001 提高强度和刚度等的结构设计原则
钢结构设计的原则与技术要点
钢结构设计的原则与技术要点钢结构是一种重要的结构形式,广泛应用于建筑、桥梁、塔楼、炼油厂等领域。
在进行钢结构设计时,需要遵循一些原则和技术要点,以确保结构的安全性、可靠性和经济性。
本文将介绍钢结构设计的基本原则和一些重要的技术要点。
一、钢结构设计的基本原则1.安全性原则:钢结构设计首要考虑的是结构的安全性,即在承受荷载时不发生破坏。
设计师需要根据结构的用途和工况要求,合理选择材料、断面尺寸和节点形式,以确保结构在各种荷载作用下具有足够的抗力和刚度。
2.可靠性原则:钢结构设计要以可靠性为基础,即在设计寿命内不发生失效。
设计师需要充分考虑结构材料的应力强度、疲劳性能、稳定性等方面,合理确定设计参数和荷载组合,以保证结构的长期可靠性。
3.经济性原则:钢结构设计追求经济性,即在保证安全可靠的前提下,尽可能减少材料与成本。
设计师需要根据工程的具体情况,合理确定材料的使用、结构的形式,以达到最优化的设计效果。
二、钢结构设计的技术要点1.材料选择:钢结构的材料一般采用碳素钢或低合金钢,根据不同的应用场景和要求,可以选择相应的材料品种和牌号。
材料的强度、韧性、可焊性以及防腐性等性能都需要满足设计要求。
2.截面选择:钢结构设计时,合理选择截面形式和尺寸是至关重要的。
截面的选择应满足结构的强度和刚度要求,同时考虑方便制作和施工的可行性。
常见的钢结构截面有工字钢、角钢、槽钢等,设计师应根据具体情况进行选择。
3.节点设计:节点是钢结构中重要的连接部分,直接影响结构的整体性能和稳定性。
合理的节点设计能提高结构的刚度和强度,减小变形和应力集中。
设计师需要考虑节点的受力特点,选择适当的连接方式和形式,确保节点的可靠性。
4.荷载设计:在进行钢结构设计时,需要充分考虑结构承受的各种荷载,包括自重、活载、风载、地震力等。
设计师需要根据相关规范和标准,确定荷载的作用方式、大小以及荷载组合方式,以保证结构在各种工况下的安全性。
5.施工和制作要求:钢结构的施工制作对结构性能和质量均有直接影响。
在机械设计中的500个应禁忌问题
机械设计500例禁忌第1章提高强度和刚度的结构设计1.1避免受力点与支持点距离太远1.2避免悬臂结构或减小悬臂长度1.3勿忽略工作载荷可以产生的有利作用1.4受振动载荷的零件避免用摩擦传力1.5避免机构中的不平衡力1.6避免只考虑单一的传力途径1.7不应忽略在工作时零件变形对于受力分布的影响1.8避免铸铁件受大的拉伸应力1.9避免细杆受弯曲应力1.10受冲击载荷零件避免刚度过大1.11受变应力零件避免表面过于粗糙或有划痕1.12受变应力零件表面应避免有残余拉应力1.13受变载荷零件应避免或减小应力集中1.14避免影响强度的局部结构相距太近1.15避免预变形与工作负载产生的变形方向相同1.16钢丝绳的滑轮与卷筒直径不能太小1.17避免钢丝绳弯曲次数太多,特别注意避免反复弯曲1.18起重时钢丝绳与卷筒联接处要留有余量1.19可以不传力的中间零件应尽量避免受力1.20尽量避免安装时轴线不对中产生的附加力1.21尽量减小作用在地基上的力第2章提高耐磨性的结构设计2.1避免相同材料配成滑动摩擦副2.2避免白合金耐磨层厚度太大2.3避免为提高零件表面耐磨性能而提高对整个零件的要求2.4避免大零件局部磨损而导致整个零件报废2.5用白合金作轴承衬时,应注意轴瓦材料的选择和轴瓦结构设计2.6润滑剂供应充分,布满工作面2.7润滑油箱不能太小2.8勿使过滤器滤掉润滑剂中的添加剂2.9滑动轴承的油沟尺寸、位置、形状应合理2.10滚动轴承中加入润滑脂量不宜过多2.11对于零件的易磨损表面增加一定的磨损裕量2.12注意零件磨损后的调整2.13同一接触面上各点之间的速度、压力差应该小2.14采用防尘装置防止磨粒磨损2.15避免形成阶梯磨损2.16滑动轴承不能用接触式油封2.17对易磨损部分应予以保护2.18对易磨损件可以采用自动补偿磨损的结构第3章提高精度的结构设计3.1尽量不采用不符合阿贝原则的结构方案3.2避免磨损量产生误差的互相叠加3.3避免加工误差与磨损量互相叠加3.4导轨的驱动力作用点,应作用在两导轨摩擦力的压力中心上,使两条导轨摩擦力产生的力矩互相平衡3.5对于要求精度较高的导轨,不宜用少量滚珠支持3.6要求运动精度的减速传动链中,最后一级传动比应该取最大值3.7测量用螺旋的螺母扣数不宜太少3.8必须严格限制螺旋轴承的轴向窜动3.9避免轴承精度的不合理搭配3.10避免轴承径向振摆的不合理配置3.11避免紧定螺钉影响滚动导轨的精度3.12当推杆与导路之间间隙太大时,宜采用正弦机构,不宜采用正切机构3.13正弦机构精度比正切机构高第4章考虑人机学的结构设计问题4.1合理选定操作姿势4.2设备的工作台高度与人体尺寸比例应采用合理数值4.3合理安置调整环节以加强设备的适用性4.4机械的操纵、控制与显示装置应安排在操作者面前最合理的位置4.5显示装置采用合理的形式”4.6仪表盘上的刻字应清楚易读4.7旋钮大小、形状要合理4.8按键应便于操作4.9操作手柄所需的力和手的活动范围不宜过大4.10手柄形状便于操作与发力4.11合理设计坐椅的尺寸和形状4.12合理设计坐椅的材料和弹性4.13不得在工作环境有过大的噪声4.14操作场地光照度不得太低第5章考虑发热、腐蚀、噪声等问题的结构设计5.1避免采用低效率的机械结构5.2润滑油箱尺寸应足够大5.3分流系统的返回流体要经过冷却5.4避免高压容器、管道等在烈日下曝晒5.5零件暴露在高温下的部分忌用橡胶,聚乙烯塑料等制造56精密机械的箱体零件内部不宜安排油箱,以免产生热变形5.7对较长的机械零部件,要考虑因温度变化产生尺寸变化时,能自由变形5.8淬硬材料工作温度不能过高5.9避免高压阀放气导致的湿气凝结5.10热膨胀大的箱体可以在中心支持5.11用螺栓联接的凸缘作为管道的联接,当一面受日光照射时由于两面温度及伸长不同,产生弯曲5.12与腐蚀性介质接触的结构应避免有狭缝5.13容器内的液体应能排除干净5.14注意避免轴与轮毂的接触面产生机械化学磨损(微动磨损)5.15避免易腐蚀的螺钉结构5.16钢管与铜管联接时,易产生电化学腐蚀,可安排一段管定期更换5.17避免采用易被腐蚀的结构5.18注意避免热交换器管道的冲击微动磨损5.19减少或避免运动部件的冲击和碰撞,以减小噪声5.20高速转子必须进行平衡5.21受冲击零件质量不应太小5.22为吸收振动,零件应该有较强的阻尼性第6章铸造结构设计6.1分型面力求简单6.2铸件表面避免内凹6.3表面凸台尽量集中6。
钢筋混凝土梁的强度与刚度优化设计方法
钢筋混凝土梁的强度与刚度优化设计方法钢筋混凝土梁作为常见的结构元素,承担着建筑物的重要荷载传递和支撑作用。
为了确保梁的安全可靠,优化设计方法在钢筋混凝土梁的设计中起到至关重要的作用。
本文将介绍钢筋混凝土梁的强度与刚度优化设计方法,帮助工程师和设计师更好地设计和选择适用的结构方案。
强度优化设计方法1. 材料选择:在钢筋混凝土梁的设计中,材料的选择是至关重要的一步。
合理选择混凝土和钢筋的强度等级可以有效地提高梁的整体强度。
为了满足设计荷载下的强度要求,应选择合适的混凝土等级,并根据需要选择适当的钢筋直径和数量。
2. 梁截面形状:梁的截面形状直接影响其承载能力。
为了实现强度优化设计,可以通过合理选择梁的截面形状来提高其承载能力。
常见的梁截面形状包括矩形截面、T形截面和倒T形截面等。
根据实际情况和设计要求选择合适的截面形状,以满足梁的强度需求。
3. 钢筋布置:合理的钢筋布置可以增加梁的抗弯刚度和强度。
在设计过程中,应根据梁的受力情况和设计要求进行钢筋的布置。
