17結(jié)構(gòu)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)既是機(jī)器內(nèi)部諸構(gòu)件之間的相互聯(lián)系與秩序、相互作用的形式和方式，也是指零件的幾何形態(tài)與視覺(jué)效果；前者在機(jī)構(gòu)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)中已經(jīng)得到解決，這里主要研究零件的幾何形態(tài)設(shè)計(jì)與相互聯(lián)系。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是將機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)中的桿具體化，同時(shí)，選擇零件的材料、計(jì)算零部件的強(qiáng)度、確定公差與配合，以便為制造與裝配提供完整的圖紙與說(shuō)明信息。零部件幾何形態(tài)的三維設(shè)計(jì)不僅要滿足使用性能，而且要考慮加工、裝配與視覺(jué)效果；零部件幾何形態(tài)的外觀設(shè)計(jì)主要是創(chuàng)造一種良好的感官效果；材料的選擇主要考慮滿足使用性能與價(jià)格因素；強(qiáng)度的計(jì)算以確保能承受住外負(fù)載的作用；公差與配合的選擇在滿足使用性能的前提下越經(jīng)濟(jì)越好。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常不是一次完成的，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在零部件幾何形態(tài)的三維設(shè)計(jì)方面具有很大的創(chuàng)新空間。27.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求是滿足功能要求、幾何形態(tài)簡(jiǎn)單且安全可靠。7.1.1功能明確功能明確是指所選擇的結(jié)構(gòu)要達(dá)到預(yù)期的功能，當(dāng)功能比較多時(shí)，可以將功能分解為若干個(gè)子功能，再確定各子功能與結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系。在軸轂連接中，圖7-1(a)所示的設(shè)計(jì)就沒(méi)有明確傳遞扭矩的是鍵還是圓錐面、轂的軸向定位是軸的階梯面還是圓錐面。圖7-1(b)所示的設(shè)計(jì)就明確兩種功能都是由圓錐面來(lái)承擔(dān)，是一種好的結(jié)構(gòu)。圖7-1錐面聯(lián)接(a)

(b)3

在組合軸承設(shè)計(jì)中，圖7-2(a)所示的設(shè)計(jì)是滾針軸承承擔(dān)徑向力、球軸承承受軸向力，實(shí)際上，兩個(gè)軸承都能承受徑向力，各自受力大小因兩種滾動(dòng)體不同而不確定，故容易導(dǎo)致軸承過(guò)載而損壞。圖7-2(b)所示的設(shè)計(jì)就區(qū)分了徑向力和軸向力的承受者。圖7-2軸承組合(a)

(b)456結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單是指整機(jī)、部件與零件的結(jié)構(gòu)在滿足總功能的前提下，盡量力求結(jié)構(gòu)形狀簡(jiǎn)單、零部件數(shù)量少等，同時(shí)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)零部件。安全可靠

安全可靠包括零件的安全、整機(jī)的安全、操作的安全與環(huán)境的安全。零件的安全指在規(guī)定外載荷和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，零件不發(fā)生斷裂、過(guò)渡變形、過(guò)渡磨損，不喪失穩(wěn)定性；整機(jī)的安全指整個(gè)技術(shù)系統(tǒng)在規(guī)定的條件下保證實(shí)現(xiàn)總的功能；操作的安全指對(duì)操作人員不得產(chǎn)生人身?yè)p害；環(huán)境的安全指對(duì)技術(shù)系統(tǒng)的周圍環(huán)境不造成危害和污染。7

符合有限損壞原理當(dāng)出現(xiàn)功能干擾或零件破壞時(shí)，不會(huì)使主要部件或整機(jī)遭到破壞。8

過(guò)載保護(hù)回路：正常工作時(shí)，電磁換向閥1通電，使換向閥2換向，氣缸外伸。如果在活塞桿受壓的方向發(fā)生過(guò)載，則順序閥動(dòng)作，換向閥3切換，換向閥2的控制氣體排出，在彈簧力的作用下?lián)Q至圖示工位，使活塞桿縮回。9

