机械结构设计
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16
17
5.2.3 零件的相关
每个零件都与一个或几个零件有装配关系或相互 位置关系，可以称这种关系为相关，称有这种关 系的两个零件互为相关零件 。
直接相关：两零件有直接装配关系。 间接相关：没有直接装配关系的相关。包括两零
件在相互位置上有要求的位置相关和一零件的运 动轨迹与另一零件有关的运动相关。
6
5.1.1 机械结构设计的任务
依据所确定的功能原理方案，在总 体设计的基础上设计出实体结构， 满足预定的功能要求，并以结构设 计图样表示出来。
7
5.1.2 机械结构设计的内容及步骤
布置方式；总体尺寸；特性尺寸
装配图；外形、特性、配合尺寸
零件图；加工尺寸；公差精度
8
5.1.3 机械结构设计的一般原则
、V带）
– 同一零件中，可在不同部位采用不同材料，分别承担 不同的功能；（蜗轮）
– 同一零件采用同样材料时，可在不同部位进行不同的 热处理以承担不同的功能。（轴颈）
– 相同功能任务分配应保证各功能载体均匀地分担任务 29 。
5.2.5 常用的结构设计原理
6. 自补偿原理：通过选择系统元件及其在系统中
18
5.2.4 零件的结构要素
在工结作构部设计分中：，零通常件先上确与定工其作它部零分，件后直确定接联相结关部分部。位 工。作部分主而要联考结虑部工分作主面要的考形虑状强、度尺、寸刚、度精等度要、求表。面质量等， 联结部分：把各工作部分联结起来并使它们
保持各自的位置，因此也常常起到支承作用 。有时，也把用以固定联结的工作部分称为 安装部分。有固定安装和活动安装之分。
3—承受重力、夹紧力、切削力
5—承受切削力
卧式车床简图
1-前床腿 2-进给箱 3-主轴箱 4-丝杠 5-刀架
1、8—承受重力
13
6-尾座 7-床身 8-后床腿
运动和动力的传递：4-3-2-1
运动和动力的传递： 5-4-3-2-1
14
5.2.2 结构件的分类
从设计、制造和管理的角度：通常将其分为盖盘、 轴套、支架、杆件、壳体、箱体和支承件等类别。
完美的机械结构设计
9
5.1.3 机械结构设计的一般原则
结构方案设计三原则
明确
简单
安全可靠
环境安全
使用条件明确
拆装简单
工作安全
工作原理明确
加工简单
功能可靠
功能百度文库确
10
形状简单
构件可靠
5.2 机械结构分析及常用设计原理
5.2.1 结构件的功用 5.2.2 结构件的分类 5.2.3 零件的相关 5.2.4 零件的结构要素 5.2.5 常用的结构设计原理
轴毂连接的不同情况
25
5.2.5 常用的结构设计原理
3. 变形协调原理：相连接的两零件在外载荷作用下所产生的
变形的方向相同并且使其相对变形尽可能小。
不同搭 接形式
26
5.2.5 常用的结构设计原理
4. 力平衡原理：采取结构措施部分或全部平衡
掉无用的力。
润滑泵偏心驱动装置
27
5.2.5 常用的结构设计原理
19
固定安装
20
活动安装
21
5.2.5 常用的结构设计原理
1. 等强度原理 2. 合理力流原理 3. 变形协调原理 4. 力平衡原理 5. 任务分配原理 6. 自补偿原理 7. 稳定性原理
22
5.2.5 常用的结构设计原理
1. 等强度原理：通过合理地选择材料和形状，
力求在规定的时间内及条件下零部件各处的材料 强度得以充分的应用。（例：阶梯轴）
31
1-工件 2-偏心轮 3-支承轴 4-基座
自平 衡：
使正常载荷下的辅助效应同初始效应相反并达到平 衡或部分平衡状态，以克服不利影响。
离心式调速器
32
1-竖轴 2-重锤 3-滑套 4-杠杆 5-阀门
5.2.5 常用的结构设计原理
7. 稳定性原理：当干扰出现，使系统状态发生
11
5.2.1 结构件的功用
承受载荷；正确分析结构件受力的类型、大小、方向
及其对结构件正常工作的影响，是进行结 构设计的重要依据和保证
传递运动和动力；
保持有关零部件之间的相对位置或运动 轨迹关系；
其它功用；（润滑、密封、美观等）
当一结构件具有两种或两种以上功用时，应分清主次，在 12优先满足主要功用的前提下，尽量满足其它功用的要求。
增加约束变形附件的结构
23
1-主体构件 2-辅助构件
5.2.5 常用的结构设计原理
2. 合理力流原理：力在传递路线上形成力线，
汇成力流（不中断、沿最短线路通过）。
24 中心冲工作时的力流
