玩具机械结构设计

1、.：.；玩具机械构造设计5.1.1机械构造设计的义务机械构造设计的义务是在总体设计的根底上，根据所确定的原理方案，确定并绘出详细的构造图，以表达所要求的功能。是将笼统的任务原理详细化为某类构件或零部件，详细内容为在确定构造件的资料、外形、尺寸、公差、热处置方式和外表情况的同时，还须思索其加工工艺、强度、刚度、精度以及与其它零件相互之间关系等问题。所以，构造设计的直接产物虽是技术图纸，但构造设计任务不是简单的机械制图，图纸只是表达设计方案的言语，综合技术的详细化是构造设计的根本内容。5.1.2机械构造设计特点机械构造设计的主要特点有：1它是集思索、绘图、计算有时进展必要的实验于一体的设计过程，是

2、机械设计中涉及的问题最多、最详细、任务量最大的任务阶段，在整个机械设计过程中，平均约80%的时间用于构造设计，对机械设计的成败起着举足轻重的作用。2机械构造设计问题的多解性，即满足同一设计要求的机械构造并不是独一的。3机械构造设计阶段是一个很活泼的设计环节，经常需反复交叉的进展。为此，在进展机械构造设计时，必需了解从机器的整体出发对机械构造的根本要求5.2机械构造件的构造要素和设计方法5.2.1构造件的几何要素机械构造的功能主要是靠机械零部件的几何外形及各个零部件之间的相对位置关系实现的。零部件的几何外形由它的外表所构成，一个零件通常有多个外表，在这些外表中有的与其它零部件外表直接接触，把这一

3、部分外表称为功能外表。在功能外表之间的结合部分称为联接外表。零件的功能外表是决议机械功能的重要要素，功能外表的设计是零部件构造设计的中心问题。描画功能外表的主要几何参数有外表的几何外形、尺寸大小、外表数量、位置、顺序等。经过对功能外表的变异设计，可以得到为实现同一技术功能的多种构造方案。5.2.2构造件之间的联接在机器或机械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在构造设计中除了研讨零件本身的功能和其它特征外，还必需研讨零件之间的相互关系。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

4、指两零件在相互位置上有要求，如减速器中两相邻的传动轴，其中心距必需保证一定的精度，两轴线必需平行，以保证齿轮的正常啮合。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保证的，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构造上与其它零件有关。在进展构造设计时，两零件直接相关部位必需同时思索，以便合理地选择资料的热处置方式、外形、尺寸、精度及外表质量等。同时还必需思索满足间接相关条件，如进展尺寸链和精度计算等。普通来说，假设某零件直接相

5、关零件愈多，其构培育愈复杂；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。5.2.3构造设计据构造件的资料及热处置不同应留意的问题机械设计中可以选择的资料众多，不同的资料具有不同的性质，不同的资料对应不同的加工工艺，构造设计中既要根据功能要求合理地选择适当的资料，又要根据资料的种类确定适当的加工工艺，并根据加工工艺的要求确定适当的构造，只需经过适当的构造设计才干使所选择的资料最充分的发扬优势。设计者要做到正确地选择资料就必需充分地了解所选资料的力学性能、加工性能、运用本钱等信息。构造设计中应根据所选资料的特性及其所对应的加工工艺而遵照不同的设计原那么。如：钢材受拉和受压时的

6、力学特性根本一样，因此钢梁构造多为对称构造。铸铁资料的抗压强度远大于抗拉强度，因此接受弯矩的铸铁构造截面多为非对称外形，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。钢构造设计中通常经过加大截面尺寸的方法增大构造的强度和刚度，但是铸造构造中假设壁厚过大那么很难保证铸造质量，所以铸造构造通常经过加筋板和隔板的方法加强构造的刚度和强度。塑料资料由于刚度差，铸造后的冷却不均匀呵斥的内应力极易引起构造的翘曲，所以塑料构造的筋板与壁厚相近并均匀对称。对于需求热处置加工的零件，在进展构造设计时的要求有如下几点：1零件的几何外形应力求简单、对称，理想的外形为球形。2具有不等截面的零件，其

