机械结构设计精选课件.ppt

第六章机械结构设计第一节概述机械设计的最终成果都是以一定的结构形式所表现，并且按照设计的结构进行加工、装配出产品，以满足使用要求。因此结构设计的工作质量对满足产品功能要求有十分重要的意义。在机械零件设计时，各种计算都要以确定的结构为基础，机械设计公式都只适用于某种特定的机构或结构。如果不事先选定某种结构，机械零件的设计计算是无法进行的。
结构设计关系到整机性能、零部件的强度、刚度和使用寿命及加工工艺性、人机环境系统的协调性、运输安全性等。
综上所述，结构设计是保证产品质量，提高可靠性，降低产品成本的重要工作。二、结构设计的内容和步骤
结构设计内容包括:设计零部件形状、数量、相互空间位置、选择材料、确定尺寸、进行各种计算、按比例绘制结构方案总图。若有几种方案时，需进行评价决策，最后选择最优方案。在进行计算时，采用优化设计、计算机辅助设计、可靠性设计、有限元设计、反求工程等多种现代设计方法。
在进行结构设计时，还要充分考虑现有的各种条件，如加工条件、现有材料、各种标准零部件、相近机器的通用件等。结构设计是从定性到定量、从抽象到具体、从粗略到详细的设计过程。结构设计的步骤如图。每个步骤的内容叙述如下:
(1)明确对结构设计的要求
主要明确对功率、扭矩、传动比、生产率、连接尺寸、相互位置、耐腐蚀性、抗蠕变性、规定的工作材料、空间大小、安装限制、制造及运输、包装等方面的要求。
(2)主功能载体初步结构设计
主功能载体是指承受主功能的元件(即零件或部件)，如减速箱中的齿轮和轴。在这一步骤中，主要是初步确定这些零部件的结构形状、几何尺寸和空间位置。
（3）分功能载体的初步结构设计
分功能包括支承、润滑密封、冷却、防松等。分功能载体如轴承、密封圈、箱体和端盖等。主要凭经验或粗略估算初步确定结构形状。(4)检查各功能载体结构的相互影响及配合性
检查各功能载体的结构形状、几何尺寸和空间位置是否相互干涉，尽量使各部分结构之间有合理的联系。
(5)详细设计各功能载体结构
这部分是结构设计的重点，主要确定各功能载体的几何尺寸、相互位置等。设计人员要充分运用自己所掌握的知识、现代设计方法和手段，并考虑加工
(6)技术和经济评价
设计中可能有多种方案，应进行技术和经济评价，选出最优方案。
(7)对设计进一步修改完善
对确定的最优方案的设计进行修改、完善，主要是检查和分析产品将要出现的故障和主要薄弱环节，并采取有效措施进一步修改设计。因此结构设计主要包括三个方面:一是质的设计，定性分析构形(各零件形状、数目、位置关系)；二是量的设计，定量计算尺寸，决定材料；三是按比例绘制结构图。
对于改进型设计，即改进现有产品，从分析现有产品的缺点或干扰因素出发，提出新的要求明细表。这时技术设计中有关初步结构设计和详细结构设计的各个步骤，可视情况灵活处理。图5-2为改进型设计时结构设计的步骤。
结构设计主要目标是:保证功能、提高性能、降低成本。4.4.1结构设计的任务、内容和步骤9机械结构是机械功能的载体，机械结构设计的任务是依据所确定的功能原理方案设计出实体结构。该结构能体现出所要求的功能，用结构设计图样表示。结构图应表示出结构件的形状、尺寸及所用的材料，同时还必须考虑加工工艺、强度、刚度、精度、寿命、可靠性及零件间的相互关系，有关造型设计及人机工程等问题也应在这一阶段解决。结构设计包括机器的总体结构设计和零部件结构设计两方面内容，它们之间既有联系，又有区别，本章将着重讨论零件结构设计的共性问题。
如果说功能原理设计决定了产品的先进性、新颖性，那么结构设计则决定了产品的质量和成本的70％～80％，因此说结构设计是机械设计中涉及问题最多，工作量最大的一个环节。本章将重点讨论结构设计的共性问题。
第二节零件的功用及基本类型
零件是构成机械设备的基本元素。
一、零件的功用
各种零件具有的功能主要有：承受载荷、传递运动和动力、保证或保持有关零件或部件之间的相对位置或运动轨迹关系等。
1．承受载荷
机械设备在工作中受到多种力的作用，这些力都要由零件承受。
正确分析零件受力的类型、大小、方向及其对零件工作正常的影响，是进行结构设计的重要依据和保证。这些力包括机械装置工作所需的力，零件所受的重力，由于速度波动使零件受到的惯性力，由于做旋转运动使零件受到的离心力，直接接触的零件之间的摩擦力，在介质中运动的零件受到介质的作用力(液压力、风阻力)，对连接结构施加的
预紧力(螺纹联接、过盈联
接)，由于温度变化而产生
的附加载荷等。

如图6-2所示减速器结构中，
齿轮传动所受到的力通过轴
传递给轴承，其中的径向力
和切向力通过轴承传递给箱
体，轴向力经轴承传递给端
盖，再经端盖传递给箱体。2．传递运动和动力
机械装置的执行机构以确
定的运动规律或运动轨迹
实现给定的功能。原动机
的运动特性通