第3章 改善力學(xué)性能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則(附加)

1、 機(jī)械工程師更好地適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的要機(jī)械工程師更好地適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的要素之一就是掌握豐富的工程知識(shí)。工程知識(shí)素之一就是掌握豐富的工程知識(shí)。工程知識(shí)是連接基礎(chǔ)理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的橋梁，是現(xiàn)代是連接基礎(chǔ)理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的橋梁，是現(xiàn)代工程師專(zhuān)業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)的本質(zhì)特征。掌握一定工程師專(zhuān)業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)的本質(zhì)特征。掌握一定的工程知識(shí)是正確進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提，的工程知識(shí)是正確進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提，有些結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤對(duì)一個(gè)缺乏工程知識(shí)的設(shè)計(jì)者有些結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤對(duì)一個(gè)缺乏工程知識(shí)的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)是不易事先覺(jué)察的。來(lái)說(shuō)是不易事先覺(jué)察的。 這一節(jié)從這一節(jié)從改善力學(xué)性能、制造工藝性、制改善力學(xué)性能、制造工藝性、制造精度及裝配精度造精度及

2、裝配精度等方面來(lái)介紹一些機(jī)械結(jié)等方面來(lái)介紹一些機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則。構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則。 一、改善力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則一、改善力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 機(jī)械結(jié)構(gòu)形式千差萬(wàn)別，但其功能的機(jī)械結(jié)構(gòu)形式千差萬(wàn)別，但其功能的實(shí)現(xiàn)幾乎都與力（力矩）的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)幾乎都與力（力矩）的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換傳遞有關(guān)。機(jī)械零件具有足夠的承載能傳遞有關(guān)。機(jī)械零件具有足夠的承載能力是保障機(jī)械結(jié)構(gòu)功能實(shí)現(xiàn)的先決條件。力是保障機(jī)械結(jié)構(gòu)功能實(shí)現(xiàn)的先決條件。所以在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，根據(jù)力學(xué)理論所以在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，根據(jù)力學(xué)理論對(duì)零件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性進(jìn)行分析對(duì)零件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性進(jìn)行分析是必不可少的，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行結(jié)是必不

3、可少的，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。 計(jì)算機(jī)輔助結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)已被廣泛計(jì)算機(jī)輔助結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)已被廣泛應(yīng)用于工程實(shí)際中。但它所依賴(lài)的力學(xué)應(yīng)用于工程實(shí)際中。但它所依賴(lài)的力學(xué)模型與復(fù)雜的實(shí)際結(jié)構(gòu)及工況有差距，模型與復(fù)雜的實(shí)際結(jié)構(gòu)及工況有差距，力學(xué)模型的精度通常很難提高；對(duì)稍微力學(xué)模型的精度通常很難提高；對(duì)稍微復(fù)雜一些的實(shí)際結(jié)構(gòu)仍然停留在零件尺復(fù)雜一些的實(shí)際結(jié)構(gòu)仍然停留在零件尺寸的優(yōu)化上，而基本結(jié)構(gòu)一般還得預(yù)先寸的優(yōu)化上，而基本結(jié)構(gòu)一般還得預(yù)先選定；只能針對(duì)一個(gè)具體的實(shí)例得到一選定；只能針對(duì)一個(gè)具體的實(shí)例得到一個(gè)特定的數(shù)值解，并不能給予方向性指?jìng)€(gè)特定的數(shù)值解，并不能給予方向性指導(dǎo)。因此計(jì)

4、算機(jī)輔助結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不能導(dǎo)。因此計(jì)算機(jī)輔助結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不能代替工程知識(shí)的分析與總結(jié)，結(jié)合實(shí)例代替工程知識(shí)的分析與總結(jié)，結(jié)合實(shí)例分析，掌握提高結(jié)構(gòu)承載能力的結(jié)構(gòu)設(shè)分析，掌握提高結(jié)構(gòu)承載能力的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，并為結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供可借計(jì)原則，并為結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供可借鑒的思路。鑒的思路。（一）載荷分擔(dān)原則（一）載荷分擔(dān)原則 如果同一零件上同時(shí)承擔(dān)了多種載荷的作如果同一零件上同時(shí)承擔(dān)了多種載荷的作用，則可考慮將這些載荷分別由不同的零件來(lái)用，則可考慮將這些載荷分別由不同的零件來(lái)承擔(dān)。采取一定的結(jié)構(gòu)形式，將載荷分給兩個(gè)承擔(dān)。采取一定的結(jié)構(gòu)形式，將載荷分給兩個(gè)或多個(gè)零件來(lái)承擔(dān)，從而減輕單個(gè)零件的載荷，或多個(gè)

