机械结构设计基本原则
目录
一、改善力学性能得结构设计原则。.、
(一)载荷分担原则、.、
(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)其它、。.
二、改善制造工艺性得结构设计原则、。.
(一)焊接件结构设计原则。、、
(二)铸件结构设计原则..。
(三)切削件结构设计原则。、、
(四)锻件结构设计原则、。。
(五)薄板件结构设计原则。。、
(六)其它。。。
三、提高装配质量得结构设计原则。。。
(一)便于运送原则。.。
(二)便于方位识别原则。、。
(三)方便抓取原则.。。
(四)方便定位原则.、.
(五)简化装配操作原则。、、
(六)可装配原则、。、
(七)各装配面依次装配原则。。.
(八)简单联接件原则.。、
(九)便于拆卸原则、、。
四、提高精度得结构设计原则、、、
(一)阿贝(Abｂe)原则。.。
(二)误差校正与补偿、、、
(三)误差均化、。。
(四)误差配置。、。
(五)位置精确微调、、.
五、宜人化结构设计原则、、。
(一)减小操作者疲劳得结构、、.
(二)易于发力得结构..、
(三)减少操作者观察错误得结构。、、
(四)减少操作者操作错误得结构.、、
(五)考虑人体得振动特性得结构及减少操作环境噪声得结构0.
(六)减弱工作环境光线照度得结构。..
(七)保证合适工作环境温度得结构、、、
六、其它机械结构设计要求简介、.。
(一)减轻腐蚀得结构。。、
(二)符合材料热胀冷缩性质得结构..、
讨论题..、
机械结构设计基本原则
机械工程师更好地适应现代机械设计得要素之一就就是掌握丰富得工程知识。工程知识就是连接基础理论与实践经验得桥梁,就是现代工程师专业知识结构得本质特征、掌握一定
得工程知识就是正确进行机械结构设计得前提,有些结构错误对一个缺乏工程知识得设计者来说就是不易事先觉察得、(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介绍一些机械结构设计得基本原则。这些基本原则体现了一些重要得机械结构设计工程知识,分类符合机械工程师得工作特点,简捷明了,具体生动,操作性强,便于学习。
一、改善力学性能得结构设计原则
机械结构形式千差万别,但其功能得实现几乎都与力(力矩)得产生、转换传递有关。机械零件具有足够得承载能力就是保障机械结构功能实现得先决条件。所以在机械结构设计中,根据力学理论对零件得强度、刚度与稳定性进行分析就是必不可少得,并在此基础上,进行结构优化设计。
计算机辅助结构优化设计已被广泛应用于工程实际中。但它所依赖得力学模型与复杂得实际结构及工况有差距,力学模型得精度通常很难提高;对稍微复杂一些得实际结构仍然停留在零件尺寸得优化上,而基本结构一般还得预先选定;只能针对一个具体得实例得到一个特定得数值解,并不能给予方向性指导。因此计算机辅助结构优化设计不能代替工程知识得分析与总结,结合实例分析,掌握提高结构承载能力得结构设计原则,并为结构得创新设计提供可借鉴得思路、
(一)载荷分担原则
如果同一零件上同时承担了多种载荷得作用,则可考虑将这些载荷分别由不同得零件来承担。采取一定得结构形式,将载荷分给两个或多个零件来承担,从而减轻单个零件得载荷,这种方法称为载荷分担。这样有利于提高机械结构得承载能力。
如图５－10a所示,轴已经承受了弯矩得作用,如果齿轮再经过轴将转矩传递给卷筒,则轴为转轴,受力较大。如果将齿轮与卷筒改用螺栓直接联接,则轴不受转矩作用,轴为转动心轴,结构较合理(见图５－1０b)。
如图5-11所示,靠摩擦传递横向载荷得普通螺栓联接常用销、套筒、键等抗剪元件来承担部分横向载荷,
如图5
得情况下,可选用推力轴承与径向接触轴承得组合结构来分别承受轴向载荷与径向载荷、如图5－13所示得带轮结构,传动带产生得轴压力与传动带传递得转矩分别通过不同得路径传递。这样,轴只承受转矩,轴压力则直接由箱体承担了、
图５—12 推力与径向轴承组合结构图5—13 带轮结构
(二)均匀受载原则(载荷均布)
