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1、2021/6/16 1 第 六 章 機 械 結 構 設 計 2021/6/16 2 第 一 節(jié) 概 述一 、 結 構 設 計 的 任 務 和 重 要 性 經(jīng) 過 原 理 方 案 構 思 僅 能 提 出 實 施 各 分 功 能 的 原 理 方案 圖 。 為 了 生 產(chǎn) 出 滿 足 要 求 的 產(chǎn) 品 ， 還 必 須 進 行 結 構 設計 。 產(chǎn) 品 結 構 設 計 又 稱 技 術 設 計 ， 它 的 任 務 是 將 原 理 設計 方 案 結 構 化 ， 確 定 機 器 各 零 部 件 的 材 料 、 形 狀 、 尺 寸 、加 工 和 裝 配 。 因 此 結 構 設 計 是 涉 及 到 材 料 、

2、 工 藝 、 精 度 、設 計 計 算 方 法 、 實 驗 和 檢 測 技 術 、 機 械 制 圖 等 許 多 學 科領 域 的 一 項 復 雜 、 綜 合 性 的 工 作 。 2021/6/16 3 機 械 設 計 的 最 終 成 果 都 是 以 一 定 的 結 構 形 式 所 表 現(xiàn) ，并 且 按 照 設 計 的 結 構 進 行 加 工 、 裝 配 出 產(chǎn) 品 ， 以 滿 足 使用 要 求 。 因 此 結 構 設 計 的 工 作 質(zhì) 量 對 滿 足 產(chǎn) 品 功 能 要 求有 十 分 重 要 的 意 義 。 在 機 械 零 件 設 計 時 ， 各 種 計 算 都 要以 確 定 的 結 構 為

3、 基 礎 ， 機 械 設 計 公 式 都 只 適 用 于 某 種 特定 的 機 構 或 結 構 。 如 果 不 事 先 選 定 某 種 結 構 ， 機 械 零 件的 設 計 計 算 是 無 法 進 行 的 。 結 構 設 計 關 系 到 整 機 性 能 、 零 部 件 的 強 度 、 剛 度 和使 用 壽 命 及 加 工 工 藝 性 、 人 機 環(huán) 境 系 統(tǒng) 的 協(xié) 調(diào) 性 、 運 輸安 全 性 等 。 綜 上 所 述 ， 結 構 設 計 是 保 證 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 ， 提 高 可 靠 性 ，降 低 產(chǎn) 品 成 本 的 重 要 工 作 。 2021/6/16 4 二 、 結 構 設 計 的

4、內(nèi) 容 和 步 驟 結 構 設 計 內(nèi) 容 包 括 :設 計 零 部 件 形 狀 、 數(shù) 量 、 相 互空 間 位 置 、 選 擇 材 料 、 確 定 尺 寸 、 進 行 各 種 計 算 、 按比 例 繪 制 結 構 方 案 總 圖 。 若 有 幾 種 方 案 時 ， 需 進 行 評價 決 策 ， 最 后 選 擇 最 優(yōu) 方 案 。 在 進 行 計 算 時 ， 采 用 優(yōu)化 設 計 、 計 算 機 輔 助 設 計 、 可 靠 性 設 計 、 有 限 元 設 計 、反 求 工 程 等 多 種 現(xiàn) 代 設 計 方 法 。 在 進 行 結 構 設 計 時 ， 還 要 充 分 考 慮 現(xiàn) 有 的 各

5、種 條件 ， 如 加 工 條 件 、 現(xiàn) 有 材 料 、 各 種 標 準 零 部 件 、 相 近機 器 的 通 用 件 等 。 結 構 設 計 是 從 定 性 到 定 量 、 從 抽 象到 具 體 、 從 粗 略 到 詳 細 的 設 計 過 程 。 2021/6/16 5 結 構 設 計 的 步 驟 如 圖 。 每 個 步 驟 的 內(nèi) 容 敘 述 如 下 : (1)明 確 對 結 構 設 計 的 要 求 主 要 明 確 對 功 率 、 扭 矩 、 傳 動 比 、 生 產(chǎn) 率 、 連 接 尺寸 、 相 互 位 置 、 耐 腐 蝕 性 、 抗 蠕 變 性 、 規(guī) 定 的 工 作 材 料 、空 間

6、大 小 、 安 裝 限 制 、 制 造 及 運 輸 、 包 裝 等 方 面 的 要 求 。 (2)主 功 能 載 體 初 步 結 構 設 計 主 功 能 載 體 是 指 承 受 主 功 能 的 元 件 (即 零 件 或 部 件 )，如 減 速 箱 中 的 齒 輪 和 軸 。 在 這 一 步 驟 中 ， 主 要 是 初 步 確定 這 些 零 部 件 的 結 構 形 狀 、 幾 何 尺 寸 和 空 間 位 置 。（ 3） 分 功 能 載 體 的 初 步 結 構 設 計 分 功 能 包 括 支 承 、 潤 滑 密 封 、 冷 卻 、 防 松 等 。 分 功能 載 體 如 軸 承 、 密 封 圈 、

7、箱 體 和 端 蓋 等 。 主 要 憑 經(jīng) 驗 或粗 略 估 算 初 步 確 定 結 構 形 狀 。 2021/6/16 6 (4)檢 查 各 功 能 載 體 結 構 的 相 互 影 響 及 配 合 性 檢 查 各 功 能 載 體 的 結 構 形 狀 、 幾 何 尺 寸 和 空 間 位 置 是 否 相 互干 涉 ， 盡 量 使 各 部 分 結 構 之 間 有 合 理 的 聯(lián) 系 。(5)詳 細 設 計 各 功 能 載 體 結 構 這 部 分 是 結 構 設 計 的 重 點 ， 主 要 確 定 各 功 能 載 體 的 幾 何 尺 寸 、相 互 位 置 等 。 設 計 人 員 要 充 分 運 用

8、自 己 所 掌 握 的 知 識 、 現(xiàn) 代 設 計方 法 和 手 段 ， 并 考 慮 加 工(6)技 術 和 經(jīng) 濟 評 價 設 計 中 可 能 有 多 種 方 案 ， 應 進 行 技 術 和 經(jīng) 濟 評 價 ， 選 出 最 優(yōu)方 案 。(7)對 設 計 進 一 步 修 改 完 善 對 確 定 的 最 優(yōu) 方 案 的 設 計 進 行 修 改 、 完 善 ， 主 要 是 檢 查 和 分析 產(chǎn) 品 將 要 出 現(xiàn) 的 故 障 和 主 要 薄 弱 環(huán) 節(jié) ， 并 采 取 有 效 措 施 進 一 步 修 改 設 計 。 2021/6/16 7 因 此 結 構 設 計 主 要 包 括 三 個 方 面 :

