1、機械結構設計基礎知識1前言前言1.1機械結構設計的任務機械結構設計的任務機械結構設計的任務是在總體設計的基礎上，根據(jù)所確定的原理方案，確定并繪出具體的結構圖，以體現(xiàn)所要求的功能。是將抽象的工作原理具體化為某類構件或零部件，具體內容為在確定結構件的材料、形狀、尺寸、公差、熱處理方式和表面狀況的同時，還須考慮其加工工藝、強度、剛度、精度以及與其它零件相互之間關系等問題。所以，結構設計的直接產物雖是技術圖紙，但結構設計工作不是簡單的機械制圖，

2、圖紙只是表達設計方案的語言，綜合技術的具體化是結構設計的基本內容合技術的具體化是結構設計的基本內容。1.2機械結構設計特點機械結構設計特點機械結構設計的主要特點有：（1）它是集思考、繪圖、計算（有時進行必要的實驗）于一體的設計過程，是機械設計中涉及的問題最多、最具體、工作量最大的工作階段，在整個機械設計過程中，平均約80%的時間用于結構設計，對機械設計的成敗起著舉足輕重的作用。（2）機械結構設計問題的多解性，即滿足同一設計要求的機械結構

3、并不是唯一的。（3）機械結構設計階段是一個很活躍的設計環(huán)節(jié)，常常需反復交叉的進行。為此，在進行機械結構設計時，必須了解從機器的整體出發(fā)對機械結構的基本要求2機械結構件的結構要素和設計方法機械結構件的結構要素和設計方法2.1結構件的幾何要素結構件的幾何要素機械結構的功能主要是靠機械零部件的幾何形狀及各個零部件之間的相對位置關系實現(xiàn)的。零部件的幾何形狀由它的表面所構成，一個零件通常有多個表面，在這些表面中有的與其它零部件表面直接接觸，把這一

4、部分表面稱為功能表面。在功能表面之間的聯(lián)結部分稱為聯(lián)接表面。零件的功能表面是決定機械功能的重要因素，功能表面的設計是零部件結構設計的核心問題。描述功能表面的主要幾何參數(shù)有表面的幾何形狀、尺寸大小、表面數(shù)量、位置、順序等。通過對功能表面的變異設計，可以得到為實現(xiàn)同一技術功能的多種結構方案。2.2結構件之間的聯(lián)接結構件之間的聯(lián)接在機器或機械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在結構設計中除了研究零件本身的功能和其它特征外，還必須研究零件之間的

5、相互關系。零件的相關分為直接相關和間接相關兩類。凡兩零件有直接裝配關系的，成為直接相關。沒有直接裝配關系的相關成為間接相關。間接相關又分為位置相關和運動相關兩類。位置相關是指兩零件在相互位置上有要求，如減速器中兩相鄰的傳動軸，其中心距必須保證一定的精度，兩軸線必須平行，以保證齒輪的正常嚙合。運動相關是指一零件的運動軌跡與另一零件有關，如車床刀架的運動軌跡必須平行于于主軸的中心線，這是靠床身導軌和主軸軸線相平行來保證的，所以，主軸與導軌之

6、間位置相關；而刀架與主軸之間為運動相關。多數(shù)零件都有兩個或更多的直接相關零件，故每個零件大都具有兩個或多個部位在結構上與其它零件有關。在進行結構設計時，兩零件直接相關部位必須同時考慮，以便合理地選擇材料的熱處理方式、形狀、尺寸、精度及表面質量等。同時還必須考慮滿足間接相關條件，如進行尺寸鏈和精度計算等。一般來說，若某零件直接相關零件愈多，其結構就愈復雜；零件的間接相關零件愈多，其精度要求愈高。例如，軸轂聯(lián)接見圖1。2.3結構設計據(jù)結構件

7、的材料及熱處理不同應注意的問題結構設計據(jù)結構件的材料及熱處理不同應注意的問題機械設計中可以選擇的材料眾多，不同的材料具有不同的性質，不同的材料對應不同的加工工藝，結構設計中既要根據(jù)功能要求合理地選擇適當?shù)牟牧希忠鶕?jù)材料的種類確定適當?shù)募庸すに?，并根?jù)加工工藝的要求確定適當?shù)慕Y構，只有通過適當?shù)慕Y構設計才能使所選擇的材料最充分的發(fā)揮優(yōu)勢。設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性能、加工性能、使用成本等信息。結構設計中

8、應根據(jù)所選材料的特性及其所對應的加工工藝而遵循不同的設計原4.考慮加工工藝工藝的設計準則考慮裝配裝配的設計準則6.考慮造型造型設計的準則3.2機械結構基本設計準則機械結構基本設計準則1.實現(xiàn)預期功能的設計準則實現(xiàn)預期功能的設計準則產品的設計主要目的是為了實現(xiàn)預定的功能要求，因此實現(xiàn)預期功能的設計準則是結構設計首先考慮的問題。要滿足功能要求，必須做到以下幾點。(1)明確功能明確功能:結構設計是要根據(jù)其在機器中的功能和與其他零部件相互的連接

9、關系，確定參數(shù)尺寸和結構形狀。零部件主要的功能有承受載荷、傳遞運動和動力，以及保證或保持有關零件或部件之間的相對位置或運動軌跡等。設計的結構應能滿足從機器整體考慮對它的功能要求。(2)功能合理的分配：功能合理的分配：產品設計時，根據(jù)具體情況，通常有必要將任務進行合理的分配，即將一個功能分解為多個分功能。每個分功能都要有確定的結構承擔，各部分結構之間應具有合理、協(xié)調的聯(lián)系，以達到總功能的實現(xiàn)。多結構零件承擔同一功能可以減輕零件負擔，延長使

10、用壽命。V型帶截面的結構是任務合理分配的一個例子。纖維繩用來承受拉力；橡膠填充層承受帶彎曲時的拉伸和壓縮；包布層與帶輪輪槽作用，產生傳動所需的摩擦力。例如，若只靠螺栓預緊產生的摩擦力來承受橫向載荷時，會使螺栓的尺寸過大，可增加抗剪元件，如銷、套筒和鍵等，以分擔橫向載荷來解決這一問題。(3)功能集中：功能集中：為了簡化機械產品的結構，降低加工成本，便于安裝，在某些情況下，可由一個零件或部件承擔多個功能。功能集中會使零件的形狀更加復雜，但要

11、有度，否則反而影響加工工藝、增加加工成本，設計時應根據(jù)具體情況而定。3.2機械結構基本設計準則機械結構基本設計準則2.滿足強度要求的設計準則滿足強度要求的設計準則(1)等強度準則等強度準則零件截面尺寸的變化應與其內應力變化相適應，使各截面的強度相等。按等強度原理設計的結構，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、階梯軸的設計等。見圖3。圖3(2)合理力流結構合理力流結構為了直觀地表示力在機械構件中怎樣傳遞的狀態(tài)，將