在确定工作载荷得大小得情况下,可以考虑通过在结构上均匀分布载荷得方法,来提高结构承载能力。尽量避免集中载荷,尽可能地将载荷分散在结构上,即为载荷均布。
如图5—14所示,经过简单得受力分析可知,受集中力得简支梁在C点得受力比受分布力得简支梁在C—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,而使得行星轮之间得载荷分配出现不均匀得现象。在图b中,将太阳轮改为浮动,则可达到各行星轮均载得目得。
如图5-１６所示为改善齿轮轮齿齿向载荷分布状态而采用得桶形齿结构。正常齿上,载荷分布偏于轮齿得两端部分。将轮齿修成桶形齿后,依靠齿面受力得弹性变形使载荷沿齿宽方向
a)b)ａ)b)
图5－1５行星齿轮减速器
a)较差结构ｂ)改进结构图5－1６桶形齿与载荷分布
ａ)正常齿b)桶形齿
)。为改善
螺纹牙间载荷分配不均匀得现象,可采用悬置螺母、内斜螺母、环槽螺母等结构(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)
在力得传递过程中,一些机械结构常常不可避免地出现不做功得附加力,例如,斜齿轮啮合得轴向力,产生摩擦力得正压力,往复与旋转运动得惯性力,流体机械叶片上压力差引起得轴向力等,这些对结构功能毫无作用得附加力,加大了结构得负载,降低了机械结构得承载能力。如果使其在同一零件内与其它同类载荷构成平衡力系则其它零件不受这些载荷得影响,有利于提高结构得承载能力,这就就是载荷平衡原则。力自平衡措施得措施主要有:引入平衡件与对称安装、
在高速回转机械中,必须靠结构得措施及动平衡得方法使旋转惯性力降低到允许得大小,这就要求回转件得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,测出并消除超出允许值得不平衡质量。
做往复运动得机械,如连杆机构,也可在设计中采取结构措施与动平衡得方法,使其在运转时产生尽可能小得惯性力。
如图5-18ａ、5-19a所示得结构工作时产生得轴向力最终要影响到轴得受力,而在图5－１8ｂ、5—19b
a)b)
图5-１８斜齿轮啮合得自平衡方法
a)较差结构b)改进结构
a)b)
图５－19 圆锥式离合器得自平衡方法
ａ)较差结构b)改进结构
(四)减小应力集中
应力集中就是影响承受交变应力得结构承载能力得重要因素,结构设计应设法缓解应力集中。在应力集中得部位,零件得疲劳强度将显著降低。最大应力比该截面上得平均应力可以大2~5倍以上。应力集中与零件得局部变化形式(见图5-2０)及零件得受力状态(见图5—21)
图5－20 局部形状与应力集中
图5-2１受力状况与应力集中
普通螺栓联接
,存在严重得应力集中现象。如图５-22所示为螺栓头与螺栓杆在过渡处得应力集中情况。从图中可以瞧出,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结构来缓解,但不够好,图中列出了四中过渡结构,其中以d图结构得效果最佳、
a)b)ｃ)d)
图５-2２螺栓头-杆过渡部位应力分布图
如图５－２3
注意避免多个应力集中源叠加。如图5-24所示得轴结构中台阶与键槽端部都会引起轴在弯
a)b)ａ)b)
图5-23 降低截面尺寸变化处附近
得刚度
a)较差结构ｂ)改进结构图5－24 避免多个应力集中
源叠加
a)较差结构ｂ)改进结构
(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:一就是减小接触处得分布载荷,一就是增大两接触零件在接触部位得综合曲率半径、
如图5-25所示,连杆机构得杆1与销2为线接触,如在销轴处增加零件3,则变线接触为面接触; c图为斜面—-推杆机构,零件６把推杆4与斜面５得点接触改为面接触;ｅ图增加了零件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与11之间产生液体动压润滑、这样就减小接触处得分布载荷,降低了接触应力,提高了接触强度,而且还可以