冗余配置原理

當(dāng)技術(shù)系統(tǒng)發(fā)生故障或失效時(shí)，會(huì)造成人身安全或重大設(shè)備事故，為了提高可靠性，常采用重復(fù)的備用系統(tǒng)。多點(diǎn)嚙合柔性傳動(dòng)多個(gè)小功率驅(qū)動(dòng)器各自通過(guò)超越離合器，共同驅(qū)動(dòng)一個(gè)重型機(jī)構(gòu)，俗稱“多馬拉車”。多點(diǎn)嚙合柔性傳動(dòng)飛機(jī)襟翼操縱機(jī)構(gòu)10

雙手操作回路是使用兩個(gè)啟動(dòng)用的手動(dòng)換向閥，只有同時(shí)按下兩個(gè)閥時(shí)氣缸才動(dòng)作，起到安全保護(hù)作用。應(yīng)用在沖床、鍛壓機(jī)床上，對(duì)操作人員的手起保護(hù)作用。117.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理主要體現(xiàn)在任務(wù)分配原理、自補(bǔ)償原理、力傳遞原理、變形協(xié)調(diào)原理、力平衡原理、等強(qiáng)度原理、穩(wěn)定性原理與噪聲降低原理諸方面。遵守這些原理是實(shí)現(xiàn)良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。任務(wù)分配原理1）任務(wù)分解將任務(wù)分解，由不同的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)整體功能。

12圖7-3帶輪的安裝結(jié)構(gòu)(a)

(b)

圖7-3所示為兩種帶輪的安裝結(jié)構(gòu)，圖7-3(a)所示的結(jié)構(gòu)是將彎矩和扭矩同時(shí)作用于轉(zhuǎn)軸；圖7-3(b)所示的結(jié)構(gòu)將彎矩作用于機(jī)架、扭矩作用于轉(zhuǎn)軸，顯然，圖7-3(b)所示的結(jié)構(gòu)有利于減小軸的尺寸、提高軸的旋轉(zhuǎn)精度。(a)

(b)13142）任務(wù)合成將任務(wù)合成，由同一結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同的功能。

圖7-4所示的齒式聯(lián)軸器既實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的傳遞，又解決了兩端軸線的誤差補(bǔ)償、適應(yīng)了工作時(shí)外載荷引起的軸線變位。

圖7-4齒式聯(lián)軸器15自補(bǔ)償原理在機(jī)械設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)自增強(qiáng)、自平衡是提高機(jī)械壽命的有效手段。

1）自增強(qiáng)在正常工作狀態(tài)下，負(fù)載效應(yīng)與初始效應(yīng)的作用方向相同，總效果變好。圖7-5所示為自增強(qiáng)作用的密封裝置，壓力p使錐面圓盤1更緊密地壓在密封2上，這就是利用壓力p產(chǎn)生了增強(qiáng)密封的效果。p12圖7-5圓盤的密封1617高壓容器檢孔蓋設(shè)計(jì)1-螺桿；2-蓋；3-密封18

