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机械结构基本设计准则
时间: 2022-11-24浏览次数:
机器构造设想的使命是在整体设想的根底上,按照所肯定的道理计划,肯定并绘出详细的构造图,以表现所请求的功用。是将笼统的事情道理详细化为某类构件或零部件,详细内容为在

  机器构造设想的使命是在整体设想的根底上,按照所肯定的道理计划,肯定并绘出详细的构造图,以表现所请求的功用。是将笼统的事情道理详细化为某类构件或零部件,详细内容为在肯定构造件的质料、外形、尺寸、公役、热处置方法和外表情况的同时,还须思索其加工工艺、强度、刚度、精度和与零件互相之间干系等成绩。以是,构造设想的间接产品虽是手艺图纸,但构造设想事情不是简朴的机器制图,图纸只是表达设想计划的言语,

  机器构造设想的次要特性有:(1)它是集考虑、画图、计较(偶然停止须要的尝试)于一体的设想历程,是机器设想中触及的成绩最多、最详细、事情量最大的事情阶段,在全部机器设想过程当中,均匀约80%的工夫用于构造设想,对机器设想的成败起着无足轻重的感化。(2)机器构造设想成绩的多解性,即满意统一设想请求的机器构造并非独一的。(3)机器构造设想阶段是一个很活泼的设想环节,经常需重复穿插的停止。为此,在停止机器构造设想时,必需理解从机械的团体动身对机器构造的根本请求

  机器构造的功用次要是靠机器零部件的多少外形及各个零部件之间的相对地位干系完成的。零部件的多少外形由它的外表所组成,一个零件凡是有多个外表,在这些外表中有的与零部件外表间接打仗,把这一部门外表称为功用外表。在功用外表之间的联合部门称为连接外表。

  零件的功用外表是决议机器功用的主要身分,功用外表的设想是零部件构造设想的中心成绩。形貌功用外表的次要多少参数有外表的多少外形、尺寸巨细、外表数目、地位、次第等。经由过程对功用外表的变异设想,能够获得为完成统一手艺功用的多种构造计划。

  在机械或机器中,任何零件都不是伶仃存在的。因而在构造设想中除研讨零件自己的功用和特性外,还必需研讨零件之间的互相干系。

  零件的相干分为间接相干和直接相干两类。凡两零件有间接装配干系的,成为间接相干。没有间接装配干系的相干成为直接相干。直接相干又分为地位相干和活动相干两类。地位相干是指两零件在互相地位上有请求,如减速器中两相邻的传动轴,此中间距必需包管必然的精度,两轴线必需平行,以包管齿轮的一般啮合。活动相干是指一零件的活动轨迹与另外一零件有关,如车床刀架的活动轨迹必需平行于于主轴的中间线,这是靠床身导轨和主轴轴线相平行来包管的,以是,主轴与导轨之间地位相干;而刀架与主轴之间为活动相干。

  大都零件都有两个或更多的间接相干零件,故每一个零件多数具有两个或多个部位在构造上与零件有关。在停止构造设想时,两零件间接相干部位必需同时思索,以便公道地挑选质料的热处置方法、外形、尺寸、精度及外表质量等。同时还必需思索满意直接相干前提,如停止尺寸链和精度计较等。普通来讲,若某零件间接相干零件愈多,其构造就愈庞大;零件的直接相干零件愈多,其精度请求愈高。比方,轴毂连接见图5.1。

  机器设想中能够挑选的质料浩瀚,差别的质料具有差别的性子,差别的质料对应差别的加工工艺,构造设想中既要按照功用请求公道地挑选恰当的质料,又要按照质料的品种肯定恰当的加工工艺,并按照加工工艺的请求肯定恰当的构造,只要经由过程恰当的构造设想才气使所挑选的质料最充实的阐扬劣势。

  设想者要做到准确地挑选质料就必需充实天文解所选质料的力学机能、加工机能、利用本钱等信息。构造设想中应按照所选质料的特征及其所对应的加工工艺而遵照差别的设想准绳。

  对称构造。铸铁质料的抗压强度弘远于抗拉强度,因而接受弯矩的铸铁构造截面多为非对称外形,以使承载时最大压应力大于最大拉应力,图示5.2为两种铸铁支架比力。钢构造设想中凡是经由过程加大截面尺寸的办法增大构造的强度和刚度,可是锻造构造中假如壁厚过大则很难包管锻造质量,以是锻造构造凡是经由过程加筋板和隔板的办法增强构造的刚度和强度。塑料质料因为刚度差,成型后的冷却不服均酿成的内应力极易惹起构造的翘曲,以是塑料构造的筋板与壁厚附近并平均对称。

