆卸的零部件1107.4.2快動聯(lián)接結(jié)構(gòu)快動聯(lián)接結(jié)構(gòu)通過零件的彈性變形達到聯(lián)接的目的，結(jié)構(gòu)簡單，便于操作。7.4.2快動聯(lián)接結(jié)構(gòu)快動聯(lián)接結(jié)構(gòu)通過零件的彈性1117.4.2快動聯(lián)接結(jié)構(gòu)快動聯(lián)接結(jié)構(gòu)要求聯(lián)接件具有較好的彈性，多采用塑料或薄鋼板材料，如采用其他材料應(yīng)通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計減小聯(lián)接件的剛度。7.4.2快動聯(lián)接結(jié)構(gòu)快動聯(lián)接結(jié)構(gòu)要求聯(lián)接件具有1127.4.3組合結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)是指通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，將多個零件的功能組合到一個零件起到減少零件數(shù)量，便于裝配，降低成本的目的。螺釘集成結(jié)構(gòu)7.4.3組合結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)是指通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)1137.4.3組合結(jié)構(gòu)某包裝機中的一個支架構(gòu)件。原設(shè)計，由11個零件組成。7.4.3組合結(jié)構(gòu)某包裝機中的一個支架構(gòu)件。原1147.4.3組合結(jié)構(gòu)三種自攻螺釘結(jié)構(gòu)，它們或?qū)⒙菁y與絲錐的結(jié)構(gòu)集成在一起，或?qū)⒙菁y與鉆頭的結(jié)構(gòu)集成在一起，使螺紋聯(lián)接結(jié)構(gòu)的加工和安裝更方便。7.4.3組合結(jié)構(gòu)三種自攻螺釘結(jié)構(gòu)，它們或?qū)⒙?15演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！116材料加工新技術(shù)與新工藝結(jié)構(gòu)方案的創(chuàng)新設(shè)計課件117