一般情况下,应采用较合理的钢筋配筋率,以提高梁的受力性能。
同时,应注意避免孔洞和杂物对钢筋布置的影响,以确保梁的整体强度和刚度。
刚度优化设计方法1. 截面尺寸优化:梁的截面尺寸直接关系到其刚度。
通过合理选择梁的截面尺寸,可以提高梁的刚度。
一般而言,较大的截面尺寸会带来较高的刚度,但也会增加成本和施工难度。
因此,在进行梁的刚度优化设计时,应综合考虑结构的使用要求和经济性,适当选择截面尺寸。
2. 跨中反弯刚度:梁的跨中反弯刚度是一项重要的设计指标。
通过增加钢筋梁的截面惯性矩或采用合适的预应力设计,可以有效提高梁的跨中反弯刚度。
此外,合理配置受压区和受拉区的钢筋,也可以在一定程度上提高梁的刚度。
3. 配筋形式优化:在刚度优化设计过程中,还需要考虑合理的配筋形式。
通过在梁的不同部位使用不同直径的钢筋,可以提高梁的刚度。
此外,合适的配筋间距和间隔也会对梁的刚度产生影响。
零件结构设计的基本要求和内容
零件结构设计的基本要求和内容集团文件版本号:(M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988)零件结构设计的基本要求摘要:本文介绍零件结构设计的基本要求,限于篇幅,主要介绍零件设计的功能使用要求和为了实现这些要求而采取的一些措施。
关键词:零件结构设计要求措施正文:一、功能使用要求设计机械或零件必须首先满足其功能和使用要求。
机械的功能要求,如运动范围和形式要求、速度大小和载荷传递都是由具体的零件来实现的。
除传动要求外,机械零件还需要有承载、固定、链接等功能;零件结构设计应满足强度、刚度、精度、耐磨性及防腐等使用要求。
1、提高强度和刚度的结构设计为了使机械零件能正常工作,在设计的整个过程中都要保证零件的强度和刚度能满足要求。
对于重要的零件要进行强度和刚度计算。
静强度的计算指危险截面拉压、剪切、弯曲和扭剪应力的计算;静刚度的计算指相对载荷或应力下的变形计算。
两者均与零件的材料、受力和结构尺寸密切相关。
通过合理选择机械的总体方案使零件的受力合理,特别是通过正确的结构设计使它所受的应力和产生的变形较小可以提高零件的强度和刚度,满足其工作能力的要求。
合理的计算有助于选择最佳方案,但同时也要考虑零件在加工、装拆过程中保证足够的强度和刚度要求。
(1)通过结构设计提高静强度和刚度的措施1)改变受力a)改变受力情况,降低零件的最大应力b)载荷分担将一个零件所受的载荷分给几个零件承受,以减少每个零件的受力。
c)载荷均布:通过改变零件的形状,改善零件的受力;采用挠性均载元件;提高加工精度。
d)其他的载荷抵消或转化措施,采取措施使外载荷全部或部分地相互抵消,有化外力为内力、用拉伸代替弯曲等。
2)改变截面a)采用合理的断面形状,在零件材料和受力一定的条件下,只能通过结构设计,如增大截面积,增大抗弯、抗扭截面系数来提高其强度。
b)用肋或隔板,采用加强肋或隔板科提高零件、特别是机架零件的刚度3)利用附加结构措施改变材料内应力状态,通过加强附加结构措施使受力零件产生弹性强化或塑性强化来提高强度。
建筑结构设计原则
建筑结构设计原则建筑结构设计是建筑领域中至关重要的一环。
它不仅决定了建筑物的稳定性和安全性,还直接影响着建筑物的外观、功能和使用寿命。
在建筑结构设计中,有一些基本原则需要被遵循,以确保建筑物的结构稳定和可靠。
本文将探讨一些常见的建筑结构设计原则,帮助读者更好地理解和应用这些原则。
1. 强度和稳定性优先在建筑结构设计中,强度和稳定性是最基本的考虑因素。
建筑物必须能够承受自身重量以及外部荷载的作用,如风力、地震力等。
因此,结构设计师必须确保建筑物的结构强度足够,并且能够保持稳定性,以防止结构倒塌或损坏。
2. 材料的选择与使用在建筑结构设计中,材料的选择和使用对建筑物的性能和寿命有着重要影响。
结构设计师需要考虑材料的强度、耐久性、可持续性以及成本等因素。
常见的建筑材料包括混凝土、钢铁、木材和玻璃等。
不同的材料具有不同的特性和适用范围,结构设计师需要根据具体情况选择合适的材料。
3. 结构的合理布局建筑结构的合理布局是确保建筑物稳定性和功能性的关键。
结构设计师需要根据建筑物的用途和要求,合理布置结构元素,如柱子、梁、墙体等。
合理的布局可以有效地分担荷载,提高结构的整体稳定性,并且有助于优化空间使用。
4. 利用自然力的作用在建筑结构设计中,结构设计师可以利用自然力来增强建筑物的稳定性和效能。
例如,利用地基的承载能力可以减轻建筑物的荷载,使用风力和日照来提供自然通风和采光等。
通过合理利用自然力,可以降低建筑物的能耗,提高建筑物的可持续性。
5. 结构的灵活性和可调整性建筑结构设计应该具备一定的灵活性和可调整性,以适应未来的变化和需求。
建筑物可能会面临不同的使用要求和功能变化,因此结构设计师需要考虑到这些因素,并在设计中留出一定的余地,以便进行后续的改变和调整。
6. 安全性和可靠性的考虑在建筑结构设计中,安全性和可靠性是最重要的考虑因素。
结构设计师需要考虑各种可能的风险和灾害,如地震、火灾等,并采取相应的措施来确保建筑物的安全性。
机械设计基础设计原则
一、提高强度和刚度的结构设计1.避免受力点与支持点距离太远2.避免悬臂结构或减小悬臂长度3.勿忽略工作载荷可以产生的有利作用4.受振动载荷的零件避免用摩擦传力5.避免机构中的不平衡力6.避免只考虑单一的传力途径7.不应忽略在工作时零件变形对于受力分布的影响8.避免铸铁件受大的拉伸应力;9.避免细杆受弯曲应力10.受冲击载荷零件避免刚度过大11.受变应力零件避免表面过于粗糙或有划痕12.受变应力零件表面应避免有残余拉应力13.受变载荷零件应避免或减小应力集中14.避免影响强度的局部结构相距太近15.避免预变形与工作负载产生的变形方向相同16.钢丝绳的滑轮与卷筒直径不能太小17.避免钢丝绳弯曲次数太多,特别注意避免反复弯曲18.起重时钢丝绳与卷筒联接处要留有余量19.可以不传力的中间零件应尽量避免受力20.尽量避免安装时轴线不对中产生的附加力21.尽量减小作用在地基上的力二、提高耐磨性的结构设计1.避免相同材料配成滑动摩擦副2.避免白合金耐磨层厚度太大3.避免为提高零件表面耐磨性能而提高对整个零件的要求4.避免大零件局部磨损而导致整个零件报废5.用白合金作轴承衬时,应注意轴瓦材料的选择和轴瓦结构设计6.润滑剂供应充分,布满工作面7.润滑油箱不能太小8.勿使过滤器滤掉润滑剂中的添加剂9.滑动轴承的油沟尺寸、位置、形状应合理10.滚动轴承中加入润滑脂量不宜过多11.对于零件的易磨损表面增加一定的磨损裕量12.注意零件磨损后的调整13.同一接触面上各点之间的速度、压力差应该小14.采用防尘装置防止磨粒磨损15.避免形成阶梯磨损16.滑动轴承不能用接触式油封17.对易磨损部分应予以保护18.对易磨损件可以采用自动补偿磨损的结构三、提高精度的结构设计1.尽量不采用不符合阿贝原则的结构方案2.避免磨损量产生误差的互相叠加3.避免加工误差与磨损量互相叠加4.导轨的驱动力作用点,应作用在两导轨摩擦力的压力中心上,使两条导轨摩擦力产生的力矩互相平衡5.对于要求精度较高的导轨,不宜用少量滚珠支持6.要求运动精度的减速传动链中,最后一级传动比应该取最大值7.测量用螺旋的螺母扣数不宜太少8.必须严格限制螺旋轴承的轴向窜动9.避免轴承精度的不合理搭配10.避免轴承径向振摆的不合理配置11.避免紧定螺钉影响滚动导轨的精度12.当推杆与导路之间间隙太大时,宜采用正弦机构,不宜采用正切机构13.正弦机构精度比正切机构高四、考虑人机学的结构设计问题1.合理选定操作姿势2.设备的工作台高度与人体尺寸比例应采用合理数值3.