你了解的现代设备名称或类型，其基本的结构和功能

你了解的现代设备名称或类型，其基本的结构和功能

机械结构设计任务

　机械结构设计任务总体设计基础根据所确定原理案确定并绘具体结构图体现所要求功能抽象工作原理具体化某类构件或零部件具体内容确定结构件材料、形状、尺寸、公差、热处理式表面状况同须考虑其加工工艺、强度、刚度、精度及与其零件相互间关系等问题所结构设计直接产物虽技术图纸结构设计工作简单机械制图图纸表达设计案语言综合技术具体化结构设计基本内容

5.1.2机械结构设计特点
　机械结构设计主要特点：（1）集思考、绘图、计算（进行必要实验）于体设计程机械设计涉及问题、具体、工作量工作阶段整机械设计程平均约80%间用于结构设计机械设计败起着举足轻重作用（2）机械结构设计问题解性即满足同设计要求机械结构并唯（3）机械结构设计阶段跃设计环节需反复交叉进行进行机械结构设计必须解机器整体发机械结构基本要求

5.2机械结构件结构要素设计

5.2.1结构件几何要素

机械结构功能主要靠机械零部件几何形状及各零部件间相位置关系实现零部件几何形状由表面所构零件通表面些表面与其零部件表面直接接触部表面称功能表面功能表面间联结部称联接表面
　
零件功能表面决定机械功能重要素功能表面设计零部件结构设计核问题描述功能表面主要几何参数表面几何形状、尺寸、表面数量、位置、顺序等通功能表面变异设计实现同技术功能种结构案

5.2.2结构件间联接

机器或机械任何零件都孤立存结构设计除研究零件本身功能其特征外必须研究零件间相互关系　

零件相关直接相关间接相关两类凡两零件直接装配关系直接相关没直接装配关系相关间接相关间接相关位置相关运相关两类位置相关指两零件相互位置要求减速器两相邻传轴其距必须保证定精度两轴线必须平行Vこ萋值恼?D龊稀T硕?喙厥侵敢涣慵?脑硕?旒S肓硪涣慵?泄兀?绯荡驳都艿脑硕?旒1匦肫叫杏谟谥髦岬闹行南撸?馐强看采淼脊旌椭髦嶂嵯呦嗥叫欣幢Vさ模??裕?髦嵊氲脊熘?湮恢孟喙兀欢?都苡胫髦嶂?湮?硕?喙亍?BR>
　 数零件都两或更直接相关零件故每零件都具两或部位结构与其零件关进行结构设计两零件直接相关部位必须同考虑便合理选择材料热处理式、形状、尺寸、精度及表面质量等同必须考虑满足间接相关条件进行尺寸链精度计算等般说若某零件直接相关零件愈其结构愈复杂；零件间接相关零件愈其精度要求愈高例轴毂联接见图5.1

5.2.3结构设计据结构件材料及热处理同应注意问题

　机械设计选择材料众同材料具同性质同材料应同加工工艺结构设计既要根据功能要求合理选择适材料要根据材料种类确定适加工工艺并根据加工工艺要求确定适结构通适结构设计才能使所选择材料充发挥优势

　设计者要做确选择材料必须充解所选材料力性能、加工性能、使用本等信息结构设计应根据所选材料特性及其所应加工工艺遵循同设计原则

　：钢材受拉受压力特性基本相同钢梁结构称结构铸铁材料抗压强度远于抗拉强度承受弯矩铸铁结构截面非称形状使承载压应力于拉应力图示5.2两种铸铁支架比较钢结构设计通通加截面尺寸增结构强度刚度铸造结构壁厚则难保证铸造质量所铸造结构通通加筋板隔板加强结构刚度强度塑料材料由于刚度差铸造冷却均匀造内应力极易引起结构翘曲所塑料结构筋板与壁厚相近并均匀称

