结构设计手册(实用).doc

5.1.1 机械结构规划的使命

机械结构规划的使命是在整体规划的基础上，依据所确认的原理计划，确认并绘出详细的结构图，以表现所要求的功用。是将笼统的作业原理详细化为某类构件或零部件，详细内容为在确认结构件的资料、形状、尺度、公役、热处理办法和外表状况的一同，还须考虑其加工工艺、强度、刚度、精度以及与其它零件彼此之间关系等问题。所以，结构规划的直接产品虽是技能图纸，但结构规划作业不是简略的机械制图，图纸仅仅表达规划计划的言语，归纳技能的详细化是结构规划的根本内容。

5.1.2 机械结构规划特色

机械结构规划的首要特色有：（1）它是集考虑、绘图、核算（有时进行必要的实验）于一体的规划进程，是机械规划中触及的问题最多、最详细、作业量最大的工作阶段，在整个机械规划进程中，均匀约 80%的时刻用于结构规划，对机械规划的胜败起着无足轻重的效果。（2）机械结构规划问题的多解性，即满意同一规划要求的机械结构并不是仅有的。（3）机械结构规划阶段是一个很活泼的规划环节，常常需重复穿插的进行。为此，在进行机械结构规划时，有必要了解从机器的全体动身对机械结构的根本要求

5.2 机械结构件的结构要素和规划办法

5.2.1 结构件的几许要素

机械结构的功用首要是靠机械零部件的几许形状及各个零部件之间的相对方位联络完结的。零部件的几许形状由它的外表所构成，一个零件一般有多个外表，在这些外表中有的与其它零部件外表直接触摸，把这一部分外表称为功用外表。在功能外表之间的联合部分称为联接外表。

