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1、第六章 结构方案设计,结构设计,影响机械产品的性能,影响产品的成本,测量仪器的结构影响精度,影响强度和刚度,影响加工工艺性,结构件的功用,一、承受载荷,二、传递运动和动力,三、保持有关零件之间的相对位置或 运动轨迹关系,四、其他功用,第一节 结构设计任务、内容和步骤,一、结构设计任务和重要性,任务：功能原理设计方案的结构化,确定材料、形状、尺寸、加工和装配。,1.功能设计技术的具体化,2.质量设计尽可能地提高质量和性价比,3.优化设计和创新设计,重要性：,1.结构设计图是机械设计的成果形式,2.是设计计算的基础,3.结构设计影响整机性能，零部件的强度、刚度和使用寿命等,二、结构设计的内容和步骤
2、,考虑因素：加工条件，现有材料，各种标准件，通用件,步骤：,内容：,确定零部件的形状、数量、相互之间的位置；选择材料；确定尺寸；计算；按比例绘制结构图,转矩，功率，传动比，生产率连接尺寸，相互位置，耐腐蚀性等规定的工件材料，空间大小，安装尺寸制造运输等,结构形状几何尺寸空间位置是否相互干涉是否合理,目标：保证功能 提高性能 降低成本,总结：质的设计定性的、形状、位置 量的设计尺寸的大小 按比例画图,第二节 结构设计基本要求,一、功能和工作原理明确,2.工作原理明确物理作用,1.功能明确避免冗余结构和静不定结构,工作原理明确,可游动,不可游动,图6-4 受拉焊缝,不合理结构,合理结构,人机显示系
3、统，制造，检测，运输，安装调试，使用，保养等要求明确,4.其他,3.使用工况及承载状态明确,二、结构简单,1.零部件数量少,2.几何形状简单,3.采用标准件,4.操作简单,5.包装简单、运输方便,三、安全可靠,环境安全,1.包括内容,零件安全零件不失效,整机安全功能,工作安全,2.安全技术,安全存在,有限损坏,冗余配置,直接安全技术：,间接安全技术：,安全阀、离合器、冗余配置、双驱动、三驱动、副油箱、保险丝等,提示性安全技术：,既不能直接保证安全可靠，又没有保护或防护措施，仅能在危险发生之前进行预报和报警的，如指示灯、警报声等。,根据危害性大小、技术的难易程度和成本选择上述三种安全技术。,第三
4、节 结构设计基本原理,一、任务分配原理,相同功能由一个 构件承担,1.相同功能的任务分配,相同功能由不同 构件共同分担,2.不同功能任务分配,不同功能由同一构件承担,不同功能由不同构件承担,二、自补偿原理,1.自加强,2.自平衡,3.自保护,摩擦离合器安全销压力锅的保护阀带传动的打滑,三、力传递原理,力线力流，力传递的路线，连续且数量不变，连续不断并可封闭。,1.力流路线直接、最短,2.力流转向平缓,四、变形协调原理,变形不协调，产生相对变形，引起力流密集 应力集中现象,五、力平衡原理,1.采取对称结构,2.力平衡原理（平衡元件）,六、等强度原理,七、稳定性原理,稳定性活塞截面：,热稳定性：,
5、热稳定性：,八、降低噪声原理,1.噪声类型,接触噪声,传力噪声,运动噪声,2.降低噪声的原则和措施,降低噪声无接头平带，长钢轨技术，风扇的动平衡,防止共振,提高机构的阻尼特性,3.控制噪声的传播,隔振吸声隔声消声,4.齿轮降低噪声的措施,提高精度，降低速度大螺旋角，小模数，大齿数改进结构采用阻尼材料涂层,九、提高精度原理,提高精度的途径：重点设计法、附件校正原理误差通过设计消除或减小误差原始误差加工、装配、调整 磨损 弹性变形 热变形,精度的影响：机器的性能影响（精度，噪音，承载能力，寿命等）量具、测具的性能指标,1.阿贝原则,若使量仪给出正确的测量结果，必须将仪器的读数线尺安放在被测尺寸的延