機械創(chuàng)新設(shè)計機械工程與自動化學(xué)院機械設(shè)計系機械創(chuàng)新設(shè)計機械工程與自動化學(xué)院機械設(shè)計系118第七章結(jié)構(gòu)方案的創(chuàng)新設(shè)計第七章結(jié)構(gòu)方案的創(chuàng)新設(shè)計119 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是在總體設(shè)計的基礎(chǔ)上，根據(jù)所確定的原理方案，決定滿足功能要求的機械結(jié)構(gòu)，需要決定的內(nèi)容包括：7.0引言 結(jié)構(gòu)的類型和組成， 結(jié)構(gòu)中所有零部件的形狀、尺寸、位置、數(shù)量、材料、熱處理方式和表面狀況， 所確定的結(jié)構(gòu)除應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)原理方案所規(guī)定的動作要求外，還應(yīng)能滿足設(shè)計對結(jié)構(gòu)的強度、剛度、精度、穩(wěn)定性、工藝性、壽命、可靠性等方面的要求。 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是在總體設(shè)計的基礎(chǔ)上，根據(jù)所確定的原理方120 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要特征之一是設(shè)計問題的多解性，即滿足同一設(shè)計要求的機械結(jié)構(gòu)并不是唯一的。7.0引言 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是在眾多的可行結(jié)構(gòu)方案中尋求較好的或最好的方案。 找出所有的局部最優(yōu)解，并從中找出全局最優(yōu)解，得到最好的設(shè)計方案。這就需要發(fā)揮創(chuàng)造性思維方法的作用。 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要特征之一是設(shè)計問題的多解性，即滿足同一設(shè)121結(jié)構(gòu)方案的變異設(shè)計方法使設(shè)計者從一個已知的可行結(jié)構(gòu)方案出發(fā)，通過變換得到大量的可行方案。7.1結(jié)構(gòu)方案的變異設(shè)計通過對這些方案中參數(shù)的優(yōu)化，可以使設(shè)計者得到多個局部最優(yōu)解，再通過對這些局部最優(yōu)解的分析和比較，就可以得到較優(yōu)解或全局最優(yōu)解。 變異設(shè)計的目的是尋求滿足設(shè)計要求的獨立的設(shè)計方案，以便對其進行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)方案的變異設(shè)計方法使設(shè)計者從一個已知的可122 變異設(shè)計的基本方法是首先通過對結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的分析，得出一般結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中所包含的技術(shù)要素的構(gòu)成。7.1結(jié)構(gòu)方案的變異設(shè)計 然后再分析每一個技術(shù)要素的取值范圍，通過對這些技術(shù)要素在各自的取值范圍內(nèi)的充分組合，就可以得到足夠多的獨立的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。 變異設(shè)計的基本方法是首先通過對結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的分析，得出一般123 一般機械結(jié)構(gòu)的技術(shù)要素包括零件的幾何形狀，零件之間的聯(lián)接和零件的材料及熱處理方式。以下分別分析這幾個技術(shù)要素的變異設(shè)計方法。7.1結(jié)構(gòu)方案的變異設(shè)計 一般機械結(jié)構(gòu)的技術(shù)要素包括零件的幾何形狀，零件之間的聯(lián)接和124機械結(jié)構(gòu)的功能主要是靠機械零部件的幾何形狀及各個零部件之間的相對位置關(guān)系實現(xiàn)的。7.1.1功能面的變異 零件的幾何形狀由它的表面所構(gòu)成，一個零件通常有多個表面，在這些表面中與其他零部件相接觸的表面，與工作介質(zhì)或被加工物體相接觸的表面稱為功能表面。 零件的功能表面是決定機械功能的重要因素，功能表面的設(shè)計是零部件設(shè)計的核心問題。通過對功能表面的變異設(shè)計，可以得到為實現(xiàn)同一技術(shù)功能的多種結(jié)構(gòu)方案。