机械结构设计概论课件.pptx
《机械结构设计概论课件.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《机械结构设计概论课件.pptx(124页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、机械结构设计准则,2011-11,内容,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,机械结构设计概论,1,提高强度、刚度和延长寿命的结构设计准则,2,提高精度的结构设计准则,3,符合人机工程学设计准则,4,避免或减小对人类损害的结构设计准则,5,改进零部件结构工艺性的结构设计,6,内容,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,机械结构设计概论,1,1.结构设计的作用,机械结构设计是机械设计的重要组成部分,没有结构就没有机器。使用者关注的是产品的性能和功能,而设计和制造者则关心的是机器的机械结构,这套结构能满足使用者所要求的功能和性能。所以结构是把设计制造使用者联系起来的纽带,是设计、制造、使用的具体对象,
2、是使用性能的物质承担者。,1.结构设计的作用,机械结构设计应满足作为产品的多方面要求,基 本要求有功能、可靠性、工艺性、经济性和外观造型等方面的要求。此外,还应改善零件的受力,提高强度、刚度、精度和寿命。因此,机械结构设计是一项综合性 的技术工作。,1.结构设计的作用,机械结构设计过程中应遵循一定的结构设计准则,否则:零部件失效机器达不到设计精度的要求给装配和维修带来极大的不方便。,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,2.机械结构设计的任务和工作内容,采用各种方法,确定机械零部件所采用的原理、形状、构造、材料、尺寸公差等,并将设计结果表现为生产图样或生产机械所需的全部技术资料。这些工作主要在技
3、术设计阶段。,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,调查决策,研究设计,技术设计,试制,生产销售,结构设计,3.机械结构设计的基本条件和要求,机械系统的功能要求?所设计的机械应具有的功能及各个部分应具有的功能、各部分的性能参数(压力、速度、运动范围等)输入输出的能量、材料或信号的具体要求,如机床的精度、信号的信噪比等对机械系统本身的要求,如重量、体积、寿命和可靠性等。使用者和环境要求环境影响:如使用环境有无砂石、腐蚀、温度、气候、辐射等特殊条件和要求。物质条件:动力、燃料、原材料、润滑剂等各种设备正常使用中所必须的辅料的供应情况。,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,3.机械结构设计的基本条件和
4、要求,使用者的技术水平:操作者的技术水平和熟练程度、维修的情况及技术水平等。使用者的经济条件:购置费、维护费、材料和各项开支及使用本系统的经济效果等。安全条件:人身和健康安全要求,噪声和污染的允许界限使用者的特殊条件:某些国家、地区对不同颜色、造型的特殊爱好或禁忌等。工艺条件加工技术和设备的水平。标准化、系列化的情况。对保养、维护、修理的要求和得到配件的条件。,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,3.机械结构设计的基本条件和要求,市场及其他情况当前市场上有无类似产品?我们设计、生产该产品的优势?有无相关专利?对我们的影响?当前市场容量和市场预测,发展趋势。国家对本产品的使用有什么限制和要求?设
5、计生产的进度要求。,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,4.机械结构方案设计的技巧,机械结构设计有两个重要步骤:一.结构方案设计,为了实现某一原理方案采用尽可能多的各种结构方案;二.结构方案择优选用。,4.机械结构方案设计的技巧,要设计一台点钞机,为达到钞票分离的目的,可以采用下图所示的几种功能原理方案。显然,进行原理性构思时首先要考虑应用某种物理效应(如图中的摩擦、离心力、气吹等),然后利用某种作用原理(如图中的摩擦轮、转动架、气嘴等),最后达到实现功能目标的结果。,西安交通大学 润滑理论及轴承实验室,4.机械结构方案设计的技巧,一.利用形态变换的方法制定结构方案形状变换:改变零件的形状,尤
6、其是工作表面的形状而得到不同的结构形式。如直齿改为斜齿,过盈配合改为花键连接等。,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,将摆动导杆机构中的直线导槽改为圆弧导槽,可获得较长时间的停歇。,槽轮直径变为无穷大,槽数无穷多时,演变为槽条机构,滚珠变滚柱,减少变形量,行星齿轮大小的变化,导致滑块的不同运动特性,4.机械结构方案设计的技巧,一.利用形态变换的方法制定结构方案位置变换:改变零件的相互位置关系,来使得零部件的受力、润滑等工况改善。,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,消除了推杆的轴向力,改善了润滑条件,4.机械结构方案设计的技巧,一.利用形态变换的方法制定结构方案数目变换:变换零件的数目或相关集