合理安置调整环节以加强设备的适用性4.机械的操纵、控制与显示装置应安排在操作者面前最合理的位置5.显示装置采用合理的形式6.仪表盘上的刻字应清楚易读7.旋钮大小、形状要合理8.按键应便于操作9.操作手柄所需的力和手的活动范围不宜过大10.手柄形状便于操作与发力11.合理设计坐椅的尺寸和形状12.合理设计坐椅的材料和弹性13.不得在工作环境有过大的噪声14.操作场地光照度不得太低五、发热、腐蚀、噪声等问题的结构设计1.避免采用低效率的机械结构2.润滑油箱尺寸应足够大3.分流系统的返回流体要经过冷却4.避免高压容器、管道等在烈日下曝晒5.零件暴露在高温下的部分忌用橡胶,聚乙烯塑料等制造6.精密机械的箱体零件内部不宜安排油箱,以免产生热变形7.对较长的机械零部件,要考虑因温度变化产生尺寸变化时,能自由变形8.淬硬材料工作温度不能过高9.避免高压阀放气导致的湿气凝结10.热膨胀大的箱体可以在中心支持11.用螺栓联接的凸缘作为管道的联接,当一面受日光照射时由于两面温度及伸长不同,产生弯曲12.与腐蚀性介质接触的结构应避免有狭缝13.容器内的液体应能排除干净14.注意避免轴与轮毂的接触面产生机械化学磨损(微动磨损)15.避免易腐蚀的螺钉结构16.钢管与铜管联接时,易产生电化学腐蚀,可安排一段管定期更换17.避免采用易被腐蚀的结构18.注意避免热交换器管道的冲击微动磨损19.减少或避免运动部件的冲击和碰撞,以减小噪声20.高速转子必须进行平衡21.受冲击零件质量不应太小22.为吸收振动,零件应该有较强的阻尼性六、铸造结构设计1.分型面力求简单2.铸件表面避免内凹3.表面凸台尽量集中4.大型铸件外表面不应有小的凸出部分5.改进妨碍起模的结构6.避免较大又较薄的水平面7.避免采用产生较大内应力的形状8.防止合型偏差对外观造成不利影响9.采用易于脱芯的结构10.分型面要尽量少11.铸件壁厚力求均匀12.用加强肋使壁厚均匀13.考虑凝固顺序设计铸件壁厚14.内壁厚应小于外壁厚15.铸件壁厚应逐渐过渡16.两壁相交时夹角不宜太小17.铸件内腔应使造芯方便18.不用或少用型芯撑19.尽量不用型芯20.铸件的孔边应有凸台21.铸件结构应有利于清除芯砂22.型芯设计应有助于提高铸件质量23.铸件的孔尽可能穿通24.合理布置加强肋25.保证铸件自由收缩,避免产生缺陷26.注意肋的受力27.肋的设置要考虑结构稳定性28.去掉不必要的圆角29.化大为小,化繁为简30.注意铸件合理传力和支持七、锻造和冲压件结构设计1.自由锻零件应避免锥形和楔形2.相贯形体力求简化3.避免用肋板4.自由锻件不应设计复杂的凸台5.自由锻造的叉形零件内部不应有凸台6.模锻件的分模面尺寸应当是零件的最大尺寸,且分模面应为平面7.模锻件形状应对称8.模锻件应有适当的圆角半径9.模锻件应适于脱模10.模锻件形状应尽量简单11.冲压件的外形应尽可能对称12.零件的局部宽度不宜太窄13.凸台和孔的深度和形状应有一定要求14.冲压件设计应考虑节料15.冲压件外形应避免大的平面16.弯曲件在弯曲处要避免起皱17.注意设计斜度18.防止孔变形19.简化展开图20.注意支撑不应太薄21.薄板弯曲件在弯曲处要有切口22.压肋能提高刚度但有方向性23.拉延件外形力求简单24.拉延件的凸边应均匀25.利用切口工艺可以简化结构26.冲压件标注尺寸应考虑冲模磨损27.标注冲压件尺寸要考虑冲压过程八、焊接零件毛坯的结构1.合理设计外形2.减少边角料3.采用套料剪裁4.断面转折处不应布置焊缝5.焊件不能不顾自己特点,简单模仿铸件6.截面形状应有利于减少变形和应力集中7.正确选择焊缝位置8.不要让焊接影响区相距太近9.注意焊缝受力10.焊缝的加强肋布置要合理11.减小焊缝的受力12.减小热变形13.合理利用型材,简化焊接工艺14.焊缝应避开加工表面15.考虑气体扩散16.可以用冲压件代替加工件17.采用板料弯曲件以减少焊缝九、机械加工件结构设计1.注意减小毛坯尺寸2.加工面与不加工面不应平齐3.减小加工面的长度4.不同加工精度表面要分开5.将形状复杂的零件改为组合件以便于加工6.避免不必要的精度要求7.刀具容易进入或退出加工面8.避免加工封闭式空间9.避免刀具不能接近工件10.不能采用与刀具形状不适合的零件结构形状11.要考虑到铸造误差的影响12.避免多个零件组合加工13.复杂加工表面要设计在外表面而不要设计在内表面上14.避免复杂形状零件倒角15.必须避免非圆形零件的止口配合16.避免不必要的补充加工17.避免无法夹持的零件结构18.避免无测量基面的零件结构19.避免加工中的冲击和振动20.避免在斜面上钻孔21.通孔的底部不要产生局部未钻通22.减少加工同一零件所用刀具数23.避免加工中的多次固定24.注意使零件有一次加工多个零件的可能性十、热处理和表面处理件结构设计1.避免零件各部分壁厚悬殊2.要求高硬度的零件(整体淬火处理)尺寸不能太大3.应避免尖角和突然的尺寸改变4.避免采用不对称的结构5.避免开口形零件淬火6.避免淬火零件结构太复杂7.避免零件刚度过低,产生淬火变形8.采用局部淬火以减少变形9.避免孔距零件边缘太近10.高频淬火齿轮块两齿轮间应有一定距离11.电镀钢零件表面不可太粗糙12.电镀的相互配合零件在机械加工时应考虑镀层厚度13.注意电镀零件反光不适于某些工作条件十一、考虑装配和维修的机械结构设计1.拆卸一个零件时避免必须拆下其他零件2.避免同时装入两个配合面3.要为拆装零件留有必要的操作空间4.避免因错误安装而不能正常工作5.采用特殊结构避免错误安装6.采用对称结构简化装配工艺7.柔性套安装时要有引导部分8.难以看到的相配零件,要有引导部分9.为了便于用机械手安装,采用卡扣或内部锁定结构10.紧固件头部应具有平滑直边,以便拾取11.零件安装部位应该有必要的倒角12.自动上料机构供料的零件,应避免缠绕搭接13.简化装配运动方式14.对一个机械应合理划分部件15.尽量减少现场装配工作量16.尽量采用标准件17.零件在损坏后应易于拆下回收材料十二、螺纹联接结构设计1.对顶螺母高度不同时,不要装反2.防松的方法要确实可靠3.受弯矩的螺杆结构,应尽量减小螺纹受力4.避免螺杆受弯曲应力5.用螺纹件定位6.螺钉应布置在被联接件刚度最大的部位7.避免在拧紧螺母(或螺钉)时,被联接件产生过大的变形8.法兰螺栓不要布置在正下面9.侧盖的螺栓间距,应考虑密封性能10.不要使螺孔穿通,以防止泄漏11.螺纹孔不应穿通两个焊接件12.对深的螺孔,应在零件上设计相应的凸台13.高速旋转体的紧固螺栓的头部不要伸出14.螺孔要避免相交15.避免螺栓穿过有温差变化的腔室16.靠近基础混凝土端部不宜布置地脚螺栓17.受剪螺栓钉杆应有较大的接触长度18.考虑螺母拧紧时有足够的扳手空间19.法兰结构的螺栓直径、间距及联接处厚度要选择适当20.要保证螺栓的安装与拆卸的空间21.紧定螺钉只能加在不承受载荷的方向上22.铝制垫片不宜在电器设备中使用23.表面有镀层的螺钉,镀前加工尺寸应留镀层裕量24.螺孔的孔边要倒角25.螺杆顶端螺纹有碰伤的危险时,应有圆柱端以保护螺纹26.用多个沉头螺钉固定时,各埋头不可能都贴紧十三、定位销、联接销结构设计1.两定位销之间距离应尽可能远2.对称结构的零件,定位销不宜布置在对称的位置3.两个定位销不宜布置在两个零件上4.相配零件的销钉孔要同时加工5.淬火零件的销钉孔也应配作6.定位销要垂直于接合面7.必须保证销钉容易拔出8.在过盈配合面上不宜装定位销9.对不易观察的销钉装配要采用适当措施10.安装定位销不应使零件拆卸困难11.用销钉传力时要避免产生不平衡力十四、粘接件结构设计1.两圆柱对接时应加套管或内部加附加连接柱2.改进粘接接头结构,减少粘接面受力3.