机械结构设计与创新.ppt
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为获得更完善的零件功能，在结构设计与创新中 可尝试进行功能分解，再通过联想、类比与移植等 创新原理进行功能的扩展，或新功能的开发。
二：功能组合
指一个零件可以实现多种功能，从而使整 个机械系统更驱于简单化，简化制造过程， 减少材料消耗，提高工作效率，是结构创新 设计的一个重要途径。
深沟球轴承 外圈有止动槽， 带轮飞轮组合
一：功能分解
每个零件的每个部位各承担着不同的功能， 具有不同的工作原理。若将零件功能分解、细 化，则会有利于提高其工作性能，有利于开发 新功能，也使零件整体功能更驱于完善。
例： 螺钉是一种最常用的联接零件，其主 要功能是联接。联接可靠、防止松动、 提高寿命、抵抗破坏能力是设计的主要 目标。
若将螺钉各部分功能进行分解，则更容易实 现整体功能目标。
工作原理：在涨套内制作 多个环形内腔，各内腔 有小孔相连，若腔中充 满高压液体，则套主要 产生径向膨胀，对轴与 毂就会形成径向压力， 工作时就靠摩擦力传递 转矩，实现轴毂的可靠连接。
• 蜗杆卡子
是一种利用蜗杆蜗轮传动原理制成的卡子。
工作原理：蜗杆转动，使得与 其啮合的圆环状蜗轮卡圈走 齿，致使软管被箍紧在与其 相连接的刚性管子上。
手工操作工具的结构改进
减少操作错误的结构：
为减少操作错误，操作零件的外形要简单，容易辨 认；操作位置要合适，应力求使操作零件位于操作者 的手或脚够得着的位置。
旋钮的结构形状
作业：
尝试运用功能组合的方 法创新一个新的产品。
不仅实现了支撑功能，还可以 提高联接强度，防止松动。
若扩大结合面功能，将结 合面制成齿纹，则防松功 能将会增加。
2. 螺钉体 • 联接功能
由螺牙部分实现，是螺钉的核心结构，其 工作原理是靠摩擦力实现联接。连接螺纹采 用的是三角形螺纹。
3. 螺钉尾 • 导向功能
为方便安装一般应具有倒角。为进 一步扩大螺钉尾部功能，可设计成自 钻自攻的尾部结构。
一个侧面带有防 尘盖。这种结构 不需要再设置轴 向紧固装置及密 封装置，使支撑 结构更加简单、 紧凑
按带传动要 求设计轮缘 的带槽与直 径，按飞轮 转动惯量要 求设计轮缘 的宽度及其
结构形状。
三：功能移植
是指相同的或相似的结构可实现完全不同的功能。
• 液压涨套联接
液压常用于动力传递，如液压泵。若将液 压产生的动力用于变形就可以移植到联接功 能上，也就产生了液压涨套联接。
第六章 机械结构设计与创新
结构设计是将机构和构件具体化为某个零 件或某个部件的形状、尺寸、连接方式、顺 序、数量等具体结构方案的过程，用以实现 机械对它的工作要求。
结构设计不是简单重复的操作性工作， 而是创造性工作。工程知识是从事结构设计 工作的前提，巧妙构型与组合是结构创造性 设计的核心。
§1 实现零件功能的结构设计与创新
一：加工工艺的结构构型
键槽结构 顶尖结构
组合结构（燕尾槽滑轨） 钻孔结构
二：装配输送的结构构型
• 简化装配
将螺钉定位结构改变为 卡扣定位结构
• 易于输送
零件在输送时，需要形状 简单稳定、不易互相干扰 或倾倒。
三：简单结构
只有精炼的，简单的才是设计的进步 。
联接结构的简化：
利用塑料零件弹性变形量 大的特点，使搭钩与凹槽 实现联接，装配过程简单 、准确、操作方便。
• 齿式联轴器
齿轮啮合常用于传动，将啮合功能移植到连轴 器，产生齿式联轴器。
§2 结构元素的变异与演化
主要指结构的形状、数量、位置、联接等要素。经 变异后可适应不同的工作要求，或比原有结构具有更 良好而完善的功能。
键联接：
单键 双键 花键 无键联接（成形轴联接）
§3 适应材料性能的结构设计与创新
软管卡子
法兰联接
端盖结构的简化
用弹性板压入孔中来 代替原有老式设计的 螺钉固定端盖，节省 加工装配时间。
简单、容易拆装的吊钩结构
ຫໍສະໝຸດ Baidu
四：宜人设计
指机械设备的结构形状应该适合人的心理和 生理的要求，使得操作安全、准确、省力、简 便、减轻操作的疲劳，提高工作效率。 减少操作疲劳的结构：
改进前，操作者使用时长期处于非自然状态，容易 疲劳；改进后，结构形状柔和，操作者在使用时基本 处于自然状态，长期使用不易疲劳。
结构形状要有利于材料性能的发挥。
用塑料作联接件应避免 尖锐的棱角。塑料螺纹的 形状一般优先采用圆形或 梯形，避免三角形。
或者可以利用塑料的弹性，不 采用螺纹联接，而采用简单的 结构形状联接与定位。
选用不同的材料，往往同时伴 随着零部件结构形状的变异。
§4 方便制造与操作的结构设计与创新
在满足使用功能的前提下，设计者应力求使所 设计产品的结构工艺简单、消耗少、成本低、使 用方便、操作容易、寿命长。
螺钉功能可分解为螺钉头、螺钉体、螺钉尾三部分。
1. 螺钉头 • 扳拧功能 应与扳拧工具相结合进行结构设计与创新
已有结构：
功能扩展： 为提高装配效率，简化扳拧工 具，还可设计成外六角与十字 槽组合式的螺钉头 。