a)ｂ)c)ｄ)e)f)g)
图5－25 用面接触代替点、线接触
依次减小,
ａ)ｂ)c)
图5-26 增大接触处得综合曲率半径
(六)提高刚度原则
在进行结构设计时,在不增加零件质量得前提下,要尽量提高零件结构得刚度。对于不同类型得零件,应根据其结构特点采用相应得措施、但总得来说要注意以下几点:
1。用受压、拉零件替代受弯曲零件;
2、合理布置受弯曲零件支承(见图５—27);
3、合理设计受弯曲零件得截面形状;
4.合理采用筋板,尽可能使筋板受压;
5、采用预变形方法。
比如三角形桁架代替受弯曲得悬臂梁,刚度就要好得多。
如图５—２8所示,选择不同类型得轴承对系统刚度也有明显得影响,且常与对弯曲强度得
a)ｂ)a)b)
图5-2７铸造支承结构
ａ)较差结构ｂ)改进结构图5—28 轴承类型得影响
(七)变形协调原则
一个零件与另一个零件相接触,当在接触处难以同步变形时,零件间得接触区域里应力会急剧上升,这就是应力集中得另一种情况。在接触处降低零件在力流方向上得刚度,尽量使两零件在接触区域里同步变形,降低应力集中得影响,此及为变形协调原则。
如图5-2９所示,过盈配合联接结构在轮毂端部应力集中严重,可通过降低轴或轮毂相应部位
a)ｂ)c)ｄ)
图5-29 过盈配合得联接结构
如图５—30,从而引起轴承得失效,其原因即为轴承不能随着轴得变形而变形。因此滑动轴承轴承座得结构设计应该
a)b)
图5－３0 轴承座得结构
ａ)较差结构b)改进结构
,如图5-３1a所示,就是一起重机行走机构得驱动轴,由于结构及其它条件得制约,轴上齿轮不能安装在轴得中点位置上,这将导致两行走轮因轴变形引起得扭角也不等。这种力矩传递得不同步使得起重机得行走总有自动转弯得趋势。改进得方法就是将齿轮两侧得轴得扭转刚度设计相等,
a)ｂ)
图5—3１轴承座得结构
a)较差结构ｂ)改进结构
(八)等强度原则
一般,机械设计中得强度要求就是通过零件中最大工作应力等于或小于材料许用应力来满足,这样材料并为得到充分利用、最理想得设计就是应力处处相等,同时达到材料得许用应力值。工程中大量出现得变截面梁就就是按照等强度原则来设计得。比如,摇臂钻得横臂ＡB,汽车用得板簧与阶梯轴等(见图5—32)。
按照等强度原则设计时要注意两点:其一应用等强度原则得前提就是要方便制造;其二就是
a)b)c)
图５-3２满足等强度原则得结构
a) 摇臂钻得横臂b) 车用得板簧c)阶梯轴
(九)其它
设计原则很多,下面介绍一些其它设计原则:
１.空心截面原则
弯曲应力或扭转应力在横截面上都就是越远离中心越大,而在中心处却很小,为了充分利用材料,应尽量将材料放在远离截面中心处,使其成为空心结构,从而提高零件得强度与刚度。此即为空心截面原则、
2、受扭截面封闭原则
受扭转作用得薄壁零件得截面应尽量制造成为封闭形状,因为封闭形状比开口形状抗剪切能力强,抗扭刚度大。此即为受扭截面封闭原则。
3、最佳着力点原则
着力点得位置要尽量通过中心点、结点等位置,避免产生附加弯矩,这样有助于提高零件得承载能力、
４、受冲击载荷结构柔性原则
为了提高零件得抗冲击得能力,应减小系统得刚度,加大柔性,这将有助于改善系统得性能、5.避免长压杆失稳原则
6。热变形自由原则
二、改善制造工艺性得结构设计原则
(一)焊接件结构设计原则
一般来说可以通过三条途径来保证或提高焊接质量:材料、工艺、结构。其中,结构设计上得缺陷能严重地影响焊接零件乃至整个机械设备得质量与功能、
1、避免高应力区原则
焊缝及其影响区得动载强度一般比周围材料得强度要低,还存在内应力,因此应尽量将焊缝设置于应力水平较低得区域。
如图5-3３a所示,当焊接两块板厚不同得零件时,因几何尺寸突变,所以在焊接区域里存在严重得应力集中、此时在结构设计时要留有过渡结构,缓解几何尺寸得突变(见图５—３3ｂ)。如图5-34a所示压力容器,当焊缝处在曲率突变位置时,尽管壁厚一致,但应力也很大,不可取,采用如图5－3４b所示得结构效果就要好些、
2.