  关于需求热处置加工的零件,在停止构造设想时的请求有以下几点:(1)零件的多少外形应力图简朴、对称,幻想的外形为球形。(2)具有不等截面的零件,其巨细截面的变革必需陡峭,制止突变。假如相邻部门的变革过大,巨细截面冷却不均,一定构成内应力。(3)制止锐边尖角构造,为了避免锐边尖角处融化或过热,普通在槽或孔的边沿上切出2~3mm的倒角。(4)制止厚薄差异的截面,厚薄差异的截面在淬火冷却时易变形,开裂的偏向较大。

  机器产物使用于各行各业,构造设想的内容和请求也是千差万别,但都有不异的共性部门。上面就机器构造设想的三个差别条理来阐明对构造设想的请求。

  1.功用设想 满意次要机器功用请求,在手艺上的详细化。如事情道理的完成、事情的牢靠性、工艺、质料和装配等方面。

  2.质量设想 统筹各类请求和限定,进步产物的质量和机能价钱比,它是当代工程设想的特性。详细为操纵、美妙、本钱、宁静、环保等浩瀚请求和限定。在当代设想中,质量设想相称主要,常常决议产物的合作力。那种只满意次要手艺功用请求的机器设想时期曾经已往,兼顾统筹各类请求,进步产物的质量,是当代机器设想的枢纽地点。与思索事情道理比拟,统筹各类请求仿佛只是设想细节上的成绩,但是细节的总和是质量,产物格量成绩不只是工艺和质料的成绩,进步质量应始于设想。

  3.优化设想和立异设想 用构造设想变元等办法体系地机关优化设想空间,用缔造性设想思想办法和科学办法停止优选和立异。

  对产物格量的进步永无尽头,市场的合作日益剧烈,需求向本性化标的目的开展。因而,优化设想和立异设想在当代机器设想中的感化愈来愈主要,它们将是将来手艺产物开辟的合作核心。

  构造设想中获得一个可行的构造计划普通其实不很难。机器设想的使命是在浩瀚的可行性计划中追求较好的或是最好的计划。构造优化设想的条件是要能机关出大批可供优选的能够性计划,即机关出大批的优化求解空间,这也是构造设想最具缔造性的处所。构造优化设想今朝根本仍范围在用数理模子形貌的那类成绩上。而更具有潜力、更有效果的构造优化设想应成立在由工艺、质料、连接方法、外形、次第、方位、数目、尺寸等构造设想变元所组成的构造设想解空间的根底上。

  机器设想的终极成果是以必然的构造情势表示出来的,按所设想的构造停止加工、装配,制作成终极的产物。以是,机器构造设想应满意作为产物的多方面请求,根本请求有功用、牢靠性、工艺性、经济性和表面外型等方面的请求。别的,还应改进零件的受力,进步强度、刚度、精度和寿命。因而,机器构造设想是一项综合性的手艺事情。因为构造设想的毛病或不公道,能够形成零部件不该有的生效,使机械达不到设想精度的请求,给装配和维修带来极大的未便利。机器构造设想过程当中招考虑以下的构造设想原则。

  产物的设想次要目标是为了完成预定的功用请求,因而完成预期功用的设想原则是构造设想起首思索的成绩。要满意功用请求,必需做到以下几点。

  (1)明白功用:构造设想是要按照其在机械中的功用和与其他零部件互相的毗连干系,肯定参数尺寸和构造外形。零部件次要的功用有接受载荷、通报活动和动力,和包管或连结有关零件或部件之间的相对地位或活动轨迹等。设想的构造应能满意从机械团体思索对它的功用请求。