7、大小截面的变化必需平缓，防止突变。假设相邻部分的变化过大，大小截面冷却不均，必然构成内应力。3防止锐边尖角构造，为了防止锐边尖角处熔化或过热，普通在槽或孔的边缘上切出2mm的倒角。4防止厚薄悬殊的截面，厚薄悬殊的截面在淬火冷却时易变形，开裂的倾向较大。5.3.1机械构造设计的根本要求 机械产品运用于各行各业，构造设计的内容和要求也是千差万别，但都有一样的共性部分。下面就机械构造设计的三个不同层次来阐明对构造设计的要求。1.功能设计 满足主要机械功能要求，在技术上的详细化。如任务原理的实现、任务的可靠性、工艺、资料和装配等方面。2质量设计 兼顾各种要求和限制，提高产品的质量和性能价钱比，它是现代

8、工程设计的特征。详细为操作、美观、本钱、平安、环保等众多其它要求和限制。在现代设计中，质量设计相当重要，往往决议产品的竞争力。那种只满足主要技术功能要求的机械设计时代曾经过去，统筹兼顾各种要求，提高产品的质量，是现代机械设计的关键所在。与思索任务原理相比，兼顾各种要求似乎只是设计细节上的问题，然而细节的总和是质量，产质量量问题不仅是工艺和资料的问题，提高质量应始于设计。3优化设计和创新设计 用构造设计变元等方法系统地构造优化设计空间，用发明性设计思想方法和其它科学方法进展优选和创新。对产质量量的提高永无尽头，市场的竞争日趋猛烈，需求向个性化方向开展。因此，优化设计和创新设计在现代机械设计中的作

9、用越来越重要，它们将是未来技术产品开发的竞争焦点。构造设计中得到一个可行的构造方案普通并不很难。机械设计的义务是在众多的可行性方案中寻求较好的或是最好的方案。构造优化设计的前提是要能构造出大量可供优选的能够性方案，即构造出大量的优化求解空间，这也是构造设计最具发明性的地方。构造优化设计目前根本仍局限在用数理模型描画的那类问题上。而更具有潜力、更有效果的构造优化设计应建立在由工艺、资料、联接方式、外形、顺序、方位、数量、尺寸等构造设计变元所构成的构造设计解空间的根底上。5.3.2机械构造根本设计准那么机械设计的最终结果是以一定的构造方式表现出来的，按所设计的构造进展加工、装配，制呵斥最终的产品。

10、所以，机械构造设计应满足作为产品的多方面要求，根本要求有功能、可靠性、工艺性、经济性和外观外型等方面的要求。此外，还应改善零件的受力，提高强度、刚度、精度和寿命。因此，机械构造设计是一项综合性的技术任务。由于构造设计的错误或不合理，能够呵斥零部件不应有的失效，使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。机械构造设计过程中应思索如下的构造设计准那么。1.实现预期功能的设计准那么2.满足强度要求的设计准那么3.满足刚度构造的设计准那么4.思索加工工艺的设计准那么5.思索装配的设计准那么6.思索外型设计的准那么5.3.2机械构造根本设计准那么实现预期功能的设计准那么产品的设计主要目的是

11、为了实现预定的功能要求，因此实现预期功能的设计准那么是构造设计首先思索的问题。要满足功能要求，必需做到以下几点。(1)明确功能: 构造设计是要根据其在机器中的功能和与其他零部件相互的衔接关系，确定参数尺寸和构造外形。零部件主要的功能有接受载荷、传送运动和动力，以及保证或坚持有关零件或部件之间的相对位置或运动轨迹等。设计的构造应能满足从机器整体思索对它的功能要求。(2)功能合理的分配：产品设计时，根据详细情况，通常有必要将义务进展合理的分配，即将一个功能分解为多个分功能。每个分功能都要有确定的构造承当，各部分构造之间应具有合理、协调的联络，以到达总功能的实现。多构造零件承当同一功能可以减轻零件负

12、担，延伸运用寿命。V型带截面的构造是义务合理分配的一个例子。纤维绳用来接受拉力；橡胶填充层接受带弯曲时的拉伸和紧缩；包布层与带轮轮槽作用，产生传动所需的摩擦力。例如，假设只靠螺栓预紧产生的摩擦力来接受横向载荷时，会使螺栓的尺寸过大，可添加抗剪元件，如销、套筒和键等，以分担横向载荷来处理这一问题。(3)功能集中：为了简化机械产品的构造，降低加工本钱，便于安装，在某些情况下，可由一个零件或部件承当多个功能。功能集中会使零件的外形更加复杂，但要有度，否那么反而影响加工工艺、添加加工本钱，设计时应根据详细情况而定。5.3.2机械构造根本设计准那么2.满足强度要求的设计准那么等强度准那么零件截面尺寸的变