機械結(jié)構(gòu)的功能主要是靠機械零部件的幾何形狀及125描述功能表面的主要幾何參數(shù)有表面的形狀、尺寸大小、表面數(shù)量、位置、順序等。通過對這幾個方面的變異，可以得到多組構(gòu)型方案。7.1.1功能面的變異描述功能表面的主要幾何參數(shù)有表面的形狀、尺寸1267.1.1功能面的變異7.1.1功能面的變異1277.1.1功能面的變異壓簧的壓縮距離不應(yīng)過大，否則容易引起彈簧的失穩(wěn)，如確需使用較大的壓縮距離則應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。拉簧無失穩(wěn)問題，設(shè)計中受空間約束較少，既可單獨使用，也可與搖桿及繩索等配合使用。板簧通常剛度較大，可在較小的變形條件下產(chǎn)生較大的壓緊力。7.1.1功能面的變異壓簧的壓縮距離不應(yīng)過大，否則容易引起1287.1.1功能面的變異7.1.1功能面的變異129機器上的按鍵外形通常為方形或圓形，這種形狀的按鍵在控制面板上占用較大的面積。7.1.1功能面的變異由于采用三角形按鍵，使最小寬度縮小為24mm，比原方案減小29％。機器上的按鍵外形通常為方形或圓形，這種形狀的按鍵在控130在包含中間齒輪的直齒圓柱齒輪傳動中，中間軸所受合力的大小與三個軸的相對位置有關(guān)。7.1.1功能面的變異在包含中間齒輪的直齒圓柱齒輪傳動中，中間軸所受合力的131挺桿2與搖桿1通過一球面相接觸，球面在挺桿上。7.1.1功能面的變異將球面改在搖桿上，則接觸面上的法線方向始終平行于挺桿軸線方向，不產(chǎn)生橫向推力。挺桿2與搖桿1通過一球面相接觸，球面在挺桿上。7.1.132上方零件為凹形，下方零件為凸形。7.1.1功能面的變異上方零件為凹形，下方零件為凸形。7.1.1功能面的1337.1.1功能面的變異曲柄搖桿機構(gòu)偏心輪機構(gòu)機構(gòu)中銷孔尺寸變化7.1.1功能面的變異曲柄搖桿機構(gòu)偏心輪機構(gòu)機構(gòu)中銷孔尺寸1347.1.1功能面的變異普通電動機中轉(zhuǎn)子和定子的布置直線方向布置直線方向布置的轉(zhuǎn)子和定子再沿另一軸線旋轉(zhuǎn)7.1.1功能面的變異普通電動機中轉(zhuǎn)子和定子的布置直線方向135一個不與其他零部件相接觸的零件具有6個自由度，機械設(shè)計中通過規(guī)定零件之間適當(dāng)?shù)穆?lián)接方式限制零件的某些自由度，保留機器的功能所必需的自由度，使機器在工作中能夠?qū)崿F(xiàn)確定形式的運動關(guān)系。7.1.2聯(lián)接的變異聯(lián)接的作用是通過零件的工作表面與其他零件的相應(yīng)表面的接觸實現(xiàn)的，不同形式的聯(lián)接由于相接觸的工作表面形狀不同，表面間所施加的緊固力不同，從而對零件的自由度形成不同的約束。一個不與其他零部件相接觸的零件具有6個自由度，機械設(shè)136以軸轂聯(lián)接為例。按照設(shè)計要求，軸與輪轂的聯(lián)接對相對運動自由度的限制可能有：7.1.2聯(lián)接的變異1．固定聯(lián)接，限制6個相對運動自由度。2．滑動聯(lián)接，限制5個相對運動自由度。3．轉(zhuǎn)動聯(lián)接，限制5個相對運動自由度。4．移動、轉(zhuǎn)動聯(lián)接，限制5個相對運動自由度。以軸轂聯(lián)接為例。按照設(shè)計要求，軸與輪轂的聯(lián)接對相對運動自1377.1.2聯(lián)接的變異3．轉(zhuǎn)動聯(lián)接，限制5個相對運動自由度。4．移動、轉(zhuǎn)動聯(lián)接，限制5個相對運動自由度。聯(lián)接中軸的截面形狀必須是圓形由于輪轂要相對于軸移動，所以聯(lián)接中軸的表面形狀必須是柱面(不能是錐面)考慮加工方便和避免產(chǎn)生附加軸向力通常也采用柱面兩種聯(lián)接中的軸表面形狀為圓柱面7.1.2聯(lián)接的變異3．轉(zhuǎn)動聯(lián)接，限制5個相對運動自由1387.1.2聯(lián)接的變異1．固定聯(lián)接，限制6個相對運動自由度。2．滑動聯(lián)接，限制5個相對運動自由度。由于輪轂要相對于軸移動，所以軸表面必須是除完整圓柱面以外的其他柱面，如滑鍵聯(lián)接、導(dǎo)鍵聯(lián)接。固定式聯(lián)接，限制條件少，所有滿足可加工性和可裝配性條件的表面形狀都可以作為這種軸毅聯(lián)接的表面形狀。7.1.2聯(lián)接的變異1．固定聯(lián)接，限制6個相對運動自由1397.1.2聯(lián)接的變異按照聯(lián)接中形成鎖合力的條件可將固定式軸轂聯(lián)接分為形鎖合聯(lián)接和力鎖合聯(lián)接。形鎖合聯(lián)接要求被聯(lián)接表面為非圓形，可以是三角形、正方形、六邊形或其他特殊形狀表面。7.1.2聯(lián)接的變異按照聯(lián)接中形成鎖合力的條件可將固定1407.1.2聯(lián)接的變異

