机械结构设计基本原则

1、机械构造设计基本原则目录一、改善力学性能的构造设计原则（）载荷分担原贝虹（二）均匀受载原则（载荷均布）.（三）附加力自平衡原则（载荷平衡）.（四）减小应力集中.（五）提高接触强度原则（六）提高刚度原则.（七）变形协调原则.（八）等强度原则（九）其他二、改善制造工艺性的构造设计原则.（一）焊接件构造设计原则（二）铸件构造设计原则（三）切削件构诰设计原则.（四）锻件构诰设计原则（五）薄板件构造设计原则（六）其他.三、提高装配质量的构造设计原则.（一）便于运送原则.（二）便于方位辨认原则.（三）以便抓取原则（四）以便定位原则.（五）简化妆配操作原则（六）可装配原则.（七）各装配面依次装配原则（八）简

2、朴联接件原则（九）便于拆卸原则.四、提高精度的构造设计原则.（一）阿贝（Abbe）原则.（二）误差校正与补偿.（三）误差均化（四）误差配备.（五）位置精确微调.五、宜人化构造设计原则.（一）减小操作者疲劳日勺构造（二）易于发力日勺构造.（三）减少操作者观测错误日勺构造（四）减少操作者操作错误日勺构造.（五）考虑人体日勺振动特性日勺构造及减少操作环境噪声日勺构造0.（六）削弱工作环境光线照度日勺构造（七）保证合适工作环境温度日勺构造六、其他机械构造设计规定简介.（一）减轻腐蚀日勺构造.（二）符合材料热胀冷缩性质日勺构造讨论题机械构造设计基本原则机械工程师更好地适应现代机械设计日勺要素之一就是掌握

3、丰富日勺工程知识。工程知识是 连接基本理论与实践经验日勺桥梁，是现代工程师专业知识构造勺本质特性。掌握一定勺工程 知识是对勺进行机械构造设计勺前提，有些构造错误对一种缺少工程知识日勺设计者来说是不 易事先察觉日勺。（见图）这一节从改善力学性能、制造工艺性、制造精度及装配精度等方面来简介某些机械构造 设计日勺基本原则。这些基本原则体现了某些重要勺机械构造设计工程知识，分类符合机械工 程师日勺工作特点，简捷明了，具体生动，操作性强，便于学习。一、改善力学性能勺构造设计原则机械构造形式千差万别，但其功能日勺实现几乎都与力（力矩）日勺产生、转换传递有关。机械 零件具有足够日勺承载能力是保障机械构造功能

4、实现日勺先决条件。因此在机械构造设计中，根 据力学理论对零件勺强度、刚度和稳定性进行分析是必不可少日勺，并在此基本上，进行构造 优化设计。计算机辅助构造优化设计已被广泛应用于工程实际中。但它所依赖日勺力学模型与复杂日勺实际 构造及工况有差距，力学模型勺精度一般很难提高；对稍微复杂某些勺实际构造仍然停留在 零件尺寸日勺优化上，而基本构造一般还得预先选定；只能针对一种具体日勺实例得到一种特定 日勺数值解，并不能予以方向性指引。因此计算机辅助构造优化设计不能替代工程知识日勺分析 与总结，结合实例分析，掌握提高构造承载能力日勺构造设计原则，并为构造勺创新设计提供 可借鉴日勺思路。（一）载荷分担原则如果

5、同一零件上同步承当了多种载荷勺作用，则可考虑将这些载荷分别由不同勺零件来 承当。采用一定勺构造形式，将载荷分给两个或多种零件来承当，从而减轻单个零件勺载荷， 这种措施称为载荷分担。这样有助于提高机械构造勺承载能力。如图5-10a所示，轴已经承受了弯矩勺作用，如果齿轮再通过轴将转矩传递给卷筒，则轴为 转轴，受力较大。如果将齿轮和卷筒改用螺栓直接联接，则轴不受转矩作用，轴为转动心轴， 构造较合理（见图5-10b）。如图5-11所示，靠摩擦传递横向载荷勺一般螺栓联接常用销、套筒、键等抗剪元件来承当 部分横向载荷，提高螺纹联接勺可靠性。a）b）图5-10转轴改善为心轴图5-11螺栓联接中勺抗剪元件a）

6、较差构造b）改善构造如图5-12所示，在选择轴承类型时，在轴向载荷比径向载荷大得多或规定轴向变形较小勺 状况下，可选用推力轴承和径向接触轴承日勺组合构造来分别承受轴向载荷和径向载荷。如图5-13所示日勺带轮构造，传动带产生日勺轴压力和传动带传递日勺转矩分别通过不同日勺途径 传递。这样，轴只承受转矩，轴压力则直接由箱体承当了。图5-12推力和径向轴承组合构造图5-13带轮构造（二）均匀受载原则（载荷均布）在拟定工作载荷日勺大小日勺状况下，可以考虑通过在构造上均匀分布载荷勺措施，来提高构造 承载能力。尽量避免集中载荷，尽量地将载荷分散在构造上，即为载荷均布。如图5-14所示，通过简朴勺受力分析可知

7、，受集中力日勺简支梁在C点日勺受力比受分布力勺 简支梁在。点日勺受力大了一倍，因此图5-14b简支梁日勺强度要好于图5-14a。a）b）图5-14简支梁受力分析a）集中力b）分布力如图5-15所示勺行星齿轮减速器构造。如按图a构造制造，则会由于存在制造误差，而使 得行星轮之间日勺载荷分派浮现不均匀日勺现象。在图b中，将太阳轮改为浮动，则可达到各行 星轮均载勺目日勺。如图5-16所示为改善齿轮轮齿齿向载荷分布状态而采用勺桶形齿构造。正常齿上，载荷分 布偏于轮齿勺两端部分。将轮齿修成桶形齿后，依托齿面受力勺弹性变形使载荷沿齿宽方向 分布比较均匀。项L1-J 一 3a)b)a)b)图5-15行星齿轮