5、零件來(lái)承擔(dān)，從而減輕單個(gè)零件的載荷，這種方法稱(chēng)為載荷分擔(dān)。這樣有利于提高機(jī)械這種方法稱(chēng)為載荷分擔(dān)。這樣有利于提高機(jī)械結(jié)構(gòu)的承載能力。結(jié)構(gòu)的承載能力。 如圖如圖2所示，靠摩擦傳遞橫向載荷的普通螺所示，靠摩擦傳遞橫向載荷的普通螺栓聯(lián)接常用銷(xiāo)、套筒、鍵等抗剪元件來(lái)承擔(dān)部栓聯(lián)接常用銷(xiāo)、套筒、鍵等抗剪元件來(lái)承擔(dān)部分橫向載荷，提高螺紋聯(lián)接的可靠性。分橫向載荷，提高螺紋聯(lián)接的可靠性。圖圖2 螺栓聯(lián)結(jié)中的抗剪元件螺栓聯(lián)結(jié)中的抗剪元件 如圖如圖3所示，在選擇軸承類(lèi)型時(shí)，在所示，在選擇軸承類(lèi)型時(shí)，在軸向載荷比徑向載荷大得多或要求軸向軸向載荷比徑向載荷大得多或要求軸向變形較小的情況下，可選用推力軸承和變形較小的情況

6、下，可選用推力軸承和徑向接觸軸承的組合結(jié)構(gòu)來(lái)分別承受軸徑向接觸軸承的組合結(jié)構(gòu)來(lái)分別承受軸向載荷和徑向載荷。向載荷和徑向載荷。 如圖如圖4所示的帶輪結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)帶產(chǎn)生所示的帶輪結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)帶產(chǎn)生的壓軸力和傳動(dòng)帶傳遞的轉(zhuǎn)矩分別通過(guò)的壓軸力和傳動(dòng)帶傳遞的轉(zhuǎn)矩分別通過(guò)不同的路徑傳遞。這樣，軸只承受轉(zhuǎn)矩，不同的路徑傳遞。這樣，軸只承受轉(zhuǎn)矩，壓軸力則直接由箱體承擔(dān)了。壓軸力則直接由箱體承擔(dān)了。圖圖3 推力和徑向軸承組合結(jié)構(gòu)推力和徑向軸承組合結(jié)構(gòu) 圖圖4 卸荷帶輪結(jié)構(gòu)卸荷帶輪結(jié)構(gòu)（二）均勻受載原則（載荷均布）（二）均勻受載原則（載荷均布） 在確定工作載荷的大小的情況下，可在確定工作載荷的大小的情況下，可以考慮通

7、過(guò)在結(jié)構(gòu)上均勻分布載荷的方以考慮通過(guò)在結(jié)構(gòu)上均勻分布載荷的方法，來(lái)提高結(jié)構(gòu)承載能力。盡量避免集法，來(lái)提高結(jié)構(gòu)承載能力。盡量避免集中載荷，盡可能地將載荷分散在結(jié)構(gòu)上，中載荷，盡可能地將載荷分散在結(jié)構(gòu)上，即為載荷均布。即為載荷均布。 如圖如圖5所示，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的受力分析可所示，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的受力分析可知，受集中力的簡(jiǎn)支梁在知，受集中力的簡(jiǎn)支梁在C點(diǎn)的受力比點(diǎn)的受力比受分布力的簡(jiǎn)支梁在受分布力的簡(jiǎn)支梁在C點(diǎn)的受力大了一點(diǎn)的受力大了一倍，所以圖倍，所以圖5b簡(jiǎn)支梁的強(qiáng)度要好于圖簡(jiǎn)支梁的強(qiáng)度要好于圖5a。圖圖5 簡(jiǎn)支梁受力分析簡(jiǎn)支梁受力分析a)集中力集中力 b)分布力分布力 如圖如圖7所示為改善齒輪輪齒齒向載

