11机械结构设计与创新.ppt

1、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。,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。,例：,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

2、 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

3、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

4、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。,是一种利用蜗杆蜗轮传动原理制成的卡子。,蜗杆卡子,工作原理：蜗杆转动，使得与 其啮合的圆环状蜗轮卡圈走 齿，致使软管被箍紧在与其 相连接的

5、刚性管子上。,齿式联轴器,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）,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。,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

6、、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，长期使用不易疲劳。,手工操作工具的结构改进,减少