  (2)功用公道的分派:产物设想时,按照详细状况,凡是有须要将使命停止公道的分派,行将一个功用合成为多个分功用。每一个分功用都要有肯定的构造负担,各部门构造之间应具有公道、和谐的联络,以到达总功用的完成。多构造零件负担统一功用能够减轻零件承担,耽误利用寿命。V型带截面的构造是使命公道分派的一个例子。纤维绳用来接受拉力;橡胶添补层接受带蜿蜒时的拉伸和紧缩;包布层与带轮轮槽感化,发生传动所需的磨擦力。比方,若只靠螺栓预紧发生的磨擦力来接受横向载荷时,会使螺栓的尺寸过大,可增长抗剪元件,如销、套筒和键等,以分管横向载荷来处理这一成绩。

  (3)功用集合:为了简化机器产物的构造,低落加工本钱,便于装置,在某些状况下,可由一个零件或部件负担多个功用。功用集合会使零件的外形愈加庞大,但要有度,不然反而影响加工工艺、增长加工本钱,设想时应按照详细状况而定。

  零件截面尺寸的变革应与其内应力变革相顺应,使各截面的强度相称。按等强度道理设想的构造,质料能够获得充实的操纵,从而减轻了重量、低落本钱。如悬臂支架、门路轴的设想等。见图1。

  为了直观地暗示力在机器构件中如何通报的形态,将力看做如同水在构件中活动,这些力线汇成力流。暗示这个力的活动在构造设想考查中起偏重要的感化。

  力流在构件中不会中止,任何一条力线都不会忽然消逝,一定是从一处传入,从另外一处传出。力流的另外一个特征是它偏向于沿最短的道路通报,从而在最短道路四周力流麋集,构成高应力区。部位力流稠密,以至没有力流经由过程,从应力角度上讲,质料未能充实操纵。因而,若为了进步构件的刚度,该当尽能够按力流最短道路来设想零件的外形,削减承载地区,从而积累变形越小,进步了全部构件的刚度,使质料获得充实操纵。

  如悬臂安插的小锥齿轮,锥齿轮应只管接近轴承以减小悬臂长度,进步轴的蜿蜒强度。图5.4例举几个典范的实例。

  当力流标的目的急剧迁移转变时,力流在迁移转变处会过于麋集,从而惹起应力集合,设想中应在构造上采纳步伐,使力流转向陡峭。应力集合是影响零件疲倦强度的主要身分。构造设想时,应只管制止或减小应力集合。其办法在响应的章节会作引见,如增大过分圆角、接纳卸载构造等。如图5.5。

  在机械事情时,常发生一些无用的力,如惯性力、斜齿轮轴向力等,这些力不单增长了轴和轴衬等零件的负荷,低落其精度和寿命,同时也低落了机械的传动服从。所谓载荷均衡就是指采纳构造步伐部门或局部均衡无用力,以减轻或消弭其不良的影响。这些构造步伐次要接纳均衡元件、对称安插等。

  比方,统一轴上的两个斜齿圆柱齿轮所发生的轴向力,可经由过程公道挑选轮齿的旋向及螺旋角的巨细使轴向力互相抵消,使轴承负载减小。如图5.6。

  机器零部件构造设想的次要目标是:包管功用的完成,使产物到达请求的机能。可是,构造设想的成果对产物零部件的消费本钱及质量有着不成低估的影响。因而,在构造设想中应力图使产物有优良的加工工艺性

  所谓好的加工工艺指的是零部件的构造易于加工制作,任何一种加工办法都有能够不克不及制作某些构造的零部件,或消费本钱很高,或质量遭到影响。因而,关于设想者熟悉一种加工办法的特性十分主要,以便在设想构造时尽能够的取长补短。实践中,零部件构造工艺性遭到诸多身分的限制,如消费批量的巨细会影响坯件的天生办法;消费装备的前提能够会限定工件的尺寸;别的,外型、精度、热处置、本钱等方面都有能够对零部件构造的工艺性有限制感化。因而,构造设想中应充实思索上述身分对工艺性的影响。

  装配是产物制作过程当中的主要工序,零部件的构造对装配的质量、本钱有间接的影响。有关装配的构造设想原则简述以下

  整机应能合成成多少可零丁装配的单位(部件或组件),以完成平行且专业化的装配功课,收缩装配周期,而且便于逐级手艺查验和维修。

  -包管零件精确的定位。图5.7所示的两法兰盘用一般螺栓毗连。图(a)所示的构造无径向定位基准,装配时不克不及包管两孔的同轴度;图(b)以相配的圆柱面作为定位基准,构造公道。