对剥离力较大部分采用增强措施4.粘接结构与铸、焊件有不同特点5.粘接用于修复时不能简单地粘合,要加大粘接面积6.修复重型零件除粘接外,应加波形键7.修复产生裂纹的零件除胶粘外,还应采取其他措施十五、键与花键结构设计1.底部圆角半径应该够大2.平键两侧应该有较紧密的配合3.当一个轴上零件用两个平键时,要求较高的加工精度4.采用两个斜键时要相距90度~120度5.用两个半圆键时,应在轴向同一母线上6.轴上用平键分别固定两个零件时,键槽应在同一母线上7.键槽不要开在零件的薄弱部位8.键槽长度不宜开到轴的阶梯部位9.钩头斜键不宜用于高速10.一面开键槽的长轴容易弯曲11.平键加紧定螺钉引起轴上零件偏心12.锥形轴用平键尽可能平行于轴线13.有几个零件串在轴上时,不宜分别用键联接14.花键轴端部强度应予以特别注意15.注意轮毅的刚度分布,不要使扭矩只由部分花键传递十六、过盈配合结构设计1.相配零件必须容易装入2.过盈配合件应该有明确的定位结构3.避免同时压入两个配合面4.对过盈配合件应考虑拆卸方便5.避免同一配合尺寸装入多个过盈配合件6.注意工作温度对过盈配合的影响7.注意离心力对过盈配合的影响8.要考虑两零件用过盈配合装配后,其他尺寸的变化9.锥面配合不能用轴肩定位10.锥面配合的锥度不宜过小11.在铸铁件中嵌装的小轴容易松动12.不锈钢套因温度影响会使过盈配合松脱13.过盈配合的轴与轮毂,配合面要有一定长度14.过盈配合与键综合运用时,应先装键入槽15.不要令二个同一直径的孔作过盈配合16.避免过盈配合的套上有不对称的切口十七、挠性传动结构设计1.带传动应注意加大小轮包角2.两轴处于上下位置的带轮应使带的垂度利于加大包角3.小带轮直径不宜过小4.带传动速度不宜太低或太高5.带轮中心距不能太小6.带传动中心距要可以调整7.带要容易更换8.带过宽时带轮不宜悬臂安装9.靠自重张紧的带传动,当自重不够时要加辅助装置10.注意两轴平行度和带轮中心位置11.平带传动小带轮应作成微凸12.带轮工作表面应光洁13.半交叉平带传动不能反转14.高速带轮表面应开槽15.同步带传动的安装要求比普通平带高16.同步带轮应该考虑安装挡圈17.增大带齿顶部和轮齿顶部的圆角半径18.同步带外径宜采用正偏差19.链传动应紧边在上20.两链轮上下布置时,小链轮应在上面21.不能用一个链条带动一条水平线上多个链轮22.注意挠性传动拉力变动对轴承负荷的影响23.链条用少量的油润滑为好24.链传动的中心距应该能调整25.链条卡簧的方向要与链条运行方向适应26.带与链传动应加罩27.绳轮直径不得任意减小28.应避免钢绳反复弯曲29.设计者必须严格规定钢绳的报废标准30.钢绳必须定期润滑31.卷筒表面应该有绳槽十八、齿轮传动结构设计1.齿轮布置应考虑有利于轴和轴承受力2.人字齿轮的两方向齿结合点(A)应先进入啮合3.齿轮直径较小时应作成齿轮轴4.齿轮根圆直径可以小于轴直径5.小齿轮宽度要大于大齿轮宽度6.齿轮块要考虑加工齿轮时刀具切出的距离7.齿轮与轴的联接要减少装配时的加工8.注意保证沿齿宽齿轮刚度一致9.利用齿轮的不均匀变形补偿轴的变形10.剖分式大齿轮应在无轮辐处分开11.轮齿表面硬化层不应间断12.锥齿轮轴必须双向固定13.大小锥齿轮轴都应能作轴向调整14.组合锥齿轮结构中螺栓要不受拉力十九、蜗杆传动结构设计1.蜗杆自锁不可靠2.冷却用风扇宜装在蜗杆上3.蜗杆减速器外面散热片的方向与冷却方法有关4.蜗杆受发热影响比蜗轮严重5.蜗杆位置与转速有关6.蜗杆刚度不仅决定于工作时受力7.蜗杆传动受力复杂影响精密机械精度8.蜗杆传动的作用力影响转动灵活性二十、减速器和变速器结构设计1.传动装置应力求组成一个组件2.一级传动的传动比不可太大或太小3.传递大功率宜采用分流传动4.尽量避免采用立式减速器5.注意减速箱内外压力平衡6.箱面不宜用垫片7.立式箱体应防止剖分面漏油8.箱中应有足够的油并及时更换9.行星齿轮减速箱应有均载装置10.变速箱移动齿轮要有空档位置11.变速箱齿轮要圆齿12.摩擦轮和摩擦无级变速器应避免几何滑动13.主动摩擦轮用软材料14.圆锥摩擦轮传动,压紧弹簧应装在小圆锥摩擦轮上15.设计应设法增加传力途径,并把压紧力化作内力16.无级变速器的机械特性应与工作机和原动机相匹配17.带无级变速器的带轮工作锥面的母线不是直线二十一、传动系统结构设计1.避免铰链四杆机构的运动不确定现象2.注意机构的死点3.避免导轨受侧推力4.限位开关应设置在连杆机构中行程较大的构件上5.注意传动角不得过小6.摆动从动件圆柱凸轮的摆杆不宜太短7.正确安排偏置从动件盘形凸轮移动从动件的导轨位置8.平面连杆机构的平衡9.设计间歇运动机构应考虑运动系数10.利用瞬停节分析锁紧装置的可靠性11.选择齿轮传动类型,首先考虑用圆柱齿轮12.机械要求反转时,一般可考虑电动机反转13.必须考虑原动机的起动性能14.起重机的起重机构中不得采用摩擦传动15.对于要求慢速移动的机构,螺旋优于齿条16.采用大传动比的标准减速箱代替散装的传动装置17.用减速电动机代替原动机和传动装置18.采用轴装式减速器二十二、联轴器离合器结构设计1.合理选择联轴器类型2.联轴器的平衡3.有滑动摩擦的联轴器要注意保持良好的润滑条件4.高速旋转的联轴器不能有突出在外的突起物5.使用有凸肩和凹槽对中的联轴器,要考虑轴的拆装6.轴的两端传动件要求同步转动时,不宜使用有弹性元件的挠性联轴7.中间轴无轴承支承时,两端不要采用十字滑块联轴器8.单万向联轴器不能实现两轴间的同步转动9.不要利用齿轮联轴器的外套做制动轮10.注意齿轮联轴器的润滑11.关于尼龙绳联轴器的注意事项12.关于剪切销式安全离合器的注意事项13.分离迅速的场合不要采用油润滑的摩擦盘式离合器14.在高温工作的情况下不宜采用多盘式摩擦离合器15.离合器操纵环应安装在与从动轴相联的半离合器。
建筑工程中的结构设计原则
建筑工程中的结构设计原则在建筑工程中,结构设计是一个至关重要的环节。
一个合理、稳固、安全的结构设计能够确保建筑物的长期使用,避免因结构问题导致的安全隐患和损失。
因此,在进行建筑工程中的结构设计时,需要遵循一些基本原则。
一、结构设计应考虑力学原理结构设计是基于力学原理的应用。
在设计过程中,应考虑到建筑物所承受的静力和动力荷载,合理选择结构形式和材料,以确保结构的安全性和稳定性。
同时,还应该合理处理结构的强度、刚度和稳定性之间的关系,确保结构能够承受各种力的作用。
二、结构设计应考虑可持续性在当今社会,可持续性是建筑工程的重要考量因素之一。
结构设计应尽可能减少对环境的影响,降低能耗和资源消耗。
采用可再生材料,提高建筑物的能源效率,减少二氧化碳排放等,都是可持续性设计原则的体现。
三、结构设计应考虑经济性经济性是建筑工程设计的一个重要指标。
结构设计应在保证建筑物安全的前提下,尽量降低建筑成本。
在选择结构形式和材料时,应综合考虑建筑物的使用寿命、维护成本等因素,确保建筑物的造价合理。
四、结构设计应充分考虑使用功能和美观性建筑物的结构设计不仅要满足力学和安全要求,还要与建筑的使用功能和美观性相结合。
对于不同类型的建筑物,要根据其功能和风格特点,选择合适的结构形式。
同时,结构的布局和细节设计也应考虑到建筑物的外观美观和内部空间的利用效率。
五、结构设计应考虑自然灾害和环境因素在一些地区,自然灾害如地震、台风等是常见的。
结构设计应考虑到这些自然灾害的影响,采用相应的防护措施,提高建筑物的抗震、抗风性能。
同时,还需考虑建筑物所处环境的特点,如气候、地质条件等,选择适合的结构形式和材料。
六、结构设计应充分考虑施工工艺和可操作性结构设计应与实际施工工艺相结合,充分考虑施工过程中的可操作性。