复杂结构得焊缝常出现多条焊缝交叉重叠得情况。焊缝交汇处刚性大,结构翘曲严重,从而加大焊缝内应力,而且结构多次过热,材料性能下降,易出现裂纹,这些都会影响焊接结构得性能。
改进方法有三种:加辅助结构(见图5—３6ａ)、切除部分(见图５-３6b)、焊缝错开(见图5－36c)
3.焊缝根部优先受压原则
在焊接构件承受弯曲应力时,应将焊缝置于压应力一侧。
４.避免尖角原则
尖角处焊接定位困难,尖角易被熔化,焊接质量不易保证、如图5－37所示,改进后得结构效果要好得多。
a)b)
图5－37 避免尖角得焊缝结构
ａ)较差结构ｂ)改进结构
5.对称性原则
焊接件设计应具有对称性。焊缝布置与焊接顺序也应对称,这样就可以利用各条焊缝冷却时
a)ｂ)
图５—３8 对称焊缝结构
a)较差结构b)改进结构
6、
(见图5－39)。
ａ)
b)
图5-39 焊接量少得焊缝结构
a)较差结构ｂ)改进结构
(二)铸件结构设计原则
铸件得结构设计对铸件得制造成本,铸件得质量有决定性得影响。铸件得结构设计要充分地考虑铸造材料与工艺得特性。
1、壁厚均匀原则
均匀得壁厚可以提高铸件得质量,减少铸件中断面厚度大得部分得尺寸,避免金属聚集一致产生缩孔或缩松,
a)
ｂ)
图5-４0 壁厚均匀得铸件结构
a)较差结构b)改进结构
2、自由收缩原则
加肋结构就是铸件中常见得结构。在设置加强肋时应避免在冷却过程中因收缩不一致而产生得内应力与裂纹、具体措施有:蜂窝状加强肋(见图5－41a)、斜弯加强肋(图见图5－4１b)、加强肋错位(见图5—４1c)与加强肋切断(见图5－41d)。
如图5-41b所示,为避免铸件冷却时阻碍金属收缩,产生内应力而导致轮辐产生裂纹,将直辐条改成弧形
3、
铸件应优先承受压力,因为铸铁得抗压强度比抗拉强度高得多(见图5-42)。
铸件内部肋得安置应考虑几何原理、如图5－43a所示加强肋按矩形分布,对铸件强度与刚度有一些得影响,因矩形就是不稳定得形状、若按三角形安置,形状稳定,造型较好,结构比较合理(见图5—43b)、
铸件在必要时应局部加强(见图５—44)、
复杂模具制造困难、成本高、难以保证质量。一般要求结构形状简单(见图5-４5a),避免隐蔽、分离部分(见图5-45b),圆角尺寸统一(见图５－４5ｃ),优先采用对称形状,尽量少用模芯,采用复合结构(见图5
如图5—４6所示,,为此应将圆角取消。
如图５－４7所示得面积较大得薄壁零件,不应设计成水平得平面结构。水平平面浇铸时容易造成冷隔或形成气孔。如改为有斜坡得平面,则有利于排出液态金属中得杂质与由于铁液
5。
有关铸件结构设计得其它要求举例说明如下:起模方便(见图5－48a),流动畅通(见图5-48ｂ),便于排气,5-48d)等。
(三)切削件结构设计原则
减少加工成本,提高机加工质量就是切削件结构设计得基本要求,切削件得结构设计要充分考虑机加工工艺得特性。
1。便于退刀原则
方便退刀可以节省加工时间,从而达到降低加工成本得目得。退刀槽与越程槽就是两种最常见得退刀结构
2.