6、长线上。,由相似三角形：,误差：,2.补偿原则,（a）图：,（b）图：,3.误差缩放原则,影响误差主要环节,4.误差配置原则,第四节 结构设计与成本,一、价值与价值设计,功能分析,性能分析,成本分析,提高价值的三个方面：,生产成本：,设计成本生产准备成本材料成本加工成本和装配成本,使用成本：,运行成本维修保养成本,总成本=生产成本+使用成本,二、产品的成本构成,不同产品成本结构比例不同：,（1）机械产品的材料费（2）机械产品中的重要零部件（3）机械产品的某些性能参数,机械产品中影响成本的主要因素：,三、通过设计环节降低成本,方案、尺寸、零件数量、材料选用、决定加工方法,1.方案对成本的影响,2
7、.构件尺寸对成本的影响,3.零件数对产品成本的影响,四、降低生产成本,1.降低设计成本（1）计算机辅助设计（2）系列设计（3）一图多用,（1）在满足功能前提下，构型简单、零件数 量少、尺寸小、重量轻、体积小的结 构，是节约材料的根本途径。,（2）采用廉价材料粉末冶金、工程塑料等,（3）采用节约材料的结构,2.减少材料成本的结构设计,批量成本曲线,3.降低生产准备成本,措施：尽量增大批量,（1）尽量使类似零件的尺寸相同，在同一产 品或不同产品上采用同样的零件。（2）建立相似零件的零件族，采用成组加工 工艺。（3）尽量采用标准件或批量生产的外购件。（4）采用模块化组合结构，将零件模块化，可大量生产
8、并多次使用。,增加批量的措施,（1）采用整体结构或一个结构多功能，使 其零件数量少，加工面少，缩短加工 时间。,4.降低加工成本,（2）根据加工条件设计合理结构,（3）无屑加工代替机加工压铸、冲 压、注塑 粉末冶金等,（4）以焊代铸（单件、小批量）（5）采用合理的公差要求,公差-成本关系曲线,5.降低装配成本,（1）选用便于装 卸的结构,（2）便于自动装配,（3）采用组合结构,五、重复利用原则,1.通过修理或更换配件重复使用；（易损件标准化）2.通过功能转换另作他用；（钢筋，冲压件下脚料，铅银等的回收）3.易于解体，便于材料分类。,六、降低产品的运行成本,1.减少输入能量的设计能耗产品2.提高
9、机械效率的设计3.回收剩余能量的设计4.降低润滑油损失的设计,减小润滑油流失的设计,1.提高产品维修性的设计（1）结构上的可达性（2）拆装上的便利性（3）修理上的简易性 简化结构 提高零件的可更换性 设计成可调结构,七、降低产品的维修成本,2.提高产品维修性的维修周期设计（1）零件的寿命分类（2）确定维修间隔周期（3）平衡零件寿命,3.提高产品维修性的软件设计（1）编写使用说明书（2）编制维修技术指南和维修技术指标（3）确定维修备件的储备指标,第五节 成本估算方法,一、按重量估算法,二、材料成本折算法,三、相似产品的成本估算,一、通过结构设计降低应力，减少变形1.合理确定截面形状,第六节 强度
10、与刚度问题（补）,2.合理确定轴向尺寸,3.合理选择支承形式,4.合理利用材料特性,二、改善零件的受力状况,1.载荷分流,2.载荷均化,载荷均化,载荷均化,载荷均化,载荷抵消,载荷抵消,三、预加载荷,1.弹性强化,2.塑性强化,塑性强化,1.增大球面支承的综合曲率半径,四、零件的接触强度和接触刚度,2.以面接触代替线接触或点接触,3.采用变位齿轮传动提高齿面接触强度,合理确定截面的形状和尺寸1）实心和空心的比较（空心好）2）不同方向刚度不同（尺寸大的抗弯刚度大）3）加大外廓尺寸，减小壁厚可提高抗弯和抗扭 刚度4）封闭截面比开口截面刚度大,五、支承件的刚度问题,2.合理布置隔板和加强筋,3.合理开孔和加盖,4.提高局部刚度和接触刚度,5.增加阻尼以提高抗振性,第七节 结构工艺性问题（补）,铸造工艺性焊接工艺性加工工艺性装配工艺性,1.加工工艺性零件结构力求简单的原则便于加工的原则便于装卡的原则提高切削效率的原则,零件结构力求简单的原则,便于加工的原则,便于加工的原则,便于加工的原则,便于装卡的原则,提高切削效率的原则,提高切削效率的原则,2.零件装配的工艺性可以分为几个单元的原则零部件装拆方便的原则保证正确装配的原则,可以分为几个单元的原则,零部件装拆方便的原则,保证正确装配的原则,保证正确装配的原则,本章结束,
