《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)》課件-機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

《《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)》課件-機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)》課件-機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（197頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件機(jī)械結(jié)構(gòu)是機(jī)械功能的載體，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是依據(jù)所確定的功能原理方案設(shè)計(jì)出實(shí)體結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)能體現(xiàn)出所要求的功能，用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖樣表示。結(jié)構(gòu)圖應(yīng)表示出結(jié)構(gòu)件的形狀、尺寸及所用的材料，同時(shí)還必須考慮加工工藝、強(qiáng)度、剛度、精度、壽命、可靠性及零件間的相互關(guān)系，有關(guān)造型設(shè)計(jì)及人機(jī)工程等問題也應(yīng)在這一階段解決。第六章 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括機(jī)器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩方面內(nèi)容，它們之間既有聯(lián)系，又有區(qū)別，本章將著重討論零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的共性問題。如果說功能原理設(shè)計(jì)決定了產(chǎn)品的先進(jìn)性、新穎性，那么結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則決定了產(chǎn)品的質(zhì)量和成本的70 80，因此說結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)中涉及問題最多，工作量最大的一個(gè)環(huán)節(jié)。本章將重點(diǎn)討論結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的共性問題。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件 第一節(jié) 結(jié)構(gòu)件的功用及基本類型零件是構(gòu)成機(jī)器的基本元素，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，可以把零件稱為結(jié)構(gòu)件。一、結(jié)構(gòu)件的功用各種結(jié)構(gòu)件具有的功能主要有：承受載荷、傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力、保證或保持有關(guān)零件或部件之間的相對(duì)位置或運(yùn)動(dòng)軌跡關(guān)系等。1承受載荷正確分析結(jié)構(gòu)件受力的類型、大小、方向及其對(duì)結(jié)構(gòu)件工作正常的影響，是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)和保證。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件2傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力擺桿 3的作用是把運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給滑枕 2，以便使刨刀 1實(shí)現(xiàn)直線住復(fù)運(yùn)動(dòng)并切下金屬。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件軸 4和擺桿 3都具有傳遞運(yùn)動(dòng)的功能。由于摩擦力的存在，它們也承受一定的彎矩和扭矩。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件3 . 保持有關(guān)零部件之間的相對(duì)位置或運(yùn)動(dòng)軌跡關(guān)系仍以車床為例：車床主軸箱和床身之間應(yīng)有嚴(yán)格的相對(duì)位置關(guān)系。即主軸中心線應(yīng)與床身上的導(dǎo)軌平行，保證沿導(dǎo)軌移動(dòng)的刀架上所裝刀具的尖端走出與主軸軸線平行的軌跡，以車削出準(zhǔn)確的圓柱體。同時(shí)，還要求后座頂尖與主軸頂尖的連線與床身導(dǎo)軌平行。要求床身導(dǎo)軌本身要具有相應(yīng)的直線度，受熱、受力變形小等。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件4 其它功用有些結(jié)構(gòu)件還具有其它 些功用，如箱體除了保證各傳動(dòng)軸的相對(duì)位置及其中心距外還起著包容和保護(hù)傳動(dòng)件的作用，還可以盛裝潤滑油。有的結(jié)構(gòu)件還兼有或主要用作防護(hù)或裝飾作用，要求具有 定的外形及色彩。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件二、結(jié)構(gòu)件的分類結(jié)構(gòu)件的形式多種多樣，從不同的角度可以有不同的分類。1）為了設(shè)計(jì)、制造和管理上的方便，通常將其分為：蓋盤、軸套、支架、桿件、殼體、箱體和支承件等類別。2）從毛坯工藝角度可分為：鑄造件、焊接件、鍛造件、鉚接或粘結(jié)件等。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件三、零件的相關(guān)在機(jī)械系統(tǒng)中，各零件通常成鏈狀、樹狀或網(wǎng)狀相互聯(lián)接，構(gòu)成完整的機(jī)械網(wǎng)絡(luò)。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件說明：1）零件的相關(guān)分為直接相關(guān)和間接相關(guān)兩類：（ 1）直接相關(guān)：凡是兩零件有直接裝配關(guān)系的。