在选择结构形式和材料时,要考虑到施工工人的技能水平和对材料的可操作性的要求,确保施工的顺利进行。
七、结构设计应充分考虑规范要求结构设计应符合相关的建筑规范和标准要求。
桥梁工程中的结构设计原则
桥梁工程中的结构设计原则在现代社会中,桥梁作为连接两地的重要交通工具,在城市的发展中扮演着至关重要的角色。
桥梁工程中的结构设计是确保桥梁安全和可靠性的关键因素之一。
本文将探讨桥梁工程中的结构设计原则,并深入了解这些原则在实践中的应用。
一、强度和刚度的平衡在桥梁设计中,强度和刚度是两个至关重要的考虑因素。
强度是桥梁能够承受的最大荷载,而刚度则决定了桥梁在运载荷载时的变形情况。
设计人员需要在强度和刚度之间取得平衡,以确保桥梁能够承受荷载,同时尽可能减小形变。
在选择材料和构造形式时,设计人员需要综合考虑桥梁的重要性、使用寿命和预算等因素,以找到最佳平衡点。
二、适合的荷载分布桥梁在使用过程中需要承受各种各样的荷载,包括自身重量、行驶车辆和行人的荷载、风荷载等。
在设计桥梁时,需要根据不同荷载的特点进行合理的分析和计算,以确定桥梁能够承受所需的荷载。
同时,设计人员还需考虑荷载的分布情况,以确保桥梁的结构能够合理分担荷载,避免产生局部过载或形变过大的问题。
三、考虑抗震性能地震对桥梁结构的破坏是严重的,因此抗震性能是桥梁结构设计的重要因素之一。
在设计桥梁时,需要对地震的发生概率、震级和地震波特性进行充分分析,以确定合适的抗震设计参数。
设计人员还需考虑桥墩和桥面的整体稳定性,采取适当的抗震措施,确保桥梁在地震中的安全性。
四、合理的排水系统桥梁结构需要有一个合理的排水系统,以便及时有效地排除雨水和积水。
设计人员需考虑桥面的坡度和凸起,以确保雨水顺利流走,不会积聚在桥面上,防止形成沉积物和水渍等问题。
合理的排水系统将有助于延长桥梁的使用寿命,减少维护和修理成本。
五、设计过程中的监控和检测桥梁工程是一个长期的过程,在设计、建设和使用过程中需要进行持续的监控和检测。
设计人员需要在桥梁设计阶段设置有效的监测点,以监测桥梁结构的变形和损坏情况。
同时,在桥梁的使用过程中,需要定期进行检测和维护,以确保桥梁的安全和可靠性。
总结起来,桥梁工程中的结构设计原则包括强度和刚度的平衡、适合的荷载分布、抗震性能、合理的排水系统和设计过程中的监控和检测。
建筑结构抗震设计原则
建筑结构抗震设计原则地震是一种自然灾害,给人类社会带来了巨大的破坏和伤亡。
为了保护人们的生命财产安全,建筑结构的抗震设计成为了至关重要的任务。
本文将探讨建筑结构抗震设计的原则,以期为相关领域的从业者和研究者提供一定的参考。
一、结构强度与刚度建筑结构的抗震设计首先要考虑的是结构的强度和刚度。
强度是指结构的抗震能力,即能够承受地震引起的水平力和垂直力。
刚度则是指结构的刚性,即能够保持结构的稳定性和完整性。
在抗震设计中,需要根据地震烈度和建筑物的用途确定结构的强度和刚度,以确保结构在地震中能够保持稳定。
二、结构的合理布局结构的合理布局是抗震设计的关键之一。
建筑物的结构布局应该遵循以下原则:首先,建筑物的重要构件应该均匀分布在整个建筑物中,以避免重要构件集中在某一区域造成局部破坏;其次,建筑物的重要构件应该尽量远离外墙和柱子等易受地震力作用的部位,以减小地震力的影响;最后,建筑物的结构布局应该尽量避免出现不规则形状,以减小地震力的集中效应。
三、结构的耐震性能结构的耐震性能是指结构在地震中的变形能力和恢复能力。
为了提高结构的耐震性能,可以采取以下措施:首先,使用抗震设计的材料,如高强度混凝土、钢材等;其次,采用合理的结构形式,如剪力墙结构、框架结构等;最后,对结构进行适当的加固和抗震改造,如设置钢筋混凝土剪力墙、加固柱子等。
四、结构的抗震连接结构的抗震连接是指各构件之间的连接方式和连接性能。
合理的抗震连接可以有效地传递地震力,减小结构的变形和破坏。
在抗震设计中,需要选择适当的连接方式,如焊接、螺栓连接等,并确保连接的强度和刚度满足设计要求。
此外,还需要进行连接的预应力和预紧力设计,以提高连接的稳定性和可靠性。
五、结构的抗震控制结构的抗震控制是指通过控制结构的响应和变形,减小地震力的作用和影响。
在抗震设计中,可以采取以下措施:首先,通过合理的质量控制和质量检测,确保结构的质量达到设计要求;其次,通过设置减震装置和阻尼器等,减小地震力的作用;最后,通过设置隔震层和缓冲层等,减小地震波对结构的传递。
提高强度和刚度的结构设计
提高强度和刚度的结构设计《结构设计》课题设计题目:1)提高强度和刚度的结构设计2)提高耐磨性的结构设计组员:李秀彦 36张策升 22王宇 43目录提高强度和刚度的结构设计 1、载荷分担 2、载荷均布 3、减少及其零件的应力集中 4、利用设置肋板的设施提高刚度提高耐磨性的结构设计 1、改善润滑条件2、合理选择摩擦副的材料和处理3、使磨损均匀,避免局部磨损4、调节和补偿一、提高强度和刚度的机构设计机械结构设计包括两种 : 一是应用新技术、新方法开发创造新机械 ; 二是在原有机械的基础上重新设计或进行局部改进 , 从而改变或提高原有机械的性能。
因此掌握丰富的工程知识是机械专业的教师应具备的素质之一 ; 是连接基础理论与实践经验的桥梁 ; 是正确进行机械结构设计的前提 ; 同时也是从事科研活动、将力学、材料、工艺、制图等多学科知识综合运用的过程。
机械结构形式虽然千差万别 , 但其功能的实现几乎都与力力矩的产生、转换、传递有关。
机械零件具有足够的承载能力是保障机械结构实现预定功能的先决条件。
所以在机械结构设计中 , 根据力学理论对零件的强度、刚度和稳定性进行分析是必不可少的 , 并在此基础上 , 进行结构设计。
改善力学性能在机械结构设计中合理地运用力学知识 , 遵循以下几个原则 :一、载荷分担原则作用在零件上的外力、弯矩、扭矩等统称为载荷。
这些载荷中不随时间变化或随时间变化缓慢的称为静载荷。
随时间作周期性变化或非周期性变化的称为变载荷。
它们在零件中引起拉、压、弯、剪、扭等各种应力 , 并产生相应的变形。
如果同一零件上同时承担了多种载荷的作用 , 则可考虑将这些载荷分别由不同的零件来承担。
设计时采取一定的结构形式 , 将载荷分给两个或多个零件来承担 , 从而减轻单个零件的载荷 , 称为载荷分担原则。
这样有利于提高机械结构的承载能力。
1改变结构 , 减小轴的受力如图 1 - a 所示 , 轴已经承受了弯矩的作用 , 如果齿轮再经过轴将转矩传递给卷筒 , 则轴为转轴工作时既承受弯矩又承受转矩 , 受力较大。
钢结构设计原则
钢结构设计原则钢结构在建筑领域中具有广泛的应用,因其高强度、轻质化、施工速度快等特点而备受青睐。
然而,为了确保钢结构的安全性和稳定性,需要遵循一些设计原则。
本文将介绍钢结构设计的基本原则,以帮助读者更好地了解钢结构的设计过程。
一、整体稳定性原则钢结构的整体稳定性是设计过程中必须考虑的关键因素。
整体稳定性要求结构在受到外力作用时能够保持平衡,并能承受其引起的变形。
为此,设计师需要合理选择结构的类型、布置和连接方式,以确保整个钢结构具有足够的刚度和稳定性。
二、荷载与强度原则在进行钢结构设计时,必须考虑到结构所承受的各种荷载,如自重、活载、风载、地震载等。
设计过程中需要根据规范和标准,合理确定结构的强度和刚度,以满足各种荷载引起的应力和变形要求。
此外,还需注意钢材的选用和焊接接头的强度计算,确保结构的稳定性和安全性。
三、经济高效原则设计钢结构时,应充分考虑结构的经济效益。
在满足强度和稳定性要求的前提下,应尽可能减少材料的使用量,提高结构的空间利用率,以降低建造成本并提高建筑物的经济效益。
