《机械结构设计》PPT课件

工作安全 功能可靠
功能明确
形状简单
构件可靠
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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
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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 优先满足主要功用的前提下，尽量满足其它功用的要求。 12
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
布置方式；总体尺寸；特性尺寸
部件设计
装配图；外形、特性、配合尺寸
零件设计
零件图；加工尺寸；公差精度
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5.1.3 机械结构设计的一般原则
• 完美的机械结构设计
满足功能
安全可靠
最少资源消耗
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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 工作原理明确
拆装简单 加工简单
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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）
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增加约束变形附件的结构
1-主体构件 2-辅助构件
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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）。
不同搭 接形式
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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
• 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、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）
1-竖轴 2-重锤 3-滑套 4-杠杆 5-阀门
• 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。
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。
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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 。
1、8—承受重力
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
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。
• 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。
– 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。
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)
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
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
中心冲工作时的力流
不同形状的杆件 24
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）
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。
• 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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5.2.4 零件的结构要素
• 在工作结部构分设：计零件中上，与通其它常零先件确直接定相工关作部位部。分，后确定联结部分。 • 工联作结部部分分：主把要各考工作虑部工分作联结面起的来形并使状它、们尺保持寸各、自精的位度置、，表因此面也质常量常起等到，
5 机械结构设计
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机 械 设 计 的 基 本 程 序
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机械系统的组成
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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 5.4 机械结构工艺性设计
复 习 思 考 题
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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
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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
总体设计
支承作用。而有联时结，也部把分用主以固要定考联虑结的强工度作、部分刚称度为等安装要部求分。。有固定安装和
活动安装之分。
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固定安装
活动安装
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