8、荷分布狀態(tài)所示為改善齒輪輪齒齒向載荷分布狀態(tài)而采用的桶形齒結(jié)構(gòu)。正常齒上，載荷分布偏而采用的桶形齒結(jié)構(gòu)。正常齒上，載荷分布偏于輪齒的兩端部分。將輪齒修成桶形齒后，依于輪齒的兩端部分。將輪齒修成桶形齒后，依靠齒面受力的彈性變形使載荷沿齒寬方向分布靠齒面受力的彈性變形使載荷沿齒寬方向分布比較均勻。比較均勻。圖圖7 桶形齒與載荷分布桶形齒與載荷分布a)正常齒正常齒 b)桶形齒輪桶形齒輪 一般螺栓聯(lián)接受載后，各圈螺紋牙間的載荷一般螺栓聯(lián)接受載后，各圈螺紋牙間的載荷分布是不均勻的（見(jiàn)圖分布是不均勻的（見(jiàn)圖8 8a a）。）。為改善螺紋牙間為改善螺紋牙間載荷分配不均勻的現(xiàn)象，可采用懸置螺母、內(nèi)載荷分配不均

9、勻的現(xiàn)象，可采用懸置螺母、內(nèi)斜螺母、環(huán)槽螺母等結(jié)構(gòu)斜螺母、環(huán)槽螺母等結(jié)構(gòu)( (見(jiàn)圖見(jiàn)圖8 8b b、c c、d)d)。圖圖8 改善螺紋牙間載荷分布改善螺紋牙間載荷分布a)螺紋受載示意圖螺紋受載示意圖 b)懸置螺母懸置螺母 c)內(nèi)斜螺母內(nèi)斜螺母 d)環(huán)槽螺母環(huán)槽螺母（三）附加力自平衡原則（載荷平衡（三）附加力自平衡原則（載荷平衡） 在力的傳遞過(guò)程中，一些機(jī)械結(jié)構(gòu)常常不在力的傳遞過(guò)程中，一些機(jī)械結(jié)構(gòu)常常不可避免地出現(xiàn)不做功的附加力，例如，斜齒輪可避免地出現(xiàn)不做功的附加力，例如，斜齒輪嚙合的軸向力，產(chǎn)生摩擦力的正壓力，往復(fù)和嚙合的軸向力，產(chǎn)生摩擦力的正壓力，往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性力，流體機(jī)械葉片上壓力

10、差引旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性力，流體機(jī)械葉片上壓力差引起的軸向力等，這些對(duì)結(jié)構(gòu)功能毫無(wú)作用的附起的軸向力等，這些對(duì)結(jié)構(gòu)功能毫無(wú)作用的附加力，加大了結(jié)構(gòu)的負(fù)載，降低了機(jī)械結(jié)構(gòu)的加力，加大了結(jié)構(gòu)的負(fù)載，降低了機(jī)械結(jié)構(gòu)的承載能力。如果使其在同一零件內(nèi)與其它同類(lèi)承載能力。如果使其在同一零件內(nèi)與其它同類(lèi)載荷構(gòu)成平衡力系則其它零件不受這些載荷的載荷構(gòu)成平衡力系則其它零件不受這些載荷的影響，有利于提高結(jié)構(gòu)的承載能力，這就是載影響，有利于提高結(jié)構(gòu)的承載能力，這就是載荷平衡原則。力自平衡措施的措施主要有：荷平衡原則。力自平衡措施的措施主要有：引引入平衡件和對(duì)稱(chēng)安裝。入平衡件和對(duì)稱(chēng)安裝。 在高速回轉(zhuǎn)機(jī)械中，必須靠結(jié)構(gòu)的措施