7、合形状的数量(如平键改为花键连接)。尺寸变化:改变零件或表面的尺寸,从而产生形态变换。,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,4.机械结构方案设计的技巧,一.利用形态变换的方法制定结构方案实例分析:,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,功能要求:设计夹具,用于加紧安装于圆柱形外套2中的汽缸套1,以便加工内孔,4.机械结构方案设计的技巧,一.利用形态变换的方法制定结构方案实例分析(2):精密控制工作台,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,功能要求:精密驱动(0.08um)安装于丝杠螺母机构5,6上的工作平台。,4.机械结构方案设计的技巧,二.由机械结构中的相互关系变换而制定结构方案运动形式的变换正
8、反转180度工作台设计:用电机?机械结构?,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,4.机械结构方案设计的技巧,二.由机械结构中的相互关系变换而制定结构方案结合方式的变换:对于静止件和运动件之间的相互关系称为结合方式。通常采用的是相互滑动和相互滚动(如滑动轴承和滚动轴承)。此外还可以采用空气垫、磁场或油膜隔开运动物体表面。,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,4.机械结构方案设计的技巧,二.由机械结构中的相互关系变换而制定结构方案锁合方式的变换:两个互相连接的零件可以采用不同的原理把他们连接起来称为锁合。如力锁合(依靠摩擦力,如过盈配合、楔形键)、材料锁合(利用中间材料:如焊接)和形状锁合(利用形
9、状进行连接:花键、销钉)是三种常用的锁合方式。,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,4.机械结构方案设计的技巧,二.由机械结构中的相互关系变换而制定结构方案物理原理的变换:利用不同的物理原理实现某一机构功能。比如对于传动,可依靠几何形状传动(齿轮、凸轮、斜面、链);也可靠摩擦力传动;可利用介质传动(气动、液动);依靠磁场;或者利用某些材料在电、热、力等物理参量作用下,尺寸的改变等原理进行传动。,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,超声电机,超声电机工作原理,镜头变焦,4.机械结构方案设计的技巧,二.由机械结构中的相互关系变换而制定结构方案物理原理的变换:利用不同的物理原理实现某一机构功能。,西
10、安交通大学 润滑理论及轴承研究所,内容,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,提高强度、刚度和延长寿命的结构设计准则,2,2.1 机械结构合理受力的准则,立木支千斤千斤不压稍,2.1 机械结构合理受力的准则,一.载荷均布准则:外载荷由多个零件或支撑点支持时,应当使它们受力尽量均匀。,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,轴承受力不均匀,轴弯曲导致齿轮接触情况恶化,非对称布置,应当使齿轮对远离动力输入端,用扭转变形改善弯曲变形导致的齿轮沿宽度方向载荷分布不均匀,2.1 机械结构合理受力的准则,一.载荷均布准则:外载荷由多个零件或支撑点支持时,应当使它们受力尽量均匀。,西安交通大学 润滑理论及轴承研究
11、所,2.1 机械结构合理受力的准则,一.载荷均布准则:外载荷由多个零件或支撑点支持时,应当使它们受力尽量均匀。,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,2.1 机械结构合理受力的准则,一.载荷均布准则:外载荷由多个零件或支撑点支持时,应当使它们受力尽量均匀。,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,2.1 机械结构合理受力的准则,二.载荷分担准则:即把作用在一个零件上的载荷,经采取结构措施,分给两个或更多个零件承担。,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,2.1 机械结构合理受力的准则,三.自平衡准则:应使机械结构中的相互作用力相互平衡。,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,2.1 机械结构合理受力的准
12、则,四.自加强准则:在合理设计的前提下,机械装置的外载荷,可成为加强结构功能的因素。,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,2.1 机械结构合理受力的准则,五.力流路径最短准则:传递力的时候,所涉及的零部件应尽可能少。,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,厚度40mm,仍有变形,厚度20mm,变形很小,2.2 提高静强度的结构设计准则,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,2.2 提高静强度的结构设计准则,一。加大截面系数 或者,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,2.2 提高静强度的结构设计准则,一。加大截面系数 或者案例:,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,铸铁件的抗压强度是抗拉强度的数倍,