溫度變化、受力、磨損等因素是影響機(jī)械結(jié)構(gòu)工作精度的原因。好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以減少這些影響。凸輪、移動(dòng)從動(dòng)件與搖桿的接觸點(diǎn)上都有磨損。圖a使得這兩處磨損對(duì)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)誤差的影響互相疊加；而圖b的結(jié)構(gòu)則使得影響互相抵消，從而提高了機(jī)構(gòu)的工作精度。19（a）（b）圖7-6齒輪徑向力平衡αp1p2pω1ω2O1O2吸油壓油p'與為液壓力，與與與2）自平衡在正常工作狀態(tài)下，自平衡是指將工作力對(duì)零件的不利影響自我抵消掉。圖7-6所示為齒輪泵的徑向力平衡問(wèn)題，在圖7-6(a)所示的結(jié)構(gòu)中，與為液壓力，與為齒輪嚙合力，與為主動(dòng)齒輪軸承和被動(dòng)齒輪軸承所承受的徑向力，軸承上的徑向力未實(shí)現(xiàn)平衡，與加快了軸承的磨損；在圖7-6(b)所示的結(jié)構(gòu)中，在泵殼或側(cè)板上開(kāi)有徑向力平衡槽，把高壓油引到低壓區(qū)對(duì)應(yīng)的軸上，把低壓油引到高壓區(qū)對(duì)應(yīng)的軸上，軸承上的徑向力得到了平衡，延長(zhǎng)了軸承的壽命。吸油壓油2021圖7-7力流路桃線對(duì)結(jié)太構(gòu)的影泄響0.2a(a)FF(b)0.5aaFFa2a(c)FF7.2.傷3力傳遞途原理機(jī)械中的唇構(gòu)件與運(yùn)吧動(dòng)副都承湖受并傳遞慎力，力流凡路線最短邀、力流轉(zhuǎn)敏向平緩是勿減小體積智提高壽命粗的有效方耍式。1）力流路溫線最短圖7-7所示為公實(shí)現(xiàn)拉這力傳遞馳的結(jié)構(gòu)初設(shè)計(jì)，肺在空間姐許可的相條件下掏，圖7-7置(a)所示的慈結(jié)構(gòu)為王力流路萌線最短沉、結(jié)構(gòu)浪尺寸最稀小。圖7-7(狗b)、(c)所示的虛結(jié)構(gòu)力閘流路線路都長(zhǎng)，達(dá)故尺寸冷較大。222）力流摩轉(zhuǎn)向平闖緩當(dāng)結(jié)構(gòu)功的斷面向尺寸發(fā)迅生突然鞋變化時(shí)超，易引誓起力流原方向的姥急劇改斧變，使祝得力流忌密度增愧加，產(chǎn)甜生應(yīng)力助集中。在結(jié)構(gòu)設(shè)萌計(jì)時(shí)，應(yīng)聯(lián)使力流方援向變化平崗緩，以減趟小應(yīng)力集取中。圖7-8所示為軸肢轂連接，寒圖7-8(樓a)所示的力蠢流方向變藥化急劇，A處產(chǎn)生應(yīng)燙力集中；圖7-8意(b)所示的力逮流方向變儀化平緩，饒應(yīng)力集中郊較小。圖7-8輪與軸聯(lián)溉接(b)TT(a)TAT23圖7-9兩焊接踩板的變勝形及應(yīng)瘡力分布(a)(b)(c)FFτ平均τmaxFFτ平均τmax21壓應(yīng)力拉應(yīng)力FF1F2F2=FF1=F21τ平均≈τmaxF7.2槐.4變形協(xié)新調(diào)原理在外載增荷作用戴下，兩封個(gè)相鄰還零件的珍聯(lián)接處碧，由于樂(lè)各自受罷力與變閣形不同齊，兩零午件間產(chǎn)叫生相對(duì)帆變形將目引起力右流密集耗形成應(yīng)險(xiǎn)力集中甜。所疏謂變形康協(xié)調(diào)，恰就是使塞相鄰零螺件在外師載荷作請(qǐng)用下的普變形方拖向相同謀，并盡友可能減萍小相對(duì)孔變形。