非圓截面加工困難，特別是非圓截面孔加工更困難，所以這些形狀的截面實際應(yīng)用較少。非圓截面通常通過在圓形截面上銑平面、銑槽或鉆孔等方法產(chǎn)生，通過變換這些平面、槽或孔的尺寸、數(shù)量、在軸段的位置和方向就形成不同形式的軸毅聯(lián)接。7.1.2聯(lián)接的變異非圓截面加工困難，特別是非圓截面孔1417.1.2聯(lián)接的變異按照聯(lián)接中形成鎖合力的條件可將固定式軸轂聯(lián)接分為形鎖合聯(lián)接和力鎖合聯(lián)接。

力鎖合聯(lián)接依靠被聯(lián)接件表面間的壓力所派生的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩和軸向力，表面間壓力的產(chǎn)生可以依靠多種不同的結(jié)構(gòu)措施。

過盈配合是一種常用的結(jié)構(gòu)措施，它以最簡單的結(jié)構(gòu)形狀獲得足夠的壓力，缺點是裝配和拆卸都很不方便，并引起較大的應(yīng)力集中。7.1.2聯(lián)接的變異按照聯(lián)接中形成鎖合力的條件可將固定1427.1.2聯(lián)接的變異

常用的形鎖合聯(lián)接有銷聯(lián)接、平鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、成形聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接。7.1.2聯(lián)接的變異常用的形鎖合聯(lián)接有銷聯(lián)接、平鍵1437.1.2聯(lián)接的變異

為構(gòu)造裝拆方便的力鎖合聯(lián)接結(jié)構(gòu)必須使聯(lián)接裝配時表面間無過盈，裝配后通過其他調(diào)整措施使表面間產(chǎn)生過盈，拆卸過程則相反。

常用的力鎖合聯(lián)接有楔鍵聯(lián)接、彈性環(huán)聯(lián)接、圓柱面過盈聯(lián)接、圓錐面過盈聯(lián)接、頂絲聯(lián)接、容差環(huán)聯(lián)接、星盤聯(lián)接、壓套聯(lián)接和液壓漲套聯(lián)接等7.1.2聯(lián)接的變異為構(gòu)造裝拆方便的力鎖合聯(lián)接結(jié)構(gòu)必須1447.1.2聯(lián)接的變異

常用的力鎖合聯(lián)接7.1.2聯(lián)接的變異常用的力鎖合聯(lián)接1457.1.3支承的變異軸系的工作性能與它的支承設(shè)計的狀況和質(zhì)量密切相關(guān)。旋轉(zhuǎn)軸至少需要兩個相距一定距離的支點支承，支承的變異設(shè)計包括支點位置變異和支點軸承的種類及其組合的變異。7.1.3支承的變異軸系的工作性能與它的支承設(shè)計1467.1.3支承的變異以錐齒輪傳動為例分析支點位置變異問題，錐齒輪傳動的兩軸各有兩個支點，每個支點相對于傳動零件的位置可以在左側(cè)，也可以在右側(cè)，兩個支點的位置可能有3種組合方式:7.1.3支承的變異以錐齒輪傳動為例分析支點位置變1477.1.3支承的變異將兩軸的支點位置進行組合得到9種結(jié)構(gòu)方案:7.1.3支承的變異將兩軸的支點位置進行組合得到9種結(jié)構(gòu)1487.1.3支承的變異