9、一 是 質(zhì) 的 設 計 ，定 性 分 析 構 形 (各 零 件 形 狀 、 數(shù) 目 、 位 置 關 系 )； 二 是 量的 設 計 ， 定 量 計 算 尺 寸 ， 決 定 材 料 ； 三 是 按 比 例 繪 制 結構 圖 。 對 于 改 進 型 設 計 ， 即 改 進 現(xiàn) 有 產(chǎn) 品 ， 從 分 析 現(xiàn) 有 產(chǎn)品 的 缺 點 或 干 擾 因 素 出 發(fā) ， 提 出 新 的 要 求 明 細 表 。 這 時技 術 設 計 中 有 關 初 步 結 構 設 計 和 詳 細 結 構 設 計 的 各 個 步驟 ， 可 視 情 況 靈 活 處 理 。 圖 5-2為 改 進 型 設 計 時 結 構 設計 的

10、步 驟 。 結 構 設 計 主 要 目 標 是 :保 證 功 能 、 提 高 性 能 、 降 低成 本 。 2021/6/16 8 4.4.1 結 構 設 計 的 任 務 、 內(nèi) 容 和 步 驟 圖 51 結 構 設 計 步 驟 設 計任 務對 結構 設計 的要 求 主 要功 能載 體初 步結 構設 計 各 分功 能載 體初 步結 構設 計 檢 查各 功能 載體 結構 的相 互影 響和 協(xié)調(diào) 性 詳 細設 計主 分功 能載 體結 構 對設 計進 一步 修改 、完 善 技 術和經(jīng) 濟評 價 結 構決 策結 構 圖 紙是 否 2021/6/16 9 2021/6/16 10 機 械 結 構 是 機

11、 械 功 能 的 載 體 ， 機 械 結 構 設計 的 任 務 是 依 據(jù) 所 確 定 的 功 能 原 理 方 案 設 計 出實 體 結 構 。 該 結 構 能 體 現(xiàn) 出 所 要 求 的 功 能 ， 用結 構 設 計 圖 樣 表 示 。 結 構 圖 應 表 示 出 結 構 件 的形 狀 、 尺 寸 及 所 用 的 材 料 ， 同 時 還 必 須 考 慮 加工 工 藝 、 強 度 、 剛 度 、 精 度 、 壽 命 、 可 靠 性 及零 件 間 的 相 互 關 系 ， 有 關 造 型 設 計 及 人 機 工 程等 問 題 也 應 在 這 一 階 段 解 決 。 2021/6/16 11 結 構

12、 設 計 包 括 機 器 的 總 體 結 構 設 計 和 零 部件 結 構 設 計 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 構 設 計 的 共性 問 題 。 如 果 說 功 能 原 理 設 計 決 定 了 產(chǎn) 品 的 先 進 性 、新 穎 性 ， 那 么 結 構 設 計 則 決 定 了 產(chǎn) 品 的 質(zhì) 量 和成 本 的 70 80 ， 因 此 說 結 構 設 計 是 機 械 設計 中 涉 及 問 題 最 多 ， 工 作 量 最 大 的 一 個 環(huán) 節(jié) 。本 章 將 重 點 討 論 結 構 設 計 的 共 性 問 題

13、。 2021/6/16 12 第 二 節(jié) 零 件 的 功 用 及 基 本 類 型 零 件 是 構 成 機 械 設 備 的 基 本 元 素 。一 、 零 件 的 功 用 各 種 零 件 具 有 的 功 能 主 要 有 ： 承 受 載 荷 、 傳 遞 運 動和 動 力 、 保 證 或 保 持 有 關 零 件 或 部 件 之 間 的 相 對 位 置 或運 動 軌 跡 關 系 等 。1 承 受 載 荷 機 械 設 備 在 工 作 中 受 到 多 種 力 的 作 用 ， 這 些 力 都 要由 零 件 承 受 。 正 確 分 析 零 件 受 力 的 類 型 、 大 小 、 方 向 及 其 對 零 件工 作

14、 正 常 的 影 響 ， 是 進 行 結 構 設 計 的 重 要 依 據(jù) 和 保 證 。 2021/6/16 13 這 些 力 包 括 機 械 裝 置 工 作 所 需 的 力 ， 零 件 所 受 的 重力 ， 由 于 速 度 波 動 使 零 件 受 到 的 慣 性 力 ， 由 于 做 旋 轉(zhuǎn) 運動 使 零 件 受 到 的 離 心 力 ， 直 接 接 觸 的 零 件 之 間 的 摩 擦 力 ，在 介 質(zhì) 中 運 動 的 零 件 受 到 介 質(zhì) 的 作 用 力 (液 壓 力 、 風 阻力 )， 對 連 接 結 構 施 加 的預 緊 力 (螺 紋 聯(lián) 接 、 過 盈 聯(lián)接 )， 由 于 溫 度 變

15、化 而 產(chǎn) 生的 附 加 載 荷 等 。 如 圖 6-2所 示 減 速 器 結 構 中 ，齒 輪 傳 動 所 受 到 的 力 通 過 軸傳 遞 給 軸 承 ， 其 中 的 徑 向 力和 切 向 力 通 過 軸 承 傳 遞 給 箱體 ， 軸 向 力 經(jīng) 軸 承 傳 遞 給 端蓋 ， 再 經(jīng) 端 蓋 傳 遞 給 箱 體 。 2021/6/16 14 2 傳 遞 運 動 和 動 力機 械 裝 置 的 執(zhí) 行 機 構 以 確定 的 運 動 規(guī) 律 或 運 動 軌 跡實 現(xiàn) 給 定 的 功 能 。 原 動 機的 運 動 特 性 通 常 與 執(zhí) 行 機構 的 要 求 不 匹 配 ， 需 要 傳動 機 構

16、將 原 動 機 提 供 的 運動 和 動 力 進 行 變 換 ， 包 括對 運 動 的 軌 跡 、 規(guī) 律 、 頻率 等 特 征 的 變 換 。擺 桿 3的 作 用 是 把 運 動 和動 力 傳 給 滑 枕 2， 以 便 使 刨 刀 1實 現(xiàn) 直 線 住 復 運 動并 切 下 金 屬 。 2021/6/16 15 軸 4和 擺 桿 3都 具 有 傳 遞 運 動 的 功 能 。 由 于 摩 擦 力 的存 在 ， 它 們 也 承 受 一 定 的 彎 矩 和 扭 矩 。 2021/6/16 16 3 . 保 持 有 關 零 部 件 之 間 的 相 對 位 置 或 運 動軌 跡 關 系 仍 以 車 床

