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1、Engineering Graphics,工程图学,12.1、机械零件的构形12.2、机械零件的三维表达,第十二章机械零件的构形与三维表达,1、基本概念1)机械零件构形：确定零件的合理形状称为零件的合理构形，简称构形。合理构形：在满足设计性能要求的前提下，尽可能使零件形状简单、便于制造、结构 紧凑、重量轻、成本低 。,12.1、机械零件的构形,轴类 轮盘类 箱体类 叉架类 标准件,根据零件的作用及其 结构,通常分为以下几 类：,齿 轮 轴,箱体,滚动轴承,齿轮减速器,螺栓2)机械零件端盖组成机器的最小加工单元称为 零件,齿轮,箱盖,2、零件与组合体的区别,组合体：从实际物体中抽象出来的几何模型
2、，单纯从几何角度考虑问题，分析 所包含的基本几何体，组合方式等。零件：具备一定的实际功能，同时要考虑设计、加工、安装、使用等因素。,组合体,组合体分析,举例说明组合体与零件的区别：,2）倒角：装配时起导引作用； 去毛刺、避免划伤人手。,1）铸造圆角：工艺因素。,实际零件,3）加油孔：润滑。4）螺栓孔：安装。,5）、减少机加工面积：降低加工成本。,结论：零件不能单纯从几何角度去构形,要考虑零件在机器中的地位和作用 。,进行零件构形设计必须了解：零件的形状与其加工过程、加工方法有何关系。 零件之间通常有哪些装配关系。零件在使用、维护中有哪些因素要考虑等。,在零件设计的实际过程中，除了考虑上述问题外
3、，还应考虑强度、刚度和经济性等问题。,3、机械零件的构形分析及构造方法:1) 零件的组成部分分析 尽管零件的形状各式各样，但大体上总可以把它们分成三大组成部分：,工作部分：使零件满足一定的功能要求 安装部分：与其它零件联接、装配。 连接部分：连接工作部分和安装部分。有时连接部分可能发生变形或退化，与其他部分重合。,连接部分安装部分,工作部分（1）箱体类零件齿轮泵泵体,（2）叉架类零件支架,工作部分,安装部分,连 接 部 分,工作部分,连接部分,安装部分,（3）轮盘类零件齿轮,安装部分（装轴承）,（4）轴类零件齿轮轴工作部分,其余可看作连接部分,2) 零件的构形方法构形时一般考虑的顺序是 工作部
4、分,安装部分,连接部分,箱体类零件构形举例：构造齿轮泵泵体,齿轮泵：通过泵体内齿轮的转动，把油吸入泵 内提高压力后排出泵外。,整体设计示意图,泵体,泵盖,压盖主动齿轮主动轴,从动齿轮,螺钉从动轴密封件,垫片,压盖螺母,(1)工作部分的构形,对于任何零件：工作部分是零件的主要部分。 工作部分是为实现零件的主要功能而设计的主要结构部分。,工作部分形状通常取决于其内部所包容的零件的形状和运动情况。对于这类零件，内腔形状(工作部分)是主要的。工作部分的构形原则：“由内定外”。 先对内部形状进行构形； 外部形状基本上与内部形状相仿。,对于箱体类零件和轮盘类零件：,这样构形使得结构紧凑，可达到良好的效果。
5、,工工作作部部分分：,要求：容纳齿轮以及支承齿轮轴 的一端。另一端由泵盖支 承。,根据“由内定外”的原则，构造泵体中包容齿轮的部分,支承从动轴右端,（2）安装部分构形： 是为实现零件与其它零件间的连接而设计的，构形时要考虑被联结的零件。 对于箱体类零件，这一部分常常分成几部分。,本例安装部分包含四部分：泵体与进出油管的联接； 泵体与泵盖的联接； 泵体与基座的联接； 泵体与压盖、压盖螺母联接。,泵体与进出油管的联接,泵体与泵盖的联接,泵体与基座的联接,泵体与压盖、压盖螺母联接,（3）连接部分构形,把零件上的“工作部分”与“安装部分”连接起来。形状取决于“工作部分”和“安装部分”的形状。对于大部分
