材料加工新技术与新工艺结构方案的创新设计.pptx

7.1.1 功能面的变异
机械结构的功能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。
零件的几何形状由它的表面所构成，一个零 件通常有多个表面，在这些表面中与其他零部件相 接触的表面，与工作介质或被加工物体相接触的表 面称为功能表面。
零件的功能表面是决定机械功能的重要因素， 功能表面的设计是零部件设计的核心问题。通过对 功能表面的变异设计，可以得到为实现同一技术功 能的多种结构方案。
曲柄摇杆机构
偏心轮机构
机构中销孔尺寸变化
7.1.1 功能面的变异
普通电动机中转子和定子的布置
直线方向布置
直线方向布置的转子和定子再沿另一轴线旋转
7.1.2 联接的变异
一个不与其他零部件相接触的零件具有6个自 由度，机械设计中通过规定零件之间适当的联 接方式限制零件的某些自由度，保留机器的功 能所必需的自由度，使机器在工作中能够实现 确定形式的运动关系。
7.0 引言
机械结构设计的重要特征之一是设计问题的 多解性，即满足同一设计要求的机械结构并不是唯 一的。
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。
找出所有的局部最优解，并从中找出全局最 优解，得到最好的设计方案。这就需要发挥创造性 思维方法的作用。
7.1 结构方案的变异设计
7.1.2 联接的变异
常用的形锁合联接有销联接、平键联接、半圆 键联接、花键联接、成形联接和切向键联接。
7.1.1 功能面的变异
描述功能表面的主要几何参数有表面的形状、 尺寸大小、表面数量、位置、顺序等。通过对这几 个方面的变异，可以得到多组构型方案。
7.1.1 功能面的变异
7.1.1 功能面的变异
压簧的压缩距离不应过大，否则容易引起弹簧的失稳，如确需使用 较大的压缩距离则应设置导向结构。
拉簧无失稳问题，设计中受空间约束较少，既可单独使用，也可与
机械创新设计
机械工程与自动化学院机械设计系
第七章 结构方案的创新设计
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7.0 引言
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。
结构方案的变异设计方法使设计者从一个已知 的可行结构方案出发，通过变换得到大量的可行方 案。
通过对这些方案中参数的优化，可以使设计者 得到多个局部最优解，再通过对这些局部最优解的 分析和比较，就可以得到较优解或全局最优解。
变异设计的目的是寻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
7.1 结构方案的变异设计
7.1.2 联接的变异
1．固定联接，限制6个相对运动自由度。 2．滑动联接，限制5个相对运动自由度。
由于轮毂要相对于轴移动，所以轴表面必须 是除完整圆柱面以外的其他柱面，如滑键联 接、导键联接。
固定式联接，限制条件少，所有满足可加工 性和可装配性条件的表面形状都可以作为这 种轴毅联接的表面形状。
7.1.2 联接的变异
摇杆及绳索等配合使用。
板簧通常刚度较大，可在较
小的变形条件下产生较大的
压紧力。
7.1.1 功能面的变异
7.1.1 功能面的变异
机器上的按键外形通常为方形 或圆形，这种形状的按键在控制 面板上占用较大的面积。
由于采用三角形按键，使最 小宽度缩小为24mm，比原方案 减小29％。
7.1.1 功能面的变异
4．移动、转动联接，限制5个相对运动自由度。
7.1.2 联接的变异
3．转动联接，限制5个相对运动自由度。 4．移动、转动联接，限制5个相对运动自由度。
由于轮毂要相对于轴移动，所以联接中轴的表面形 状必须是柱面(不能是锥面)
联接中轴的截面形状必须是圆形
考虑加工方便和避免产生附加轴向力通常也采用柱面
两种联接中的轴表面形状为圆柱面
在包含中间齿轮的直齿圆柱齿轮传动中，中间轴 所受合力的大小与三个轴的相对位置有关。
7.1.1 功能面的变异
挺杆2与摇杆1通过一球面相接 触，球面在挺杆上。
将球面改在摇杆上，则接触面 上的法线方向始终平行于挺杆 轴线方向，不产生横向推力。
7.1.1 功能面的变异
上方零件为凹形，下方零件为 凸形。
7.1.1 功能面的变异
7.1.2 联接的变异
按照联接中形成锁合力的条件可将固定式轴毂 联接分为形锁合联接和力锁合联接。
力锁合联接依靠被联接件表面间的压力所派生 的摩擦力传递转矩和轴向力，表面间压力的产 生可以依靠多种不同的结构措施。
过盈配合是一种常用的结构措施，它以最简单 的结构形状获得足够的压力，缺点是装配和拆 卸都很不方便，并引起较大的应力集中。
联接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，不同形式的联接 由于相接触的工作表面形状不同，表面间所施 加的紧固力不同，从而对零件的自由度形成不 同的约束。
7.1.2 联接的变异
以轴毂联接为例。按照设计要求，轴与轮毂的 联接对相对运动自由度的限制可能有：
1．固定联接，限制6个相对运动自由度。 2．滑动联接，限制5个相对运动自由度。 3．转动联接，限制5个相对运动自由度。
按照联接中形成锁合力的条件可将固定式轴毂 联接分为形锁合联接和力锁合联接。
形锁合联接要求被联接表面为非圆形，可以是 三角形、正方形、六边形或其他特殊形状表面。
7.1.2 联接的变异
非圆截面加工困难，特别是非圆截面孔加工更 困难，所以这些形状的截面实际应用较少。
非圆截面通常通过在圆形截面上铣平面、铣槽 或钻孔等方法产生，通过变换这些平面、槽或 孔的尺寸、数量、在轴段的位置和方向就形成 不同形式的轴毅联接。
变异设计的基本方法是首先通过对结构设计 方案的分析，得出一般结构设计方案中所包含的技 术要素的构成。
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， 就可以得到足够多的独立的结构设计方案。
7.1 结构方案的变异设计
一般机械结构的技术要素包括零件的几何形 状，零件之间的联接和零件的材料及热处理方式。 以下分别分析这几个技术要素的变异设计方法。