　于需要热处理加工零件进行结构设计要求几点：（1）零件几何形状应力求简单、称理想形状球形（2）具等截面零件其截面变化必须平缓避免突变相邻部变化截面冷却均必形内应力（3）避免锐边尖角结构防止锐边尖角处熔化或热般槽或孔边缘切2～3mm倒角（4）避免厚薄悬殊截面厚薄悬殊截面淬火冷却易变形裂倾向较

5.3.1机械结构设计基本要求

　 机械产品应用于各行各业结构设计内容要求千差万别都相同共性部面机械结构设计三同层说明结构设计要求

1.功能设计 满足主要机械功能要求技术具体化工作原理实现、工作靠性、工艺、材料装配等面

2．质量设计 兼顾各种要求限制提高产品质量性能价格比现代工程设计特征具体操作、美观、本、安全、环保等众其要求限制现代设计质量设计相重要往往决定产品竞争力种满足主要技术功能要求机械设计代已经统筹兼顾各种要求提高产品质量现代机械设计关键所与考虑工作原理相比兼顾各种要求似乎设计细节问题细节总质量产品质量问题仅工艺材料问题提高质量应始于设计

3．优化设计创新设计 用结构设计变元等系统构造优化设计空间用创造性设计思维其科进行优选创新

产品质量提高永止境市场竞争趋激烈需求向性化向发展优化设计创新设计现代机械设计作用越越重要未技术产品发竞争焦点

结构设计行结构案般并难机械设计任务众行性案寻求较或案结构优化设计前提要能构造量供优选能性案即构造量优化求解空间结构设计具创造性结构优化设计目前基本仍局限用数理模型描述类问题更具潜力、更效结构优化设计应建立由工艺、材料、联接式、形状、顺序、位、数量、尺寸等结构设计变元所构结构设计解空间基础5.3.2机械结构基本设计准则
机械设计终结定结构形式表现按所设计结构进行加工、装配制造终产品所机械结构设计应满足作产品面要求基本要求功能、靠性、工艺性、经济性外观造型等面要求外应改善零件受力提高强度、刚度、精度寿命机械结构设计项综合性技术工作由于结构设计错误或合理能造零部件应失效使机器达设计精度要求给装配维修带极便机械结构设计程应考虑结构设计准则
1.实现预期功能设计准则
2.满足强度要求设计准则
3.满足刚度结构设计准则
4.考虑加工工艺设计准则
5.考虑装配设计准则
6.考虑造型设计准则
5.3.2机械结构基本设计准则
1. 实现预期功能设计准则
　产品设计主要目实现预定功能要求实现预期功能设计准则结构设计首先考虑问题要满足功能要求必须做几点
(1)明确功能: 结构设计要根据其机器功能与其零部件相互连接关系确定参数尺寸结构形状零部件主要功能承受载荷、传递运力及保证或保持关零件或部件间相位置或运轨迹等设计结构应能满足机器整体考虑功能要求
(2)功能合理配：产品设计根据具体情况通必要任务进行合理配即功能解功能每功能都要确定结构承担各部结构间应具合理、协调联系达总功能实现结构零件承担同功能减轻零件负担延使用寿命V型带截面结构任务合理配例纤维绳用承受拉力；橡胶填充层承受带弯曲拉伸压缩；包布层与带轮轮槽作用产传所需摩擦力例若靠螺栓预紧产摩擦力承受横向载荷使螺栓尺寸增加抗剪元件销、套筒键等担横向载荷解决问题
(3)功能集：简化机械产品结构降低加工本便于安装某些情况由零件或部件承担功能功能集使零件形状更加复杂要度否则反影响加工工艺、增加加工本设计应根据具体情况定
5.3.2机械结构基本设计准则
2.满足强度要求设计准则
(1) 等强度准则
零件截面尺寸变化应与其内应力变化相适应使各截面强度相等按等强度原理设计结构材料充利用减轻重量、降低本悬臂支架、阶梯轴设计等见图5.3

