文档介绍：第十七章机械零部件结构设计综论
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【重点、难点】结构设计的方法以及提高性能的措施;
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正文
机械结构设计的任务是把原理设计建立的方案具体化、结构化,确定及其各零部件的形状、尺寸、材料和热处理、加工精度要求等,画出装配图和零件图。我们在前面各章中已经部分提到了结构设计,为了帮之同学建立完整的结构设计思路,我们本章集中介绍结构设计的主要方法和原则。
§ 概述
一、机械结构设计的作用和步骤
结构设计的作用主要包括以下方面:
1)结构是及其功能的物质基础:用户购买一台机器,主要是看中了它具有自己需要的功能,而这些功能能否实现,质量如何,主要取决于机械结构,没有结构边没有功能。
2)结构是机械设计计算的基础和计算结果的体现:在计算之前必须初步确定结构,如在传动系统方案设计中决定了要采用齿轮,才会计算齿轮、轴系、轴、轴承、键等的计算是与结构设计密切相关、交叉进行的,而计算结果一般都对结构设计起指导作用。
3)结构图是加工和装配的依据:机械的装配图和零件图是加工、装配、检验的依据,它在极大程度上(一般认为是70%~80%)决定了机器的成本。
所以,结构设计在整个机械设计中占有十分重要的地位。
结构设计的一般步骤是:
1)在开始结构设计前,必须确定设计任务和制定机器整体方案。此时设计者一般对机械结构方案已经由初步的考虑,并能够由总体出发对机械结构提出要求,如动作要求、运动范围、工作能力、生产率、传动机构的功率、工作条件、加工装配条件、使用条件等,以及对寿命、成本等方面的要求。
2)把一个机械系统分为若干个部件,根据初步计算或经验,对每个部件的性能、空间位置、尺寸、重量等都有一个明确的计划和要求。这样不但便于设计,而且液便于制造、装配、修理和多人分工设计以加快进度。如设计人员过少,则应先设计主要部件,后次要部件。对每个部件一般先做初步拾角,再作详细的结构设计。
3)设计过程中注意各零件、部件之间的关系尺寸协调,反复进行方案对比,进行必要的修改。设计者应该不断给自己提出问题,例如:
(1)这个零部件起什么作用?所采用地结构能否实现?
(2)这个零件能否不要?或用其它更好地方法代替?
(3)这个部件承受什么样的载荷?可能地失效形式是什么?所用的结构能否避免这些失效?
(4)在运动时是否会发生干涉或碰撞?
(5)每个零件或部件由毛坯生产到加工、装配、检测、运输、使用、修理直到报废回收过程会产生什么问题?
(6)什么是这一零部件、系统的薄弱环节?损坏后是否会引起严重后果?
(7)是否采用了标准件、通用件或能买到的经济适用的成品?
(8)材料和热处理是否合适?
(9)噪声、振动、腐蚀、潮湿、温度等环境因素是否已经完全考虑过?
(10)所采用的方案寿命如何?润滑、维护如何?对环境有无污染?
(11)操作是否方便?是否便于学习掌握?安全有无问题?
(12)所采用的方案是否经济合理?是否符合有关法律规定?
4)完成图纸以后,必须进行认真的审查,尽量把问题消灭在图纸上。
5)为了保护设计者的权利,应该考虑是否申请专利。
6)在试制、实验、试用、正式投产及使用过程中,进一步发现问题,不断改进设计。
二、机械结构设计的要求
机械结构设计的主要目标是:保证功能、提高质量、降低成本。要求作到明确、简单、安全可靠。
1)明确主要指功能和工作原理明确。每个零件都由明确的工作任务和势下它所依据的工作原理,要避免冗余的结构,尽量不采用静不定结构。如图所示是大直径旋转工作台的两种结构方案,它要求旋转平稳、低速转动。图a用50~80个车轮3支承,电动机1经过减速箱2、小齿轮带动大齿轮转动,从而使与大齿轮固联的工作台转动。图b支承情况相同,用16组由电动机1、减速箱2组成的传动装置,直接使车轮3转动,驱动、支承两种功能都靠车轮来实现。设计中发现,方案a两套机构分工明确,任务分担,结构上矛盾较少。方案b由强度角度考虑,希望车轮所受压力小,但压力不够,主动车轮的摩擦力小,则车轮的驱动力不足,二者产生矛盾。
2)简单各零部件结构和形状要简单,数量尽可能少;操作简单,容易掌握;包装简单,运输方便;安装调试、维护简便。
3)安全可靠包括机械、操作者、环境三个方面都安全,不受损害。
三、机械结构设计的思考方法
在进行机械结构设计时,需要考虑的问题很多,错综复杂,缺乏统一的规律。通过经验发现,作为机械设计者应注意运用的思考、分析、解决问题的方法如下,这是工程的总结。
1、结构的