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机械结构设计特点、方法、基本要求与步骤

来源:作者:     发布时间:2019-10-09 11:37    浏览量:

二机械凯发在线娱乐结构设计特点



三机械结构件的结构要素和设计方法



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。零部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,在这些表面中有的与其它零部件表面直接接触,把这一部分表面称为功能表面。在功能表面之间的联结部分称为联接表面。



3.2结构件之间的联接



零件的相关分为直接相关和间接相关两类。凡两零件有直接装配关系的,成为直接相关。没有直接装配关系的相关成为间接相关。间接相关又分为位置相关和运动相关两类。位置相关是指两零件在相互位置上有要求,如减速器中两相邻的传动轴,其中心距必须保证一定的精度,两轴线必须平行,以保证齿轮的正常啮合。运动相关是指一零件的运动轨迹与另一零件有关,如车床刀架的运动轨迹必须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保证的,所以,主轴与导轨之间位置相关;而刀架与主轴之间为运动相关。



3.3结构设计据结构件的材料及热处理不同应注意的问题



设计者要做到正确地选择材料就必须充分地了解所选材料的力学性能、加工性能、使用成本等信息。结构设计中应根据所选材料的特性及其所对应的加工工艺而遵循不同的设计原则。



对于需要热处理加工的零件,在进行结构设计时的要求有如下几点:零件的几何形状应力求简单、对称,理想的形状为球形。具有不等截面的零件,其大小截面的变化必须平缓,避免突变。如果相邻部分的变化过大,大小截面冷却不均,必然形成内应力。避免锐边尖角结构,为了防止锐边尖角处熔化或过热,一般在槽或孔的边缘上切出2~3mm的倒角。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。



机械产品应用于各行各业,结构设计的内容和要求也是千差万别,但都有相同的共性部分。下面就机械结构设计的三个不同层次来说明对结构设计的要求。



2.质量设计兼顾各种要求和限制,提高产品的质量和性能价格比,它是现代工程设计的特征。具体为操作、美观、成本、安全、环保等众多其它要求和限制。在现代设计中,质量设计相当重要,往往决定产品的竞争力。那种只满足主要技术功能要求的机械设计时代已经过去,统筹兼顾各种要求,提高产品的质量,是现代机械设计的关键所在。与考虑工作原理相比,兼顾各种要求似乎只是设计细节上的问题,然而细节的总和是质量,产品质量问题不仅是工艺和材料的问题,提高质量应始于设计。



对产品质量的提高永无止境,市场的竞争日趋激烈,需求向个性化方向发展。因此,优化设计和创新设计在现代机械设计中的作用越来越重要,它们将是未来技术产品开发的竞争焦点。



五机械结构基本设计准则



1.实现预期功能的设计准则



明确功能:结构设计是要根据其在机器中的功能和与其他零部件相互的连接关系,确定参数尺寸和结构形状。零部件主要的功能有承受载荷、传递运动和动力,以及保证或保持有关零件或部件之间的相对位置或运动轨迹等。设计的结构应能满足从机器整体考虑对它的功能要求。



功能集中:为了简化机械产品的结构,降低加工成本,便于安装,在某些情况下,可由一个零件或部件承担多个功能。功能集中会使零件的形状更加复杂,但要有度,否则反而影响加工工艺、增加加工成本,设计时应根据具体情况而定。



等强度准则


机械结构设计特点、方法、基本要求与步骤




为了直观地表示力在机械构件中怎样传递的状态,将力看作犹如水在构件中流动,这些力线汇成力流。表示这个力的流动在结构设计考察中起着重要的作用。



如悬臂布置的小锥齿轮,锥齿轮应尽量靠近轴承以减小悬臂长度,提高轴的弯曲强度。图5.4例举几个典型的实例。



当力流方向急剧转折时,力流在转折处会过于密集,从而引起应力集中,设计中应在结构上采取措施,使力流转向平缓。应力集中是影响零件疲劳强度的重要因素。结构设计时,应尽量避免或减小应力集中。其方法在相应的章节会作介绍,如增大过度圆角、采用卸载结构等。如图5.5。



在机器工作时,常产生一些无用的力,如惯性力、斜齿轮轴向力等,这些力不但增加了轴和轴衬等零件的负荷,降低其精度和寿命,同时也降低了机器的传动效率。所谓载荷平衡就是指采取结构措施部分或全部平衡无用力,以减轻或消除其不良的影响。这些结构措施主要采用平衡元件、对称布置等。



3.满足结构刚度的设计准则



4.考虑加工工艺的设计准则



所谓好的加工工艺指的是零部件的结构易于加工制造,任何一种加工方法都有可能不能制造某些结构的零部件,或生产成本很高,或质量受到影响。因此,对于设计者认识一种加工方法的特点非常重要,以便在设计结构时尽可能的扬长避短。实际中,零部件结构工艺性受到诸多因素的制约,如生产批量的大小会影响坯件的生成方法;生产设备的条件可能会限制工件的尺寸;此外,造型、精度、热处理、成本等方面都有可能对零部件结构的工艺性有制约作用。因此,结构设计中应充分考虑上述因素对工艺性的影响。



