提高强度和刚度的设计

的设计
强度和刚度是结构设计的基本问题，通过正确的结构设计可以减小单位载荷所引起的材料应力和变形量，提高结构的承载能力。

强度和刚度都与结构受力有关，在外载荷不变的情况下降低结构受力是提高强度和刚度的有效措施。

多种载荷作用在同一结构上就可能引起局部应力过大。

结构设计中应将载荷由多个结构分别承担，这样有利于降低危险结构处的应力，称为载荷分担。

载荷分担
1如图所示的联接结构。

方案a 带轮的扭矩传递给轴，同时也将压轴力传给轴，弯矩和扭矩同时作用会在轴上引起较大应力。

方案b 车床卸荷式带轮支撑结构中，增加了一个支承套，带轮通过端盖将扭矩传给轴，轴将带的拉力通过轴承及支承套传递至箱体，使弯矩和扭矩分担，提高了结构整体的承载能力。

卸荷式带轮结构的设计变换
蜗杆轴系结构 如图所示为蜗杆轴系结构，蜗杆传动产生的轴向力较大，使得轴承在承受径向载荷同时承受较大的轴向载荷，在图b结构中增加了专门承受双向轴向载荷的双向推力球轴承，使得各轴承分别发挥各自承载能力的优势。

2
载荷平衡
在机械传动中有些做功的力必须使其沿传动链传递，有些不
做功的力应尽可能使其传递路线变短，有利于提高结构的承载能力。

如图所示的行星齿轮结构中齿轮啮合使中心轮和系杆受力。

图b所示结构中在对称位置布置三个行星轮，使行星轮产生的力在
中心轮和系杆上合成为力偶，减小了有害力的传播范围。

行星轮系的结构
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减小应力集中
结构设计应设法缓解应力集中。

结构设计中应尽力避免使结构
受力较大处的零件形状突然变化，
以减小应力集中对强度的影响。

通
过降低应力集中处附近的局部刚度
可以有效地降低应力集中。

力流变化与应力集中
减小应力集中的过盈连接结构 例如图所示 过盈配合联接
结构a图中，在轮毂端部应力集中严重；图b、c、d所示结构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。

如图所示的轴结构中台阶和键槽端部都会引起轴的应力集中，图a的结构将两个应力集中源设计到同一截面处，加剧了局部的应力集中，图b结构使键槽不加工到轴段根部，避免了应力集中源的集中。

避免应力集中源的集中
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减小接触应力
渐开线齿轮在齿面上不同位置处的曲率半径不同，采用正变位可使齿面的工作位置向曲率半径较大的方向移动，对提高齿轮的接触强度和弯曲强度。

提高强度和刚度的设计
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减小接触应力
如图所示结构中图a两个凸球面接触传力，综合曲率半径较小，接触应力大；图b为凸球面与平面接触，图c为凸球面与凹球面接触，
综合曲率半径依次增大，有利于改善球面支承的强度和刚度。

改善球面支撑的
强度和刚度的设计
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