8、减速器a）较差构造b）改善构造图5-16桶形齿与载荷分布a）正常齿b）桶形齿一般螺栓联接受载后，各圈螺纹牙间日勺载荷分布是不均匀日勺（见图5-17a）。为改善螺 纹牙间载荷分派不均匀日勺现象，可采用悬置螺母、内斜螺母、环槽螺母等构造（见图5-17b、 c、d）。a）b）c）d）图5-17改善螺纹牙间载荷分布a）螺纹受载示意图b）悬置螺母c）内斜螺母d）环槽螺母（三）附加力自平衡原则（载荷平衡）在力勺传递过程中，某些机械构造常常不可避免地浮现不做功日勺附加力，例如，斜齿轮啮合 日勺轴向力，产生摩擦力日勺正压力，往复和旋转运动日勺惯性力，流体机械叶片上压力差引起勺 轴向力等，这些对构造功能毫无作用

9、勺附加力，加大了构造勺负载，减少了机械构造日勺承载 能力。如果使其在同一零件内与其他同类载荷构成平衡力系则其他零件不受这些载荷日勺影 响，有助于提高构造日勺承载能力，这就是载荷平衡原则。力自平衡措施勺措施重要有：引入 平衡件和对称安装。在高速回转机械中，必须靠构造日勺措施及动平衡日勺措施使旋转惯性力减少到容许日勺大小，这 就规定回转件日勺质量须尽量相对与回转中心呈对称分布。可通过对回转件在动平衡机上做动 平衡实验，测出并消除超过容许值勺不平衡质量。做往复运动日勺机械，如连杆机构，也可在设计中采用构造措施和动平衡日勺措施，使其在运转 时产生尽量小日勺惯性力。如图5-18a、5-19a所示日勺构造

10、工作时产生日勺轴向力最后要影响到轴日勺受力，而在图5-18b、 5-19b中，由于引入了自平衡措施，则可消除轴向力对轴日勺影响。*-导、A*wnL-W_i ea)b)图5-18斜齿轮啮合勺自平衡措施a）较差构造b）改善构造a）b）图5-19圆锥式离合器勺自平衡措施a）较差构造b）改善构造（四）减小应力集中应力集中是影响承受交变应力勺构造承载能力日勺重要因素，构造设计应设法缓和应力集中。 在应力集中日勺部位，零件日勺疲劳强度将明显减少。最大应力比该截面上日勺平均应力可以大 25倍以上。应力集中与零件勺局部变化形式（见图5-20）及零件日勺受力状态（见图5-21） 有关。减少应力集中限度可以提高零

11、件日勺疲劳强度。图5-20局部形状与应力集中图5-21受力状况与应力集中一般螺栓联接，存在严重日勺应力集中现象。如图5-22所示为螺栓头与螺栓杆在过渡处日勺应 力集中状况。从图中可以看出，在螺栓头与杆过渡处应力发生急剧变化，应力集中非常严重。一般可采用过渡圆角构造来缓和，但不够好，图中列出了四中过渡构造，其中以d图构造勺效果最佳。如图5-23如图5-23所示，减少截面尺寸变化处附近勺刚度，可以减少应力集中勺影响限度。注意避免多种应力集中源叠加。如图5-24所示勺轴构造中台阶和键槽端部都会引起轴在弯 矩作用下勺应力集中，但a图构造日勺应力集中状况比b图构造勺应力集中状况要严重得多。图5-23图5

12、-23减少截面尺寸变化处附近日勺刚度图5-24避免多种应力集中源叠加a）较差构造b）a）较差构造b）改善构造a）较差构造b）改善构造（五）提高接触强度原则根据赫兹公式，提高高副接触强度有两条途径：一是减小接触处日勺分布载荷，一是增大 两接触零件在接触部位日勺综合曲率半径。如图5-25所示，连杆机构勺杆1与销2为线接触，如在销轴处增长零件3,则变线接触为 面接触；c图为斜面一一推杆机构，零件6把推杆4与斜面5勺点接触改为面接触；e图 增长了零件10，也将点接触变为了面接触；将零件10改为零件11，则可以在零件9和11 之间产生液体动压润滑。这样就减小接触处日勺分布载荷，减少了接触应力，提高了接触

13、强度，并且还可以改善润滑，减少磨损。如图5-26所示勺构造中，从图a如图5-26所示勺构造中，从图a到图c日勺高副接触中综合曲率半径依次增大，这样接触应 力依次减小，因此构造c有助于改善球面支承日勺接触强度和刚度。a)b)c)图5-26增大接触处勺综合曲率半径（六）提高刚度原则在进行构造设计时，在不增长零件质量日勺前提下，要尽量提高零件构造勺刚度。对于不同类 型日勺零件，应根据其构造特点采用相应日勺措施。但总日勺来说要注意如下几点：用受压、拉零件替代受弯曲零件;合理布置受弯曲零件支承（见图5-27）；合理设计受弯曲零件日勺截面形状；合理采用筋板，尽量使筋板受压；采用预变形措施。例如三角形桁架替代受弯曲勺悬臂梁，刚度就要好得多。如图5-28所示，选择不同类型勺轴承对系统刚度也有明显勺影响，且常与对弯曲强度勺影 响同步存在。a）b）a）b）图5-27锻造支承