机械结构设计

5.3.3 提高耐磨性的结构设计（4）
n 4. 滑动轴承不能用接触式油封
毡圈密封、皮圈密封等接触式密封适用 于滚动轴承但不适用于滑动轴承。当轴 承间隙和磨损量较小时可以考虑采用间 隙式或径向曲路密封。这是因为滑动轴 承比滚动轴承间隙大，而且当滑动轴承 磨损后，轴中心位置有较大变化。
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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；
n 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
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
n 7. 稳定性原理：当干扰出现，使系统状态发生
改变的同时，会产生一种与干扰作用相反的、使
系统恢复稳定的效应。
活塞导向的稳定性 PPT文档演模板
5.3.1 提高强度和刚度的结构设计（1）
n 1. 载荷分担
机床变速箱外输入轴 皮带轮的卸荷结构
为保证主轴1不受弯曲，提高 加工精度，将胶带的压力通过 轴承和轴承座5传给箱体4， 由箱体分担；而带轮3的转矩 则通过端盖2的花键传给轴1， 故轴1只承担转矩而不承担径 向力。
1-传动轴 2-端盖 3-带轮 4-箱体 5-轴承座
机械结构设计
5.3.2 防腐蚀结构设计（5）
n 5. 对于接触腐蚀件，设计易损件并及时更换
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机械结构设计
5.3.3 提高耐磨性的结构设计（1、2）
n 1.避免相同材料配成滑动摩擦副 n 2.润滑剂供应充分，布满工作面
应选择适用的润滑剂和供应方式；
设计油沟等使润滑剂能散布到整个工作 表面；
5.2.2 结构件的分类
n 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。
n 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。
n 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。
5.3 机械结构设计常用方法 5.4 机械结构工艺性设计
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复 习 思 考 题
机械结构设计
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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机械结构设计
5.1.1 机械结构设计的任务
n 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。
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。
5.2.5 常用的结构设计原理
n 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
机械结构设计
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2020/11/18
机械结构设计
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机 械 设 计 的 基 本 程 序
机械结构设计
机械系统的组成
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机械结构设计
设计方案
结构设计
强度设计
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三边设计法
机械结构设计
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
机械结构设计
5.1.3 机械结构设计的一般原则
n 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
功能明确
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形状简单
构件可靠
机械结构设计
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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机械结构设计
5.3.2 防腐蚀结构设计（2）
n 2. 避免狭缝滞留液体，两壁间保留足够空间
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机械结构设计
5.3.2 防腐蚀结构设计（3）
n 3. 容器内液体要能够排除干净
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机械结构设计
5.3.2 防腐蚀结构设计（4）
n 4. 合理的螺钉联接结构
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n 直接相关：两零件有直接装配关系。 n 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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机械结构设计
5.2.4 零件的结构要素
n 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，件后直确接定联相结关部部分。位。
n 7. 对易磨损件可以采用自动补偿磨损的结构
– 零件磨损后，尺寸发生变化，如不能及时改变其位置，则 不能实现原来的功能。
n 8. 采用防尘装置防止磨粒磨损
– 对于在多尘条件下工作的机械应注意防尘和密封，以免异 物进入摩擦面，产生磨粒磨损。如链条加防护罩，导轨为 防止切屑进入摩擦面产生严重磨损，也应加防护罩。
宜增加滚珠数目或采用滚子轴承（滚柱刚度显著大于 滚珠而摩擦阻力也较大）
5.3.4 提高精度的结构设计（3）
n 3. 必须严格限制螺旋轴承的轴向窜动
螺旋轴承的轴向窜动直接影响螺旋的轴向窜动，从而使螺旋机构 产生运动误差。对螺旋轴承应有较高的要求。对于受力较小的螺 旋，可以用一个钢球支持在螺旋中心，轴向窜动极小。
优先满足主要功用的前提下，尽量满足其它功用的要求。
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机械结构设计
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
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
5.3.4 提高精度的结构设计（1）
n 1. 导轨的驱动力作用点，应使两条导轨 摩擦力产生的力矩互相平衡
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机械结构设计
5.3.4 提高精度的结构设计（2）
n 2. 对于要求精度较高的导轨，不宜用少量滚珠支持