17、 為 例 ： 車 床 主 軸 箱 和 床 身 之 間應 有 嚴 格 的 相 對 位 置 關 系 。 即 主 軸 中 心 線 應與 床 身 上 的 導 軌 平 行 ， 保 證 沿 導 軌 移 動 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 確 的 圓 柱 體 。 同 時 ， 還 要求 后 座 頂 尖 與 主 軸 頂 尖 的 連 線 與 床 身 導 軌 平行 。 要 求 床 身 導 軌 本 身 要 具 有 相 應 的 直 線 度 ，受 熱 、 受 力 變 形 小 等 。 2021/6/16 17 4 、 其 它 功 用 有 些 零

18、 件 還 具 有 其 它 一 些 功 用 ， 如 箱 體 除了 保 證 各 傳 動 軸 的 相 對 位 置 及 其 中 心 距 外 還起 著 包 容 和 保 護 傳 動 件 的 作 用 ， 還 可 以 盛 裝 潤滑 油 。 有 的 結 構 件 還 兼 有 或 主 要 用 作 防 護 或 裝飾 作 用 ， 要 求 具 有 一 定 的 外 形 及 色 彩 。 2021/6/16 18 二 、 零 件 的 分 類 零 件 的 形 狀 雖 然 千 差 萬 別 ， 但 根 據(jù) 它 們 在 機 器（ 或 部 件 ） 中 的 作 用 和 形 狀 特 征 ， 通 過 比 較 、 歸 納 ，可 大 體 將 它

19、們 劃 分 為 幾 種 類 型 ： 軸 套 類 盤 蓋 類 叉 架 類 箱 體 類 2021/6/16 19 軸 套 類 零 件 結 構 的 主 體 部 分 大 多 是 同 軸 回 轉(zhuǎn) 體 ， 它們 一 般 起 支 承 轉(zhuǎn) 動 零 件 、 傳 遞 動 力 的 作 用 ， 因 此 ， 常 帶有 鍵 槽 、 軸 肩 、 螺 蚊 及 退 刀 槽 或 砂 輪 越 程 槽 等 結 構 。1、 軸 套 類 零 件 2021/6/16 20 2021/6/16 21 盤 蓋 類 零 件 一 般 包 括 法 蘭 盤 、 端 蓋 、 壓 蓋 和 各 種 輪子 等 。 它 在 機 器 中 主 要 起 軸 向 定

20、位 、 防 塵 、 密 封 及 傳 遞扭 矩 等 作 用 。 盤 蓋 類 零 件 主 體 一 般 為 不 同 直 徑 的 回 轉(zhuǎn) 體 或 其 他 形狀 的 扁 平 板 狀 ， 其 厚 度 相 對 于 直 徑 小 得 多 ， 常 有 凸 臺 、凹 坑 ， 均 勻 分 布 安 裝 孔 、 輪 輻 和 鍵 槽 等 結 構 。 2、 盤 蓋 類 零 件 2021/6/16 22 A 2021/6/16 23 其 余手 輪 HT150(校 名 )1 1:1圖 號比 例數(shù) 量材 料審 核制 圖拋 光 未 注 圓 角 R3 2021/6/16 24 3、 叉 架 類 零 件 叉 架 類 零 件 包 括 各

21、種 拔 叉 、 連 桿 、 搖 桿 、 支 架 、 支 座 等 。 此類 零 件 多 數(shù) 由 鑄 造 或 模 鍛 制 成 毛 坯 ， 經(jīng) 機 械 加 工 而 成 。 結 構 大 都比 較 復 雜 ， 一 般 分 為 支 承 部 分 、 工 作 部 分 和 連 接 安 裝 部 分 。 其 上常 有 凸 臺 、 凹 坑 、 銷 孔 、 螺 紋 孔 及 傾 斜 結 構 。 2021/6/16 25 其 余支 架 (校 名 )圖 號比 例數(shù) 量材 料審 核制 圖未 注 鑄 造 圓 角技 術 要 求 2021/6/16 26 箱 體 類 零 件 主 要 用 來 支 承 、 包 容 和 保 護 運 動 零

22、 件 或其 他 零 件 ， 也 起 定 位 和 密 封 作 用 。 它 的 結 構 較 復 雜 ， 內(nèi)部 有 空 腔 、 軸 承 孔 、 凸 臺 或 凹 坑 、 肋 板 及 螺 孔 等 結 構 ，毛 坯 多 為 鑄 件 ， 經(jīng) 機 械 加 工 而 成 。4、 箱 體 類 零 件 2021/6/16 27 2021/6/16 28 2021/6/16 29 其 余箱 體 技 術 要 求2.鑄 件 應 經(jīng) 人 工 時 效 處 理 .1.未 注 圓 角 R2 R4(校 名 ) 1 1:1HT150 圖 號比 例數(shù) 量材 料審 核制 圖 2021/6/16 30 三 、 零 件 的 相 關 在 機 械

23、 設 備 中 ， 每 一 個 零 件 都 不 是 獨 立 存在 的 ， 機 械 設 備 的 功 能 是 依 靠 零 部 件 的 形 狀 、尺 寸 和 相 對 位 置 關 系 實 現(xiàn) 的 。 在 機 械 設 備 中 ，必 須 使 零 部 件 之 間 保 持 確 定 的 關 系 ， 才 能 保 證其 功 能 的 實 現(xiàn) ， 組 成 機 器 ， 這 種 零 件 之 間 確 定性 的 關 系 稱 為 零 件 之 間 的 相 關 。 某 個 零 件 與 另 一 個 （ 零 件 ） 或 幾 個 零 件 有 裝 配 關系 或 相 互 位 置 關 系 ， 稱 為 相 關 。 2021/6/16 31 零 件

24、的 相 關在 機 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 成 完 整 的 機 械 網(wǎng) 絡 。 2021/6/16 32 說 明 ：1） 零 件 的 相 關 分 為 直 接 相 關 和 間 接 相 關 兩 類 ：（ 1） 直 接 相 關 ： 凡 是 兩 零 件 有 直 接 裝 配 關 系 的 。（ 2） 間 接 相 關 ： 沒 有 直 接 裝 配 關 系 的 相 關 。 間 接 相 關 又 分 為 位 置 相 關 和 運 動 相 關 兩 類 ：位 置 相 關 是 指 兩 零 件 在 相 互 位 置 上 有 要 求 。運 動 相 關 是 指

25、 一 零 件 的 運 動 軌 跡 與 另 一 零 件 有 關。 要 滿 足 運 動 相 關 條 件 ， 一 般 需 要 一 個 或 幾 個位 置 相 關 的 中 間 件 來 達 到 ， 上 例 中 的 床 身 導 軌 就是 這 樣 的 中 間 件 。 2021/6/16 33 四 、 零 件 的 結 構 要 素 零 件 的 形 體 常 通 由 多 個 表 面 構 成 ， 這 些 構 成 零 件形 體 的 表 面 稱 為 零 件 的 結 構 要 素 。 一 個 零 件 與 其 他 零 件 形 成 直 接 相 關 關 系 的 結 構 要素 ， 或 與 工 作 介 質(zhì) 相 接 觸 的 結 構 要 素