11、及動(dòng)在高速回轉(zhuǎn)機(jī)械中，必須靠結(jié)構(gòu)的措施及動(dòng)平衡的方法使旋轉(zhuǎn)慣性力降低到允許的大小，平衡的方法使旋轉(zhuǎn)慣性力降低到允許的大小，這就要求回轉(zhuǎn)件的質(zhì)量須盡量相對(duì)與回轉(zhuǎn)中心這就要求回轉(zhuǎn)件的質(zhì)量須盡量相對(duì)與回轉(zhuǎn)中心呈對(duì)稱(chēng)分布?？赏ㄟ^(guò)對(duì)回轉(zhuǎn)件在動(dòng)平衡機(jī)上做呈對(duì)稱(chēng)分布?？赏ㄟ^(guò)對(duì)回轉(zhuǎn)件在動(dòng)平衡機(jī)上做動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)，測(cè)出并消除超出允許值的不平衡動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)，測(cè)出并消除超出允許值的不平衡質(zhì)量。質(zhì)量。 做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械，如連桿機(jī)構(gòu)，也可在設(shè)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械，如連桿機(jī)構(gòu)，也可在設(shè)計(jì)中采取結(jié)構(gòu)措施和動(dòng)平衡的方法，使其在運(yùn)計(jì)中采取結(jié)構(gòu)措施和動(dòng)平衡的方法，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生盡可能小的慣性力。轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生盡可能小的慣性力。 圖圖9 斜齒輪

12、嚙合的自平衡方法斜齒輪嚙合的自平衡方法a)較差結(jié)構(gòu)較差結(jié)構(gòu) b)改進(jìn)結(jié)構(gòu)改進(jìn)結(jié)構(gòu)如圖如圖9 9a所示的結(jié)構(gòu)工作時(shí)產(chǎn)生的軸向力最終要影所示的結(jié)構(gòu)工作時(shí)產(chǎn)生的軸向力最終要影響到軸的受力，而在圖響到軸的受力，而在圖9 9b中，由于引入了自平衡中，由于引入了自平衡措施，則可消除軸向力對(duì)軸的影響。措施，則可消除軸向力對(duì)軸的影響。（四）減小應(yīng)力集中（四）減小應(yīng)力集中 應(yīng)力集中是影響承受交變應(yīng)力的結(jié)構(gòu)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(jì)應(yīng)設(shè)法承載能力的重要因素，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)設(shè)法緩解應(yīng)力集中。在應(yīng)力集中的部位，零緩解應(yīng)力集中。在應(yīng)力集中的部位，零件的疲勞強(qiáng)度將顯著降低。最大應(yīng)力比件的疲勞

13、強(qiáng)度將顯著降低。最大應(yīng)力比該截面上的平均應(yīng)力可以大該截面上的平均應(yīng)力可以大25倍以上。倍以上。應(yīng)力集中與零件的局部變化形式（見(jiàn)圖應(yīng)力集中與零件的局部變化形式（見(jiàn)圖11）及零件的受力狀態(tài)（見(jiàn)圖）及零件的受力狀態(tài)（見(jiàn)圖12）有關(guān)。）有關(guān)。降低應(yīng)力集中程度可以提高零件的疲勞降低應(yīng)力集中程度可以提高零件的疲勞強(qiáng)度。強(qiáng)度。圖圖11 局部形狀與應(yīng)力集中局部形狀與應(yīng)力集中圖圖12 受力狀況與應(yīng)力集中受力狀況與應(yīng)力集中 普通螺栓聯(lián)接，存在嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象。普通螺栓聯(lián)接，存在嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象。如圖如圖13所示為螺栓頭與螺栓桿在過(guò)渡處的應(yīng)力集所示為螺栓頭與螺栓桿在過(guò)渡處的應(yīng)力集中情況。從圖中可以看出，在螺栓頭