此外,还应考虑结构的可维护性和可拆卸性,以方便未来的维修和改造。
四、施工性原则钢结构的施工工艺较为复杂,因此设计师在进行钢结构设计时需要考虑结构的施工性。
例如,在确定结构尺寸和连接方式时,应充分考虑施工过程中的操作难度和材料的可获得性等因素,以确保施工进程的顺利进行。
此外,还需注意结构的拼装和安装工艺,确保施工的质量和安全。
五、美观与环保原则钢结构在现代建筑设计中起着重要的角色,因此在设计过程中应注重结构的美观性和环保性。
设计师应灵活运用结构造型,创造出富有创意和艺术感的建筑形象。
同时,还应选择环保材料,减少对自然环境的污染,为可持续发展做出贡献。
综上所述,钢结构设计应遵循整体稳定性、荷载与强度、经济高效、施工性以及美观与环保的原则。
通过合理考虑这些原则,能够设计出安全可靠、经济高效和满足实际需求的钢结构建筑。
钢结构的设计不仅仅是一项技术活动,更是一门艺术,需要设计师的智慧和创造力来完美呈现。
加固方案设计中的结构强度分析与设计原则
加固方案设计中的结构强度分析与设计原则在建筑结构加固方案设计中,结构强度分析和设计原则是至关重要的。
通过准确分析结构的强度,并根据特定的设计原则制定加固方案,可以确保加固措施的效果和可行性。
本文将介绍结构强度分析和设计原则,并探讨如何在加固方案设计中应用它们。
结构强度分析是确定结构在承受荷载时的安全性的关键步骤。
它基于结构力学原理,通过计算和模拟来评估结构的强度,并确定是否需要加固。
结构强度分析包括静力分析和动力分析两种方法。
在静力分析中,我们考虑结构在静态荷载作用下的行为。
这涉及到计算结构的受力情况,包括弯矩、剪力和轴力等。
通过使用不同的计算方法和工具,如有限元分析和解析计算,可以对结构进行全面的力学分析。
在结构强度分析中,我们需要根据结构的特点和设计要求,选择合适的计算方法和参数。
同时,还需要考虑结构的材料特性和荷载条件,以便准确评估结构的强度。
动力分析是通过考虑结构在动态荷载作用下的反应,来评估结构的强度。
这些动态荷载可以是自然发生的地震、风荷载等,也可以是人工生成的振动荷载。
动力分析通常涉及使用数值方法来模拟结构在动态荷载下的响应。
这种分析方法考虑了结构在不同时间段内的振动特性,从而准确评估结构的强度。
动力分析在加固方案设计中是非常重要的,特别是在地震区域。
通过了解结构的动力响应,可以指导加固方案的制定和优化。
在结构强度分析的基础上,制定合理的加固设计原则非常重要。
以下列举了一些常见的设计原则。
首先,了解结构的破坏机理是制定加固方案的基础。
不同的结构体系和材料有不同的破坏特点,有些结构可能更容易受到弯曲、剪切或拉伸等力的破坏。
因此,了解结构的破坏机理对于选择适当的加固方法非常关键。
其次,根据结构强度分析的结果,确定结构当前的承载能力。
加固方案应该根据结构现状的强度和荷载要求来制定。
通过改进结构的材料或配置,以增加结构的承载能力,可以提高结构的安全性并延长其使用寿命。
然后,考虑结构的整体性。
混凝土结构的设计原则
混凝土结构的设计原则混凝土结构设计是建筑工程中相当重要的一部分,合理的设计原则可以确保结构的稳定性、安全性和耐久性。
本文将介绍混凝土结构设计的原则,并探讨如何应用这些原则来设计一个高质量的混凝土结构。
一、强度设计原则混凝土结构的设计首先要满足强度要求。
这需要对混凝土的强度特性进行准确评估,并根据工程的负荷要求进行合理的强度设计。
通常情况下,设计人员会根据工程的荷载、使用寿命和施工条件等因素来确定混凝土的强度等级和配筋率。
在进行强度设计时,还需要考虑混凝土的抗压和抗拉强度,以及不同部位的受力情况。
例如,在梁柱节点处应增加受拉钢筋的配筋率,以保证节点的强度和刚度。
二、稳定性设计原则混凝土结构设计的另一个重要原则是稳定性。
稳定性是指结构在受到外力作用下不产生倾覆、破坏或变形的能力。
为了确保结构的稳定性,设计人员需要考虑结构的整体形状、尺寸和几何约束条件。
例如,在高层建筑中,建筑师会采用适当的平面和立面布局,以提高结构的整体刚度和稳定性。
此外,还需要进行荷载平衡和合理布置支撑系统,以减少结构的位移和倾覆风险。
三、耐久性设计原则混凝土结构的耐久性是指结构在长期使用和环境作用下的抗久期性能。
设计人员需要考虑混凝土的抗渗性、抗冻性、耐久性和抗化学品腐蚀性等方面。
为了提高混凝土结构的耐久性,设计人员可以采取以下措施:1. 选择合适的混凝土配合比和材料,以提高混凝土的密实性和抗渗性;2. 在混凝土中添加适量的掺合材料,如矿渣粉、硅灰等,以提高混凝土的抗冻性和耐久性;3. 采用防水、防腐蚀和防火等涂层材料,以提高结构的耐久性和安全性。
四、经济性设计原则经济性是混凝土结构设计中必须考虑的一个方面。
设计人员应该在满足强度、稳定性和耐久性要求的基础上,尽量减少材料和施工成本。
在经济性设计中,可以采用以下措施:1. 合理选择结构型式和尺寸,避免不必要的结构加强;2. 优化结构布局和形态,减少混凝土用量和钢筋配筋率;3. 使用高强度混凝土和轻质骨料等高性能材料,减少结构自重和材料消耗;4. 合理控制施工工期和质量,避免重复施工和修补。
建筑结构设计的核心原则
建筑结构设计的核心原则建筑结构设计是建筑设计的重要组成部分之一,它涉及到建筑物的稳定性、安全性和经济性等方面,对建筑的整体质量和使用寿命有着重要影响。
为了确保建筑物的结构能够承受各种外部荷载和内部力的作用,设计师需要遵循一些核心原则。
本文将介绍建筑结构设计的核心原则。
1. 安全性安全性是建筑结构设计的首要原则。
建筑结构必须具备足够的强度和刚度,能够承受可能发生的自然灾害和人为事故造成的荷载。
设计师需要根据建筑物的用途和地理条件等因素,合理确定结构的材料和断面尺寸,确保结构的安全性。
2. 稳定性稳定性是建筑结构设计的重要原则之一。
建筑物在受到外部荷载作用时需要保持平衡,不发生倾覆、滑移或失稳等情况。
设计师需要通过确定合适的结构形式、布置和支撑方式等措施,确保建筑物在各种荷载条件下能够保持稳定。
3. 经济性经济性是建筑结构设计的重要考虑因素之一。
设计师需要在保证结构安全和稳定的前提下,力求使用合理的材料和节约的断面尺寸,以降低建造成本。
同时,还需要考虑建筑物的使用寿命和维护成本等因素,确保整体设计的经济效益。
4. 适用性适用性是建筑结构设计的核心原则之一。
设计师需要根据建筑物的用途和功能要求,选择适合的结构形式和材料,并合理设计建筑物的空间布局。
同时,还需要考虑建筑物的扩展性和改造性,以满足可能出现的未来需求变化。
5. 美观性美观性是建筑结构设计的重要要求之一。
设计师需要通过合理的形式表达和结构处理,使建筑物的结构呈现出美感和协调性。
同时,还需要考虑结构与建筑整体风格的协调,以确保建筑物的整体美观性。
总结:建筑结构设计的核心原则包括安全性、稳定性、经济性、适用性和美观性。
这些原则旨在保证建筑物的结构安全、稳定和经济,同时考虑建筑物的适用性和美观性。
设计师在进行建筑结构设计时,应该遵循这些原则,以确保建筑物具备优良的结构性能和整体品质。
提高刚度的结构设计准则
刚度的类型: 1) 一个零件、一个结构本身的整体刚度; 2)两相互接触表面间的接触刚度(如机床的滑台与床身 两相互接触表面间的接触刚度 如机床的滑台与床身 两相互接触表面间的接触刚度 导轨、滚动支承中的滚动体与其支承零件之间) 导轨、滚动支承中的滚动体与其支承零件之间 3)动压或静压滑动轴承的油膜(或气膜 刚度 动压或静压滑动轴承的油膜 或气膜 动压或静压滑动轴承的油膜 或气膜)刚度 这些都影响结构或系统的性能和工作能力。 这些都影响结构或系统的性能和工作能力。