零件的功用外表是决议机械功用的重要要素，功用外表的规划是零部件结构设计的核心问题。描绘功用外表的首要几许参数有外表的几许形状、尺度巨细、外表

数量、方位、次序等。经过对功用外表的变异规划，能够得到为完结同一技能功用

的多种结构计划。

5.2.2结构件之间的联接

在机器或机械中，任何零件都不是孤立存在的。因而在结构规划中除了研讨零件本

身的功用和其它特征外，还有必要研讨零件之间的彼此联络。

零件的相关分为直接相关和直接相关两类。凡两零件有直接装置联络的，成为

直接相关。没有直接装置联络的相关成为直接相关。直接相关又分为方位相关和运

动相关两类。方位相关是指两零件在彼此方位上有要求，如减速器中两相邻的传动

轴，其中心距有必要确保必定的精度，两轴线有必要平行，以确保齿轮的正常啮合。运动相关是指一零件的运动轨道与另一零件有关，如车床刀架的运动轨道有必要平行于

于主轴的中心线，这是靠床身导轨和主轴轴线相平行来确保的，所以，主轴与导轨

之间方位相关；而刀架与主轴之间为运动相关。

大都零件都有两个或更多的直接相关零件，故每个零件大都具有两个或多个部位

在结构上与其它零件有关。在进行结构规划时，两零件直接相关部位有必要一同考虑，以便合理地挑选资料的热处理办法、形状、尺度、精度及外表质量等。一同还有必要

考虑满意直接相关条件，如进行尺度链和精度核算等。一般来说，若某零件直接相

关零件愈多，其结构就愈杂乱；零件的直接相关零件愈多，其精度要求愈高。例如，

轴毂联接见图5.1。

5.2.3 结构规划据结构件的资料及热处理不同应留意的问题

机械规划中能够挑选的资料很多，不同的资料具有不同的性质，不同的资料对应

不同的加工工艺，结构规划中既要依据功用要求合理地挑选恰当的资料，又要依据

资料的种类确认恰当的加工工艺，并依据加工工艺的要求确认恰当的结构，只要通

过恰当的结构规划才能使所挑选的资料最充沛的发挥优势。

规划者要做到正确地挑选资料就有必要充沛地了解所选资料的力学功用、加工功用、

运用本钱等信息。结构规划中应依据所选资料的特性及其所对应的加工工艺而遵从

不同的规划原则。

如：钢材受拉和受压时的力学特性根本相同，因而钢梁结构多为

对称结构。铸铁资料的抗压强度远大于抗拉强度，因而接受弯矩的铸铁结构截面多

为非对称形状，以使承载时最大压应力大于最大拉应力，图示5.2为两种铸铁支架

比较。钢结构规划中一般经过加大截面尺度的办法增大结构的强度和刚度，可是铸

造结构中假如壁厚过大则很难确保铸造质量，所以铸造结构一般经过加筋板和隔板

的办法加强结构的刚度和强度。塑料资料因为刚度差，铸造后的冷却不均匀构成的

内应力极易引起结构的翘曲，所以塑料结构的筋板与壁厚邻近并均匀对称。

关于需求热处理加工的零件，在进行结构规划时的要求有如下几点：（1）零件的

几许形状应力求简略、对称，抱负的形状为球形。（2）具有不等截面的零件，其大

小截面的改动有必要陡峭，避免骤变。假如相邻部分的改动过大，巨细截面冷却不均，必定构成内应力。（3）避免锐边尖角结构，为了避免锐边尖角处熔化或过热，一般

在槽或孔的边际上切出 2～３mm的倒角。（4）避免厚薄悬殊的截面，厚薄悬殊的截

面在淬火冷却时易变形，开裂的倾向较大。

5.3.1 机械结构规划的根本要求

机械产品使用于各行各业，结构规划的内容和要求也是千差万别，但都有相同的

共性部分。下面就机械结构规划的三个不同层次来阐明对结构规划的要求。

1. 功用规划满意首要机械功用要求，在技能上的详细化。如作业原理的完结、工

作的可靠性、工艺、资料和装置等方面。

2．质量规划统筹各种要求和约束，进步产品的质量和功用价格比，它是现代工

程规划的特征。详细为操作、漂亮、本钱、安全、环保等很多其它要求和约束。

在现代规划中，质量规划恰当重要，往往决议产品的竞赛力。那种只满意首要技术功用要求的机械规划年代现已曩昔，统筹统筹各种要求，进步产品的质量，是

现代机械规划的关键所在。与考虑作业原理比较，统筹各种要求好像仅仅规划细节上的问题，可是细节的总和是质量，产品质量问题不只是工艺和资料的问题，进步质量应始于规划。

3．优化规划和立异规划用结构规划变元等办法体系地结构优化规划空间，用创造性规划思想办法和其它科学办法进行优选和立异。

对产品质量的进步永无止境，商场的竞赛日趋激烈，需求向个性化方向开展。因此，优化规划和立异规划在现代机械规划中的效果越来越重要，它们将是未来技术产品开发的竞赛焦点。

结构规划中得到一个可行的结构计划一般并不很难。机械规划的使命是在很多的可

行性计划中寻求较好的或是最好的计划。结构优化规划的条件是要能结构出很多可

供优选的或许性计划，即结构出很多的优化求解空间，这也是结构规划最具创造性

的当地。结构优化规划现在根本仍约束在用数理模型描绘的那类问题上。而更具有潜力、更有成效的结构优化规划应建立在由工艺、资料、联接办法、形状、次序、

方位、数量、尺度等结构规划变元所构成的结构规划解空间的基础上。

5.3.2 机械结构根本规划原则

机械规划的终究成果是以必定的结构方法表现出来的，按所规划的结构进行加工、装置，制构成终究的产品。所以，机械结构规划应满意作为产品的多方面要求，基

本要求有功用、可靠性、工艺性、经济性和外观造型等方面的要求。此外，还应改

善零件的受力，进步强度、刚度、精度和寿数。因而，机械结构规划是一项归纳性

的技能作业。因为结构规划的过错或不合理，或许构成零部件不该有的失效，使机

器达不到规划精度的要求，给装置和修理带来极大的不便利。机械结构规划进程中

应考虑如下的结构规划原则。