结构设计(实用)-.doc

机械结构制定的任务是在总体制定的基础上，依据所确定的原理方案，确定并绘出具体的结构图，以体现所要求的功能。是将抽象的工作原理具体化为某类构件或零部件，具体内容为在确定结构件的材料、形状、尺寸、公差、热处理方式和表面状况的同时，还须合计其加工工艺、强度、刚度、精度以及与其它零件互相之间关系等问题。所以，结构制定的直接产物虽是技术图纸，但结构制定工作不是简单的机械制图，图纸只是表达制定方案的语言，综合技术的具体化是结构制定的基本内容。

机械结构制定的主要特点有：〔1〕它是集思索、绘图、计算〔有时进行必要的实验〕于一体的制定过程，是机械制定中涉及的问题最多、最具体、工作量最大的工作阶段，在整个机械制定过程中，平均约80%的时间用于结构制定，对机械制定的成败起着举足轻重的作用。〔2〕机械结构制定问题的多解性，即满足同一制定要求的机械结构并不是唯一的。〔3〕机械结构制定阶段是一个很活跃的制定环节，经常需反复交叉的进行。为此，在进行机械结构制定时，必需了解从机器的整体出发对机械结构的基本要求

机械结构的功能主要是靠机械零部件的几何形状及各个零部件之间的相对位置关系实现的。零部件的几何形状由它的表面所构成，一个零件通常有多个表面，在这些表面中有的与其它零部件表面直接接触，把这一部分表面称为功能表面。在功能表面之间的联结部分称为联接表面。

零件的功能表面是决定机械功能的重要因素，功能表面的制定是零部件结构制定的核心问题。描述功能表面的主要几何参数有表面的几何形状、尺寸大小、表面数量、位置、顺序等。通过对功能表面的变异制定，可以得到为实现同一技术功能的多种结构方案。

在机器或机械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在结构制定中除了研究零件本身的功能和其它特征外，还必需研究零件之间的互相关系。

零件的相关分为直接相关和间接相关两类。凡两零件有直接装配关系的，成为直接相关。没有直接装配关系的相关成为间接相关。间接相关又分为位置相关和运动相关两类。位置相关是指两零件在互相位置上有要求，如减速器中两相邻的传动轴，其中心距必需确保一定的精度，两轴线必需平行，以确保齿轮的正常啮合。运动相关是指一零件的运动轨迹与另一零件有关，如车床刀架的运动轨迹必需平行于于主轴的中心线，这是靠床身导轨和主轴轴线相平行来确保的，所以，主轴与导轨之间位置相关；而刀架与主轴之间为运动相关。

多数零件都有两个或更多的直接相关零件，故每个零件大都具有两个或多个部位在结构上与其它零件有关。在进行结构制定时，两零件直接相关部位必需同时合计，以便合理地选择材料的热处理方式、形状、尺寸、精度及表面质量等。同时还必需合计满足间接相关条件，如进行尺寸链和精度计算等。一般来说，假设某零件直接相关零件愈多，其结构就愈复杂；零件的间接相关零件愈多，其精度要求愈高。例如，轴毂联接见图5.1。

结构制定据结构件的材料及热处理不同应注意的问题

机械制定中可以选择的材料众多，不同的材料具有不同的性质，不同的材料对应不同的加工工艺，结构制定中既要依据功能要求合理地选择适当的材料，又要依据材料的种类确定适当的加工工艺，并依据加工工艺的要求确定适当的结构，只有通过适当的结构制定才干使所选择的材料最充分的发挥优势。

制定者要做到正确地选择材料就必需充分地了解所选材料的力学性能、加工性能、使用成本等信息。结构制定中应依据所选材料的特性及其所对应的加工工艺而遵循不同的制定原则。

如：钢材受拉和受压时的力学特性基本相同，因此钢梁结构多为

对称结构。铸铁材料的抗压强度远大于抗拉强度，因此承受弯矩的铸铁结构截面多为非对称形状，以使承载时最大压应力大于最大拉应力，图示5.2为两种铸铁支架比较。钢结构制定中通常通过加大截面尺寸的方法增大结构的强度和刚度，但是铸造结构中如果壁厚过大则很难确保铸造质量，所以铸造结构通常通过加筋板和隔板的方法强化结构的刚度和强度。塑料材料由于刚度差，铸造后的冷却不均匀造成的内应力极易引起结构的翘曲，所以塑料结构的筋板与壁厚相近并均匀对称。

关于需要热处理加工的零件，在进行结构制定时的要求有如下几点：〔1〕零件的几何形状应力求简单、对称，理想的形状为球形。〔2〕具有不等截面的零件，其大小截面的变化必需平缓，避免突变。如果相邻部分的变化过大，大小截面冷却不均，必定形成内应力。〔3〕避免锐边尖角结构，为了防止锐边尖角处熔化或过热，一般在槽或孔的边缘上切出2～３mm的倒角。〔4〕避免厚薄悬殊的截面，厚薄悬殊的截面在淬火冷却时易变形，开裂的倾向较大。

机械产品应用于各行各业，结构制定的内容和要求也是千差万别，但都有相同的共性部分。下面就机械结构制定的三个不同层次来说明对结构制定的要求。

1.功能制定满足主要机械功能要求，在技术上的具体化。如工作原理的实现、工作的可靠性、工艺、材料和装配等