第六章 机械结构设计与创新.ppt

第六章机械结构设计与创新 结构设计是将机构和构件具体化为某个零件或某个部件的形状 尺寸 连接方式 顺序 数量等具体结构方案的过程 用以实现机械对它的工作要求 结构设计不是简单重复的操作性工作 而是创造性工作 工程知识是从事结构设计工作的前提 巧妙构型与组合是结构创造性设计的核心 6 1实现零件功能的结构设计与创新 一 功能分解 每个零件的每个部位各承担着不同的功能 具有不同的工作原理 若将零件功能分解 细化 则会有利于提高其工作性能 有利于开发新功能 也使零件整体功能更驱于完善 螺钉是一种最常用的联接零件 其主要功能是联接 联接可靠 防止松动 提高寿命 抵抗破坏能力是设计的主要目标 若将螺钉各部分功能进行分解 则更容易实现整体功能目标 螺钉功能可分解为螺钉头 螺钉体 螺钉尾三部分 1 螺钉头 应与扳拧工具相结合进行结构设计与创新 扳拧功能 已有结构 为提高装配效率 简化扳拧工具 还可设计成外六角与十字槽组合式的螺钉头 功能扩展 支撑功能 由与被联接件接触部分的螺钉头部端面实现的 此端面称为结合面 法兰面螺钉头结构 不仅实现了支撑功能 还可以提高联接强度 防止松动 若扩大结合面功能 将结合面制成齿纹 则防松功能将会增加 2 螺钉体 3 螺钉尾 联接功能 由螺牙部分实现 是螺钉的核心结构 其工作原理是靠摩擦力实现联接 连接螺纹采用的是三角形螺纹 导向功能 为方便安装一般应具有倒角 为进一步扩大螺钉尾部功能 可设计成自钻自攻的尾部结构 为获得更完善的零件功能 在结构设计与创新中可尝试进行功能分解 再通过联想 类比与移植等创新原理进行功能的扩展 或新功能的开发 二 功能组合 指一个零件可以实现多种功能 从而使整个机械系统更驱于简单化 简化制造过程 减少材料消耗 提高工作效率 是结构创新设计的一个重要途径 外圈有止动槽 一个侧面带有防尘盖 这种结构不需要再设置轴向紧固装置及密封装置 使支撑结构更加简单 紧凑 深沟球轴承 带轮飞轮组合 按带传动要求设计轮缘的带槽与直径 按飞轮转动惯量要求设计轮缘的宽度及其结构形状 三 功能移植 是指相同的或相似的结构可实现完全不同的功能 液压常用于动力传递 如液压泵 若将液压产生的动力用于变形就可以移植到联接功能上 也就产生了液压涨套联接 工作原理 在涨套内制作多个环形内腔 各内腔有小孔相连 若腔中充满高压液体 则套主要产生径向膨胀 对轴与毂就会形成径向压力 工作时就靠摩擦力传递转矩 实现轴毂的可靠连接 液压涨套联接 齿轮啮合常用于传动 将啮合功能移植到连轴器 产生齿式联轴器 齿式联轴器 6 2结构元素的变异与演化 主要指结构的形状 数量 位置 联接等要素 经变异后可适应不同的工作要求 或比原有结构具有更良好而完善的功能 键联接 单键 双键 花键 无键联接 成形轴联接 6 3适应材料性能的结构设计与创新 结构形状要有利于材料性能的发挥 用塑料作联接件应避免尖锐的棱角 塑料螺纹的形状一般优先采用圆形或梯形 避免三角形 或者可以利用塑料的弹性 不采用螺纹联接 而采用简单的结构形状联接与定位 选用不同的材料 往往同时伴随着零部件结构形状的变异 6 4方便制造与操作的结构设计与创新 在满足使用功能的前提下 设计者应力求使所设计产品的结构工艺简单 消耗少 成本低 使用方便 操作容易 寿命长 一 加工工艺的结构构型 键槽结构 组合结构 燕尾槽滑轨 顶尖结构 钻孔结构 二 装配输送的结构构型 简化装配 易于输送 将螺钉定位结构改变为卡扣定位结构 零件在输送时 需要形状简单稳定 不易互相干扰或倾倒 三 简单结构 只有精炼的 简单的才是设计的进步 联接结构的简化 利用塑料零件弹性变形量大的特点 使搭钩与凹槽实现联接 装配过程简单 准确 操作方便 软管卡子 法兰联接 端盖结构的简化 用弹性板压入孔中来代替原有老式设计的螺钉固定端盖 节省加工装配时间 简单 容易拆装的吊钩结构 四 宜人设计 指机械设备的结构形状应该适合人的心理和生理的要求 使得操作安全 准确 省力 简便 减轻操作的疲劳 提高工作效率 减少操作疲劳的结构 改进前 操作者使用时长期处于非自然状态 容易疲劳 改进后 结构形状柔和 操作者在使用时基本处于自然状态 长期使