設(shè)計者要做到正確地選擇材料就必須充分地了解所選材料的力學(xué)性能、加工性能、使用成本等信息 。結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)根據(jù)所選材料的特性及其所對應(yīng)的加工工藝而遵循不同的設(shè)計原則 。
如：鋼材受拉和受壓時的力學(xué)特性基本相同，因此鋼梁結(jié)構(gòu)多為
對稱結(jié)構(gòu) 。鑄鐵材料的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度，因此承受彎矩的鑄鐵結(jié)構(gòu)截面多為非對稱形狀，以使承載時最大壓應(yīng)力大于最大拉應(yīng)力，圖示5.2為兩種鑄鐵支架比較 。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中通常通過加大截面尺寸的方法增大結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，但是鑄造結(jié)構(gòu)中如果壁厚過大則很難保證鑄造質(zhì)量，所以鑄造結(jié)構(gòu)通常通過加筋板和隔板的方法加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度 。塑料材料由于剛度差，成型后的冷卻不均勻造成的內(nèi)應(yīng)力極易引起結(jié)構(gòu)的翹曲，所以塑料結(jié)構(gòu)的筋板與壁厚相近并均勻?qū)ΨQ 。
對于需要熱處理加工的零件，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時的要求有如下幾點：（1）零件的幾何形狀應(yīng)力求簡單、對稱，理想的形狀為球形 。（2）具有不等截面的零件，其大小截面的變化必須平緩，避免突變 。如果相鄰部分的變化過大，大小截面冷卻不均，必然形成內(nèi)應(yīng)力 。（3）避免銳邊尖角結(jié)構(gòu)，為了防止銳邊尖角處熔化或過熱，一般在槽或孔的邊緣上切出2～３mm的倒角 。（4）避免厚薄懸殊的截面，厚薄懸殊的截面在淬火冷卻時易變形，開裂的傾向較大 。
四 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求
機(jī)械產(chǎn)品應(yīng)用于各行各業(yè)，結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容和要求也是千差萬別，但都有相同的共性部分 。下面就機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的三個不同層次來說明對結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求 。
1.功能設(shè)計 滿足主要機(jī)械功能要求，在技術(shù)上的具體化 。如工作原理的實現(xiàn)、工作的可靠性、工藝、材料和裝配等方面 。
2．質(zhì)量設(shè)計 兼顧各種要求和限制，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能價格比，它是現(xiàn)代工程設(shè)計的特征 。具體為操作、美觀、成本、安全、環(huán)保等眾多其它要求和限制 。在現(xiàn)代設(shè)計中，質(zhì)量設(shè)計相當(dāng)重要，往往決定產(chǎn)品的競爭力 。那種只滿足主要技術(shù)功能要求的機(jī)械設(shè)計時代已經(jīng)過去，統(tǒng)籌兼顧各種要求，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計的關(guān)鍵所在 。與考慮工作原理相比，兼顧各種要求似乎只是設(shè)計細(xì)節(jié)上的問題，然而細(xì)節(jié)的總和是質(zhì)量，產(chǎn)品質(zhì)量問題不僅是工藝和材料的問題，提高質(zhì)量應(yīng)始于設(shè)計 。
3．優(yōu)化設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計 用結(jié)構(gòu)設(shè)計變元等方法系統(tǒng)地構(gòu)造優(yōu)化設(shè)計空間，用創(chuàng)造性設(shè)計思維方法和其它科學(xué)方法進(jìn)行優(yōu)選和創(chuàng)新 。
對產(chǎn)品質(zhì)量的提高永無止境，市場的競爭日趨激烈，需求向個性化方向發(fā)展 。因此，優(yōu)化設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計中的作用越來越重要，它們將是未來技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)的競爭焦點 。
結(jié)構(gòu)設(shè)計中得到一個可行的結(jié)構(gòu)方案一般并不很難 。機(jī)械設(shè)計的任務(wù)是在眾多的可行性方案中尋求較好的或是最好的方案 。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的前提是要能構(gòu)造出大量可供優(yōu)選的可能性方案，即構(gòu)造出大量的優(yōu)化求解空間，這也是結(jié)構(gòu)設(shè)計最具創(chuàng)造性的地方 。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計目前基本仍局限在用數(shù)理模型描述的那類問題上 。而更具有潛力、更有成效的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)建立在由工藝、材料、聯(lián)接方式、形狀、順序、方位、數(shù)量、尺寸等結(jié)構(gòu)設(shè)計變元所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)設(shè)計解空間的基礎(chǔ)上 。
五 機(jī)械結(jié)構(gòu)基本設(shè)計準(zhǔn)則
【機(jī)械結(jié)構(gòu)基本設(shè)計準(zhǔn)則】機(jī)械設(shè)計的最終結(jié)果是以一定的結(jié)構(gòu)形式表現(xiàn)出來的，按所設(shè)計的結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工、裝配，制造成最終的產(chǎn)品 。所以，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足作為產(chǎn)品的多方面要求，基本要求有功能、可靠性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性和外觀造型等方面的要求 。此外，還應(yīng)改善零件的受力，提高強(qiáng)度、剛度、精度和壽命 。因此，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項綜合性的技術(shù)工作 。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計的錯誤或不合理，可能造成零部件不應(yīng)有的失效，使機(jī)器達(dá)不到設(shè)計精度的要求，給裝配和維修帶來極大的不方便 。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中應(yīng)考慮如下的結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則 。
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