26、 稱 為 工 作 要 素 (或 工 作 表 面 )， 其 他 結 構 要 素 稱 為 連 接 要 素 (或 連 接表 面 )。 每 一 個 零 件 都 有 工 作 表 面 。 零 件 的 工 作 表 面 決 定著 零 件 的 工 作 能 力 和 工 作 質(zhì) 量 ， 所 以 零 件 工 作 表 面 的設 計 是 零 件 設 計 的 核 心 問 題 。 2021/6/16 34 每 個 零 件 的 工 作 表 面 部 不 是 孤 立 存 在 的 ， 每 個 工 作表 面 和 與 之 相 接 觸 的 表 面 相 互 配 合 ， 共 同 起 作 用 ， 所 以零 件 的 工 作 表 面 都 是 成 對

27、 進 行 設 計 的 ， 設 計 中 共 同 考 慮材 料 的 選 擇 搭 配 ， 表 面 的 形 狀 、 尺 寸 ， 配 合 公 差 的 分 配 ，熱 處 理 方 式 的 選 擇 等 。 例 如 螺 栓 和 螺 母 的 螺 紋 工 作 表 面共 同 設 計 ， 滑 動 軸 承 與 軸 的 軸 頸 表 面 共 同 設 計 ， 主 動 齒輪 和 被 動 齒 輪 的 齒 廓 表 面 共 同 設 計 。 鑒 于 工 作 表 面 對 零 件 工 作 能 力 影 響 的 重 要 性 ， 因 而常 用 零 件 工 作 表 面 的 設 計 計 算 方 法 有 相 應 的 標 準 (有 些屬 于 國 家 標

28、準 )， 這 些 標 準 所 規(guī) 定 的 算 法 嚴 格 、 統(tǒng) 一 、 規(guī)范 。 2021/6/16 35 連 接 表 面 將 各 個 工 作 表 面 連 接 成 為 完 整 形 體 ，并 保 證 零 件 的 工 作 表 面 的 形 狀 、 尺 寸 和 位 置 在 工 作中 不 被 破 壞 。 連 接 表 面 的 設 計 方 法 較 為 靈 活 ， 沒 有統(tǒng) 一 的 過 程 和 標 準 ， 也 不 要 求 有 統(tǒng) 一 的 解 答 ， 因 此零 件 的 連 接 表 面 設 計 是 設 計 人 員 最能 發(fā) 揮 創(chuàng) 造 性 思 維 的 重 要 方 面 。 連 接 表 面 設 計 方 法 雖 較

29、靈 活 ，但 也 應 遵 守 以 下 的 原 則 : 1)不 影 響 工 作 表 面 的 功 能 。 2)不 影 響 零 件 運 動 。 3)不 影 響 操 作 。 2021/6/16 36 2021/6/16 37 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 ， 因 此 也 具 有 安 裝 部 分 的 持 點 ， 只 是 受力 比 底 面 小 些 。 床 身 兩

30、端 下 表 面 為 安 裝 部 分 ， 床 頭上 表 面 及 導 軌 為 工 作 部 分 ， 而 床 頭 與 主 軸 箱 的 聯(lián) 結部 分 相 當 于 安 裝 部 分 。 在 結 構 設 計 中 通 常 先 確 定 工 作 部 分 ， 后 確 定 聯(lián)結 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 部 分 主 要 考 慮 強 度 、 剛度 等 要 求 。 2021/6/16 38 第 三 節(jié) 結 構 方 案 設 計 的 基 本 原 則 和 原 理一 、 結 構 方 案 設 計 的 基 本 原 則 確 定 和 選

31、 擇 結 構 方 案 時 應 遵 循 三 項 基 本 原 則是 ： 明 確 、 簡 單 和 安 全 可 靠 。1 明 確 所 謂 明 確 是 指 對 產(chǎn) 品 設 計 中 所 應 考 慮 的 問 題都 應 在 結 構 方 案 中 獲 得 明 確 的 體 現(xiàn) 與 分 但 。 2021/6/16 39 (1)功 能 明 確 所 選 擇 結 構 要 達 到 預 期 的 功 能 ， 每 個 分功 能 有 確 定 的 結 構 來 承 擔 ， 各 部 分 結 構 之 間 有 合 理 的 聯(lián)系 。 要 避 免 冗 余 結 構 ， 盡 量 減 少 靜 不 定 結 構 。 在 圖 5-3(a)中 ， 傳 遞 轉(zhuǎn)

32、矩 是 鍵 還 是 圓 錐 面 ， 零 件 的 軸 向 定 位 是軸 的 臺 階 面 還 是 圓 錐 面 ， 兩 者 均 不 明 確 。 這 是 一 種 功 能不 明 確 的 結 構 。 圖 5-3(b)兩 種 功 能 都 是 由 圓 錐 面 承 擔 ，是 一 種 好 結 構 2021/6/16 40 (2)工 作 原 理 明 確 所 選 結 構 的 物 理 作 用 明 確 ， 從 而 可 靠 地 實 現(xiàn) 能量 流 (力 流 )、 物 料 流 和 信 息 流 的 轉(zhuǎn) 換 或 傳 導 。 在 功 能 原 理 設 計 中 需 要 通 過 某 種 (或 某 些 )物 理過 程 實 現(xiàn) 給 定 的 功

33、 能 要 求 。 實 際 使 用 的 機 械 裝 置 在 工 作 中 必 然 同 時 進 行 著 多種 物 理 過 程 ， 例 如 由 于 受 力 引 起 零 部 件 變 形 和 磨 損 ，由 于 受 熱 引 起 的 零 部 件 形 狀 、 尺 寸 、 位 置 變 化 等 ， 還有 電 、 磁 、 光 、 化 學 等 過 程 ， 設 計 中 應 充 分 考 慮 這 些自 然 過 程 的 進 行 對 機 械 裝 置 的 工 作 過 程 以 及 對 環(huán) 境 的影 響 ； 對 可 能 影 響 主 要 功 能 實 現(xiàn) 的 自 然 現(xiàn) 象 要 采 取 必要 的 應 對 措 施 。 2021/6/16 4

34、1 設 計 者 原 意 是 滾 針 軸 承 承 擔徑 向 力 ， 向 心 球 軸 承 承 受 軸 向 力。 實 際 上 ， 兩 個 軸 承 都 能 承 受 徑向 力 ， 各 自 受 力 大 小 因 兩 種 滾 動體 不 同 而 不 確 定 ， 故 容 易 導 致 某個 軸 承 過 載 而 損 壞 。 滾 針 軸 承 承 擔 徑 向 力 ，推 力 球 軸 承 承 受 軸 向 力 ， 徑向 力 和 軸 向 力 承 受 者 都 很 清楚 ， 因 此 功 能 和 作 用 原 理 都明 確 。 2021/6/16 42 （ 3)使 用 工 況 及 承 載 狀 態(tài) 明 確 在 結 構 設 計 中 ， 零