14、與桿過(guò)渡處中情況。從圖中可以看出，在螺栓頭與桿過(guò)渡處應(yīng)力發(fā)生急劇變化，應(yīng)力集中非常嚴(yán)重。一般可應(yīng)力發(fā)生急劇變化，應(yīng)力集中非常嚴(yán)重。一般可采用過(guò)渡圓角結(jié)構(gòu)來(lái)緩解，但不夠好，圖中列出采用過(guò)渡圓角結(jié)構(gòu)來(lái)緩解，但不夠好，圖中列出了四種過(guò)渡結(jié)構(gòu)，其中以了四種過(guò)渡結(jié)構(gòu)，其中以d圖結(jié)構(gòu)的效果最佳。圖結(jié)構(gòu)的效果最佳。 圖圖13 螺栓頭螺栓頭桿過(guò)渡區(qū)域應(yīng)力分布桿過(guò)渡區(qū)域應(yīng)力分布 如圖如圖14所示，所示，降低截面尺寸變化處附近的剛度降低截面尺寸變化處附近的剛度，可可以降低應(yīng)力集中的影響程度。以降低應(yīng)力集中的影響程度。 注意避免多個(gè)應(yīng)力集中源疊加。如圖注意避免多個(gè)應(yīng)力集中源疊加。如圖15所示的軸結(jié)所示的軸結(jié)構(gòu)中臺(tái)階

15、和鍵槽端部都會(huì)引起軸在彎矩作用下的應(yīng)力集構(gòu)中臺(tái)階和鍵槽端部都會(huì)引起軸在彎矩作用下的應(yīng)力集中，但中，但a圖結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中狀況比圖結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中狀況比b圖結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中狀圖結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中狀況要嚴(yán)重得多。況要嚴(yán)重得多。 圖圖14 降低截面尺寸變化處附近的剛度降低截面尺寸變化處附近的剛度a)較差結(jié)構(gòu)較差結(jié)構(gòu) b)改進(jìn)結(jié)構(gòu)改進(jìn)結(jié)構(gòu)圖圖15 避免多個(gè)應(yīng)力集中源疊加避免多個(gè)應(yīng)力集中源疊加a)較差結(jié)構(gòu)較差結(jié)構(gòu) b)改進(jìn)結(jié)構(gòu)改進(jìn)結(jié)構(gòu) （五）提高接觸強(qiáng)度原則（五）提高接觸強(qiáng)度原則 根據(jù)赫茲公式，提高高副接觸強(qiáng)度根據(jù)赫茲公式，提高高副接觸強(qiáng)度有兩條途徑：一是減小接觸處的分布載有兩條途徑：一是減小接觸處的分布載荷，一

16、是增大兩接觸零件在接觸部位的荷，一是增大兩接觸零件在接觸部位的綜合曲率半徑。綜合曲率半徑。 如圖如圖16所示，連桿機(jī)構(gòu)的桿所示，連桿機(jī)構(gòu)的桿1與銷(xiāo)與銷(xiāo)2為線接觸，如在銷(xiāo)為線接觸，如在銷(xiāo)軸處增加零件軸處增加零件3，則變線接觸為面接觸；，則變線接觸為面接觸； c圖為斜面推桿圖為斜面推桿機(jī)構(gòu)，零件機(jī)構(gòu)，零件6把推桿把推桿4與斜面與斜面5的點(diǎn)接觸改為面接觸；的點(diǎn)接觸改為面接觸；e圖圖增加了零件增加了零件10，也將點(diǎn)接觸變?yōu)榱嗣娼佑|；將零件，也將點(diǎn)接觸變?yōu)榱嗣娼佑|；將零件10改改為零件為零件11，則可以在零件，則可以在零件9和和11之間產(chǎn)生液體動(dòng)壓潤(rùn)滑。之間產(chǎn)生液體動(dòng)壓潤(rùn)滑。這樣就減小接觸處的分布載荷，