13、化应与其内应力变化相顺应，使各截面的强度相等。按等强度原理设计的构造，资料可以得到充分的利用，从而减轻了分量、降低本钱。如悬臂支架、阶梯轴的设计等。见图5.3。图5.3 合理力流构造为了直观地表示力在机械构件中怎样传送的形状，将力看作犹如水在构件中流动，这些力线汇成力流。表示这个力的流动在构造设计调查中起着重要的作用。力流在构件中不会中断，任何一条力线都不会忽然消逝，必然是从一处传入，从另一处传出。力流的另一个特性是它倾向于沿最短的道路传送，从而在最短道路附近力流密集，构成高应力区。其它部位力流稀疏，甚至没有力流经过，从应力角度上讲，资料未能充分利用。因此，假设为了提高构件的刚度，应该尽能够按

14、力流最短道路来设计零件的外形，减少承载区域，从而累积变形越小，提高了整个构件的刚度，使资料得到充分利用。如悬臂布置的小锥齿轮，锥齿轮应尽量接近轴承以减小悬臂长度，提高轴的弯曲强度。图5.4例举几个典型的实例。减小应力集中构造当力流方向急剧转机时，力流在转机处会过于密集，从而引起应力集中，设计中应在构造上采取措施，使力流转向平缓。应力集中是影响零件疲劳强度的重要要素。构造设计时，应尽量防止或减小应力集中。其方法在相应的章节会作引见，如增大过度圆角、采用卸载构造等。如图5.5。使载荷平衡构造在机器任务时，常产生一些无用的力，如惯性力、斜齿轮轴向力等，这些力不但添加了轴和轴衬等零件的负荷，降低其精度

15、和寿命，同时也降低了机器的传动效率。所谓载荷平衡就是指采取构造措施部分或全部平衡无用力，以减轻或消除其不良的影响。这些构造措施主要采用平衡元件、对称布置等。例如，同一轴上的两个斜齿圆柱齿轮所产生的轴向力，可经过合理选择轮齿的旋向及螺旋角的大小使轴向力相互抵消，使轴承负载减小。如图5.6。5.3.2机械构造根本设计准那么3.满足构造刚度的设计准那么为保证零件在运用期限内正常地实现其功能，必需使其具有足够的刚度。5.3.2机械构造根本设计准那么4.思索加工工艺的设计准那么机械零部件构造设计的主要目的是：保证功能的实现，使产品到达要求的性能。但是，构造设计的结果对产品零部件的消费本钱及质量有着不可低

16、估的影响。因此，在构造设计中应力求使产品有良好的加工工艺性所谓好的加工工艺指的是零部件的构造易于加工制造，任何一种加工方法都有能够不能制造某些构造的零部件，或消费本钱很高，或质量遭到影响。因此，对于设计者认识一种加工方法的特点非常重要，以便在设计构造时尽能够的扬长避短。实践中，零部件构造工艺性遭到诸多要素的制约，如消费批量的大小会影响坯件的生成方法；消费设备的条件能够会限制工件的尺寸；此外，外型、精度、热处置、本钱等方面都有能够对零部件构造的工艺性有制约作用。因此，构造设计中应充分思索上述要素对工艺性的影响。5.3.2机械构造根本设计准那么5.思索装配的设计准那么装配是产品制造过程中的重要工序

17、，零部件的构造对装配的质量、本钱有直接的影响。有关装配的构造设计准那么简述如下合理划分装配单元整机应能分解成假设干可单独装配的单元部件或组件，以实现平行且专业化的装配作业，缩短装配周期，并且便于逐级技术检验和维修。2使零部件得到正确安装-保证零件准确的定位。图5.7所示的两法兰盘用普通螺栓衔接。图a所示的构造无径向定位基准，装配时不能保证两孔的同轴度；图b以相配的圆柱面作为定位基准，构造合理。-防止双重配合。图5.8(a)中的零件A有两个端面与零件B配合，由于制造误差，不能保证零件A的正确位置。图5.8b构造合理。-防止装配错误。图5.9所示轴承座用两个销钉定位。图a中两销钉反向布置，到螺栓的