35、件 的 材 料 選 擇 及 工 作 能 力 分 析均 根 據(jù) 對 結 構 的 工 作 狀 態(tài) 分 析 進 行 。 設 計 中 應 避 免 出現(xiàn) 可 能 造 成 某 些 要 素 的 工 作 狀 態(tài) 不 明 確 的 結 構 。 2021/6/16 43 2 簡 單 在 結 構 設 計 中 ， 在 同 樣 可 以 完 成 功 能 要 求 的 條 件 下 ，應 優(yōu) 先 選 用 結 構 較 簡 單 的 方 案 。 結 構 簡 單 體 現(xiàn) 為 結 構 中 包 含 的 零 部 件 數(shù) 量 較 少 ， 專用 零 部 件 數(shù) 量 較 少 ， 零 部 件 的 種 類 較 少 ， 采 用 標 準 件 、通 用 件

36、、 操 作 簡 單 等 ； 零 件 的 形 狀 簡 單 ， 被 加 工 面 數(shù) 量較 少 ， 所 需 加 工 工 序 較 少 ， 結 構 的 裝 配 關 系 較 簡 單 。 結 構 簡 單 通 常 有 利 于 加 工 和 裝 配 ， 有 利 于 縮 短 制 造周 期 ， 有 利 于 降 低 制 造 與 運 行 成 本 ； 簡 單 的 結 構 還 有 利于 提 高 裝 置 的 可 靠 性 ， 有 利 于 提 高 工 作 精 度 。 2021/6/16 44 圖 6-5吊 車 軌 道 ， 除 作 導 軌 用 外 ，還 兼 作 水 、 空 壓 、 油 壓 管 道 的 作 用 ，是 多 功 能 結 構

37、 件 。 2021/6/16 45 3 安 全 可 靠1） 機 器 安 全 包 括 4個 方 面 ： 零 件 安 全 主 要 指 在 規(guī) 定 的 載 荷 和 規(guī) 定 時 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 安 全 指 整 個 技 術 系 統(tǒng) 保 證 在 規(guī) 定 條 件 下 實 現(xiàn) 總功 能 。 工 作 安 全 對 操 作 人 員 的 防 護 ， 保 證 人 身 安 全 和 身 心健 康 。 環(huán) 境 安 全 對 技 術 系 統(tǒng) 的 周 圍 環(huán) 境 和 人 不 造 成 危 害 和污 染 ， 同 時 也 要 保 證 機

38、 器 對 環(huán) 境 的 適 應 性 ， 如 挖 掘 機對 沼 澤 地 工 作 的 適 應 。 2021/6/16 46 2） 安 全 技 術 法 為 了 保 證 安 全 可 靠 性 ， 而 采 取 的 技 術 措 施 ：(1)直 接 安 全 技 術 法 ： 是 指 在 結 構 設 計 中 充 分 滿 足 安 全可 靠 要 求 ， 保 證 在 使 用 中 不 出 現(xiàn) 危 險 ， 主 要 遵 循 下 面3個 原 理 。A、 構 件 可 靠 性 原 理 。 組 成 技 術 系 統(tǒng) 的 各 零 件 之 間 的 聯(lián) 接 在 規(guī) 定 載 荷 和時 間 內(nèi) 完 全 處 于 安 全 狀 態(tài) 。 這 就 必 須

39、做 到 :構 件 中 受 力 、使 用 時 間 和 使 用 環(huán) 境 是 清 楚 的 ;選 擇 的 計 算 理 論 和 方 法 、材 料 是 經(jīng) 過 驗 證 且 可 靠 的 ;試 驗 負 荷 要 高 于 工 作 負 荷 ;嚴 格 限 定 使 用 時 間 和 范 圍 。 2021/6/16 47 B、 有 限 損 壞 原 理 。 在 使 用 時 ， 當 出 現(xiàn) 功 能 干 擾 或 零 件 出現(xiàn) 斷 裂 時 ， 不 會 使 主 要 部 件 或 整 機 遭 到 破 壞 。 這 就 要 求失 靈 的 零 件 易 于 查 找 和 更 換 ， 或 者 能 被 另 一 零 件 所 代 替 ，如 采 用 安 全

40、 銷 、 安 全 閥 和 易 損 件 等 。 對 于 可 能 松 脫 的 零件 加 以 限 位 ， 使其 不 致 脫 落 造 成 機 器事 故 。如 圖 5 - 9a 表 示 螺 釘松 脫 后 會 落 入 機 器 內(nèi) ，使 機 器 不 能 工 作 ，b 圖 表 示 螺 釘 松 脫 后 ，受 到 限 位 ， 不 致 掉 入 系 統(tǒng) 中 。 2021/6/16 48 C、 冗 余 配 置 原 理 當 技 術 系 統(tǒng) 發(fā) 生 故 障 或 失效 對 會 造 成 人 身 安 全 或 重 大 設 備 事 故 ， 為 了 提高 可 靠 性 ， 常 采 用 重 復 的 備 用 系 統(tǒng) 。 如 飛 機 發(fā)動 機

41、 的 雙 驅(qū) 動 、 三 驅(qū) 動 和 副 油 箱 ； 壓 力 容 器 中兩 個 安 全 閥 ； 為 確 保 煤 礦 井 下 絕 對 安 全 ， 對 排水 的 水 泵 系 統(tǒng) 采 用 兩 套 或 三 套 配 置 (一 套 運 轉(zhuǎn) ，一 套 維 修 ， 一 套 備 用 )。 2021/6/16 49 (2) 間 接 安 全 技 術 間 接 全 技 術 使 得 當 系 統(tǒng) 發(fā) 生 故 障 時 通 過 防 護 系 統(tǒng) 和 保護 裝 置 來 實 現(xiàn) 技 術 系 統(tǒng) 的 安 全 可 靠 。 并 且 系 統(tǒng) 的 工 作 狀態(tài) 較 容 易 恢 復 。 間 接 安 全 技 術 可 以 在 傳 動 鏈 中 設 置

42、 安 全 保 護 裝 置 ， 使得 當 系 統(tǒng) 發(fā) 生 過 載 時 ， 安 全 保 護 裝 置 中 的 某 些 結 構 損 壞 ，使 傳 動 鏈 中 斷 ， 保 護 傳 動 鏈 中 的 其 他 零 件 (特 別 是 重 要零 件 )不 受 損 壞 。 使 得 零 件 損 壞 造 成 的 影 響 范 圍 盡 量 小 。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 絲 等 ， 都 是 當 設 備 出 現(xiàn) 危 險 或 超 負 荷 時 ， 自行 脫 離 危 險 狀 態(tài) 。 2021/6/16 50 圖 5 11具 有 故 障 顯 示

