結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法和準(zhǔn)則

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法和準(zhǔn)則第一頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五15.1概述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需考慮的因素3．工藝條件及強(qiáng)度、剛度及外形美觀的要求1．功能要求2．工況條件第二頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五15.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求15.2.1

明確1.功能明確

轂孔過(guò)小·軸肩起不到定位作用轂孔過(guò)大，起不到定心作用第三頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五靠合理配合精度徑向定心靠軸肩實(shí)現(xiàn)軸向定位2.作用原理明確

很難準(zhǔn)確計(jì)算出單個(gè)軸承承受的徑向力第四頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五不承受徑向力承受全部徑向力第五頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.工況及負(fù)荷狀況明確

如圖所示的軸轂連接，采用過(guò)盈配合及鍵連接雙重配置，使得應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，從而降低了使用的可靠性。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免出現(xiàn)這種不明確的應(yīng)力狀態(tài)(或受力狀態(tài))。第六頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五15.2.2結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單1.構(gòu)件的零件數(shù)量少水管空氣管液壓管第七頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.零件幾何形狀簡(jiǎn)單下圖是限位裝置。b）結(jié)構(gòu)比a)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、合理。第八頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.采用標(biāo)準(zhǔn)零部件

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足功能的前提下，應(yīng)該盡量采用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)部件和零件。4.操作簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)布置合理、信號(hào)顯示醒目5.包裝簡(jiǎn)單、運(yùn)輸方便第九頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五15.2.3安全可靠安全可靠零件安全工作安全環(huán)境安全在設(shè)計(jì)中，常用以下三種方法實(shí)現(xiàn)安全可靠：1.直接安全技術(shù)設(shè)計(jì)中保證機(jī)械裝置有足夠的工作能力和壽命，又能夠避免誤操作造成損失。第十頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.間接安全技術(shù)當(dāng)機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，造成的損失較小，而且容易恢復(fù)。如剪切銷安全離合器。3.提示性安全技術(shù)它在危險(xiǎn)發(fā)生前發(fā)出警告，如警示燈、警鈴等，并可通過(guò)顯示裝置說(shuō)明危險(xiǎn)部位和危險(xiǎn)原因。15.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法15.3.1類比法設(shè)計(jì)物理量相似主要包括幾何相似、動(dòng)力學(xué)相似和運(yùn)動(dòng)學(xué)相似三類。凡是在幾何相似條件下，求得的動(dòng)力學(xué)相似的解，也能滿足運(yùn)動(dòng)學(xué)的相似。第十一頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五類比法是機(jī)械設(shè)計(jì)中一種比較常用的方法，常用的類比法的形式有：1.直接類比法2.間接類比法3.仿生類比法15.3.2模塊化設(shè)計(jì)在機(jī)械產(chǎn)品中，所謂模塊就是一組具有同一功能和結(jié)合要素（指連接部位的形狀、尺寸、連接件間的配合或嚙合參數(shù)等），但性能和結(jié)構(gòu)不同，卻能互換的單元。第十二頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.采用模塊化設(shè)計(jì)有下列優(yōu)點(diǎn)：1)產(chǎn)品更新?lián)Q代較快2)可以縮短設(shè)計(jì)和制造周期3）可以降低成本4）維修方便5）產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠模塊化設(shè)計(jì)特別適用于生產(chǎn)批量較小的系列產(chǎn)品。2.模塊化設(shè)計(jì)的主要方式1）橫系列模塊化設(shè)計(jì)。2）縱系列模塊化設(shè)計(jì)。3）橫系列和跨系列模塊化設(shè)計(jì)。4）全系列模塊化設(shè)計(jì)。5）全系列和跨系列模塊化設(shè)計(jì)。第十三頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五15.3.3

構(gòu)形變化設(shè)計(jì)1.變換零件工作表面形狀我是錐形閥，比你酷多了！我是球形閥，比你帥多了！別吵了，你倆功能一樣的!呵呵…第十四頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.變換零件作用面的相關(guān)位置球面在推桿上，工作時(shí)推桿既受橫向力又受軸向力。球面在擺桿上，工作時(shí)推桿只受軸向力。第十五頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.改變零件工作面的數(shù)目而發(fā)生形態(tài)變換一個(gè)螺栓連接多個(gè)螺栓連接由于螺栓連接數(shù)目的不同，導(dǎo)致輪轂結(jié)構(gòu)不同。第十六頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.改變零件表面排列順序或功能表面位置的變換而產(chǎn)生不同構(gòu)形外螺紋內(nèi)螺紋第十七頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五15.4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則15.4.1提高強(qiáng)度、剛度的原則1.改善零件的受力狀況