  -制止两重共同。图5.8(a)中的零件A有两个端面与零件B共同,因为制作偏差,不克不及包管零件A的准确地位。图5.8(b)构造公道。

  -避免装配毛病。图5.9所示轴承座用两个销钉定位。图(a)中两销钉反向安插,到螺栓的间隔相称,装配时很能够将支座扭转180°装置,招致座孔中间线与轴的中间线地位偏向增大。因而,应将两定位销安插在统一侧,或使两定位销到螺栓的间隔不等

  构造设想中,应包管有充足的装配空间,如扳手空间;制止太长共同免得增长装配难度,使共同面擦伤,若有些门路轴的设想;为便于拆卸零件,应给出安顿拆卸东西的地位,如轴承的拆卸。

  1) 产物的设置应按照其毛病率的上下、维修的难易、尺寸和质量的巨细和装置特性等兼顾摆设,凡需求维修的零件部件,都应具有优良的可达性;对毛病率高而又需求常常维修的部位及应急开关,应供给最好的可达性。

  2) 产物出格是易损件、常拆件和附加装备的拆装要烦琐,拆装时零部件收支的道路最好是直线) 产物的查抄点、测试点等体系的保护点,都应安插在便于靠近的地位上。

  5) 维修时普通应能瞥见内部的操纵,其通道除能包容维修职员的手或臂外,还应留有供察看的恰当间隙。

  产物的设想不只要满意功用请求,并且还招考虑产物外型的美学代价,使之对人发生吸收力。从心思学角度看,人60%的决议取决于第一印象。手艺产物的社会属性是商品,在买方市场的时期,为产物设想一个能吸收主顾的表面是一个主要的设想请求;同时外型美妙的产物可以使操纵者削减因精神怠倦而发生的误操纵。

  尺寸比例和谐在构造设想时,应留意连结形状表面各部门尺寸之间平均和谐的比例干系,应无意识地使用黄金朋分法来肯定尺寸,使产物外型更具美感。

  外形简朴同一机器产物的形状凡是由各类根本的多少形体(长方体、圆柱体、锥体等)组合而成。构造设想时,应使这些外形共同恰当,根本外形应在视觉上均衡,靠近对称又不完整对称的形状易发生倾倒的觉得;只管削减外形和地位的变革,制止过火混乱;改进加工工艺

  颜色、图案的撑持和装点在机器产物外表涂漆,除具有避免腐化的功用外,还可加强视觉结果。得当的颜色可以使操纵者眼睛的疲倦水平低落,并能进步对装备显现信息的分辨才能。

  单色只利用于小构件。大的出格是活动构件假如只用一种色彩就会显得单调无条理,一个小小的附加色块会使全部色彩活泼起来。在多个色彩并存的状况下,应有一个起

  ,和底色相对应的色彩叫比照色。但在一个产物上,差别色彩的数目不宜太多,太多的颜色会给人一种脆而不坚的觉得。

  舒适的颜色约莫位于从浅黄、绿黄到棕的地区。这个趋向是渐暖,正黄正绿常常显得不舒适;激烈的灰色彩显得压制。关于冷情况使用暖色,如黄、橙黄和红。关于热情况用暖色,如浅蓝。一切色彩都应淡化。别的,经由过程必然的颜色设置可以使产物显得宁静、稳定。将外形变革小的、面积较大的平面设置淡色,而将活动、活泼表面的元件设置深色;深色应安设于机器的下部,淡色置于上部。

  (2)设想时,应在满意划定功用请求的前提下,使其机关简朴,尽能够削减产物条理和构成单位的数目,并简化零件的外形。(3) 产物应只管设想烦琐而牢靠的调解机构,以便于解除因磨损或飘移等缘故原由惹起的常见毛病。对易发作部分消耗的珍贵件,应设想成可调解或可拆卸的组合件,以便于部分改换或修复。制止或削减相互连累的重复调校。(4)要公道摆设各构成部门的地位,削减毗连件、牢固件、使其检测、换件等维修操纵简朴便利,尽能够做到在维修任一部门时,不拆卸、不挪动或少拆卸、少挪动其他部门,以低落对维修职员妙技程度的请求和事情量。进步尺度化、交换性水平