不同形状的杆件
5.2.5 常用的结构设计原理
2. 合理力流原理：力在传递路线上形成力线，
汇成力流。（转折处应力求使力流平缓）
的配置来自行实现加强功能的相互支持作用，称为
自补偿。
– 正常情况（额定载荷）下：加强功能、减载、平衡； – 紧急情况（超载）下：保护、救援；
常见的自补偿原理：
– 自增强 – 自平衡 – 自保护：超载时的自保护（带的打滑)
30
自增强 ：
辅助效应与初始效应的作用方向相同，使得 总效应加强。
偏心夹紧示意图
因为形状类似的同一类零件，如盖盘类或轴套类 中，不同零件之间在功用上、精度上会有很大差 别，其设计要求也自然不同。
从毛坯工艺角度可分为铸造件、焊接件、锻造件、 铆接或粘结件等，在结构上也应有所不同。
15
5.2.3 零件的相关
在机器或机械中，任何零件都不是孤立 存在的。因此，在结构设计中除了研究 零件本身的功用及其特征外，还必须研 究零件之间的相互关系。
5 机械结构设计
1
机 械 设 计 的 基 本 程 序
2
机械系统的组成
3
设计方案
结构设计
强度设计
三边设计法
4
5 机械结构及造型设计
5.1 机械结构设计原则
5.2 机械结构分析及常用设计原理
5.3 机械结构设计常用方法 复
5.4 机械结构工艺性设计
习
思
考
题
5
5.1 机械结构设计原则
5.1.1 机械结构设计的任务 5.1.2 机械结构设计的内容与步骤 5.1.3 机械结构设计的一般原则
5. 任务分配原理：根据功能要求合理地选择
载体，即选择特定零件以承担特定功能。
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5.2.5 常用的结构设计原理
5. 任务分配原理：
– 三种可能的分配方式：
»一载体承担多种功能：简化结构，降低成本。（轴承） »一载体承担一种功能：功能明确可靠。（向心+推力） »多载体承担一种功能：减轻零件负载，延长寿命。（螺栓
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5.2.3 零件的相关
每个零件都与一个或几个零件有装配关系或相互 位置关系，可以称这种关系为相关，称有这种关 系的两个零件互为相关零件 。
直接相关：两零件有直接装配关系。 间接相关：没有直接装配关系的相关。包括两零
件在相互位置上有要求的位置相关和一零件的运 动轨迹与另一零件有关的运动相关。
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5.1.1 机械结构设计的任务
依据所确定的功能原理方案，在总 体设计的基础上设计出实体结构， 满足预定的功能要求，并以结构设 计图样表示出来。
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5.1.2 机械结构设计的内容及步骤
布置方式；总体尺寸；特性尺寸
装配图；外形、特性、配合尺寸
零件图；加工尺寸；公差精度
8
5.1.3 机械结构设计的一般原则
、V带）
– 同一零件中，可在不同部位采用不同材料，分别承担 不同的功能；（蜗轮）
– 同一零件采用同样材料时，可在不同部位进行不同的 热处理以承担不同的功能。（轴颈）
– 相同功能任务分配应保证各功能载体均匀地分担任务 29 。
5.2.5 常用的结构设计原理
6. 自补偿原理：通过选择系统元件及其在系统中
18
5.2.4 零件的结构要素
在工结作构部设计分中：，零通常件先上确与定工其作它部零分，件后直确定接联相结关部分部。位 工。作部分主而要联考结虑部工分作主面要的考形虑状强、度尺、寸刚、度精等度要、求表。面质量等， 联结部分：把各工作部分联结起来并使它们
保持各自的位置，因此也常常起到支承作用 。有时，也把用以固定联结的工作部分称为 安装部分。有固定安装和活动安装之分。
3—承受重力、夹紧力、切削力
5—承受切削力
卧式车床简图
1-前床腿 2-进给箱 3-主轴箱 4-丝杠 5-刀架
1、8—承受重力
13
6-尾座 7-床身 8-后床腿
运动和动力的传递：4-3-2-1
运动和动力的传递： 5-4-3-2-1
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5.2.2 结构件的分类
从设计、制造和管理的角度：通常将其分为盖盘、 轴套、支架、杆件、壳体、箱体和支承件等类别。