6、箱体零件：其箱体的外形就可看作是“连接部分”，同时有一些 结构连接几何上分离的部分。,），； 7 枯 A,进一步讨论：,问题1：重量厚：重量大,改进一：对螺孔进行“内定外” 构形。,效果：重量减轻，但接触面积减小， 影响密封性能。,改进二：将与泵盖联接部分减薄。,效果：重量减轻，但影响强度、刚度。,改进三：整体减薄，局部加厚。,效果：重量减轻，、满足强度、刚 度、密封要求。,问题2：刚度,改进：加肋板。上部凸起与下部连通。,作用： 提高刚度。,加工方面考虑：减少加工面积；铸造圆角。,加工方面考虑：内腔“8”字 形，齿轮接触面。,加工方面考虑： 退刀槽、刀痕。,齿轮泵构形设计的其他形式,t,可,
7、，,传 J.!i(;,血旦旦,旦旦旦,坠2,旦边,少、,，撼力世主2扩 笠主f,/,/,H捻员 主旦 ,tr.怜 U,且丑单 ，,4型.11-1钱,）,-,出轮轴 ，,fl .f?, 归，,，, j ,贸且应 jlfflbl出F飞 主主 ,4时如岳飞鸟$,虫S唇,飞,惯唱“南MF协v,01a4,0,t且旦军,飞,E夏毡,，,，t习, 归，,Z /,，,4、零件构形相关问题1) 与加工相关的问题（1）铸造对零件结构的要求 铸造圆角铸件表面相交处应有圆角，以免铸件冷却时产生缩孔或裂纹，同时防止脱模时砂型落砂,缩孔,裂纹,拔模斜度,铸件在内外壁沿起模方向应有斜度,称为拔模斜度。,拔模斜度, 壁厚均匀
8、,缩孔,壁厚均匀,壁厚不均匀,壁厚逐渐过渡,内切圆的直径差别不能大于2025%, 退刀槽和砂轮越程槽,作用：便于退刀和零件轴向定位。,砂轮越程槽,退刀槽,b,b,b,砂轮,90, 钻孔端面 作用：避免钻孔偏斜和钻头折断。,（2）机械加工对零件结构的影响,）,扩3,:), ）不正确”,1,(b） 正确,凸台,凹坑,凹腔,凹槽接触加工面,凸台和凹坑作用：减少机械加工量及保证两表面接触良好。,）,f,悔噜,，,-,年JrJ,工艺孔,中间孔无法加工,设计工艺孔，打通后再堵上,2）与零件性能、寿命相关的构形问题（1）避免应力集中,（2）增强刚度：加肋板,（3）减轻零件重量 ：局部加强与整体减薄,方案a:
9、均匀壁厚重,方案b:受力部位加厚，整体加薄轻,去掉多余金属凸台,齿轮,3）与材料性能相关的问题铸铁悬臂支架：左图方案使铸铁支架的加强肋板受拉力, 右图方案发挥了铸铁材料良好的抗压特性.,4) 延长使用寿命某铝制零件的连接凸缘，经常拆卸，螺纹部分极易损坏，致使整个零件报废。,如果在铝制零件上嵌入一钢制螺套，可相应提高整个零件的寿命。,三维表达计算机三维造型,12.2、机械零件的三维表达,1、概述1、CAD（Computer Aided Design）：计算机辅助设计,基于特征的参数化、变量化造型,2、基本造型方法1) 基本体素特征： 用一组参数定义一族形状相似、大小不同的形体。,基本体素：块(B
10、lock) 圆柱(Cylinder) 圆锥(Cone) 球(Sphere),2)扫描特征(1)拉伸(Extruded Body),（2）旋转(Revolved Body),（3）沿引导线扫描(Sweep Along Guide),无偏距,有偏距,（4）管道(Tube),3）成型特征,包括孔(Hole)、沟槽(Groove)、键槽(Slot)、型腔(Pocket)、凸台(Boss)、凸垫(Pad)。,定义成型特征需要指定其在模型上的放置表面，参考坐标方向并给出定位尺寸。,成型特征用于给模型添加细节,三种孔(Hole),键槽（Slot）,沟槽(Groove)三种,型腔(Pocket),Rectan
11、gular、Cylindrical,General,凸台(Boss),凸垫(Pad),4）特征操作特征操作类似于零件的精加工。 特征操作包括：布尔操作 边缘操作 面操作 复制操作 修剪操作,(1)布尔操作,并,差,交,差交并,(2)边缘操作,边缘倒圆(Edge Blend),边缘倒角(Edge Chemfer),(3)面操作,面倒圆(Face Blend),挖空(Hollow),(4)引用特征(Instance)建立已存在的特征的阵列,环形(Circular Array),矩形(Rectangular Array),(5)修剪操作,圆柱面修剪平面修剪,3、零件造型举例1）构形分析,圆柱特征,凸台特征,块特征,表面圆角,凸台特征,布尔操作,孔特征,环形阵列,槽,圆角、倒角、渲染,
