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機(jī)械結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則( 三 )

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1.實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
2.滿足強(qiáng)度要求的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
3.滿足剛度結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
4.考慮加工工藝的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
5.考慮裝配的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
6.考慮維護(hù)修理的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
7.考慮造型設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則
8.考慮成本的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
1. 實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
產(chǎn)品的設(shè)計(jì)主要目的是為了實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能要求，因此實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先考慮的問(wèn)題 。要滿足功能要求，必須做到以下幾點(diǎn) 。
(1)明確功能: 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是要根據(jù)其在機(jī)器中的功能和與其他零部件相互的連接關(guān)系，確定參數(shù)尺寸和結(jié)構(gòu)形狀 。零部件主要的功能有承受載荷、傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，以及保證或保持有關(guān)零件或部件之間的相對(duì)位置或運(yùn)動(dòng)軌跡等 。設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)應(yīng)能滿足從機(jī)器整體考慮對(duì)它的功能要求 。
(2)功能合理的分配：產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)具體情況，通常有必要將任務(wù)進(jìn)行合理的分配，即將一個(gè)功能分解為多個(gè)分功能 。每個(gè)分功能都要有確定的結(jié)構(gòu)承擔(dān)，各部分結(jié)構(gòu)之間應(yīng)具有合理、協(xié)調(diào)的聯(lián)系，以達(dá)到總功能的實(shí)現(xiàn) 。多結(jié)構(gòu)零件承擔(dān)同一功能可以減輕零件負(fù)擔(dān)，延長(zhǎng)使用壽命 。V型帶截面的結(jié)構(gòu)是任務(wù)合理分配的一個(gè)例子 。纖維繩用來(lái)承受拉力；橡膠填充層承受帶彎曲時(shí)的拉伸和壓縮；包布層與帶輪輪槽作用，產(chǎn)生傳動(dòng)所需的摩擦力 。例如，若只靠螺栓預(yù)緊產(chǎn)生的摩擦力來(lái)承受橫向載荷時(shí)，會(huì)使螺栓的尺寸過(guò)大，可增加抗剪元件，如銷(xiāo)、套筒和鍵等，以分擔(dān)橫向載荷來(lái)解決這一問(wèn)題 。
(3)功能集中：為了簡(jiǎn)化機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，降低加工成本，便于安裝，在某些情況下，可由一個(gè)零件或部件承擔(dān)多個(gè)功能 。功能集中會(huì)使零件的形狀更加復(fù)雜，但要有度，否則反而影響加工工藝、增加加工成本，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況而定 。
2.滿足強(qiáng)度要求的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
(1) 等強(qiáng)度準(zhǔn)則
零件截面尺寸的變化應(yīng)與其內(nèi)應(yīng)力變化相適應(yīng)，使各截面的強(qiáng)度相等 。按等強(qiáng)度原理設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，材料可以得到充分的利用，從而減輕了重量、降低成本 。如懸臂支架、階梯軸的設(shè)計(jì)等 。見(jiàn)圖1 。
圖1
(2) 合理力流結(jié)構(gòu)
為了直觀地表示力在機(jī)械構(gòu)件中怎樣傳遞的狀態(tài)，將力看作猶如水在構(gòu)件中流動(dòng)，這些力線匯成力流 。表示這個(gè)力的流動(dòng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考察中起著重要的作用 。
力流在構(gòu)件中不會(huì)中斷，任何一條力線都不會(huì)突然消失，必然是從一處傳入，從另一處傳出 。力流的另一個(gè)特性是它傾向于沿最短的路線傳遞，從而在最短路線附近力流密集，形成高應(yīng)力區(qū) 。其它部位力流稀疏，甚至沒(méi)有力流通過(guò)，從應(yīng)力角度上講，材料未能充分利用 。因此，若為了提高構(gòu)件的剛度，應(yīng)該盡可能按力流最短路線來(lái)設(shè)計(jì)零件的形狀，減少承載區(qū)域，從而累積變形越小，提高了整個(gè)構(gòu)件的剛度，使材料得到充分利用 。
如懸臂布置的小錐齒輪，錐齒輪應(yīng)盡量靠近軸承以減小懸臂長(zhǎng)度，提高軸的彎曲強(qiáng)度 。圖5.4例舉幾個(gè)典型的實(shí)例 。
(3) 減小應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)
當(dāng)力流方向急劇轉(zhuǎn)折時(shí)，力流在轉(zhuǎn)折處會(huì)過(guò)于密集，從而引起應(yīng)力集中，設(shè)計(jì)中應(yīng)在結(jié)構(gòu)上采取措施，使力流轉(zhuǎn)向平緩 。應(yīng)力集中是影響零件疲勞強(qiáng)度的重要因素 。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免或減小應(yīng)力集中 。其方法在相應(yīng)的章節(jié)會(huì)作介紹，如增大過(guò)度圓角、采用卸載結(jié)構(gòu)等 。如圖5.5 。
(4) 使載荷平衡結(jié)構(gòu)
在機(jī)器工作時(shí)，常產(chǎn)生一些無(wú)用的力，如慣性力、斜齒輪軸向力等，這些力不但增加了軸和軸襯等零件的負(fù)荷，降低其精度和壽命，同時(shí)也降低了機(jī)器的傳動(dòng)效率 。所謂載荷平衡就是指采取結(jié)構(gòu)措施部分或全部平衡無(wú)用力，以減輕或消除其不良的影響 。這些結(jié)構(gòu)措施主要采用平衡元件、對(duì)稱布置等 。

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