图5.3
(2) 合理力流结构
直观表示力机械构件传递状态力看作犹水构件流些力线汇力流表示力流结构设计考察起着重要作用
　力流构件断任何条力线都突消失必处传入另处传力流另特性倾向于沿短路线传递短路线附近力流密集形高应力区其部位力流稀疏甚至没力流通应力角度讲材料未能充利用若提高构件刚度应该尽能按力流短路线设计零件形状减少承载区域累积变形越提高整构件刚度使材料充利用
　悬臂布置锥齿轮锥齿轮应尽量靠近轴承减悬臂度提高轴弯曲强度图5.4例举几典型实例
(3) 减应力集结构
　力流向急剧转折力流转折处于密集引起应力集设计应结构采取措施使力流转向平缓应力集影响零件疲劳强度重要素结构设计应尽量避免或减应力集其相应章节作介绍增度圆角、采用卸载结构等图5.5
(4) 使载荷平衡结构
　机器工作产些用力惯性力、斜齿轮轴向力等些力增加轴轴衬等零件负荷降低其精度寿命同降低机器传效率所谓载荷平衡指采取结构措施部或全部平衡用力减轻或消除其良影响些结构措施主要采用平衡元件、称布置等
　例同轴两斜齿圆柱齿轮所产轴向力通合理选择轮齿旋向及螺旋角使轴向力相互抵消使轴承负载减图5.6
5.3.2机械结构基本设计准则
3.满足结构刚度设计准则
保证零件使用期限内实现其功能必须使其具足够刚度
5.3.2机械结构基本设计准则
4.考虑加工工艺设计准则
机械零部件结构设计主要目：保证功能实现使产品达要求性能结构设计结产品零部件产本及质量着低估影响结构设计应力求使产品良加工工艺性
所谓加工工艺指零部件结构易于加工制造任何种加工都能能制造某些结构零部件或产本高或质量受影响于设计者认识种加工特点非重要便设计结构尽能扬避短实际零部件结构工艺性受诸素制约产批量影响坯件；产设备条件能限制工件尺寸；外造型、精度、热处理、本等面都能零部件结构工艺性制约作用结构设计应充考虑述素工艺性影响
5.3.2机械结构基本设计准则
5.考虑装配设计准则
　装配产品制造程重要工序零部件结构装配质量、本直接影响关装配结构设计准则简述
（1） 合理划装配单元
　整机应能解若干单独装配单元（部件或组件）实现平行且专业化装配作业缩短装配周期并且便于逐级技术检验维修
（2）使零部件确安装
　-保证零件准确定位图5.7所示两兰盘用普通螺栓连接图（a）所示结构径向定位基准装配能保证两孔同轴度；图（b）相配圆柱面作定位基准结构合理
　-避免双重配合图5.8(a)零件A两端面与零件B配合由于制造误差能保证零件A确位置图5.8（b）结构合理
　-防止装配错误图5.9所示轴承座用两销钉定位图（a）两销钉反向布置螺栓距离相等装配能支座旋转180°安装导致座孔线与轴线位置偏差增应两定位销布置同侧或使两定位销螺栓距离等