（ 2）間接相關(guān)：沒有直接裝配關(guān)系的相關(guān)。間接相關(guān)又分為位置相關(guān)和運(yùn)動(dòng)相關(guān)兩類：位置相關(guān)是指兩零件在相互位置上有要求。運(yùn)動(dòng)相關(guān)是指一零件的運(yùn)動(dòng)軌跡與另一零件有關(guān)。要滿足運(yùn)動(dòng)相關(guān)條件，一般需要一個(gè)或幾個(gè)位置相關(guān)的中間件來達(dá)到，上例中的床身導(dǎo)軌就是這樣的中間件。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件四、零件的結(jié)構(gòu)要素若把零件上與其它零件直接相關(guān)部位稱為工作部分，則多數(shù)零件均由兩個(gè)或多個(gè)工作部分及聯(lián)結(jié)部分組成，聯(lián)結(jié)部分的作用是把各工作部分聯(lián)結(jié)起來并使它們保持各自的位置，同時(shí)也常常起到支承作用。有時(shí)，也把用以固定聯(lián)結(jié)的工作部分稱為安裝部分。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件圖 6-1所示車床中的床腿 1是典型的支承件，也稱大件。它的底面是安裝部分，上表面是工作部分作用是支承床身 7，而床腿的工作部分恰與床身的安裝部分相聯(lián)結(jié)，因此也具有安裝部分的持點(diǎn)，只是受力比底面小些。床身兩端下表面為安裝部分，床頭上表面及導(dǎo)軌為工作部分，而床頭與主軸箱的聯(lián)結(jié)部分相當(dāng)于安裝部分。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中通常先確定工作部分，后確定聯(lián)結(jié)部分。工作部分主要考慮工作面的形狀、尺寸、精度、表面質(zhì)量等，而聯(lián)結(jié)部分主要考慮強(qiáng)度、剛度等要求。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件第二節(jié) 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的基本原則和原理一、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的基本原則確定和選擇結(jié)構(gòu)方案時(shí)應(yīng)遵循三項(xiàng)基本原則：明確、簡單和安全可靠。1明確所謂明確是指對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所應(yīng)考慮的問題都應(yīng)在結(jié)構(gòu)方案中獲得明確的體現(xiàn)與分但。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件(1)功能明確 所選擇結(jié)構(gòu)要達(dá)到預(yù)期的功能，每個(gè)分功能有確定的結(jié)構(gòu)來承擔(dān)，各部分結(jié)構(gòu)之間有合理的聯(lián)系。要避免冗余結(jié)構(gòu)，盡量減少靜不定結(jié)構(gòu)。在圖 6-2(a)中，傳遞轉(zhuǎn)矩是鍵還是圓錐面，零件的軸向定位是軸的臺(tái)階面還是圓錐面，兩者均不明確。這是一種功能不明確的結(jié)構(gòu)。圖 6-2(b)兩種功能都是由圓錐面承擔(dān)，是一種好結(jié)構(gòu)機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件(2)工作原理明確所選結(jié)構(gòu)的物理作用明確，從而可靠地實(shí)現(xiàn)能量流 (力流 )、物料流和信息流的轉(zhuǎn)換或傳導(dǎo)。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件（ 3)使用工況及承載狀態(tài)明確圖 63 為組合軸承設(shè)計(jì)的兩種方案。圖 63( a)設(shè)計(jì)者原意是滾針軸承承擔(dān)徑向力，球軸承承受軸向力。圖 63( b)徑向力和軸向力承受者都很清楚。圖 64 受拉焊縫。(a)圖為靜不定結(jié)構(gòu)；(b)圖為合理結(jié)構(gòu)。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件2簡單結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單是指整機(jī)、部件和零件的結(jié)構(gòu) ,在滿足總功能前提下，盡量力求結(jié)構(gòu)形狀簡單、零部件數(shù)量少等。零部件數(shù)量少，實(shí)質(zhì)是縮短加工、組裝和生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)成本。在設(shè)計(jì)中常采用一個(gè)零件擔(dān)任幾種功能的辦法，達(dá)到減少零件數(shù)量的目的。如圖 6-5吊車軌道，除作導(dǎo)軌用外，還兼作水、空壓、油壓管道的作用，是多功能結(jié)構(gòu)件。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件3安全可靠1）機(jī)器安全包括 4個(gè)方面：零件安全 主要指在規(guī)定的載荷和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，零件不發(fā)生斷裂、過度變形、過度磨損，不喪失穩(wěn)定性。整機(jī)安全 指整個(gè)技術(shù)系統(tǒng)保證在規(guī)定條件下實(shí)現(xiàn)總功能。工作安全 對(duì)操作人員的防護(hù)，保證人身安全和身心健康。環(huán)境安全 對(duì)技術(shù)系統(tǒng)的周圍環(huán)境和人不造成危害和污染，同時(shí)也要保證機(jī)器對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性，如挖掘機(jī)對(duì)沼澤地工作的適應(yīng)。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件 2）安全技術(shù)法為了保證安全可靠性，而采取的技術(shù)措施：(1)直接安全技術(shù)法：是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分滿足安全可靠要求，保證在使用中不出現(xiàn)危險(xiǎn)。如采用安全銷、安全閥和易損件等。對(duì)于可能松脫的零件加以限位，使其不致脫落造成機(jī)器事故。如圖 67( a)表示螺釘松脫后落入機(jī)器內(nèi)，不能工作。