减少加工量可以提高生产效率,还可以节省材料。常用得方法有:选择合适得毛坯、采用组合部件(见图5-50ａ)、平缓过渡5-５0c)等。
3.可靠夹紧原则
机械零件在机加工时必须夹持在机床上,因此机械零件上必须有便于夹持得部位、此外夹持零件必须有足够大得支持力,以保证在切削力得作用下,零件不会晃动,这样才能保证加工质量(见图５—51)
4、
在加工机械零件得不同表面时,应避免多次装夹。希望能在一次固定中加工尽可能多得零件表面、这样,不但可以节约加工时间,而且可以提高加工精度、比如一根轴上得键槽应该布置在同一条直线上。
如图５—52所示为一轴承座,ａ图所示得结构两孔因中间隔有凸台,而不能一次加工出来。在ｂ图中则就是去掉凸台,
5.避免斜面开孔原则
在斜面上钻孔不但位置不准,而且易损伤刀具,应尽量避免,可采用改变孔得位置或改变零件表面形状,。
6、贯通孔优先原则
贯通孔通常比盲孔易加工,易提高加工质量、
如图５－5４ａ所示得结构,加工时,刀具只能就是悬臂式支承,此时刀具会产生较大得变形,从而使孔得加工精度下降。在两孔间距较大时,甚至会出现废品。b图所示得结构就是刀臂两端支承成为可能、
7。其它
有关切削件结构设计得其它要求举例说明如下:便于切削(见图5—５5a)、孔周边条件相近(见图5－５5b)等。
(四)锻件结构设计原则
锻件就是指靠挤压成型得零件。锻造可以改善材料性能,材质分布更趋均匀,使得锻件有较好得抗动载荷得能力。一般锻件结构设计要遵循以下原则、
1。分界面合理原则
锻模得分界面得选定要便于在锻造过程中材料得流动,而且还要便于模具得制造。
如图5－５6所示,ｂ图得结构比a图得结构有利于材料得流动。
如图5-57所示,a图所示得模膛结构加工较困难必须用铣与磨得方法才能加工出来,而b图得
2。避免尖锐棱角原则
锻件尖锐棱角处变形量很大,需很大得挤压力,成型困难(见图5-58)。
ａ)ｂ)
图5—5８避免尖锐棱角得结构
3、
对称结构方便制造,非对称结构应尽量避免(见图5—５9ａ);锻件内外台阶大小应向一个方向变化,尽量避免多个台阶(见图(见图5－５９c)、
a)
ｂ)c)
图5-59 方便锻造得结构
４.便于后继加工原则
待加工表面应凸出于其它锻造表面(见图５—６0a);应留有夹紧支撑点,以便于切削加工(见图５—60b)。
ａ)b)
图5-60 便于后继加工得结构
(五)薄板件结构设计原则
薄板指板厚相对其长宽小得多得钢板。充分考虑薄板得加工工艺得要求与特点,一般薄板件结构设计要遵循以下原则。
１、简单形状原则
切割面几何形状简单,则切割下料方便,切割得线路短,切割量小。如图5-61所示,直线比曲线简单。
a)b)
图5—61 直线与曲线结构
a)较差结构b)改进结构
2。节省材料原则
在薄板零件得结构设计中要尽量减少下脚料,这样可以减少制造成本。如图5—62所示,b图结构得效果就要好得多。
a)
ｂ)
３、避免过窄结构原则
如图5-6３所示,两孔之间得距离太小,加工时可能会产生裂纹。细长得板条刚度低,在裁剪时易出现裂纹,
4、
薄板在切削加工后,进行弯曲成型加工,弯曲棱边应垂直与切割面或者交汇处设计一个圆角,否则交汇处易出现裂纹(
5、平缓弯曲原则
陡峭得弯曲需特殊得工具,成本高。另外,曲率半径过小易产生裂纹,在内侧面上还会出现皱折(见图5－６5)。
６、槽边不弯曲原则
弯曲区域受力状态复杂,(见图5-66)、
７。
对于复杂得薄板零件可采用组合零件形式,即将薄板零件用焊接、螺栓联接等方式组合在一起(见图5-67)。
８。稳定性原则
薄板结构横向弯曲刚度较差,(见图5-68)。
9、避免直线贯通原则
平面压槽排列应避免无压槽区域直线贯通。
如图5-69a所示得结构,无压槽区域形成多个贯通得窄条轴,相对这些轴,弯曲刚度没有任何改进,但b
1０。压槽连通排列原则
压槽得端点就是薄弱环节,疲劳强度低。缓解或消除这些影响得方法就就是尽量将压槽连通、如图5－70所示得结构,就是卡车上得电瓶箱体,受动载荷作用,a图结构在压槽端点处易产生疲劳失效,b