軸上的每個支點除承受徑向載荷以外還可能同時承受單向或雙向軸向載荷，每個支點承受軸向載荷的方式有4種可能:承受純徑向載荷的支點，可以選用圓柱滾子軸承、滾針軸承、深溝球軸承、調(diào)心球軸承或調(diào)心滾子軸承。可以選用向心推力軸承如圓錐滾子軸承或角接觸球軸承，當(dāng)軸向力較小時也可以選用深溝球軸承、調(diào)心球軸承或調(diào)心滾子軸承等向心軸承，也可以采用向心軸承與承受軸向載荷的推力軸承的組合。用一對向心推力軸承面對面或背對背組合使用，可以使用專門型號的雙列向心推力軸承7.1.3支承的變異軸上的每個支點除承受徑向載荷1497.1.3支承的變異將軸系中兩個支點的這4種情況進行組合，得到兩支點軸系承受軸向載荷情況的16種方案dmbebeicicdm軸系在兩個方向上實現(xiàn)完全定位，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用最普遍使軸系在兩個方向上都不定位，稱為兩端游動軸系結(jié)構(gòu)，這種軸系結(jié)構(gòu)適用于軸系可以通過傳動件實現(xiàn)雙向軸向定位的場合只用在軸系只可能產(chǎn)生單方向軸向載荷的場合7.1.3支承的變異將軸系中兩個支點的這4種情況進行組合1507.1.4材料的變異

機械設(shè)計中可以選擇的材料種類眾多，不同的材料具有不同的性能，不同的材料對應(yīng)不同的加工工藝。

結(jié)構(gòu)設(shè)計中既要根據(jù)功能的要求合理地選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，又要根?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)計才能使所選擇的材料最充分地發(fā)揮優(yōu)勢。7.1.4材料的變異機械設(shè)計中可以選擇的材料種類1517.1.4材料的變異

設(shè)計者要做到正確地選擇結(jié)構(gòu)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。

彈性聯(lián)軸器的設(shè)計中需要選擇彈性元件的材料，由于所選彈性元件材料的不同，使得聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)變化很大。

可選作彈性元件的材料有金屬、橡膠、尼龍、膠木等。7.1.4材料的變異設(shè)計者要做到正確地選擇結(jié)構(gòu)材1527.1.4材料的變異

由于彈性元件的壽命短，使用中需多次更換，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)為更換彈性元件提供可能和方便，為更換彈性元件留有必要的操作空間，使更換彈性元件所必須拆卸、移動的零件盡量少。7.1.4材料的變異由于彈性元件的壽命短，使用中1537.1.4材料的變異使用不同彈性元件材料的常用彈性聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)7.1.4材料的變異使用不同彈性元件材料的常用彈性聯(lián)軸器1547.1.4材料的變異

結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(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)計原則。

鋼材受拉和受壓時的力學(xué)特性基本相同，因此鋼梁結(jié)構(gòu)多為對稱結(jié)構(gòu)。

鑄鐵材料的抗壓強度遠大于抗拉強度，因此承受彎矩的鑄鐵結(jié)構(gòu)截面多為非對稱形狀，以使承載時最大壓應(yīng)力大于最大拉應(yīng)力7.1.4材料的變異結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)根據(jù)所選材料的特1557.1.4材料的變異

塑料結(jié)構(gòu)的強度較差，螺紋聯(lián)接件產(chǎn)生的裝配力很容易使塑料零件損壞。

在兩個被聯(lián)接件上分別做出形狀簡單的搭鉤和凹槽，裝配時利用塑料零件彈性變形量大的特點使搭鉤與凹槽互相咬合實現(xiàn)聯(lián)接，裝配過程簡單準(zhǔn)確，便于操作。7.1.4材料的變異塑料結(jié)構(gòu)的強度較差，螺紋聯(lián)接1567.1.4材料的變異

設(shè)計的結(jié)果要通過制造和裝配實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計中如果能根據(jù)所選材料的工藝特點合理地確定結(jié)構(gòu)形式則會為制造過程帶來方便。

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中通常通過加大截面尺寸的方法增大結(jié)構(gòu)的強度和剛度。

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)通常通過加肋板和隔板的方法加強結(jié)構(gòu)的剛度和強度。7.1.4材料的變異設(shè)計的結(jié)果要通過制造和裝配實1577.1.4材料的變異

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)力極易引起結(jié)構(gòu)翹曲，所以塑料結(jié)構(gòu)的肋板應(yīng)與壁厚相近并均勻?qū)ΨQ。