圖 67( b)表示螺釘松脫時(shí)，受到限位 不致掉入系統(tǒng)中。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件冗余配置原理 當(dāng)技術(shù)系統(tǒng)發(fā)生故障或失效對(duì)會(huì)造成人身安全或重大設(shè)備事故，為了提高可靠性，常采用重復(fù)的備用系統(tǒng)。如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的雙驅(qū)動(dòng)、三驅(qū)動(dòng)和副油箱；壓力容器中兩個(gè)安全閥；為確保煤礦井下絕對(duì)安全，對(duì)排水的水泵系統(tǒng)采用兩套或三套配置 (一套運(yùn)轉(zhuǎn)，一套維修，一套備用 )。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件(2)間接安全技術(shù)法。通過防護(hù)系統(tǒng)和保護(hù)裝置來實(shí)現(xiàn)技術(shù)系統(tǒng)的安全可靠。其類型是多種多樣的。如液壓回路中的安全閥、電路系統(tǒng)中的保險(xiǎn)絲等，都是當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)危險(xiǎn)或超負(fù)荷時(shí)，自行脫離危險(xiǎn)狀態(tài)。圖 68 具有故障顯示正常的精過濾器 :液壓回路中，精過濾器芯 2被堵時(shí)，差壓計(jì) 1發(fā)出信號(hào)，而單向閥 3打開，回路仍正常工作。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件(3)提示性安全技術(shù)法。既不能直接保證安全可靠，又沒有保護(hù)或防護(hù)措施，僅能在事故出現(xiàn)以前發(fā)出報(bào)警和信號(hào)，提醒人們注意，如指示燈，警鈴等。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件二、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)原理在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常應(yīng)用下述各項(xiàng)原理：1 . 等強(qiáng)度原理對(duì)于同一個(gè)零件來說，各處應(yīng)力相等，各處壽命相等，叫等強(qiáng)度。這樣可使結(jié)構(gòu)有相等強(qiáng)度，從而達(dá)到充分利用材料，提高經(jīng)濟(jì)效益。如圖 5-12a)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不等，而且強(qiáng)度差， b)圖的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不等， c)圖適用于鑄鐵的等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)， d)圖適用于鋼的等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件圖 6-9所示為增加約束變形附件以降低高應(yīng)力區(qū)應(yīng)力的兩個(gè)實(shí)例。圖中構(gòu)件 1為承受載荷的主體構(gòu)件，當(dāng)在結(jié)構(gòu)中增加一個(gè)約束變形的輔助構(gòu)件 2時(shí)，就使構(gòu)件 1左半部的應(yīng)力顯著減小，兩部分應(yīng)力趨于均勻。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件 2. 合理力流原理可以認(rèn)為力在其傳遞路線上形成所謂力線，這些力線匯成力流。力在構(gòu)件中的傳遞軌跡就像電場(chǎng)中的電力線、磁場(chǎng)中的磁力線、水流中的流線一樣，按力流路線傳遞。力流密集程度反映力的大小。力線和力流方向用箭頭表示。力線和力流在連續(xù)物體中傳遞，數(shù)量不變，且連續(xù)不斷機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件力流路線直接、最短原則可以使零件尺寸縮小、 節(jié)省材料，變形小，剛度好。固 6-11a的力流路線最短，結(jié)構(gòu)尺寸最?。?b的力流路線比圖 a的長，故尺寸大。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件力流轉(zhuǎn)向平緩原則：當(dāng)結(jié)構(gòu)斷面發(fā)生突然變化，引起力流方向的急劇改變，使得力流密度增加，產(chǎn)生應(yīng)力集中。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采取措施，使力流方向變化平緩，減小應(yīng)力集中。圖 6-13所示為輪轂聯(lián)結(jié) ：圖 a)力流方向變化急劇， A處應(yīng)力集中 ;圖 b)力流方向變化較平緩，應(yīng)力集中小。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件 3變形協(xié)調(diào)原理所謂變形協(xié)調(diào)，就是使相聯(lián)接的兩零件在外載荷的作用下所產(chǎn)生的變形的方向相同，并且使其相對(duì)變形盡可能小。圖 6-12為兩焊接板的變形及應(yīng)力分布。圖 a)為一板受拉另一板受壓，兩零件在接縫的上端應(yīng)力集中很大，相對(duì)變形大，變形不協(xié)調(diào)，應(yīng)力分布不均勻；圖 b)為兩板受拉，相對(duì)變形小，符合變形協(xié)調(diào)原理應(yīng)力分布均勻。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件 4力平衡原理在機(jī)器工作時(shí)，常產(chǎn)生一些無用的力。如離心慣性力、變速慣性力、斜齒輪的軸向力等，這些力不但增加了軸和軸承等零件的負(fù)荷，降低其精度和壽命，同時(shí)也降低了機(jī)器的傳動(dòng)效率。所謂力平衡就是指采取結(jié)構(gòu)措施，部分或全部平衡掉無用的力，以減輕或消除其不良影響。這些結(jié)構(gòu)措施主要有采用平衡元件、采取對(duì)稱布置等。機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課件如圖 6-30所示為通過人為增加一個(gè)偏心來平衡另一個(gè)偏心產(chǎn)生的離心力。圖 5-30行星輪采用對(duì)稱布置，齒輪嚙合產(chǎn)生的徑向力被抵消。