(六)其它
有关改善制造工艺性得结构设计原则,还有铆焊件得结构设计,工程塑料零件得结构设计及机械零件修配得结构设计等。这里不再阐述,有兴趣可查阅相关资料。
三、提高装配质量得结构设计原则
零部件装配成机器,装配质量直接影响着机器得运行性能质量,装配质量即为零部件相互联系界面上得质量。
符合装配要求得结构设计就就是在结构设计上保证装配得可能,采用得结构应方便装配,减少装配工作量,提高装配质量。
(一)便于运送原则
自动化制造系统中,将零部件从库存运送到装配现场就是装配过程中常见得工序,常采用得输送设备就是输送带。对此工序得要求就就是避免零部件套勾、连结在一起,使机器人无法分离;避免结构得重心偏高,不便于自动输送。
如图5—71a所示得结构也难以自动输送,因为它们得直线滚动西性能差,b图所示结构就便于运送。
a)b)
图5－71 便于运送得结构
a)较差结构ｂ)改进结构
(二)便于方位识别原则
在自动化制造系统中,应尽量提高机器人得方位识别能力,方法之一就就是在设计零部件结构时,留有识别特征。
采取对称结构,因彼此无差别,故不用识别(见图5－72 ａ)。
识别特征以几何特征最易被识别,应尽量将物理特征转换成几何特征(见图5—72b)。
内部特征难以观察,应外部化(见图5-７2 c)。
对于近似结构,)。
较
差
结
构
改
进
结
构
a)b)c)ｄ)
图5—72 便于方位识别得结构
(三)方便抓取原则
结构设计时应考虑:留有抓举面,保证能抓牢,不损伤工作面。如图５－７3所示得结构难以抓牢,因为夹持面就是斜面。
a)ｂ)
图5—73 便于抓取得结构
(四)方便定位原则
一边测量,一边定位就是不可靠得,自动定位最为理想。
如图５-7４a 所示,结构得方孔高度有一定得精度要求。此时,主要起联接作用得螺栓就是不能保证该精度要求得。可增加一个微调螺栓结构,即可调整方孔高度精度。
如图5—7４ｂ所示就是一种自动定位得结构。
如图5－74c
(五
)简化装配操作原则
如图5—7５a 所示得结构中,将弹簧直接挂在开口槽上比扣在封闭孔内要简单,机器人操作时差别更显著、
如图５－75b 所示得封盖结构就是螺纹联接,上面得结构要旋转若干圈,而下面结构靠摩擦力联接,插入即可,在无内压得情况下下图结构有优越性。
如图5—７5c 所示得轴承得安装,上图轴承要经过很长得轴段才能到达预定位置,要方便安装,则要在非轴支座得地方,取较小得轴径。
结
构
ａ)b)c)
图5－75 便于定位得结构
a)b)
c)ｄ)e)
图5－7８快速装配联接结构
(六)可装配原则
装配至少要求工具能方便地到达装配位置,且要有足够得操作得空间。人工装配时,还要求视线可及。
如图5－７９所示即就是如此、
较
差
结
构
改
进
结
构
ａ)b)c)
图5-79 可装配结构
(七)各装配面依次装配原则
多个装配面同时装配,装配状态往往就是一种过约束状态,装配比较困难,故应尽量避免多个装配面同时装配。
如图５－80所示即就是如此。
ａ)ｂ)
图５—80 依次装配得结构
ａ)较差结构b)改进结构
(八)简单联接件原则
采用简单得联接件可以减小装配工作量。
如图５-8,便于操作。
ａ)ｂ)
图5—81 简单联接结构
a)较差结构b)改进结构
(九)便于拆卸原则
符合装配要求得结构设计也应便于拆卸。
如图５—８2所示为一联接键,在键一端得底部留有坡度,拆卸时用力一击便可将键拆卸下来。
a)b)
图5-82 便于拆卸得结构
a)较差结构ｂ)改进结构