(1 + η ) 2 J / J 0 = 1 + δη 8 + 3δη (1 + δη )
抗弯截面系数W与 之比为: 抗弯截面系数 与W0之比为
1 + δη W / W0 = J / J 0 ⋅ 1 + 2η + δη
2、合理布置支承准则 支承条件对零件或系统的刚度有明显的影响,且常 与对弯曲强度的影响同时存在。 图示三种不同支承条件最大弯矩M 和最大挠度f 图示三种不同支承条件最大弯矩 max和最大挠度 max 有显著的差别。 有显著的差别。
3、合理设计断面形状准则 、
2
例:肋板的合理布置
如图所示的空心矩形梁,在其端部 作用集中载荷F1 , 其抗弯惯性矩较 大。 而作用力为F2方向时 按表抗弯惯 而作用力为 方向时,按表抗弯惯 方向时 性矩小很多。 性矩小很多。
不同截面形状的惯性矩比较
不同截面形状的惯性矩比较
不同截面形状的惯性矩比较
例:合理设计肋的形状
肋的形式主要有两种,即井字肋与米字肋。模型实 验和计算结果表明,采用米字肋与采用井字肋的大型零 件相比,抗扭刚度高两倍以上,抗弯刚度相近。
合理设计肋的形状
零件结构设计的基本要求和内容
零件结构设计的基本要求和内容IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】零件结构设计的基本要求摘要:本文介绍零件结构设计的基本要求,限于篇幅,主要介绍零件设计的功能使用要求和为了实现这些要求而采取的一些措施。
关键词:零件结构设计要求措施正文:一、功能使用要求设计机械或零件必须首先满足其功能和使用要求。
机械的功能要求,如运动范围和形式要求、速度大小和载荷传递都是由具体的零件来实现的。
除传动要求外,机械零件还需要有承载、固定、链接等功能;零件结构设计应满足强度、刚度、精度、耐磨性及防腐等使用要求。
1、提高强度和刚度的结构设计为了使机械零件能正常工作,在设计的整个过程中都要保证零件的强度和刚度能满足要求。
对于重要的零件要进行强度和刚度计算。
静强度的计算指危险截面拉压、剪切、弯曲和扭剪应力的计算;静刚度的计算指相对载荷或应力下的变形计算。
两者均与零件的材料、受力和结构尺寸密切相关。
通过合理选择机械的总体方案使零件的受力合理,特别是通过正确的结构设计使它所受的应力和产生的变形较小可以提高零件的强度和刚度,满足其工作能力的要求。
合理的计算有助于选择最佳方案,但同时也要考虑零件在加工、装拆过程中保证足够的强度和刚度要求。
(1)通过结构设计提高静强度和刚度的措施1)改变受力a)改变受力情况,降低零件的最大应力b)载荷分担将一个零件所受的载荷分给几个零件承受,以减少每个零件的受力。
c)载荷均布:通过改变零件的形状,改善零件的受力;采用挠性均载元件;提高加工精度。
d)其他的载荷抵消或转化措施,采取措施使外载荷全部或部分地相互抵消,有化外力为内力、用拉伸代替弯曲等。
2)改变截面a)采用合理的断面形状,在零件材料和受力一定的条件下,只能通过结构设计,如增大截面积,增大抗弯、抗扭截面系数来提高其强度。
b)用肋或隔板,采用加强肋或隔板科提高零件、特别是机架零件的刚度3)利用附加结构措施改变材料内应力状态,通过加强附加结构措施使受力零件产生弹性强化或塑性强化来提高强度。
脚手架施工方案中考虑结构强度与刚度的构造设计与布置技巧
脚手架施工方案中考虑结构强度与刚度的构造设计与布置技巧随着建筑工程的发展,脚手架在施工中起到了至关重要的作用。
脚手架不仅为工人提供了安全、稳定的工作平台,还承载着各种施工材料和设备的重量。
因此,在脚手架施工方案中,考虑结构强度与刚度是至关重要的一环。
首先,在脚手架的构造设计中,要充分考虑结构的强度。
这涉及到选用合适的材料和合理的结构形式。
脚手架一般采用钢管、螺栓和配件等材料构建,因此,在设计中要保证所选材料的强度和稳定性能够满足承载要求。
此外,对于特殊需求的脚手架,如高层建筑脚手架,还需要设计抗风、抗震等功能,以确保脚手架的安全性能。
在结构形式上,可以采用框架结构、悬挑结构等形式,结合实际情况进行有针对性的设计。
其次,脚手架施工方案中需要考虑结构的刚度。
刚度是指脚手架在受力时不发生过大的变形,保证整个结构的稳定性。
一个刚度过小的脚手架容易造成整体不稳定,从而危及施工人员的安全。
因此,在设计过程中,需要考虑脚手架的刚度要求,并根据实际情况采取相应的措施。
可以通过增加结构的支撑、设置合理的加劲杆等方式提高整体刚度。
此外,脚手架的刚度还需要与支撑结构相匹配,以确保整体施工的稳定性。
除了结构强度和刚度,脚手架施工方案还应关注构造的设计与布置技巧。
首先,要合理布置脚手架的支撑点和承重点。
支撑点的选择应符合脚手架的受力要求,承重点的设置应根据施工过程中所需材料、设备等的位置和数量进行合理布局,以充分保证脚手架的承载能力。
其次,要合理设置脚手架的连接点和加强构件。
连接点的设置应保证连接牢固可靠,加强构件的设置应遵循力学原理以增加整体结构的稳定性。
此外,构造的设计还需要考虑脚手架的组装、拆卸和维修等工艺要求,以便施工人员能够方便、快捷地进行相关操作。
综上所述,脚手架施工方案中考虑结构强度与刚度的构造设计与布置技巧对于保证施工安全和工程质量起着至关重要的作用。
在设计过程中,我们需要充分考虑结构的强度与刚度要求,并选择合适的材料和结构形式。
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图5 简支梁受力分析 a)集中力 b)分布力
如图 7所示为改善齿轮轮齿齿向载荷分布状态 而采用的桶形齿结构。正常齿上,载荷分布偏 于轮齿的两端部分。将轮齿修成桶形齿后,依 靠齿面受力的弹性变形使载荷沿齿宽方向分布 比较均匀。
图7 桶形齿与载荷分布
a)正常齿 b)桶形齿轮
一般螺栓联接受载后,各圈螺纹牙间的载荷 分布是不均匀的(见图 8a)。为改善螺纹牙间 载荷分配不均匀的现象,可采用悬置螺母、内 斜螺母、环槽螺母等结构(见图8b、c、d)。
在高速回转机械中,必须靠结构的措施及动 平衡的方法使旋转惯性力降低到允许的大小, 这就要求回转件的质量须尽量相对与回转中心 呈对称分布。可通过对回转件在动平衡机上做 动平衡实验,测出并消除超出允许值的不平衡 质量。 做往复运动的机械,如连杆机构,也可在设 计中采取结构措施和动平衡的方法,使其在运 转时产生尽可能小的惯性力。
图3 推力和径向轴承组合结构
图4 卸荷带轮结构
(二)均匀受载原则(载荷均布)
在确定工作载荷的大小的情况下,可 以考虑通过在结构上均匀分布载荷的方 法,来提高结构承载能力。尽量避免集 中载荷,尽可能地将载荷分散在结构上, 即为载荷均布。 如图5所示,经过简单的受力分析可 知,受集中力的简支梁在C点的受力比 受分布力的简支梁在C点的受力大了一 倍,所以图5b简支梁的强度要好于图5a。
如图19所示,选择不同类型的轴承对系统刚度也有明显的 影响,且常与对弯曲强度的影响同时存在。
图18 支承结构 a)较差结构 b)改进结构
图19 轴承类型的影响 a)较差结构 b)改进结构
(七)变形协调原则
一个零件和另一个零件相接触,当 在接触处难以同步变形时,零件间的接 触区域里应力会急剧上升,这是应力集 中的另一种情况。在接触处降低零件在 力流方向上的刚度,尽量使两零件在接 触区域里同步变形,降低应力集中的影 响,此及为变形协调原则。
图22 行走机构驱动轴变形协调结构设计 a)较差结构 b)改进结构
(八)等强度原则