陶瓷結(jié)構(gòu)的模具成本和燒結(jié)工藝成本遠大于材料成本，所以陶瓷結(jié)構(gòu)設(shè)計中為使結(jié)構(gòu)簡單，通常不考慮節(jié)省材料的原則。7.1.4材料的變異塑料材料由于剛度差，鑄造后的1587.1.4材料的變異例7-1棘輪機構(gòu)的變異設(shè)計分析

棘爪頭部的平面與棘輪齒形平面互相接觸，是棘輪機構(gòu)的功能面。7.1.4材料的變異例7-1棘輪機構(gòu)的變異設(shè)計分析1597.1.4材料的變異例7-1棘輪機構(gòu)的變異設(shè)計分析

通過變換功能面的形狀方案a和方案c用于單向傳動方案b可用于雙向傳動功能面能承擔(dān)較大的載荷，應(yīng)用較普遍，但承載能力對制造誤差較敏感。7.1.4材料的變異例7-1棘輪機構(gòu)的變異設(shè)計分析1607.1.4材料的變異例7-1棘輪機構(gòu)的變異設(shè)計分析通過變換功能面的數(shù)量通過減小輪齒尺寸使輪齒的齒數(shù)增多，由于齒數(shù)增加使傳動的最小反應(yīng)角度減小，傳動精度提高c和d通過兩個棘爪同時受力的方法提高了承載能力。方案b不改變棘輪的形狀，而通過增加棘爪數(shù)量的方法起到在不降低承載能力的前提下提高傳動精度的作用；7.1.4材料的變異例7-1棘輪機構(gòu)的變異設(shè)計分析通1617.1.4材料的變異例7-1棘輪機構(gòu)的變異設(shè)計分析通過變換功能面的位置內(nèi)棘輪結(jié)構(gòu)，通過將棘爪設(shè)置在棘輪內(nèi)的方法減小了結(jié)構(gòu)尺寸軸向棘輪結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)只有在空間條件允許的條件下才能應(yīng)用7.1.4材料的變異例7-1棘輪機構(gòu)的變異設(shè)計分析通1627.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種裝配結(jié)構(gòu)鉸鏈的一種裝配結(jié)構(gòu)7.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種1637.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種裝配結(jié)構(gòu)采用鑄造毛坯時的不同結(jié)構(gòu)方案a和b的外形簡單容易造型，c和d的外形結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但較省材料，而且各部分壁厚較均勻，容易保證鑄造質(zhì)量。7.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種1647.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種裝配結(jié)構(gòu)采用整體材料以切削方法成形時的不同結(jié)構(gòu)方案用于單件或小批量生產(chǎn)的情況。下排的幾種結(jié)構(gòu)雖然具有較輕的重量，但并不節(jié)省材料，而且增大切削加工的工作量。7.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種1657.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種裝配結(jié)構(gòu)使用薄板沖壓毛坯的不同結(jié)構(gòu)方案沖壓結(jié)構(gòu)具有重量輕、節(jié)省材料和大批量生產(chǎn)成本低的優(yōu)點，特別適合于生產(chǎn)批量較大的場合。包含較小的彎曲半徑，容易引起裂紋和榴皺在條件允許時應(yīng)盡量采用較大的彎曲半徑7.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種1667.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種裝配結(jié)構(gòu)使用板材經(jīng)焊接成形的結(jié)構(gòu)適用于結(jié)構(gòu)尺寸較大，而且批量較小的情況。a的焊口只起聯(lián)接作用，基本不承擔(dān)載荷；其余幾種結(jié)構(gòu)的焊口都要承擔(dān)工作載荷，因此對焊接質(zhì)量要求較高；方案c的焊口較長，焊接成本高；方案d中的底板在焊接中容易翹曲，影響焊接質(zhì)量。7.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種1677.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種裝配結(jié)構(gòu)使用成型材料并經(jīng)焊接成形的結(jié)構(gòu)由于使用了槽鋼、角鋼、帶鋼等型材，使焊接工作量更小C的焊口承受較大的彎矩，影響其承載能力。7.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種1687.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種裝配結(jié)構(gòu)使用整體材料與板材經(jīng)焊接成形的結(jié)構(gòu)7.1.4材料的變異例7-2鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種169機械產(chǎn)品的性能不但與原理設(shè)計有關(guān)，結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量也直接影響產(chǎn)品的性能，甚至影響產(chǎn)品功能的實現(xiàn)。7.2提高性能的設(shè)計下面分別分析為提高結(jié)構(gòu)的強度、剛度、精度、工藝性等方面性能常采用的設(shè)計方法和設(shè)計原則。機械產(chǎn)品的性能不但與原理設(shè)計有關(guān)，結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量也直170強度和剛度是結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本問題，通過正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以減小單位載荷所引起的材料應(yīng)力和變形量，提高結(jié)構(gòu)的承載能力。7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計強度和剛度都與結(jié)構(gòu)受力有關(guān)，在外載荷不變的情況下降低結(jié)構(gòu)受力是提高強度和剛度的有效措施。強度和剛度是結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本問題，通過正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計可1711．載荷分擔(dān)7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計載荷引起結(jié)構(gòu)受力，如果多種載荷作用在同一結(jié)構(gòu)上就可能引起局部應(yīng)力過大。結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)將載荷由多個結(jié)構(gòu)分別承擔(dān)，這樣有利于降低危險結(jié)構(gòu)處的應(yīng)力，從而提高結(jié)構(gòu)的承載能力，這種方法稱為載荷分擔(dān)。1．載荷分擔(dān)7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計1721．載荷分擔(dān)7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計彎矩和扭矩同時作用會在軸上引起較大應(yīng)力。結(jié)構(gòu)中增加了一個支承套，帶輪通過端蓋將扭矩傳給軸，通過軸承將壓軸力傳給支承套。1．載荷分擔(dān)7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計彎矩和扭1731．載荷分擔(dān)7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計蝸桿軸系結(jié)構(gòu)蝸桿傳動產(chǎn)生的軸向力較大，使得軸承在承受徑向載荷同時承受較大的軸向載荷。1．載荷分擔(dān)7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計1741．載荷分擔(dān)7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計增加了專門承受雙向軸向載荷的雙向推力球軸承，使得各軸承分別發(fā)揮各自承載能力的優(yōu)勢。1．載荷分擔(dān)7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計175