圖7-9(觸a)為兩板偶受拉，蜓相對(duì)變糧形較小穿，符合季變形協(xié)椒調(diào)原理惱，應(yīng)力相分布較暈均勻；榴圖7-9(旬b)為一板受興拉，另一瘡板受壓，耽相對(duì)變形睬較大，變辜形不協(xié)調(diào)殊，應(yīng)力分些布不均勻感；圖7-9(泛c)為改進(jìn)設(shè)貿(mào)計(jì)，兩板農(nóng)改為板厚輕呈線性變?cè)饣男苯痈婵?，兩板哲相?duì)變形陸幾乎等于區(qū)零，應(yīng)力冤分布非常變均勻。2425圖7-10強(qiáng)度(a)(b)(c)(d)FFFF7.2.讀5等強(qiáng)度原戴理若一個(gè)零蛛件的各處拋應(yīng)力相等苦稱為等強(qiáng)啟度。等強(qiáng)騾度充分利羅用了材料抬的力學(xué)性注能，是一裂種好的設(shè)潮計(jì)方案。圖7-1翅0(a裹)所示強(qiáng)度題不等，而鼻且強(qiáng)度差庸；圖7-10衡(b)所示強(qiáng)度亂不等，浪吼費(fèi)了材料狀；圖7-10溝(c)所示適趣于鑄鐵編的等強(qiáng)滅度結(jié)構(gòu)艦，圖7-1辜0(d溪)所示適用抵于鋼的等孩強(qiáng)度結(jié)構(gòu)賊。26277.2承.6穩(wěn)定性揭原理結(jié)構(gòu)的穩(wěn)段定性是指籮傾翻力被家恢復(fù)力平桿衡，系統(tǒng)群處于穩(wěn)定懷狀態(tài)。在圖7-1義1中，圖7-1檢1(a析)所示的活混塞易偏斜藍(lán)，是不穩(wěn)睬定的結(jié)構(gòu)澡；圖7-1聯(lián)1(b笨)所示的氣六缸壓力能希使活塞有趨恢復(fù)到垂任直位置的婆傾向，達(dá)備到穩(wěn)定工屋作狀態(tài)；圖7-11名(c)所示的偽氣缸壓闖力達(dá)到弓活塞的丘下端，柔活塞不剃易傾斜險(xiǎn)；圖7-1俘1(d啞)所示的活半塞鉸接點(diǎn)秒達(dá)到上端腸，活塞同礦樣不易傾煮斜。圖7-1仁1保持活塞拆穩(wěn)定的結(jié)洽構(gòu)(a)壓力平衡教環(huán)(b)圓錐形活萌塞(c)壓力囊(d)活塞重心郵上鉸鏈連逝接活塞氣缸活塞氣缸活塞氣缸活塞氣缸28活塞不穩(wěn)漲定和穩(wěn)定屯結(jié)構(gòu)7.2.易7噪聲降小低原理噪聲對(duì)人島是有害的斷，根據(jù)JB37織74·1坊—198梨4《工程機(jī)械爽噪聲限值》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)夠定，司營(yíng)機(jī)位置早處的噪葵聲不得續(xù)大于90d應(yīng)B。機(jī)械噪攝聲是由飯固體振炸動(dòng)產(chǎn)生孤的，因蓋此，減紫少振動(dòng)賽是降低伍噪聲的釀?dòng)行謺憾巍?9綜合控剪制噪聲倘的措施1-吸聲材布料層2-進(jìn)氣口匠消聲器3-柔性管4-吸聲屏障5-控制室6-密封門7-隔振墊8-雙層密雕封窯9-具有噪聲幻玉的設(shè)備置然于地下10-隔聲聯(lián)接11-振動(dòng)設(shè)堵備置于路分離的燥基礎(chǔ)上307.3結(jié)構(gòu)設(shè)賺計(jì)方法結(jié)構(gòu)設(shè)留計(jì)應(yīng)優(yōu)閃先滿足答功能的懂需要，忽其次是儀形體簡(jiǎn)冤單、美挑觀、易悔于制造減、便于釘裝配、扶受力合答理、成使本不高竿等。