机械结构设计中应考虑的主要问题

现代设计与分析研究所 何雪宏 2002年4月20-28日
提高耐磨性的结构设计（之四）
4.滑动轴承不能用接触式油封
毡圈密封、皮圈密封等接触式密封适用 于滚动轴承但不适用于滑动轴承。当轴 承间隙和磨损量较小时可以考虑采用间 隙式或径向曲路密封。这是因为滑动轴 承比滚动轴承间隙大，而且当滑动轴承 磨损后，轴中心位置有较大变化。
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提高强度和刚度的结构设计（之五）
5. 受力分布要合理
尽量设计成支持点与受
力点一致。图示设备由3足
支撑，采用4腿工作台时，台 面虽厚，变形仍很大；用3腿 工作台，每个腿对准设备的足， 台面虽薄，却无变形。
避免或减小应力集中。尖锐缺口、
凹槽，螺纹等结构因素，对变应力条 件下工作的零件强度有很大影响，应 尽量避免，或改善其形状以减小应力 集中。可应用有限元、优化、CAD等技 术，设计出最优的零件几何形状。
由于导轨运动速度是滚动速度的二倍，工作台运动到左右不同位 置时，滚珠受力不同，工作台向不同方向倾斜，产生误差。
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提高耐磨性的结构设计（之一、二）
1.避免相同材料配成滑动摩擦副 2.润滑剂供应充分，布满工作面
应选择适用的润滑剂和供应方式； 设计油沟、油式等使润滑剂能散布到整个 工作表面； 特别应注意立式轴承和导轨的润滑设计， 因为在这种情况下，润滑剂容易流失。
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提高精度的结构设计（之一）
1.导轨的驱动力作用点，应使两条导轨摩擦力产生的力矩 互相平衡
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l1FA l2FB
提高精度的结构设计（之二、三）
2.对于要求精度较高的导轨，不宜用少量滚珠支持
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提高耐磨性的结构设计（之五、六、七）
5.对易磨损部分应予以保护
有些气体或液体中混有粉末、颗粒或块状的固体，对零件表面 有很强的研磨作用。零件表面与这些介质接触的部分应具有较 强的耐磨性，如采用耐磨材料或采用表面堆焊等措施。也可以 把某些易磨损部分做成易磨损件，经常更换。
机械结构设计中 应考虑的主要问题
现代设计与分析研究所 何雪浤
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主要内容（1）
提高强度和刚度的结构设计 提高耐磨性的结构设计 提高精度的结构设计
设计总体
考虑人机学的结构设计 考虑发热、腐蚀、噪声等问题的结构设计
更 多
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提高强度和刚度的结构设计（之五）
5. 受力分布要合理
尽量减小作用在地基上的力。
地基一般由混凝土制成，承载能 力较低，尽可能不要把加力机构 的力作用在地基上。如图为一轴 承实验台，用油压千斤顶加载， 如把千斤顶放在地面上，则地基 受力很大。如果把油压千斤顶放 在一个用螺栓直接固定在实验台 底座上的角形支架上面，则地基 不承受油压千斤顶的推力。
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提高强度和刚度的结构设计（之二）
2.避免悬臂结构或减小悬臂长度
（a）伸出轴过长，受力不好
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提高强度和刚度的结构设计（之三）
3.受振动载荷的零件避免用摩擦力
摩擦传力的结构在振动载荷下容易松脱，宜采用靠零件形 状传力的结构。如把联接两板的螺栓由普通螺栓改为铰制 孔螺栓（两板受拉力）。
提高强度和刚度的结构设计（之一）
1.载荷分担
机床变速箱外输入轴 皮带轮的卸荷结构
为保证主轴1不受弯曲，提高 加工精度，将胶带的压力通 过轴承和轴承座5传给箱体4， 由箱体分担；而带轮3的转矩 则通过端盖2的花键传给轴1， 故轴1只承担转矩而不承担径 向力。
1-传动轴；2-端盖；3-带轮；4-箱体；5-轴承座
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提高强度和刚度的结构设计（之四）
4.考虑工作时零件变形对于受力分布的影响
有些零件空载的接触情况与负载后的接触情况不同。如图示齿 轮减速箱，负载运转时，由于轴弯曲变形，齿轮接触不良发生 偏载。正图中高速级齿轮轴的扭转变形可以补偿弯曲产生的偏 载，而误图则不能。
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提高强度和刚度的结构设计（之五）
5. 受力分布要合理
避免影响强度的局部结构 相距太近。图示圆管外壁上
有螺纹退刀槽，内壁有镗孔退 刀槽，如二者距离太近，对管 道强度影响较大，宜分散安排。
可以不传力的中间零部件应 尽量避免受力。如齿轮经过轴将
转矩传给卷筒，则轴受力较大。改 用螺栓直接联接，轴不受转矩，则 结构较合理。
图中所示的导轨油槽直通式只用于水平导 轨，曲折的油沟才适用于Байду номын сангаас直导轨，润滑 油可以较好地散布在工作面上。
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提高耐磨性的结构设计（之三）
3.润滑油箱不能太小
采用循环润滑的设备，都有一 个储油箱，此箱应足够大以保 证润滑油有足够的冷却时间和 沉淀混入油内的杂质，否则润 滑油的工作温度将显著升高。 此外还应注意油箱的通风和散 热。对精度要求高的设备，油 箱不宜装在机架内，以免机架 受热不均匀产生扭曲变形，使 机器精度降低。
提高耐磨性的结构设计（之八）
8.对于零件的易磨损表面增加一定的磨损裕量
开式齿轮的齿面磨损后，轮齿变薄，齿根弯曲强度降低，不能满 足强度要求。因而适当加大齿轮模数（加大10%-15%），以保证 齿轮有一定寿命； 机床导轨，未使用时如正好平直，使用时则由于磨损，精度不断 降低。如做成一定的上凸则可在较长时间内保持精度。
6.对易磨损件可以采用自动补偿磨损的结构
零件磨损后，尺寸发生变化，如不能及时改变其位置，则不能 实现原来的功能。
7.采用防尘装置防止磨粒磨损
对于在多尘条件下工作的机械应注意防尘和密封，以免异物进 入摩擦面，产生磨粒磨损。如链条加防护罩，导轨为防止切屑 进入摩擦面产生严重磨损，也应加防护罩。
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