通過(guò)改進(jìn)帶輪的結(jié)構(gòu)，減少軸懸臂部分的長(zhǎng)度，從而降低軸上彎矩。第十八頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五下圖中軸所承受徑向載荷及軸向載荷都很大，故需要采用向心軸承和推力軸承分別承擔(dān)徑向力和軸向力。第十九頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.提高零部件的承載能力1）降低應(yīng)力集中程度在直徑變化處用圓弧過(guò)渡可以降低應(yīng)力集中的最大應(yīng)力第二十頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五s增加板厚特別是增加孔邊緣處的板厚可最大程度降低應(yīng)力集中處的最大應(yīng)力。第二十一頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2）改善表面狀況采用在零件表面滾壓、噴丸、碳化、氮化、表面淬火等方法強(qiáng)化表面層，都可以提高疲勞強(qiáng)度。1）采用合理的結(jié)構(gòu)3.提高零部件的剛度P點(diǎn)撓度僅為同徑懸臂梁撓度的1/9000P點(diǎn)撓度和左圖桁架P點(diǎn)撓度相等，但直徑是后者的10倍第二十二頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2）用拉、壓代替彎曲腹板受彎曲應(yīng)力腹板受拉、壓應(yīng)力當(dāng)構(gòu)件受彎矩作用時(shí)，大部分的負(fù)荷由靠邊界附近的材料承受，中性面附近相當(dāng)大部分的材料得不到充分利用。而構(gòu)件受拉壓時(shí)，應(yīng)力基本上均勻分布，因此用拉壓代替彎曲可獲得較高的剛度。第二十三頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五L3）合理布置支承a)采用剛度大的軸承安裝方式。第二十四頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五L第二十五頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五常見(jiàn)的預(yù)緊方式:圖（a）正裝的圓錐滾子軸承通過(guò)夾緊外圈而預(yù)緊圖（b）用彈簧預(yù)緊可得到穩(wěn)定的預(yù)緊力圖（a）圖（b）b)對(duì)軸承進(jìn)行預(yù)緊第二十六頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖（C）在一對(duì)軸承中間裝入長(zhǎng)度不等的套筒，預(yù)緊量由套筒的長(zhǎng)度差來(lái)控制圖（d）為角接觸軸承反裝，將軸承外圈磨窄，通過(guò)圓螺母夾緊使軸承預(yù)緊圖（C）圖（d）第二十七頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五

滾針軸承：具有特別大的剛度，但由于滾針軸承容許轉(zhuǎn)速不高，故其應(yīng)用受到很大限制。圓柱滾子軸承：剛度也很大，但不能調(diào)整徑向間隙。圓錐滾子軸承：剛度大、受力大、安裝調(diào)整方便，應(yīng)用廣泛。推力球軸承：軸向剛度最大。其它軸承：軸向剛度取決于軸承接觸角的大小，接觸角越大軸向剛度越大。c）選擇剛度大的軸承。第二十八頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五d）采用加強(qiáng)筋、板

PM受壓應(yīng)力受拉應(yīng)力

MP受壓應(yīng)力受壓應(yīng)力

一般材料的抗壓強(qiáng)度都明顯高于抗拉強(qiáng)度，故后者加強(qiáng)筋布置合理。第二十九頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五15.4.2改善工藝性的原則1.鑄件的工藝性1）形狀簡(jiǎn)單鑄件表面的凹凸形狀應(yīng)盡量減少，以避免使用活塊第三十頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2）合理確定鑄件壁厚減少鑄件中斷面厚度大的部分力求鑄件壁厚均勻。用肋板代替厚壁，既可以保證壁原來(lái)的剛度，又使壁厚均勻，結(jié)構(gòu)合理，減輕質(zhì)量。加強(qiáng)筋壁太厚第三十一頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五鑄件內(nèi)腔壁厚應(yīng)較外壁厚減小15%~20%，不同壁厚連接處，應(yīng)采用過(guò)渡結(jié)構(gòu)

（a）較好（b）較差第三十二頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五對(duì)于薄壁鑄件，必須避免較大又較薄的水平面水平平面澆鑄時(shí)容易造成冷隔或形成氣孔、渣眼或夾砂斜坡的平面，有利于排出液態(tài)金屬中的雜質(zhì)和由于鐵液漫流造成的冷隔等缺陷。第三十三頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.切削加工的工藝性1）盡量減少加工面面積，注意將加工面與非加工面嚴(yán)格分開(kāi)（a）不合理（b）合理第三十四頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2）應(yīng)留出必要的退刀槽或砂輪越程槽（a）不合理（b）合理第三十五頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3）零件切削時(shí)便于裝夾（a）不合理（b）合理凸緣結(jié)構(gòu)便于裝卡工件在工件上鉆孔便于裝卡工件第三十六頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五同一軸上兩鍵槽不在同一母線上，增加了裝卡工件次數(shù)同一軸上兩鍵槽位于同一母線上，加工鍵槽時(shí)只需裝卡一次工件4）盡量減少加工時(shí)工件的裝夾次數(shù)，以提高效率第三十七頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五5）優(yōu)先采用相同的錐度、圓角半徑及孔徑，減少刀具調(diào)整次數(shù)，提高加工精度。