由于导轨运动速度是滚动速度的二倍，工作台运动到 左右不同位置时，滚珠受力不同，工作台向不同方向 倾斜，产生误差。
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机械结构设计
5.2.1 结构件的功用
n 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
5.3.1 提高强度和刚度的结构设计（2）
n 2. 载荷合理分布
尽量减小作用在地基上的力。
地基一般由混凝土制成，承载能 力较低，尽可能不要把加力机构 的力作用在地基上。如图为一轴 承实验台，用油压千斤顶加载， 如把千斤顶放在地面上，则地基 受力很大。如果把油压千斤顶放 在一个用螺栓直接固定在实验台 底座上的角形支架上面，则地基 不承受油压千斤顶的推力。
机械结构设计
5.3.3 提高耐磨性的结构设计（5）
n 5. 对于零件的易磨损表面增加一定的磨损裕量
开式齿轮的齿面磨损后，轮齿变薄，齿根弯曲强度降低，不 能满足强度要求。因而适当加大齿轮模数（加大10%15%），以保证齿轮有一定寿命；
机床导轨，未使用时如正好平直，使用时则由于磨损，精度
不断降低。如做成一定的上凸则可在较长时间内保持精度。
5.2.5 常用的结构设计原理
n 1. 等强度原理 n 2. 合理力流原理 n 3. 变形协调原理 n 4. 力平衡原理 n 5. 任务分配原理 n 6. 自补偿原理 n 7. 稳定性原理
机械结构设计
5.2.5 常用的结构设计原理
n 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）
掉无用的力。
润滑泵偏心驱动装置
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机械结构设计
5.2.5 常用的结构设计原理
n 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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机械结构设计
5.2.5 常用的结构设计原理
n 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、
汇成力流。（转折处应力求使力流平缓）
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轴毂连接的不同情况
机械结构设计
5.2.5 常用的结构设计原理
n 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
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机械结构设计
5.2.5 常用的结构设计原理
n 4. 力平衡原理：采取结构措施部分或全部平衡
5.2.3 零件的相关
n 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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机械结构设计
5.2.3 零件的相关
n 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 。
特别应注意立式轴承和导轨的润滑设计， 因为在这种情况下，润滑剂容易流失。
图中所示的导轨油槽直通式只用于水平 导轨，曲折的油沟才适用于垂直导轨， 润滑油可以较好地散布在工作面上。
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5.3.3 提高耐磨性的结构设计（3）
n 3. 润滑油箱不能太小
采用循环润滑的设备，都有一 个储油箱，此箱应足够大以保 证润滑油有足够的冷却时间和 沉淀混入油内的杂质，否则润 滑油的工作温度将显著升高。 此外还应注意油箱的通风和散 热。对精度要求高的设备，油 箱不宜装在机架内，以免机架 受热不均匀产生扭曲变形，使 机器精度降低。
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机械结构设计
5.1.2 机械结构设计的内容及步骤
总体设计
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
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零件图；加工尺寸；公差精度
机械结构设计
5.1.3 机械结构设计的一般原则
n 完美的机械结构设计
满足功能
安全可靠
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最少资源消耗
5.3.1 提高强度和刚度的结构设计（3）
n 3. 避免悬臂结构或减小悬臂长度
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（a）伸出轴过长，受力不好
机械结构设计
5.3.1 提高强度和刚度的结构设计（5）
n 4. 减少应力集中的影响
减荷槽
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减荷圆孔
机械结构设计
5.3.2 防腐蚀结构设计（1）
n 1. 隔离不相同的金属，防止电化学腐蚀
轴承的机热械结稳构设计定性
5.3 机械结构设计常用方法
n 5.3.1 提高强度和刚度的结构设计 n 5.3.2 防腐蚀结构设计 n 5.3.3 提高耐磨性的结构设计 n 5.3.4 提高精度的结构设计 n 5.3.5 考虑人机学的结构设计 n 5.3.6 考虑发热等问题的结构设计
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机械结构设计
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机械结构设计
5.3.3 提高耐磨性的结构设计（6、7、8）
n 6. 对易磨损部分应予以保护
– 有些气体或液体中混有粉末、颗粒或块状的固体，对零件 表面有很强的研磨作用。零件表面与这些介质接触的部分 应具有较强的耐磨性，如采用耐磨材料或采用表面堆焊等 措施。也可以把某些易磨损部分做成易磨损件，经常更换。
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增加约束变形附件的结构 1-主体构件 2-辅助构件机械结构设计
5.2.5 常用的结构设计原理
n 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）。
中心冲工作时的力流 PPT文档演模板
不同形机状械结构的设计杆件
5.2.5 常用的结构设计原理
n 2. 合理力流原理：力在传递路线上形成力线，
工作部分主要考虑工作面的形状、尺寸、精度、表面质量等，
n 联结部而分联结：部把分各主要工考作虑部强度分、联刚结度等起要来求并。 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。
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机械结构设计
固定安装
活动安装
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