43、正 常 的 精 過 濾 器 :液 壓 回 路 中 ， 精過 濾 器 芯 2被 堵 時 ， 差 壓 計 1發(fā) 出 信 號 ， 而 單 向 閥 3打 開 ，回 路 仍 正 常 工 作 。 2021/6/16 51 (3)提 示 性 安 全 技 術 法 。 既 不 能 直 接 保 證 安全 可 靠 ， 又 沒 有 保 護 或 防 護 措 施 ， 僅 能 在事 故 出 現(xiàn) 以 前 發(fā) 出 報 警 和 信 號 ， 提 醒 人 們注 意 ， 如 指 示 燈 ， 警 鈴 等 。 2021/6/16 52 3 安 全 可 靠安全可靠 機器安全安全技術 法 零 件 安 全整 機 安 全工 作 安 全環(huán) 境 安

44、全直 接 安 全 技 術 法間 接 安 全 技 術 法提 示 性 安 全 技 術 法 2021/6/16 53 二 、 結 構 方 案 設 計 原 理 在 結 構 設 計 中 常 應 用 下 述 各 項 原 理 ： 1 .等 強 度 原 理 （ 包 括 零 件 和 整 機 ） 對 于 同 一 個 零 件 來 說 ， 各 處 應 力 相 等 ， 各 處 壽 命 相等 ， 叫 等 強 度 。 這 樣 可 使 結 構 有 相 等 強 度 ， 從 而 達 到 充分 利 用 材 料 ， 提 高 經(jīng) 濟 效 益 。 如 圖 5-12a)的 結 構 強 度 不等 ， 而 且 強 度 差 ， b)圖 的 結

45、構 強 度 不 等 ， c)圖 適 用 于 鑄鐵 的 等 強 度 結 構 ， d)圖 適 用 于 鋼 的 等 強 度 結 構 。 2021/6/16 54 等 強 度 原 理 （ 相 對 的 觀 點 ） 通 過 適 當 地 選 擇 材 料 和 適 當 確定 幾 何 形 狀 ， 力 求 構 件 各 處 強 度 得 到 充 分 利 用 。 目 的 是 減 輕重 量 ， 降 低 成 本 。 或 者 采 取 相 應 措 施 減 低 高 應 力 區(qū) 應 力 ， 提高 低 應 力 區(qū) 應 力 ， 使 應 力 趨 于 均 勻 。 如 下 圖(1)（ 彎 矩 圖 ）(2)等 強 度 梁 c 2021/6/16

46、 55 圖 6-9所 示 為 增 加 約 束 變 形 附 件 以 降 低 高 應 力 區(qū) 應 力的 兩 個 實 例 。 圖 中 構 件 1為 承 受 載 荷 的 主 體 構 件 ， 當在 結 構 中 增 加 一 個 約 束 變 形 的 輔 助 構 件 2時 ， 就 使 構件 1左 半 部 的 應 力 顯 著 減 小 ， 兩 部 分 應 力 趨 于 均 勻 。 2021/6/16 56 注 意 以 下 幾 點 ： 1)如 果 在 某 些 結 構 中 追 求 等 強 會 增 大 成 本 ， 則 應 放棄 等 強 原 理 。 例 如 在 滾 動 軸 承 軸 系 結 構 設 計 中 ， 同 一 軸 系

47、 兩端 的 兩 個 軸 承 通 常 受 力 不 同 ， 如 果 要 求 其 工 作 壽 命或 承 載 能 力 相 同 ， 就 需 要 選 用 不 同 型 號 的 軸 承 ， 這雖 然 可 以 降 低 軸 承 成 本 ， 但 是 會 增 大 加 工 軸 承 孔 的工 藝 成 本 ， 所 以 應 放 棄 等 強 原 理 。 2021/6/16 573) 為 保 護 重 要 零 部 件 ， 設 計 中 使 某 個 零 部 件 的 承 載 能力 較 低 ， 通 過 犧 牲 廉 價 易 更 換 零 件 的 方 法 保 護 重 要 零部 件 。4) 有 些 結 構 參 數(shù) 有 標 準 系 列 值 ， 在

48、按 照 等 強 原 理 進 行設 計 后 應 按 標 準 系 列 圓 整 參 數(shù) 。 2)不 同 結 構 要 素 的 工 作 原 理 不 同 ， 承 載 能 力 的 差 別 很大 ， 使 工 作 原 理 不 同 的 結 構 要 素 的 承 載 能 力 相 同 可 能 會使 結 構 比 例 不 協(xié) 調(diào) 。 例 如 自 行 車 的 車 架 和 軸 承 、 輪 胎 的 承 載 能 力 相 差 較大 ， 這 種 情 況 下 通 常 采 用 多 次 更 換 易 損 零 件 的 方 法 解 決 ，將 承 載 能 力 較 低 的 結 構 零 件 設 計 成 較 易 更 換 的 結 構 。 2021/6/16

49、 58 2. 合 理 力 流 原 理 所 有 機 械 設 備 、 工 程 結 構 都 與 力 、 力 矩 和 運 動 有關 。 把 力 的 傳 遞 過 程 （ 路 線 ） 稱 為 力 流 。 既 然 是 “ 過程 ” ， 那 么 人 的 眼 睛 能 否 看 到 力 流 ？ 在 通 常 情 況 下 ，剛 性 的 機 械 零 件 一 個 挨 著 一 個 ， 力 從 一 個 零 件 傳 到 另一 個 零 件 ， 人 的 眼 睛 是 不 能 發(fā) 現(xiàn) 這 種 力 的 傳 遞 過 程 的 。但 是 ， 如 果 把 一 個 螺 旋 彈 簧 水 平 放 置 ， 用 手 通 過 彈 簧推 動 一 塊 放 在 地

50、 面 的 磚 ， 可 立 刻 看 到 ， 彈 簧 被 壓 縮 的過 程 是 由 近 及 遠 (由 手 到 磚 )， 直 至 磚 被 推 動 。 這 是 借助 彈 簧 形 變 過 程 形 成 的 臂 力 流 。 2021/6/16 59 假 想 力 流 是 由 若 干 條 線 組 成 的 線 柬 ， 這 些 線 沿 力 的傳 遞 方 向 伸 展 開 ， 稱 這 些 假 想 線 為 力 線 。 力 在 構 件 中 的傳 遞 軌 跡 就 像 電 場 中 的 電 力 線 、 磁 場 中 的 磁 力 線 、 水 流中 的 流 線 一 樣 ， 按 照 力 流 路 線 傳 遞 。 用 力 線 條 數(shù) 的 多