• 支撑功能
由与被联接件接触部分的螺钉头部端面实现的，此
端面称为结合面。
法兰面螺钉头结构：
二：功能组合
指一个零件可以实现多种功能，从而使整 个机械系统更驱于简单化，简化制造过程， 减少材料消耗，提高工作效率，是结构创新 设计的一个重要途径。
深沟球轴承 外圈有止动槽， 带轮飞轮组合
一：功能分解
每个零件的每个部位各承担着不同的功能， 具有不同的工作原理。若将零件功能分解、细 化，则会有利于提高其工作性能，有利于开发 新功能，也使零件整体功能更驱于完善。
例： 螺钉是一种最常用的联接零件，其主 要功能是联接。联接可靠、防止松动、 提高寿命、抵抗破坏能力是设计的主要 目标。
若将螺钉各部分功能进行分解，则更容易实 现整体功能目标。
工作原理：在涨套内制作 多个环形内腔，各内腔 有小孔相连，若腔中充 满高压液体，则套主要 产生径向膨胀，对轴与 毂就会形成径向压力， 工作时就靠摩擦力传递 转矩，实现轴毂的可靠连接。
• 蜗杆卡子
是一种利用蜗杆蜗轮传动原理制成的卡子。
工作原理：蜗杆转动，使得与 其啮合的圆环状蜗轮卡圈走 齿，致使软管被箍紧在与其 相连接的刚性管子上。
手工操作工具的结构改进
减少操作错误的结构：
为减少操作错误，操作零件的外形要简单，容易辨 认；操作位置要合适，应力求使操作零件位于操作者 的手或脚够得着的位置。
旋钮的结构形状
作业：
尝试运用功能组合的方 法创新一个新的产品。
不仅实现了支撑功能，还可以 提高联接强度，防止松动。
若扩大结合面功能，将结 合面制成齿纹，则防松功 能将会增加。
2. 螺钉体 • 联接功能
由螺牙部分实现，是螺钉的核心结构，其 工作原理是靠摩擦力实现联接。连接螺纹采 用的是三角形螺纹。
3. 螺钉尾 • 导向功能
为方便安装一般应具有倒角。为进 一步扩大螺钉尾部功能，可设计成自 钻自攻的尾部结构。
一个侧面带有防 尘盖。这种结构 不需要再设置轴 向紧固装置及密 封装置，使支撑 结构更加简单、 紧凑
按带传动要 求设计轮缘 的带槽与直 径，按飞轮 转动惯量要 求设计轮缘 的宽度及其
结构形状。
三：功能移植
是指相同的或相似的结构可实现完全不同的功能。
• 液压涨套联接
液压常用于动力传递，如液压泵。若将液 压产生的动力用于变形就可以移植到联接功 能上，也就产生了液压涨套联接。
第六章 机械结构设计与创新
结构设计是将机构和构件具体化为某个零 件或某个部件的形状、尺寸、连接方式、顺 序、数量等具体结构方案的过程，用以实现 机械对它的工作要求。
结构设计不是简单重复的操作性工作， 而是创造性工作。工程知识是从事结构设计 工作的前提，巧妙构型与组合是结构创造性 设计的核心。
§1 实现零件功能的结构设计与创新
一：加工工艺的结构构型
键槽结构 顶尖结构
组合结构（燕尾槽滑轨） 钻孔结构
二：装配输送的结构构型
• 简化装配
将螺钉定位结构改变为 卡扣定位结构
• 易于输送
零件在输送时，需要形状 简单稳定、不易互相干扰 或倾倒。
三：简单结构
只有精炼的，简单的才是设计的进步 。
联接结构的简化：
利用塑料零件弹性变形量 大的特点，使搭钩与凹槽 实现联接，装配过程简单 、准确、操作方便。
• 齿式联轴器
齿轮啮合常用于传动，将啮合功能移植到连轴 器，产生齿式联轴器。
§2 结构元素的变异与演化
主要指结构的形状、数量、位置、联接等要素。经 变异后可适应不同的工作要求，或比原有结构具有更 良好而完善的功能。
键联接：
单键 双键 花键 无键联接（成形轴联接）
§3 适应材料性能的结构设计与创新
软管卡子
法兰联接
端盖结构的简化
用弹性板压入孔中来 代替原有老式设计的 螺钉固定端盖，节省 加工装配时间。
简单、容易拆装的吊钩结构
ຫໍສະໝຸດ Baidu
四：宜人设计
指机械设备的结构形状应该适合人的心理和 生理的要求，使得操作安全、准确、省力、简 便、减轻操作的疲劳，提高工作效率。 减少操作疲劳的结构：
改进前，操作者使用时长期处于非自然状态，容易 疲劳；改进后，结构形状柔和，操作者在使用时基本 处于自然状态，长期使用不易疲劳。
结构形状要有利于材料性能的发挥。
用塑料作联接件应避免 尖锐的棱角。塑料螺纹的 形状一般优先采用圆形或 梯形，避免三角形。
或者可以利用塑料的弹性，不 采用螺纹联接，而采用简单的 结构形状联接与定位。
选用不同的材料，往往同时伴 随着零部件结构形状的变异。
§4 方便制造与操作的结构设计与创新
在满足使用功能的前提下，设计者应力求使所 设计产品的结构工艺简单、消耗少、成本低、使 用方便、操作容易、寿命长。
螺钉功能可分解为螺钉头、螺钉体、螺钉尾三部分。
1. 螺钉头 • 扳拧功能 应与扳拧工具相结合进行结构设计与创新
已有结构：
功能扩展： 为提高装配效率，简化扳拧工 具，还可设计成外六角与十字 槽组合式的螺钉头 。
• 支撑功能
由与被联接件接触部分的螺钉头部端面实现的，此
端面称为结合面。
法兰面螺钉头结构：