结构设计的“四项基本原则” 刚柔相济，多道防线，抓大放小，打通关节 1、刚柔相济 合理的建筑结构体系应该是刚柔相济的。结构太刚则变形能力差，强大的破坏力瞬间袭来时，需要承受的力很大，容易造成局部受损最后全部毁坏；而太柔的结构虽然可以很好的消减外力，但容易造成变形过大而无法使用甚至全体倾覆。结构是刚多一点好，还是柔多一点好？刚到什么程度或柔到什么程度才算合适呢？这些问题历来都是专家们争论的焦点，现今的规范给出的也只是一些控制的指标，但无法提供“放之四海皆准”的精确答案。最后，专家们达成难以准确言传的共识：刚柔相济乃是设计者的追求。道也许都是相通的。 想想看，人应该是刚多一点好还是柔多一点好呢？思考的哲人们对此各抒已见，力求给出处世的灵丹妙方。总的来讲，做人太刚和太柔都不受推崇。过份刚强者，应变能力差，难以找到共同受力的合作者，便要我行我素，要鹤立鸡群，即使面对任何突然袭来的恶势力，亦敢于硬顶硬撞而不留变通的余地，这种时候必须有足够的刚度才能立于不败，否则一旦后继乏力，油尽灯枯就会发生脆性破坏，导致伤痕累累、体无完肤的灭顶之灾。在盛赞这种刚
气之余，却鲜有人能够或者愿意完全去做到，英雄的眼泪大抵只有英雄自己能体味。人们唯有感叹道：精神可嘉，方法难取！ 世人处世多以“柔”为本，退一步海阔天空，和为贵。柔者易于找到共同受力的构件以协同消化和抵抗外力。但过柔亦为人所不耻。因为“柔”必然产生变形以适应外力，太柔的结果必然是太大的变形，甚至会导致立足不稳而失去根本。处世极为圆滑者，八面玲珑，见风使舵，整日上窜下跳，左右逢源，活得游刃有余，这种柔得无形，表面上着实不容易受到伤害，骨子里却难免有“似我非我”的疑问，弄不好会个性丧失、面目全非，可能还免不了要背上奴颜婢膝的骂名。 所以古人在长期的实践后发现了中庸之道最适合生存。用现代的话来讲大意是做人最好既有原则性又有灵活性，也就是刚柔相济。刚是立足之本，必要刚度不能少，如此方能控制变形在可以忍受的范围内，才不会失掉本质的东西；柔为护身之法，血肉之躯刚度毕竟有限，要学会以柔克刚，不断提高消化转换外力的能力，有时候，牺牲一点变形来抵抗突然到来的摧毁力是必要的，也是值得的，但应以不失去自我为度。 只可惜“道可道，道难行”。不是想刚就能刚，想柔便得柔的，刚柔相济只是理想中的“模糊结构”，每个人的组成材料千差万别，生存的地基也不尽相同，所受的外力更难统一定性。如此的差异下，企望哲人们找到统一的、万无一失的处世良方实在勉为其难。不过，每个人如果都能给自己多一点时间，去思考一下适合于自身的结构体系，想必这世界会有另一番光景。
机械工程师知识架构 —2018.12.15 第一大类是所有工程师的基础； 第二大类是设计工程师、工艺工程师、热处理工程师需要掌握的； 第三大类是设计工程师需要掌握的； 第四大类是工艺工程师需要掌握的，设计工程师需要了解的； 第五大类是设计工程师领导人需要掌握的，设计工程师需要了解的； 第六大类是质量工程师需要掌握的，设计工程师需要了解计量与检测； 第七大类是数控工程师需要掌握的，计算机绘图所有工程师需要掌握的； 第八大类是物流工程师、设备工程师、工厂布局工程师需要掌握的 一、工程制图与公差配合 1．工程制图的一般规定 （1）图框 （2）图线 （3）比例 （4）标题栏、明细表 （5）视图表示方法 （6）图面的布置 （7）剖面符号与画法 2．零部件图样的规定画法 （1）机械系统零、部件图样的规定画法（螺纹及螺纹紧固件的画法齿轮、齿条、蜗杆、蜗轮及链轮的画法花键的画法及其尺寸标注弹簧的画法） （2）机械、液压、气动系统图的示意画法（机械零、部件的简化画法和符号管路、接口和接头简化画法及符号常用液压元件简化画法及符号） 3．原理图 （1）机械系统原理图的画法 （2）液压系统原理图的画法 （3）气动系统原理图的画法
4．示意图 5．尺寸、公差、配合与形位公差标注 （1）尺寸标注 （2）公差与配合标注（基本概念公差与配合的标注方法） （3）形位公差标注 6．表面质量描述和标注 （1）表面粗糙度的评定参数 （2）表面质量的标注符号及代号 （3）表面质量标注的说明 7．尺寸链 二、工程材料 1．金属材料 （1）材料特性（力学性能物理性能化学性能工艺性能） （2）晶体结构（晶体的特性金属的晶体结构金属的结晶金属在固态下的转变合金的结构） （3）铁碳合金相图（典型的铁碳合金的结晶过程分析碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响铁碳合金相图的应用） （4）试验方法（拉力试验冲击试验硬度试验化学分析金相分析无损探伤） （5）材料选择（使用性能工艺性能经济性） 2．其他工程材料 （1）工程塑料（常用热塑性工程塑料常用热固性工程塑料常用塑料成型方法工程塑料的应用） （2）特种陶瓷（氧化铝陶瓷氮化硅陶瓷碳化硅陶瓷氮化硼陶瓷金属陶瓷） （3）光纤（种类应用） （4）纳米材料（种类应用） 3．热处理 （1）热处理工艺（钢的热处理铸铁热处理有色金属热处理） （2）热处理设备（燃料炉电阻炉真空炉感应加热电源）