装配是产品制造过程中的重要工序,零部件的结构对装配的质量、成本有直接的影响。有关装配的结构设计准则简述如下



整机应能分解成若干可单独装配的单元,以实现平行且专业化的装配作业,缩短装配周期,并且便于逐级技术检验和维修。



保证零件准确的定位。图5.7所示的两法兰盘用普通螺栓连接。图所示的结构无径向定位基准,装配时不能保证两孔的同轴度;图以相配的圆柱面作为定位基准,结构合理。



-防止装配错误。图5.9所示轴承座用两个销钉定位。图中两销钉反向布置,到螺栓的距离相等,装配时很可能将支座旋转180°安装,导致座孔中心线与轴的中心线位置偏差增大。因此,应将两定位销布置在同一侧,或使两定位销到螺栓的距离不等


机械结构设计特点、方法、基本要求与步骤




结构设计中,应保证有足够的装配空间,如扳手空间;避免过长配合以免增加装配难度,使配合面擦伤,如有些阶梯轴的设计;为便于拆卸零件,应给出安放拆卸工具的位置,如轴承的拆卸。



1)产品的配置应根据其故障率的高低、维修的难易、尺寸和质量的大小以及安装特点等统筹安排,凡需要维修的零件部件,都应具有良好的可达性;对故障率高而又需要经常维修的部位及应急开关,应提供最佳的可达性。



3)产品的检查点、测试点等系统的维护点,都应布置在便于接近的位置上。



5)维修时一般应能看见内部的操作,其通道除了能容纳维修人员的手或臂外,还应留有供观察的适当间隙。 机械结构设计特点、方法、基本要求与步骤

机械结构设计特点、方法、基本要求与步骤

产品的设计不仅要满足功能要求,而且还应考虑产品造型的美学价值,使之对人产生吸引力。从心理学角度看,人60%的决定取决于第一印象。技术产品的社会属性是商品,在买方市场的时代,为产品设计一个能吸引顾客的外观是一个重要的设计要求;同时造型美观的产品可使操作者减少因精力疲惫而产生的误操作。



考虑造型时,应注意下述三个问题:



在结构设计时,应注意保持外形轮廓各部分尺寸之间均匀协调的比例关系,应有意识地应用"黄金分割法"来确定尺寸,使产品造型更具美感。



机械产品的外形通常由各种基本的几何形体组合而成。结构设计时,应使这些形状配合适当,基本形状应在视觉上平衡,接近对称又不完全对称的外形易产生倾倒的感觉;尽量减少形状和位置的变化,避免过分凌乱;改善加工工艺



在机械产品表面涂漆,除具有防止腐蚀的功能外,还可增强视觉效果。恰当的色彩可使操作者眼睛的疲劳程度降低,并能提高对设备显示信息的辨别能力。



舒服的色彩大约位于从浅黄、绿黄到棕的区域。这个趋势是渐暖,正黄正绿往往显得不舒服;强烈的灰色调显得压抑。对于冷环境应用暖色,如黄、橙黄和红。对于热环境用冷色,如浅蓝。所有颜色都应淡化。另外,通过一定的色彩配置可使产品显得安全、稳固。将形状变化小的、面积较大的平面配置浅色,而将运动、活跃轮廓的元件配置深色;深色应安置于机械的下部,浅色置于上部。



简化产品及维修操作



设计时,应在满足规定功能要求的条件下,使其构造简单,尽可能减少产品层次和组成单元的数量,并简化零件的形状。



要合理安排各组成部分的位置,减少连接件、固定件、使其检测、换件等维修操作简单方便,尽可能做到在维修任一部分时,不拆卸、不移动或少拆卸、少移动其他部分,以降低对维修人员技能水平的要求和工作量。



优先选用标准化的产品



提高互换性和通用化程度



②设计时,必须使故障率高、容易损坏、关键性的零部件或单元具有良好的互换性和通用性。



④采用不同工厂生产的相同型号成品件必须能安装互换和功能互换。



⑥修改零部件或单元的设计时,不要任意更改安装的结构要素,破环互换性。



?采用模块化设计



b)模块从产品上卸下来以后,应便于单独进行测试、调整。在更换模块后,一般应不需要进行调整;若必须调整时,应简便易行。



具有完善的防差错措施及识别标志



不同类型的机械结构设计中各种具体情况的差别很大,没有必要以某种步骤按部就班的进行。通常是确定完成既定功能零部件的形状、尺寸和布局。结构设计过程是综合分析、绘图、计算三者相结合的过程,其过程大致如下:



2.绘制草图:在分析确定结构的同时,粗略估算结构件的主要尺寸并按一定的比例,通过绘制草图,初定零部件的结构。图中应表示出零部件的基本形状,主要尺寸,运动构件的极限位置,空间限制,安装尺寸等。同时结构设计中要充分注意标准件、常用件和通用件的应用,以减少设计与制造的工作量。



4.结构设计的计算与改进:对承载零部件的结构进行载荷分析,必要时计算其承载强度、刚度、耐磨性等内容。并通过完善结构使结构更加合理地承受载荷、提高承载能力及工作精度。同时考虑零部件装拆、材料、加工工艺的要求,对结构进行改进。在实际的结构设计中,设计者应对设计内容进行想象和模拟,头脑中要从各种角度考虑问题,想象可能发生的问题,这种假象的深度和广度对结构设计的质量起着十分重要的作用。



6.形状的平衡与美观:要考虑直观上看物体是否匀称、美观。外观不均匀时造成材料或机构的浪费。出现惯性力时会失去平衡,很小的外部干扰力作用就可能失稳,抗应力集中和疲劳的性能也弱。


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