2．載荷平衡7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計 在機械傳動中有些做功的力必須使其沿傳動鏈傳遞，有些不做功的力應(yīng)盡可能使其傳遞路線變短，如果使其在同一零件內(nèi)與其他同類載荷構(gòu)成平衡力系則其他零件不受這些載荷的影響，利于提高結(jié)構(gòu)的承載能力。2．載荷平衡7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計 在機械176

2．載荷平衡7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計行星齒輪結(jié)構(gòu)中齒輪嚙合使中心輪和系桿受力。在對稱位置布置三個行星輪，使行星輪產(chǎn)生的力在中心輪和系桿上合成為力偶，減小了有害力的傳播范圍。2．載荷平衡7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計行星齒輪177

3．減小應(yīng)力集中7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計 應(yīng)力集中是影響承受交變應(yīng)力的結(jié)構(gòu)承載能力的重要因素，結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)設(shè)法緩解應(yīng)力集中。在零件的截面形狀發(fā)生變化處力流會發(fā)生變化，局部力流密度的增加引起應(yīng)力集中。 3．減小應(yīng)力集中7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計 應(yīng)力集中178

3．減小應(yīng)力集中7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計 零件截面形狀的變化越突然，應(yīng)力集中就越嚴重，結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)盡力避免使結(jié)構(gòu)受力較大處的零件形狀突然變化，以減小應(yīng)力集中對強度的影響。 零件受力變形時不同位置的變形阻力(剛度)不相同也會引起應(yīng)力集中，設(shè)計中通過降低應(yīng)力集中處附近的局部剛度可以有效地降低應(yīng)力集中。 3．減小應(yīng)力集中7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計 零件截面179