17、降低了接觸應(yīng)力，提高這樣就減小接觸處的分布載荷，降低了接觸應(yīng)力，提高了接觸強(qiáng)度，而且還可以改善潤(rùn)滑，減少磨損。了接觸強(qiáng)度，而且還可以改善潤(rùn)滑，減少磨損。圖16 用面接觸代替點(diǎn)、線接觸 如圖如圖17所示的結(jié)構(gòu)中，從圖所示的結(jié)構(gòu)中，從圖a到圖到圖c的高副的高副接觸中綜合曲率半徑依次增大，這樣接觸應(yīng)接觸中綜合曲率半徑依次增大，這樣接觸應(yīng)力依次減小，因此結(jié)構(gòu)力依次減小，因此結(jié)構(gòu)c有利于改善球面支承有利于改善球面支承的接觸強(qiáng)度和剛度。的接觸強(qiáng)度和剛度。圖圖17 增大接觸處的綜合曲率半徑增大接觸處的綜合曲率半徑（六）提高剛度原則（六）提高剛度原則 在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在不增加零件在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在不增加零

18、件質(zhì)量的前提下，要盡量提高零件結(jié)構(gòu)的質(zhì)量的前提下，要盡量提高零件結(jié)構(gòu)的剛度。對(duì)于不同類(lèi)型的零件，應(yīng)根據(jù)其剛度。對(duì)于不同類(lèi)型的零件，應(yīng)根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用相應(yīng)的措施。但總的來(lái)說(shuō)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用相應(yīng)的措施。但總的來(lái)說(shuō)要注意以下幾點(diǎn)：要注意以下幾點(diǎn)：1. 用受壓、拉零件替代受彎曲零件；用受壓、拉零件替代受彎曲零件；2. 合理布置受彎曲零件支承（見(jiàn)圖合理布置受彎曲零件支承（見(jiàn)圖18）；）；3. 合理設(shè)計(jì)受彎曲零件的截面形狀；合理設(shè)計(jì)受彎曲零件的截面形狀；4. 合理采用筋板，盡可能使筋板受壓；合理采用筋板，盡可能使筋板受壓；5. 采用預(yù)變形方法。采用預(yù)變形方法。 如圖如圖19所示，選擇不同類(lèi)型的軸承對(duì)系統(tǒng)剛度

19、也有明顯的所示，選擇不同類(lèi)型的軸承對(duì)系統(tǒng)剛度也有明顯的影響，且常與對(duì)彎曲強(qiáng)度的影響同時(shí)存在。影響，且常與對(duì)彎曲強(qiáng)度的影響同時(shí)存在。圖圖18 支承結(jié)構(gòu)支承結(jié)構(gòu)a)較差結(jié)構(gòu)較差結(jié)構(gòu) b)改進(jìn)結(jié)構(gòu)改進(jìn)結(jié)構(gòu)圖圖19 軸承類(lèi)型的影響軸承類(lèi)型的影響a)較差結(jié)構(gòu)較差結(jié)構(gòu) b)改進(jìn)結(jié)構(gòu)改進(jìn)結(jié)構(gòu)（七）變形協(xié)調(diào)原則（七）變形協(xié)調(diào)原則 一個(gè)零件和另一個(gè)零件相接觸，當(dāng)一個(gè)零件和另一個(gè)零件相接觸，當(dāng)在接觸處難以同步變形時(shí)，零件間的接在接觸處難以同步變形時(shí)，零件間的接觸區(qū)域里應(yīng)力會(huì)急劇上升，這是應(yīng)力集觸區(qū)域里應(yīng)力會(huì)急劇上升，這是應(yīng)力集中的另一種情況。在接觸處降低零件在中的另一種情況。在接觸處降低零件在力流方向上的剛度，盡

20、量使兩零件在接力流方向上的剛度，盡量使兩零件在接觸區(qū)域里同步變形，降低應(yīng)力集中的影觸區(qū)域里同步變形，降低應(yīng)力集中的影響，此及為變形協(xié)調(diào)原則。響，此及為變形協(xié)調(diào)原則。 如圖如圖20所示，過(guò)盈配合聯(lián)接結(jié)構(gòu)在輪所示，過(guò)盈配合聯(lián)接結(jié)構(gòu)在輪轂端部應(yīng)力集中嚴(yán)重，可通過(guò)降低軸或輪轂端部應(yīng)力集中嚴(yán)重，可通過(guò)降低軸或輪轂相應(yīng)部位的局部剛度使應(yīng)力集中得到有轂相應(yīng)部位的局部剛度使應(yīng)力集中得到有效緩解。效緩解。 圖圖20 過(guò)盈配合的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)過(guò)盈配合的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu) 如圖如圖21所示，受彎曲載荷作用的軸在滑動(dòng)所示，受彎曲載荷作用的軸在滑動(dòng)軸承端面常常出現(xiàn)邊緣擠壓，從而引起軸承的軸承端面常常出現(xiàn)邊緣擠壓，從而引起軸承的失效，其