一般,机械设计中的强度要求是通过 零件中最大工作应力等于或小于材料许 用应力来满足,这样材料并为得到充分 利用。最理想的设计是应力处处相等, 同时达到材料的许用应力值。 工程中大量出现的变截面梁就是按 照等强度原则来设计的。比如,摇臂钻 的 横 臂 AB, 汽 车 用 的 板 簧 和 阶 梯 轴 等 (见图-23)。 按照等强度原则设计时要注意两点: 其一应用等强度原则的前提是要方便制 造;其二是要注意次要载荷的影响。
图23 满足等强度原则的结构
a)摇臂钻横臂 b)车用板簧 c)阶梯轴
(九)其它
设计原则很多,下面介绍一些其它设计原则: 1. 空心截面原则 弯曲应力或扭转应力在横截面上都是越 远离中心越大,而在中心处却很小,为了充 分利用材料,应尽量将材料放在远离截面中 心处,使其成为空心结构,从而提高零件的 强度和刚度。此即为空心截面原则。 2.受扭截面封闭原则 受扭转作用的薄壁零件的截面应尽量制 造成为封闭形状,因为封闭形状比开口形状 抗剪切能力强,抗扭刚度大。此即为受扭截 面封闭原则。
图13 螺栓头—杆过渡区域应力分布
如图 14 所示,降低截面尺寸变化处附近的刚度,可 以降低应力集中的影响程度。 注意避免多个应力集中源叠加。如图15所示的轴结 构中台阶和键槽端部都会引起轴在弯矩作用下的应力集 中,但a图结构的应力集中状况比b图结构的应力集中状 况要严重得多。
图14 降低截面尺寸变化处附近的刚度 a)较差结构 b)改进结构
图15 避免多个应力集中源叠加 a)较差结构 b)改进结构
(五)提高接触强度原则
根据赫兹公式,提高高副接触强度 有两条途径:一是减小接触处的分布载 荷,一是增大两接触零件在接触部位的 综合曲率半径。
如图16所示,连杆机构的杆1与销2为线接触,如在销 轴处增加零件3,则变线接触为面接触; c图为斜面推杆 机构,零件6把推杆4与斜面5的点接触改为面接触; e图 增加了零件10,也将点接触变为了面接触;将零件 10改 为零件 11 ,则可以在零件 9 和 11 之间产生液体动压润滑。 这样就减小接触处的分布载荷,降低了接触应力,提高 了接触强度,而且还可以改善润滑,减少磨损。
3、最佳着力点原则 着力点的位置要尽量通过中心点、 结点等位置,避免产生附加弯矩,这样 有助于提高零件的承载能力。 4、受冲击载荷结构柔性原则 为了提高零件的抗冲击的能力,应 减小系统的刚度,加大柔性,这将有助 于改善系统的性能。 5、热变形自由原则(如轴的固定方式) 。
图8 改善螺纹牙间载荷分布 a)螺纹受载示意图 b)悬置螺母 c)内斜螺母 d)环槽螺母
(三)附加力自平衡原则(载荷平衡)
在力的传递过程中,一些机械结构常常不 可避免地出现不做功的附加力,例如,斜齿轮 啮合的轴向力,产生摩擦力的正压力,往复和 旋转运动的惯性力,流体机械叶片上压力差引 起的轴向力等,这些对结构功能毫无作用的附 加力,加大了结构的负载,降低了机械结构的 承载能力。如果使其在同一零件内与其它同类 载荷构成平衡力系则其它零件不受这些载荷的 影响,有利于提高结构的承载能力,这就是载 荷平衡原则。力自平衡措施的措施主要有:引 入平衡件和对称安装。
图21 轴承座的结构
a)较差结构 b)改进结构
变形不协调不仅会导致应力集中, 降低机械结构的强度,而且还可能损害 机械的功能,如图22a所示,是一起重机 行走机构的驱动轴,由于结构及其它条 件的制约,轴上齿轮不能安装在轴的中 点位置上,这将导致两行走轮因轴变形 引起的扭角也不等。这种力矩传递的不 同步使得起重机的行走总有自动转弯的 趋势。改进的方法是将齿轮两侧的轴的 扭转刚度设计相等,如图22b所示。
一、改善力学性能的结构设计原则 机械结构形式千差万别,但其功能的 实现几乎都与力(力矩)的产生、转换 传递有关。机械零件具有足够的承载能 力是保障机械结构功能实现的先决条件。 所以在机械结构设计中,根据力学理论 对零件的强度、刚度和稳定性进行分析 是必不可少的,并在此基础上,进行结 构优化设计。
计算机辅助结构优化设计已被广泛 应用于工程实际中。但它所依赖的力学 模型与复杂的实际结构及工况有差距, 力学模型的精度通常很难提高;对稍微 复杂一些的实际结构仍然停留在零件尺 寸的优化上,而基本结构一般还得预先 选定;只能针对一个具体的实例得到一 个特定的数值解,并不能给予方向性指 导。因此计算机辅助结构优化设计不能 代替工程知识的分析与总结,结合实例 分析,掌握提高结构承载能力的结构设 计原则,并为结构的创新设计提供可借 鉴的思路。
图16 用面接触代替点、线接触
如图17所示的结构中,从图 a到图 c的高副 接触中综合曲率半径依次增大,这样接触应 力依次减小,因此结构c有利于改善球面支承 的接触强度和刚度。
图17 增大接触处的综合曲率半径
(六)提高刚度原则
在进行结构设计时,在不增加零件 质量的前提下,要尽量提高零件结构的 刚度。对于不同类型的零件,应根据其 结构特点采用相应的措施。但总的来说 要注意以下几点: 1、用受压、拉零件替代受弯曲零件; 2、合理布置受弯曲零件支承(图18); 3、合理设计受弯曲零件的截面形状; 4、合理采用筋板,尽可能使筋板受压; 5、采用预变形方法。
(一)载荷分担原则
如果同一零件上同时承担了多种载荷的作 用,则可考虑将这些载荷分别由不同的零件来 承担。采取一定的结构形式,将载荷分给两个 或多个零件来承担,从而减轻单个零件的载荷, 这种方法称为载荷分担。这样有利于提高机械 结构的承载能力。 如图2所示,靠摩擦传递横向载荷的普通螺 栓联接常用销、套筒、键等抗剪元件来承担部 分横向载荷,提高螺纹联接的可靠性。
图9 斜齿轮啮合的自平衡方法 a)较差结构 b)改进结构
如图9a所示的结构工作时产生的轴向力最终要影 响到轴的受力,而在图9b中,由于引入了自平衡 措施,则可消除轴向力对轴的影响。
(四)减小应力集中
应力集中是影响承受交变应力的结构 承载能力的重要因素,结构设计应设法 缓解应力集中。在应力集中的部位,零 件的疲劳强度将显著降低。最大应力比 该截面上的平均应力可以大2~5倍以上。 应力集中与零件的局部变化形式(见图 11 )及零件的受力状态(见图 12 )有关。 降低应力集中程度可以提高零件的疲劳 强度。
如图20所示,过盈配合联接结构在轮 毂端部应力集中严重,可通过降低轴或轮 毂相应部位的局部刚度使应力集中得到有 效缓解。ຫໍສະໝຸດ 图20 过盈配合的联结结构
如图21所示,受弯曲载荷作用的轴在滑动 轴承端面常常出现边缘挤压,从而引起轴承的 失效,其原因即为轴承不能随着轴的变形而变 形。因此滑动轴承轴承座的结构设计应该使轴 承在轴受载荷作用时能和轴协调变形。
图2 螺栓联结中的抗剪元件
如图3所示,在选择轴承类型时,在 轴向载荷比径向载荷大得多或要求轴向 变形较小的情况下,可选用推力轴承和 径向接触轴承的组合结构来分别承受轴 向载荷和径向载荷。 如图4所示的带轮结构,传动带产生 的压轴力和传动带传递的转矩分别通过 不同的路径传递。这样,轴只承受转矩, 压轴力则直接由箱体承担了。
第三章补充内容 改善力学性能的结构设计原则
机械工程师更好地适应现代机械设计的要 素之一就是掌握丰富的工程知识。工程知识 是连接基础理论与实践经验的桥梁,是现代 工程师专业知识结构的本质特征。掌握一定 的工程知识是正确进行机械结构设计的前提, 有些结构错误对一个缺乏工程知识的设计者 来说是不易事先觉察的。 这一节从改善力学性能等方面来介绍一些 机械结构设计的基本原则。
图11 局部形状与应力集中
图12 受力状况与应力集中
普通螺栓联接,存在严重的应力集中现象。 如图13所示为螺栓头与螺栓杆在过渡处的应力集 中情况。从图中可以看出,在螺栓头与杆过渡处 应力发生急剧变化,应力集中非常严重。一般可 采用过渡圆角结构来缓解,但不够好,图中列出 了四种过渡结构,其中以d图结构的效果最佳。