完美的机械结构设计
9
5.1.3 机械结构设计的一般原则
结构方案设计三原则
明确
简单
安全可靠
环境安全
使用条件明确
拆装简单
工作安全
工作原理明确
加工简单
功能可靠
功能百度文库确
10
形状简单
构件可靠
5.2 机械结构分析及常用设计原理
5.2.1 结构件的功用 5.2.2 结构件的分类 5.2.3 零件的相关 5.2.4 零件的结构要素 5.2.5 常用的结构设计原理
轴毂连接的不同情况
25
5.2.5 常用的结构设计原理
3. 变形协调原理：相连接的两零件在外载荷作用下所产生的
变形的方向相同并且使其相对变形尽可能小。
不同搭 接形式
26
5.2.5 常用的结构设计原理
4. 力平衡原理：采取结构措施部分或全部平衡
掉无用的力。
润滑泵偏心驱动装置
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5.2.5 常用的结构设计原理
19
固定安装
20
活动安装
21
5.2.5 常用的结构设计原理
1. 等强度原理 2. 合理力流原理 3. 变形协调原理 4. 力平衡原理 5. 任务分配原理 6. 自补偿原理 7. 稳定性原理
22
5.2.5 常用的结构设计原理
1. 等强度原理：通过合理地选择材料和形状，
力求在规定的时间内及条件下零部件各处的材料 强度得以充分的应用。（例：阶梯轴）
31
1-工件 2-偏心轮 3-支承轴 4-基座
自平 衡：
使正常载荷下的辅助效应同初始效应相反并达到平 衡或部分平衡状态，以克服不利影响。
离心式调速器
32
1-竖轴 2-重锤 3-滑套 4-杠杆 5-阀门
5.2.5 常用的结构设计原理
7. 稳定性原理：当干扰出现，使系统状态发生
11
5.2.1 结构件的功用
承受载荷；正确分析结构件受力的类型、大小、方向
及其对结构件正常工作的影响，是进行结 构设计的重要依据和保证
传递运动和动力；
保持有关零部件之间的相对位置或运动 轨迹关系；
其它功用；（润滑、密封、美观等）
当一结构件具有两种或两种以上功用时，应分清主次，在 12优先满足主要功用的前提下，尽量满足其它功用的要求。
增加约束变形附件的结构
23
1-主体构件 2-辅助构件
5.2.5 常用的结构设计原理
2. 合理力流原理：力在传递路线上形成力线，
汇成力流（不中断、沿最短线路通过）。
24 中心冲工作时的力流
不同形状的杆件
5.2.5 常用的结构设计原理
2. 合理力流原理：力在传递路线上形成力线，
汇成力流。（转折处应力求使力流平缓）
的配置来自行实现加强功能的相互支持作用，称为
自补偿。
– 正常情况（额定载荷）下：加强功能、减载、平衡； – 紧急情况（超载）下：保护、救援；
常见的自补偿原理：
– 自增强 – 自平衡 – 自保护：超载时的自保护（带的打滑)
30
自增强 ：
辅助效应与初始效应的作用方向相同，使得 总效应加强。
偏心夹紧示意图
因为形状类似的同一类零件，如盖盘类或轴套类 中，不同零件之间在功用上、精度上会有很大差 别，其设计要求也自然不同。
从毛坯工艺角度可分为铸造件、焊接件、锻造件、 铆接或粘结件等，在结构上也应有所不同。
15
5.2.3 零件的相关
在机器或机械中，任何零件都不是孤立 存在的。因此，在结构设计中除了研究 零件本身的功用及其特征外，还必须研 究零件之间的相互关系。
5 机械结构设计
1
机 械 设 计 的 基 本 程 序
2
机械系统的组成
3
设计方案
结构设计
强度设计
三边设计法
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5 机械结构及造型设计
5.1 机械结构设计原则
5.2 机械结构分析及常用设计原理
5.3 机械结构设计常用方法 复
5.4 机械结构工艺性设计
习
思
考
题
5
5.1 机械结构设计原则
5.1.1 机械结构设计的任务 5.1.2 机械结构设计的内容与步骤 5.1.3 机械结构设计的一般原则
5. 任务分配原理：根据功能要求合理地选择
载体，即选择特定零件以承担特定功能。
28
5.2.5 常用的结构设计原理
5. 任务分配原理：
– 三种可能的分配方式：
»一载体承担多种功能：简化结构，降低成本。（轴承） »一载体承担一种功能：功能明确可靠。（向心+推力） »多载体承担一种功能：减轻零件负载，延长寿命。（螺栓