  设想时应优先选用尺度化的装备、元器件、零部件和东西等产物,并只管削减其种类、规格。(2)进步交换性和通用化水平① 在差别的配备中最大限度地接纳通用的组件、元器件、零部件,并只管削减其种类。元器件、零部件及其附件、东西应只管选用满意或略加窜改便可满意利用请求的通用品。② 设想时,必需使毛病率高、简单破坏、枢纽性的零部件或单位具有优良的交换性和通用性。③ 能装置交换的产物,必需能功用交换。能功用交换的产物,也应完成装置交换,须要时可另接纳毗连安装来到达装置交换。④ 接纳差别工场消费的不异型号废品件必需能装置交换和功用交换。⑤ 功用不异且对称装置的部、组、零件,应设想成可交换的。⑥ 修正零部件或单位的设想时,不要随便变动装置的构造要素,破环交换性。⑦ 产物需作某些变动或改良时,要只管做到新老产物之间可以交换利用。Ø 接纳模块化设想

  a) 产物应按其功用设想成多少个具有交换性的模块(或模件),其数目按照实践需求而定。需求在现场改换的部件更应模块(件)化。

  b) 模块(件)从产物上卸下来当前,应便于零丁停止测试、调解。在改换模块(件)后,普通应不需求停止调解;若必需调解时,应烦琐易行。

  c) 模块(件)的尺寸与质量应便于拆装、照顾或搬运。质量超越 4kg 未便握持的模块(件)应设有人力搬运的把手。必需用机器提拔的模件,应设有响应的吊孔或吊环。

  差别范例的机器构造设想中各类详细状况的不同很大,没有须要以某种步调循序渐进的停止。凡是是肯定完成既定功用零部件的外形、尺寸和规划。构造设想历程是

  理清主次、兼顾统筹:明白待设想构造件的次要使命和限定,将完成其目标的功用合成成几个功用。然后从完成机械次要功用(指机械中对完成能量或物料转换起枢纽感化的根本功用)的零部件动手,凡是先从完成功用的构造外表开端,思索与其他相干零件的互相地位、联合干系,逐步同外表一同毗连成一个零件,再将这个零件与零件联合成部件,终极组分解完成次要功用的机械。然后,再肯定主要的、弥补或撑持次要部件的部件,如:密封、光滑及保护调养等。

  绘制草图:在阐发肯定构造的同时,大略预算构造件的次要尺寸并按必然的比例,经由过程绘制草图,初定零部件的构造。图中应暗示出零部件的根本外形,次要尺寸,活动构件的极限地位,空间限定,装置尺寸等。同时构造设想中要充实留意尺度件、经常使用件和通用件的使用,以削减设想与制作的事情量。

  对初定的构造停止综合阐发,肯定最初的构造计划:综合历程是指找出完成功用目标各类可供挑选的构造的一切事情。阐发历程则是评价、比力并终极肯定构造的事情。可经由过程改动事情面的巨细、方位、数目及构件质料、外表特征、毗连方法,体系地发生新计划。别的,综合阐发的思想特性更多的是以直觉方法停止的,即不是以体系的方法停止的。人的觉得和直觉不是无原理的,多年在糊口、消费中积聚的经历不自发地发生了林林总总的判定才能,这类觉得和直觉在设想中起着较大的感化。

  构造设想的计较与改良:对承载零部件的构造停止载荷阐发,须要时计较其承载强度、刚度、耐磨性等内容。并经由过程完美构造使构造愈加公道地接受载荷、进步承载才能及事情精度。同时思索零部件装拆、质料、加工工艺的请求,对构造停止改良。在实践的构造设想中,设想者应对设想内容停止设想和模仿,思维中要从各类角度思索成绩,设想能够发作的成绩,这类假象的深度和广度对构造设想的质量起着非常主要的感化。

  构造设想的完美:按手艺、经济和社会目标不竭完美,寻觅所选计划中的缺点和单薄环节,比较各类请求和限定,重复改良。思索零部件的通用化、尺度化,削减零部件的种类,低落消费本钱。在构造草图中注出尺度件和外购件。正视宁静与劳保(即劳动前提:操纵、察看、调解能否便利省力、发作毛病时能否易于排查、乐音等),对构造停止完美。

  外形的均衡与美妙:要思索直观上看物体能否均匀、美妙。表面不服均时形成质料或机构的华侈。呈现惯性力时会落空均衡,很小的内部滋扰力感化就可以够失稳,抗应力集合和疲倦的机能也弱。总之,机器构造设想的历程是


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