18、间隔 相等，装配时很能够将支座旋转180安装，导致座孔中心线与轴的中心线位置偏向增大。因此，应将两定位销布置在同一侧，或使两定位销到螺栓的间隔 不等图5.9使零部件便于装配和装配构造设计中，应保证有足够的装配空间，如扳手空间；防止过长配合以免添加装配难度，使配合面擦伤，如有些阶梯轴的设计；为便于装配零件，应给出安放装配工具的位置，如轴承的装配。如图5-10。5.3.2机械构造根本设计准那么6.思索外型设计的准那么产品的设计不仅要满足功能要求，而且还应思索产品外型的美学价值，使之对人产生吸引力。从心思学角度看，人60%的决议取决于第一印象。技术产品的社会属性是商品，在买方市场的时代，为产品设计一

19、个能吸引顾客的外观是一个重要的设计要求；同时外型美观的产品可使操作者减少因精神疲惫而产生的误操作。外观设计包括三个方面：外型、颜色和外表处置。思索外型时，应留意下述三个问题：尺寸比例协调在构造设计时，应留意坚持外形轮廓各部分尺寸之间均匀协调的比例关系，应有认识地运用黄金分割法来确定尺寸，使产品外型更具美感。外形简单一致机械产品的外形通常由各种根本的几何形体长方体、圆柱体、锥体等组合而成。构造设计时，应使这些外形配适宜当，根本外形应在视觉上平衡，接近对称又不完全对称的外形易产生倾倒的觉得；尽量减少外形和位置的变化，防止过分混乱；改善加工工艺颜色、图案的支持和点缀在机械产品外表涂漆，除具有防止腐蚀

20、的功能外，还可加强视觉效果。恰当的颜色可使操作者眼睛的疲劳程度降低，并能提高对设备显示信息的区分才干。单色只运用于小构件。大的特别是运动构件假设只用一种颜色就会显得单调无层次，一个小小的附加色块会使整个颜色活泼起来。在多个颜色并存的情况下，应有一个起主导作用的底色，和底色相对应的颜色叫对比色。但在一个产品上，不同颜色的数量不宜太多，太多的颜色会给人一种华而不实的觉得。温馨的颜色大约位于从浅黄、绿黄到棕的区域。这个趋势是渐暖，正黄正绿往往显得不温馨；剧烈的灰颜色显得压制。对于冷环境运用暖色，如黄、橙黄和红。对于热环境用冷色，如浅蓝。一切颜色都应淡化。另外，经过一定的颜色配置可使产品显得平安、稳定

21、。将外形变化小的、面积较大的平面配置淡色，而将运动、活泼轮廓的元件配置深色；深色应安顿于机械的下部，淡色置于上部。5.4机械构造设计的任务步骤不同类型的机械构造设计中各种详细情况的差别很大，没有必要以某种步骤按部就班的进展。通常是确定完成既定功能零部件的外形、尺寸和规划。构造设计过程是综合分析、绘图、计算三者相结合的过程，其过程大致如下：理清主次、统筹兼顾：明确待设计构造件的主要义务和限制，将实现其目的的功能分解成几个功能。然后从实现机器主要功能指机器中对实现能量或物料转换起关键作用的根本功能的零部件入手，通常先从实现功能的构造外表开场，思索与其他相关零件的相互位置、结合关系，逐渐同其它外表一

22、同衔接成一个零件，再将这个零件与其它零件结合成部件，最终组合成实现主要功能的机器。而后，再确定次要的、补充或支持主要部件的部件，如：密封、光滑及维护保养等。绘制草图：在分析确定构造的同时，粗略估算构造件的主要尺寸并按一定的比例，经过绘制草图，初定零部件的构造。图中应表示出零部件的根本外形，主要尺寸，运动构件的极限位置，空间限制，安装尺寸等。同时构造设计中要充分留意规范件、常用件和通用件的运用，以减少设计与制造的任务量。对初定的构造进展综合分析，确定最后的构造方案：综合过程是指找出实现功能目的各种可供选择的构造的一切任务。分析过程那么是评价、比较并最终确定构造的任务。可经过改动任务面的大小、方位、数量及构件资料、外表特性、衔接方式，系统