21、原因即為軸承不能隨著軸的變形而變失效，其原因即為軸承不能隨著軸的變形而變形。因此滑動(dòng)軸承軸承座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該使軸形。因此滑動(dòng)軸承軸承座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該使軸承在軸受載荷作用時(shí)能和軸協(xié)調(diào)變形。承在軸受載荷作用時(shí)能和軸協(xié)調(diào)變形。圖圖21 軸承座的結(jié)構(gòu)軸承座的結(jié)構(gòu)a)較差結(jié)構(gòu)較差結(jié)構(gòu) b)改進(jìn)結(jié)構(gòu)改進(jìn)結(jié)構(gòu) 變形不協(xié)調(diào)不僅會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中，變形不協(xié)調(diào)不僅會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中，降低機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，而且還可能損害降低機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，而且還可能損害機(jī)械的功能，如圖機(jī)械的功能，如圖22a所示，是一起重機(jī)所示，是一起重機(jī)行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)軸，由于結(jié)構(gòu)及其它條行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)軸，由于結(jié)構(gòu)及其它條件的制約，軸上齒輪不能安裝在軸的中件

22、的制約，軸上齒輪不能安裝在軸的中點(diǎn)位置上，這將導(dǎo)致兩行走輪因軸變形點(diǎn)位置上，這將導(dǎo)致兩行走輪因軸變形引起的扭角也不等。這種力矩傳遞的不引起的扭角也不等。這種力矩傳遞的不同步使得起重機(jī)的行走總有自動(dòng)轉(zhuǎn)彎的同步使得起重機(jī)的行走總有自動(dòng)轉(zhuǎn)彎的趨勢(shì)。改進(jìn)的方法是將齒輪兩側(cè)的軸的趨勢(shì)。改進(jìn)的方法是將齒輪兩側(cè)的軸的扭轉(zhuǎn)剛度設(shè)計(jì)相等，如圖扭轉(zhuǎn)剛度設(shè)計(jì)相等，如圖2222b所示。所示。圖圖22 行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)軸變形協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)軸變形協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)a)較差結(jié)構(gòu)較差結(jié)構(gòu) b)改進(jìn)結(jié)構(gòu)改進(jìn)結(jié)構(gòu)（八）等強(qiáng)度原則（八）等強(qiáng)度原則 一般，機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度要求是通過(guò)一般，機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度要求是通過(guò)零件中最大工作應(yīng)力等于或小于材料許零件中最大工作應(yīng)力等于或小于材料許用應(yīng)力來(lái)滿足，這樣材料并為得到充分用應(yīng)力來(lái)滿足，這樣材料并為得到充分利用。最理想的設(shè)計(jì)是應(yīng)力處處相等，利用。最理想的設(shè)計(jì)是應(yīng)力處處相等，同時(shí)達(dá)到材料的許用應(yīng)力值。同時(shí)達(dá)到材料的許用應(yīng)力值。 工程中大量出現(xiàn)的變截面梁就是按工程中大量出現(xiàn)的變截面梁就是按照等強(qiáng)度原則來(lái)設(shè)計(jì)的。比如，搖臂鉆照等強(qiáng)度原則來(lái)設(shè)計(jì)的。比如，搖臂鉆的橫臂的橫臂AB，汽車(chē)用的板簧和階梯軸等汽車(chē)用的板簧和階梯軸等（見(jiàn)圖（見(jiàn)圖23）。）。 按照等強(qiáng)度原則設(shè)計(jì)時(shí)要注意兩