51、 少表 示 力 的 大 小 ， 用 力 線 的 疏 密 變 化 表 示 應 力 的 變 化 。 用 力 流 和 力 線 這 兩 個 概 念 就 把 力 這 種 看 不 見 摸 不 著的 物 理 現(xiàn) 象 物 化 ， 其 結 果 是 使 設 計 師 在 結 構 設 計 過 程 能同 時 考 慮 到 “ 兩 ” 種 物 化 物 ， 即 零 件 和 力 ， 這 比 只 考 慮一 種 具 體 的 物 質(zhì) 結 構 的 零 件 和 一 個 抽 象 的 力 的 概 念 ， 更容 易 做 到 細 致 地 考 慮 問 題 。 2021/6/16 60 在 力 的 傳 遞 過 程 中 ， 力 線 條 數(shù) 不 變 ，

52、 且 連 續(xù) 不 斷 ，可 以 封 閉 ， 但 力 線 疏 密 因 構 件 結 構 形 狀 而 異 ， 如 圖 5-15 所 示 。 換 句 話 說 ， 力 可 以 無 衰 減 地 作 用 于 很 大 范 圍 (在 工程 設 計 中 ， 這 個 范 圍 并 不 大 )， 不 同的 結 構 會 形 成 不 同 的 傳 遞 方 式 以 及造 成 不 同 的 結 果 (應 力 不 同 )。 2021/6/16 61 （ 1） 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 。 圖 15-14(a)所 示 的 力流 路 線

53、最 短 ， 結 構 尺 寸 最小 ;圖 15-14 (b)、 圖 15-14 (C)所 示 的 力 流 路 線 比 圖15-14（ a） 的 長 ， 故 尺 寸大 。 在 力 流 路 線 近 似 的 情況 下 ， 圖 5-16(b)的 對 稱 結構 又 比 圖 5-16(c)的 非 對稱 結 構 好 。 2021/6/16 62 如 果 力 流 路 線 增 長 ， 承 載 區(qū) 增 大 ， 零 件 體 積 重 量 和 變 形 就 增 大 ，當 然 系 統(tǒng) 的 彈 性 和 柔 性 隨 之 增 加 。 其 關 系 如 下 圖 所 示 。 力 流 路 線 與 變 形 的 關 系為 力 流路 線 短 圖

54、 (b)典 型 的 彈性 支 承大 于圖 (a) 產(chǎn) 生 彎 矩 變形 、 剛 性 差 撓 性 支 承 2021/6/16 63 （ 2） 力 流 轉(zhuǎn) 向 平 緩 原 則 ： 當 結 構 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 應力 集 中 。 在 結 構 設 計 時 ， 應 采 取 措 施 ， 使 力 流 方 向 變 化平 緩 ， 減 小 應 力 集 中 。 圖 5-16所 示 為 軸 轂 聯(lián) 接 ： 圖 a)力流 方 向 變 化 急 劇 ， A處 應 力 集 中 ;圖 b)力 流 方 向 變 化 較 平緩

55、 ， 應 力 集 中 小 。 2021/6/16 64 3 變 形 協(xié) 調(diào) 原 理 kr 在 外 載 荷 作 用 下 ， 兩 個 相 鄰 零 件 的 聯(lián) 結 處 ， 由于 各 自 受 力 不 同 ， 變 形 不 同 ， 在 兩 零 件 間 產(chǎn) 生相 對 變 形 ， 這 種 相 對 變 形 會 引 起 力 流 密 集 形 成應 力 集 中 。 所 謂 變 形 協(xié) 調(diào) ， 就 是 使 聯(lián) 結 的 相 鄰零 件 在 外 載 荷 作 用 下 的 變 形 方 向 相 同 ， 并 盡 可能 減 小 相 對 變 形 。 如 下 圖 為 兩 焊 接 板 的 變 形 及 應 力 分 布 。 2021/6/16

56、65kr一 板 受 拉 ， 另 一 板受 壓 ， 相 對 變 形 大 ，變 形 不 協(xié) 調(diào) ， 應 力分 布 不 均 勻 。 改 進 型 設 計 ， 兩 板 改 為板 厚 呈 線 性 變 化 的 斜 接口 ， 兩 板 相 對 變 形 幾 乎等 于 零 ， 應 力 分 布 非 常均 勻 。兩 板 受 拉 ， 相 對 變形 小 ， 符 合 變 形 協(xié)調(diào) 原 理 ， 應 力 分 布均 勻 。 兩 焊 接 板 的 變 形 及 應 力 分 布 2021/6/16 66 4 力 平 衡 原 理 為 了 實 現(xiàn) 總 功 能 ， 各 機 構 或 零 件 需 要 傳 遞 做 功 的 力 和 力 矩 ， 例 如

57、驅(qū) 動力 矩 、 圓 周 力 等 ， 這 種 力 稱 為 有 功 力 （ 矩 ） 。 然 而 ， 與 此 同 時 常 常 伴 隨 產(chǎn)生 一 些 (無 功 力 )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 荷 ， 降 低 其 精 度 和 壽 命 ， 同 時 也降 低 了 機 器 的 傳 動 效 率 。 因 此 ， 如 何 消 除 無 功 力 的 不 良 影 響 ， 是 結 構 設 計中 一 個 重 要 問 題 。 所 謂 力 平 衡 就 是 指 采 取 結 構 措 施

58、， 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 構 措 施 主 要 有 :采 用 平 衡 元 件 、 采 取 對 稱 布 置等 。 2021/6/16 67 如 圖 6-30所 示 為 通 過 人 為增 加 一 個 偏 心 來 平 衡 另 一個 偏 心 產(chǎn) 生 的 離 心 力 。圖 5-20行 星 輪 采 用 對 稱 布置 ， 齒 輪 嚙 合 產(chǎn) 生 的 徑 向力 被 抵 消 。 2021/6/16 68 5 任 務 分 配 原 理 機 械 結 構 的 功 能 依 靠 所 有 的 零 部 件 及 其 結 構 要 素 協(xié) 調(diào) 工

59、作來 實 現(xiàn) 。 機 械 功 能 在 零 部 件 間 的 分 配 關 系 通 常 有 三 種 可 能 ：1） 一 載 體 承 擔 多 種 功 能 ： 功 能 集 中 于 一 載 體 ， 可 簡 化 結 構 、 降低 成 本 ；2） 一 載 體 承 擔 一 種 功 能 ： 功 能 與 載 體 一 一 對 應 ， 便 于 做 到 “ 明確 ” 、 “ 可 靠 ” ， 便 于 實 現(xiàn) 結 構 優(yōu) 化 及 準 確 計 算 ；3） 多 載 體 共 同 承 擔 一 種 功 能 ： 多 載 體 承 擔 同 一 功 能 可 以 減 輕 零件 負 載 ， 延 長 使 用 壽 命 。 （ 對 某 些 復 雜 功

