结构方案的创新设计教材(PPT 128页)_6709

• 设计者要充分地了解所选材料的力学性能， 加工性能，使用成本等信息。
• 塑料强度刚度低易老化，作连接件的避免 尖角，优先使用圆形或梯形螺纹。
• 链条冲击加橡胶垫
7.2 提高性能的设计
• 性能参数：强度，刚度，精度，工艺性 • 一、提高强度刚度的设计 • 正确的设计可以减小单位载荷所引起的材
料应力与变形量，提高结构的承载能力。 • 在外载荷不变的其情况下，降低机构受力
是提高强度和刚度的有效措施。
载荷分担
载荷平衡
• 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，应设法缓解应力集中。
• 零件截面形状的变化越突然，应力集中就 越严重。结构设计中应尽力避免使结构受 力较大的零件形状突然变化。
• 功能面决定机械功能，是零部件设计的核 心问题。
• 零件几何形状的变异设计主要是功能面的 变异。
• 主要参数有表面的形状，尺寸的大小，表 面数量，位置，顺序等。
• 钉子有平头，钉杆环纹，钉尖锐利，钉头 抛光柱型，可以凹陷入木材，美观，钉杆 倒刺环纹联结可靠。钉杆螺纹型，钉尖鸭 嘴型。
联结的变异
• 因此设计时应充分考虑人的生理心理因素 来开发产品
适合人的生理特点的结构设计
• 人体的几何因素。 • 身高、体形、肢体尺寸及比例等，因性别
• 由于结构定位等功能的需要，在绝大部分 结构中不可避免的会出现结构尺寸及形状 的变化，这些变化都会引起应力集中，应 避免多种应力源集中。
• 减小接触应力
• 高副接触强度和刚度都与接触点的综合曲 率半径有关，设法增加接触点的综合曲率 半径是提高工作能力的重要措施。
提高精度的设计
• 误差均化 • 在机构中如果有多个联结点同时对一种运
• 目的：为设计提供大量的可供选择的设计 方案，使设计者可以在其中进行评价，比 较和选择，并进行参数优化。
• 一般机械结构的技术要素：几何形状，零 件之间的联结和零件的材料及热处理方式。
功能面的变异
• 机械结构的功能面主要是靠机械零部件的 几何形状及各个零部件之间的相对位置关 系实现的。
• 表面构成形状，一个零件有多个表面，与 其他零部件相接触的表面，与工作介质或 被加工物体相接触的表面为功能面。
动起限制作用，则运动件的运动误差决定 于各联结点的综合影响，其运动精度高于 一个联结点的限制作用，如螺纹。
• 误差合理配置
• 机床主轴结构设计中，主轴前端（工作端） 的旋转精度是重要的设计目标，前支点影 响主轴大，故前支点精度选择比后高一级。
• 误差的传递
• 误差的累积，但影响程度不一样，减速传 动，最后一级影响大，增速传动，第一级 影响大，故影响后的一级精度应设计的高 一些。
支撑的变异
• 支撑的变异设计包括支点位置变异和支点 轴承的种类及其组合的变异。
• 两支撑 • 两轴承支撑的组合 • 支点承受轴向载荷的方式。
材料的变异
• 不同的材料具有不同的性能，不同的材料 对应不同的加工工艺，结构设计既要根据 功能的要求合理地选择适当的材料，又要 根据材料的种类，确定适当的加工工艺， 并根据加工工艺的要求确定适当的结构。
• 机械结构设计的重要特征之一是设计问题 的多解性。
• 机械结构设计的任务是在众多的可行结构 方案中寻求较好的或最好的方案。
7.1 结构方案的变异设计
• 就是从一个已知的可行结构方案出发，通过变换 得到大量的可行方案，通过对这些方案参数的优 化，得到多个局部最优解，再进行比较分析，得 到较优解或全局最优解。
• 目的要求满足设计要求的独立的设计方案，以便 对其进行参数优化设计，通过变异设计所得到的 独立的设计方案数量越多，覆盖的范围越广泛， 通过优化得到全局最优解的可能性就越大。
• 基本方法：首先通过对结构设计方案的分 析，得到一般结构设计方案中包含的技术 要wk.baidu.com的构成。
• 然后，再分析每一个技术要素的取值范围， 通过对这些技术要素在各自的取值范围内 的充分组合，就可以得到足够多得独立的 设计方案。
• 1、方便装卡 • 加工时预留装夹面，少的装卡次数就可以
完成加工。 • 零件上工作时不起作用，只是为了实现工
艺过程而设置的表面为，工艺表面。
• 2、方便加工
• 切削加工所要求形成的几何表面的数量， 种类越多，加工所需要的工作量就越大， 结构设计中，尽量减少加工表面的数量和 种类是一条重要的设计原则。
结构方案的创新设计教材(PPT 128页)
• 机械结构设计的任务是在总体设计的基础 上，根据所确定的原理方案，决定满足功 能要求的机械结构，需要决定的内容包括 结构的类型和组成，结构中所有零部件的 形状尺寸，位置，数量，材料，热处理方 式和表面状况，所确定的结构除应能够实 现原理方案所规定的动作要求外，还应能 满足设计对结构的强度，刚度，精度，稳 定性，工艺性，寿命，可靠性等方面的要 求。
• 误差补偿
• 温度变化，受力，磨损等因素使零件的形 状及相对位置关系发生变化，是不可避免 的，但好的设计可以减少这些因素的影响， 进行补偿。
• 采用误差较小的近似机构
• 采用近似机构时，会引入误差，应采用近 似性较好的近似机构来减少原理误差。
提高工艺性的设计
• 制造，安装，运输，维修，调整等易于进 行。
• 设计中如果为加工过程创造条件，使得某 些加工过程可以成组进行，将会明显地提 高加工工作效率。
• 3、简化装配、调整和拆卸
• 装配易于保证精度，易于识别安装，装配 的独立性
• 易损件应便于更换并预留更换空间。
7.3 结构的宜人性设计
• 国外统计数据显示，58％－70％的生产事 故都是由于没有充分考虑人的因素造成的。
• 零件通过联结组成机器 • 通过联结限制零件的某些自由度，保留机
器的功能所必须的自由度，使机器在工作 中能够实现确定形式的运动关系。
• 联结的作用是通过零件的工作表面与其他 零件的相应表面的接触实现的，不同的接 触表面采用不同的联结，所施加的紧固力 不同，从而对零件的自由度形成不同的约 束。
• 销联结，平键联结，半圆键，花键，切向 键，成形连接，楔键，顶丝，过盈等。