3．減小應(yīng)力集中7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計過盈配合聯(lián)接結(jié)構(gòu)在輪毅端部應(yīng)力集中嚴重通過降低軸或輪毅相應(yīng)部位的局部剛度使應(yīng)力集中得到有效緩解 3．減小應(yīng)力集中7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計過盈配合聯(lián)180

3．減小應(yīng)力集中7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計 由于結(jié)構(gòu)定位等功能的需要在絕大部分結(jié)構(gòu)中不可避免地會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)尺寸及形狀的變化，這些變化都會引起應(yīng)力集中，如果多種變化出現(xiàn)在同一結(jié)構(gòu)截面處將引起嚴重的應(yīng)力集中，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)盡力避免這種情況。 3．減小應(yīng)力集中7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計 由于結(jié)構(gòu)181

3．減小應(yīng)力集中7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計 軸結(jié)構(gòu)中臺階和鍵槽端部都會引起軸在彎矩作用下的應(yīng)力集中。鍵槽不加工到軸段根部，避免了應(yīng)力集中源的集中兩個應(yīng)力集中源設(shè)計到同一截面處，加劇了局部的應(yīng)力集中 3．減小應(yīng)力集中7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計 軸結(jié)構(gòu)中182

4．減小接觸應(yīng)力7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計 高副接觸零件的接觸強度和接觸剛度都與接觸點的綜合曲率半徑有關(guān)，設(shè)法增大接觸點的綜合曲率半徑是提高這類零件工作能力的重要措施。 漸開線齒輪在齒面上不同位置處的曲率半徑不同，采用正變位可使齒面的工作位置向曲率半徑較大的方向移動，對提高齒輪的接觸強度和彎曲強度都非常有利。 4．減小接觸應(yīng)力7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計 高副接觸183

4．減小接觸應(yīng)力7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計凸球面接觸傳力，綜合曲率半徑較小，接觸應(yīng)力大；綜合曲率半徑依次增大，有利于改善球面支承的強度和剛度。 4．減小接觸應(yīng)力7.2.1提高強度和剛度的設(shè)計凸球面接觸1847.2.2提高精度的設(shè)計通過結(jié)構(gòu)設(shè)計可以減小由于制造、安裝等原因產(chǎn)生的原始誤差，減小由于溫度、磨損、構(gòu)件變形等原因產(chǎn)生的工作誤差，減小執(zhí)行機構(gòu)對各項誤差的敏感程度，從而提高產(chǎn)品的精度。7.2.2提高精度的設(shè)計通過結(jié)構(gòu)設(shè)計可以減小由于185

1．誤差均化7.2.2提高精度的設(shè)計制造和安裝過程中產(chǎn)生的誤差是不可避免的，通過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計可以在原始誤差不變的情況下使執(zhí)行機構(gòu)的誤差較小。試驗證明螺旋傳動的誤差可以小于螺桿本身的螺距誤差。千分尺的累積測量誤差

千分尺螺桿的螺距累積誤差 1．誤差均化7.2.2提高精度的設(shè)計制造和安186

1．誤差均化7.2.2提高精度的設(shè)計機械精度的均化原理：在機構(gòu)中如果有多個聯(lián)接點同時對一種運動起限制作用，則運動件的運動誤差決定于各聯(lián)接點的綜合影響，其運動精度高于一個聯(lián)接點的限制作用。在一定條件下增加螺旋傳動中起作用的螺紋圈數(shù)，使多圈螺紋同時起作用，不但可以提高螺旋傳動的承載能力和耐磨性，而且可以提高傳動精度。 1．誤差均化7.2.2提高精度的設(shè)計機械精度的187