图5.9
（2） 使零部件便于装配拆卸
　结构设计应保证足够装配空间扳手空间；避免配合免增加装配难度使配合面擦伤些阶梯轴设计；便于拆卸零件应给安放拆卸工具位置轴承拆卸图5-10
5.3.2机械结构基本设计准则
6.考虑造型设计准则
产品设计仅要满足功能要求且应考虑产品造型美价值使产吸引力理角度看60%决定取决于第印象技术产品社属性商品买市场代产品设计能吸引顾客外观重要设计要求；同造型美观产品使操作者减少精力疲惫产误操作
外观设计包括三面：造型、颜色表面处理
考虑造型应注意述三问题：
（1） 尺寸比例协调
　结构设计应注意保持外形轮廓各部尺寸间均匀协调比例关系应意识应用"黄金割"确定尺寸使产品造型更具美
（2） 形状简单统
　机械产品外形通由各种基本几何形体（体、圆柱体、锥体等）组合结构设计应使些形状配合适基本形状应视觉平衡接近称完全称外形易产倾倒觉；尽量减少形状位置变化避免凌乱；改善加工工艺
（3） 色彩、图案支持点缀
　机械产品表面涂漆除具防止腐蚀功能外增强视觉效恰色彩使操作者眼睛疲劳程度降低并能提高设备显示信息辨别能力
　单色使用于构件特别运构件用种颜色显单调层附加色块使整色调跃起颜色并存情况应起主导作用底色底色相应颜色叫比色产品同色调数量宜太太色彩给种华实觉

　舒服色彩约位于浅黄、绿黄棕区域趋势渐暖黄绿往往显舒服；强烈灰色调显压抑于冷环境应用暖色黄、橙黄红于热环境用冷色浅蓝所颜色都应
淡化另外通定色彩配置使产品显安全、稳固形状变化、面积较平面配置浅色运、跃轮廓元件配置深色；深色应安置于机械部浅色置于部
5.4机械结构设计工作步骤
　同类型机械结构设计各种具体情况差别没必要某种步骤按部班进行通确定完既定功能零部件形状、尺寸布局结构设计程综合析、绘图、计算三者相结合程其程致：
1. 理清主、统筹兼顾：明确待设计结构件主要任务限制实现其目功能解几功能实现机器主要功能（指机器实现能量或物料转换起关键作用基本功能）零部件入手通先实现功能结构表面始考虑与其相关零件相互位置、联结关系逐渐同其表面起连接零件再零件与其零件联结部件终组合实现主要功能机器再确定要、补充或支持主要部件部件：密封、润滑及维护保养等
2. 绘制草图：析确定结构同粗略估算结构件主要尺寸并按定比例通绘制草图初定零部件结构图应表示零部件基本形状主要尺寸运构件极限位置空间限制安装尺寸等同结构设计要充注意标准件、用件通用件应用减少设计与制造工作量
3. 初定结构进行综合析确定结构案：综合程指找实现功能目各种供选择结构所工作析程则评价、比较并终确定结构工作通改变工作面、位、数量及构件材料、表面特性、连接式系统产新案另外综合析思维特点更直觉式进行即系统式进行觉直觉道理、产积累经验自觉产各种各判断能力种觉直觉设计起着较作用
4. 结构设计计算与改进：承载零部件结构进行载荷析必要计算其承载强度、刚度、耐磨性等内容并通完善结构使结构更加合理承受载荷、提高承载能力及工作精度同考虑零部件装拆、材料、加工工艺要求结构进行改进实际结构设计设计者应设计内容进行想象模拟脑要各种角度考虑问题想象能发问题种假象深度广度结构设计质量起着十重要作用
5. 结构设计完善：按技术、经济社指标断完善寻找所选案缺陷薄弱环节照各种要求限制反复改进考虑零部件通用化、标准化减少零部件品种降低产本结构草图注标准件外购件重视安全与劳保（即劳条件：操作、观察、调整否便省力、发故障否易于排查、噪音等）结构进行完善
6. 形状平衡与美观：要考虑直观看物体否匀称、美观外观均匀造材料或机构浪费现惯性力失平衡外部干扰力作用能失稳抗应力集疲劳性能弱
总机械结构设计程内外、重要要、局部总体、粗略精细权衡利弊反复检查逐步改进
结
　　 机械结构设计机械设计起着举足轻重作用本章主要讨论机械结构设计特点、步骤思维式机器工作原理及装配设计要求确定零部件结构形状主要素其材料选择、制造工艺面要求使具良工艺性（加工、装配）外零部件结构形状完善强度刚度提高影响

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