13、因此设计中应充分考虑此特性。,2.2 提高静强度的结构设计准则,二。采用空心轴提高刚度,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,W0(W):空心(实心)轴的截面系数I0(I):空心(实心)轴的惯性矩,2.2 提高静强度的结构设计准则,三。受转矩的截面必须封闭原则,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,2.2 提高静强度的结构设计准则,四。避免悬臂梁伸出端过长原则,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,2.2 提高静强度的结构设计准则,五。等强度设计准则,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,2.2 提高静强度的结构设计准则,六。弹性强化和塑性强化准则,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,2.2 提高静强
14、度的结构设计准则,六。弹性强化和塑性强化准则,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,2.2 提高静强度的结构设计准则,六。弹性强化和塑性强化准则,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,利用塑性变形所产生的残余应力来抵消部分工作时的应力。,塑性强化的原理适用于塑性材料;载荷方向始终一致,2.3 提高疲劳强度的结构设计准则,机械零件失效的80%属于疲劳破坏。因此在机械结构设计中应充分重视提高疲劳强度的措施。疲劳破坏是在材料有不一致性的情况下,零部件内分布不均匀的弹性和塑性变形多次快速反复交替作用的结果。最先的破坏发生在存在相对于作用载荷的方向不利的残余应力和局部消弱部分的微观体积内,进而逐渐扩展而发生
15、零件整体破坏。应力集中、螺纹连接中连接件与被连接件之间的相对刚度、零件表面粗糙度、形状及尺寸均影响零件的疲劳强度。,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,2.3 提高疲劳强度的结构设计准则,一。降低应力集中准则,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,断面变化急剧,则应力集中严重,反之,则应力集中轻微,2.3 提高疲劳强度的结构设计准则,一。降低应力集中准则,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,断面变化急剧,则应力集中严重,反之,则应力集中轻微,2.3 提高疲劳强度的结构设计准则,一。降低应力集中准则,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,2.3 提高疲劳强度的结构设计准则,一。降低应力集中准则,西安
16、交通大学 润滑理论及轴承研究所,2.3 提高疲劳强度的结构设计准则,一。降低应力集中准则,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,2.3 提高疲劳强度的结构设计准则,二。连接件与被连接件刚度合理匹配准则在具有预紧力的螺栓连接中,如果工作载荷是脉动的,则螺栓与被连接件所受的拉力和压力都是非对称循环变化的。螺栓与被连接件相对刚度和连接的预紧力与工作载荷的比值,决定了螺栓和被连接件所受载荷的波动程度。在一定预紧力的前提下,适当选择螺栓与被连接件的刚度,可减少螺栓及被连接件受力的波动程度,从而提高螺栓连接的疲劳刚度(但同时还需要考虑连接的密合性)。,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,螺栓刚度系数,被连接
17、件的刚度系数,2.3 提高疲劳强度的结构设计准则,二。连接件与被连接件刚度合理匹配准则,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,螺栓刚度改变方法:减小(或增大)螺栓的直径改变螺栓的长度被连接件刚度改变方法:加大或减少被连接件的截面积采用弹性原件,2.3 提高疲劳强度的结构设计准则,三。改善表面状况准则降低表面粗糙度准则:表面粗糙时,零件受力后会产生应力集中。若零件受力后最大应力发生在表面(弯曲),则表面容易成为疲劳裂纹的起始点。强度越高,对应力集中越敏感。,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,2.3 提高疲劳强度的结构设计准则,三。改善表面状况准则表面处理提高疲劳强度准则:采用滚压、喷丸、碳化、氮
18、化等方法强化表面层,可在表面形成残余压应力,从而可以部分抵消工作时的拉应力,提高疲劳强度。,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,三。改善表面状况准则,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,2.3 提高疲劳强度的结构设计准则,2.3 提高疲劳强度的结构设计准则,四。案例分析,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,2.3 提高疲劳强度的结构设计准则,四。案例分析,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,2.4 提高接触强度的结构设计准则,一。增大综合曲率半径原则,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,2.4 提高接触强度的结构设计准则,二。以面接触代替线接触原则,西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,西安交通
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 机械 结构设计 概论 课件
链接地址:https://www.31ppt.com/p-3761746.html