60、能 ） 設 計 時 應 根 據(jù) 具 體 情 況 進 行 任 務 分 配 。例 如 將 只 靠 螺 拴 預 緊 產(chǎn) 生 的 摩 擦 力 來 傳 遞 橫 向 載 荷 時 ， 會 使螺 栓 尺 寸 過 大 ， 可 通 過 增 加 抗 剪 元 件 ， 如 銷 、 套 筒 和 端 而 鍵 等 ， 以 分 擔 橫 向 載 荷 來 解 決 這 一 問 題 。 2021/6/16 69 (1)相 同 功 能 的 任 務 分 配 相 同 的 功 能 可 以 由 一 個 構 件來 承 擔 ， 如 減 速 箱 中 的 齒 輪 軸 ，既 承 受 彎 矩 ， 又 承 受 扭 矩 ， 而 對承 受 大 功 率 的 零 件

61、 ， 往 往 需 要 設計 成 大 尺 寸 ， 此 時 可 采 取 多 個 零件 來 分 擔 ， 從 而 減 少 零 件 承 受 的功 能 、 縮 小 尺 寸 、 減 少 占 用 空 間 。圖 4-9組 合 彈 簧 ， 是 幾 個 零 件 共同 承 擔 一 種 功 能 的 實 例 。 圖 4-9組 合 彈 簧 2021/6/16 70 如 圖 4-9卸 荷 皮 帶 輪 皮 帶 輪 的 徑 向 力 經(jīng) 滾動 軸 承 ， 軸 承 座 和 螺釘 傳 給 箱 體 。 皮 帶 輪的 扭 矩 經(jīng) 螺 釘 、 內(nèi) 花鍵 套 傳 給 軸 。 軸 只 承受 轉(zhuǎn) 矩 而 不 承 受 彎 矩 。因 而 尺 寸 減

62、小 ， 節(jié) 約材 料 。 l圖 4-9 卸 荷 皮 帶 輪 結 構 2021/6/16 71 (2)不 同 功 能 任 務 分 配 在 結 構 設 計 時 ， 常 用 一 個 構 件 來 完 成 多 個 分 功能 ， 其 優(yōu) 點 是 零 件 數(shù) 量 少 、 減 輕 重 量 、 降 低 成 本 ，但 隨 著 零 件 承 受 功 能 增 加 ， 其 承 載 能 力 和 限 制 條 件也 增 加 ， 使 得 構 件 結 構 變 得 復 雜 ， 給 制 造 或 安 裝 帶來 不 便 。 若 改 用 多 個 零 件 ， 由 幾 個 結 構 件 分 別 承 擔不 同 的 功 能 ， 則 任 務 單 一 ，

63、 便 于 達 到 “ 明 確 ” 、“ 簡 單 ” 的 目 標 。 2021/6/16 72 圖 5 25是 三 種 不 同 的 密 封 和定 位 結 構 ， a圖 軸 承 的 密 封 和定 位 用 同 一 個 結 構 1來 完 成 ，需 用 圓 鋼 車 成 ， 其 制 造 費 用高 ； b圖 的 密 封 和 定 位 分 別 由2擋 圈 和 3軸 套 承 擔 。 3可 用 管料 車 成 ， 節(jié) 約 材 料 減 少 加工 時 間 ； c圖 中 密 封 件 4為 沖壓 件 ， 用 無 屑 加 工 代 替 有 屑加 工 ， 確 保 了 密 封 ， 大 大 節(jié) 約 工 時 和 材 料 。 2021/6

64、/16 73 蝸 桿 傳 動 設 計 中 要 求 蝸輪 齒 廓 表 面 材 料 具 有 較 好 的抗 膠 合 性 ， 同 時 要 求 輪 轂 材料 具 有 較 高 的 強 度 ， 傳 遞 動力 的 蝸 輪 通 常 采 用 裝 配 結 構 ，輪 緣 采 用 青 銅 合 金 ， 輪 轂 采用 鋼 或 鑄 鐵 。 2021/6/16 74 6 自 補 償 原 理 通 過 選 擇 系 統(tǒng) 元 件 及 其 在 系 統(tǒng) 中 的 配 置 來 自 行 實現(xiàn) 加 強 功 能 的 相 互 支 持 作 用 ， 稱 為 自 補 償 。 自 補 償 在正 常 情 況 (額 定 載 荷 )下 有 加 強 功 能 、 減

65、載 和 平 衡 的 含義 ， 而 在 緊 急 情 況 (超 載 )下 有 自 保 護 和 救 援 的 含 義 。 常 見 的 自 補 償 原 理 應 用 形 式 有 ： 自 增 強 、 自 平 衡和 自 保 護 ： 1)自 增 強 當 輔 助 效 應 與 初 始 效 應 的 作 用 方 向 相 同時 ， 使 得 總 效 應 加 強 ， 就 是 所 謂 自 增 強 。 2021/6/16 75 在 正 常 工 作 狀 態(tài) 下 輔 助 效 應 與 初 始 效 應 的 作 用 方 向 相 同 ，總 效 應 為 兩 者 之 和 。 如 圖 6-12高 壓 容 器 檢 查 孔 蓋 的 設 計 。 圖 (

66、a)擰 緊 螺 桿 ， 使 端 蓋 2緊 貼 在 密 封 件 3上 ， 形 成 初 始 效 應 。 工 作 時間 ， 內(nèi) 部 高 壓 P作 用 在 端 蓋 2上 ， 加 強 密 封 效 果 ， 產(chǎn) 生 輔 助 效 應 ?？?效 應 是 兩 者 疊 加 使 密 封 自 增 強 。 圖 (b)是 自 損 結 構 。 效 應 相互 抵 消 ， 密 封 效 果 不 好 。 圖 -13高 壓 容 器 檢 查 孔 蓋 設 計1 螺 桿 ； 2蓋 ； 3密 封 2021/6/16 76 工 作 時 ， 工 件 1受 到 一 個 F2力 ， 該 力 使 工 件與 偏 心 輪 之 間 產(chǎn) 生 一 個 使 偏 心 輪 順 時 針 轉(zhuǎn) 動 的趨 勢 ， 該 趨 勢 與 Fl力 的 作 用 同 向 。 故 增 大 了 夾緊 力 F的 作 用 ， 且 該 作 用 隨 著 F2的 增 大 而 增 大 。圖 6-14 偏 心 夾 緊 示 意 圖 1-工 件 2-偏 心 輪 3-支 承 軸 2021/6/16 77 圖 6 13自 增 強 作 用 的 密 封 裝 置 ， 壓 力 P使 帶 錐面 圓 盤 1更 緊 密