結(jié)泛構(gòu)設(shè)計(jì)目的方法盞有類比撇方法與駱計(jì)算方做法，類牢比方法伸只確定思零件的使幾何形弓態(tài)與相禾對(duì)關(guān)系撐；計(jì)算徐方法確朝定零件趟的幾何唇尺寸與檔配合關(guān)誓系。7.3.花1類比設(shè)愚計(jì)方法圖7-1假2所示為改敗變閥芯表焦面的形狀直而得到不聲同結(jié)構(gòu)的榮閥門。圖7-12鉆(a)所示為錐葬形閥，圖7-1身2(b扒)所示為堪球形閥催，功能插基本相烘同，但鄉(xiāng)豐因閥體塞的工作草表面形省狀不同求，流體芹進(jìn)入閥潤(rùn)腔內(nèi)的陽(yáng)流場(chǎng)不修同，引雅起的溫錄升與能坊量損失括也不同謀，圖7-12箏(b)所示的結(jié)暖構(gòu)性能優(yōu)梢于圖7-1遇2(a君)的。圖7-1食2不同閥禍芯的閥疲門(a)錐形閥(b)球形閥31圖7-13所示為改戚變螺紋作臘用面位置桿的圓盤鋸京聯(lián)接。圖7-13猜(a)為螺紋主在外部照，將內(nèi)柱外螺紋未面互換束位置，芽得圖7-13駁(b)所示的螺個(gè)紋聯(lián)接。圖7-14所示為趟改變螺蹤蝶紋作用壘方式。釣圖7-1狠4(a杠)所示為丈單個(gè)螺禍紋聯(lián)接層結(jié)構(gòu)，嘗圖7-14唉(b)所示為礎(chǔ)多個(gè)螺氣紋聯(lián)接蕩結(jié)構(gòu)，錦但功能典基本相斑同。圖7-13螺紋作末用面的行位置變斤換(a)(b)圖7-14螺紋作用發(fā)方式的變齡換(a)(b)3233減小球曾面接觸肯應(yīng)力的支結(jié)構(gòu)設(shè)關(guān)計(jì)34357.4降低成本兆的結(jié)構(gòu)設(shè)鄙計(jì)機(jī)械產(chǎn)品箏在滿足功機(jī)能和可靠每性要求的逢同時(shí)，還愈要求采用拍制造成本顛較低的方傾法，只有賢這樣，企你業(yè)才能獲蝴得最大的擇利潤(rùn)。7.4借.1減少加耗工成本棍的結(jié)構(gòu)罪設(shè)計(jì)采用整體每結(jié)構(gòu)或一潤(rùn)個(gè)結(jié)構(gòu)多伶重功能，負(fù)使零件數(shù)攪量少，加合工面少，川以減少加比工時(shí)間與比成本。圖7-1各6所示為鏈煌輪齒輪結(jié)亮構(gòu)，圖7-16雹(a)所示鏈邊輪與齒付輪的組依合構(gòu)造跡，零件圣數(shù)量多止、加工藥面多、教需要組撞裝時(shí)間紡，故加降工成本魚(yú)高；圖7-1淘6(b晴)所示為還整體結(jié)駱構(gòu)，制匪造成本馬明顯降耀低。圖7-16鏈輪齒輪目結(jié)構(gòu)(a)(b)36圖7-1納7減少加漂工量得螺箱體結(jié)搶構(gòu)(a)(b)0.80.80.80.8圖7-1托7所示為來(lái)箱體的租結(jié)構(gòu)，扮圖7-1寬7(a桑)所示的結(jié)裹構(gòu)加工面黃大、加工欲成本高；州圖7-1桌7(b攤)所示的國(guó)結(jié)構(gòu)加勵(lì)工面小遠(yuǎn)、加工蹲成本較嘆低。3738提高機(jī)秀床主軸也前端(工作端)的旋轉(zhuǎn)蘿精度是御很重要匯的，兩支點(diǎn)軸鏡承的精度科對(duì)工作端影響的程畝度不相同眠。誤差為博分別為：顯然支婦點(diǎn)A的誤差普對(duì)工作端的精度影奔響較大，兄支點(diǎn)A的軸承倘精度選響擇得比玩支點(diǎn)B的高一個(gè)合等級(jí)。根據(jù)對(duì)精度的影掩響來(lái)選擇軸承精罪度39加工孔更的布置40避免特煌殊加工龜?shù)慕Y(jié)構(gòu)417.4.侮2減少裝配盡成本的結(jié)號(hào)構(gòu)設(shè)計(jì)圖7-1梯8所示為