不合理合理第三十八頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五6）斜孔采用凸臺(tái)和出刀底面，以防止鉆頭引偏在弧面上加工孔較困難在平面上加工孔較易第三十九頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五7）盡量使加工面位于同一高度，一次加工完成兩凸臺(tái)高度不等，兩被加工平面需分別加工。兩凸臺(tái)高度相等，兩被加工平面可同時(shí)加工。第四十頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.零件的裝配工藝性1）應(yīng)避免裝配時(shí)加工，如攻絲、鉆孔、研磨等。2）保證零件能準(zhǔn)確的定位。兩被連接件無(wú)徑向定位，很難保證兩孔的同軸度。兩被連接件用圓柱面實(shí)現(xiàn)徑向定位，可保證兩孔的同軸度。第四十一頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3）避免雙重定位表面。定位面1定位面2；由于存在加工誤差，故A的位置無(wú)法確定只有一個(gè)定位面，故A的位置唯一確定。第四十二頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五4）防止錯(cuò)誤裝配。螺栓孔到銷釘孔距離相等，容易導(dǎo)致支座裝反，進(jìn)而使軸中心線和孔的中心線偏離螺栓孔到銷釘孔距離不等，支座不可能裝反。第四十三頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五5）保證零件有足夠的裝配空間安裝螺栓的空間不夠，無(wú)法拆裝螺栓?？臻g太小，無(wú)法用扳手拆裝螺母。第四十四頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五配合面過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致裝配時(shí)配合面擦傷，破壞配合性質(zhì)，且轂孔上的鍵槽不易與軸上的鍵對(duì)準(zhǔn)。合理的配合面長(zhǎng)度不僅可減少加工量，還使得裝配方便，定位準(zhǔn)確。6）避免過(guò)長(zhǎng)的配合面第四十五頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五拆卸工具的作用面。7）便于拆卸為便于拆卸零件，應(yīng)給出安放拆卸工具的位置。為此定位軸承的的軸肩不能高于軸承內(nèi)圈。15.4.3提高經(jīng)濟(jì)性的原則1.減少材料成本2.降低生產(chǎn)準(zhǔn)備成本第四十六頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.降低加工成本組合式鏈輪與齒輪結(jié)構(gòu)，零件數(shù)量多、加工面多、需組裝時(shí)間長(zhǎng)，故加工成本高。粉末冶金燒結(jié)的整體結(jié)構(gòu)，不但降低了成本，精度也可達(dá)0.05mm。

可降低加工成本的方法還有：用無(wú)屑加工代替機(jī)加工以節(jié)約材料和工時(shí)；在單件或小批量生產(chǎn)條件下，以焊代鑄；要避免過(guò)高的配合精度要求。

第四十七頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.降低裝配成本1）選用便于裝卸的結(jié)構(gòu)采用快動(dòng)連接結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)一定彈性變形達(dá)到連接的目的，便于裝拆。用快動(dòng)連接替代螺栓連接。第四十八頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2）便于自動(dòng)裝配便于自動(dòng)運(yùn)輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)便于自動(dòng)裝配的結(jié)構(gòu)第四十九頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3）采用集成結(jié)構(gòu)內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣閥凸輪與排氣閥凸輪集成到一個(gè)共同的凸輪軸上，可減少零件數(shù)目，降低生產(chǎn)成本。且功能和分體式凸輪機(jī)構(gòu)一樣。第五十頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五5.實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的重復(fù)利用一般重復(fù)利用可以從以下幾個(gè)方面考慮：1）通過(guò)修理或更換配件重復(fù)使用。2）通過(guò)功能轉(zhuǎn)換另作他用。3）易于解體，便于材料分類。6.降低產(chǎn)品的運(yùn)行成本7.降低產(chǎn)品的維修成本從結(jié)構(gòu)上注意產(chǎn)品由于某些零件失效而出現(xiàn)故障時(shí)能方便地得到修復(fù)，通?？煽紤]以下幾個(gè)方面：1）結(jié)構(gòu)