设计组织架构需要遵循 基本原则 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
设计组织架构需要遵循基本原则西方管理学家总结的基本原则： 在长期的企业组织变革实践活动中，西方管理学家曾提出过一些组织设计基本原则，如管理学家厄威克曾比较系统地归纳了古典管理学派泰罗、法约尔、马克斯·韦伯等人的观点，提出了8条指导原则：目标原则、相符原则、职责原则、组织阶层原则、管理幅度原则、专业化原则、协调原则和明确性原则。 美国管理学家孔茨等人，在继承古典管理学派的基础上，提出了健全组织工作的l5条基本原则：目标一致原则、效率原则、管理幅度原则、分级原则、授权原则、职责的绝对性原则、职权和职责对等原则、统一指挥原则、职权等级原则、分工原则、职能明确性原则、检查职务与业务部门分设原则、平衡原则、灵活性原则和便于领导原则。 国内管理专家总结的基本原则： ①战略匹配原则 一方面，战略决定组织结构，有什么样的战略就有什么样的组织结构；另一方面，组织结构又支持战略实施，组织结构是实施战略的一项重要工具，一个好的企业战略要通过与企业相适应的组织结构去完成方能起作用。实践证明，一个不适宜的组织结构必将对企业战略产生巨大的损害作用，它会使良好的战略设计变得无济于事。因此，企业组织结构是随着战略而定的，它必须根据战略目标的变化而及时调整。通常情况下企业根据近期和中长期发展战略需要制订近期和中远期组织结构。
②顾客满意原则 顾客是企业赖以生存和发展的载体，企业设计的组织架构和业务流程必须是以提高产品和服务，满足顾客需求为中心的。要确保设计的组织架构和流程能够以最快捷的速度提供客户满意的产品的服务，组织中各部门的工作要优质、高效达到始于顾客需求，终于顾客满意的效果。 ③精简且全面原则 精简原则是为了避免组织在人力资源方面的过量投入，降低组织内部的信息传递、沟通协调成本和控制成本，提高组织应对外界环境变化的灵活性；对于非核心职能，可能的话应比较自建与外包的成本，选择成本最低的方案。全面原则则是体现麻雀虽小，五脏俱全的思想，即组织功能应当齐全，部门职责要明确、具体，这样即使出现一人顶多岗的情况，也能使员工明确认知自身的岗位职责。 ④分工协作原则 如果组织中的每一个人的工作最多只涉及到单个的独立职能，或者在可能的范围内由各部门人员担任单一或专业化分工的业务活动，就可提高工作效率，降低培训成本。分工协作原则不仅强调为了有效实现组织目标而使组织的各部门、各层次、各岗位有明确的分工。还强调分工之后的协调。因此在组织机构设计时，必须强调职能部门之间、分子公司之间的协调与配合，业务上存在互补性或上下游关系时，更需要保持高度的协调与配合，以实现公司的整体目标。 ⑤稳定与灵活结合原则
机械结构设计的方法和基本要求 摘要：随着现代机械制造业的快速发展，对机械产品质量也提出更高的要求。 从现行大多机械设备设计情况看，更注重以自动化、轻量化、精密型以及高效型 等为设计方向。但也有部分设备运行中在噪声、振动问题上较为严重，不仅影响 设备综合性能的发挥，也容易对操作人员带来一定的伤害。通过实践研究发现， 将动态设计方法引入其中，对提升机械结构设计水平可起到明显作用。 关键词：机械结构设计；方法；要求 引言 机械结构设计是在总体设计的基础上，根据所确定的原理方案，确定并绘出 具体的结构图，以体现所要求的功能。是将抽象的工作原理具体化为某类构件或 零部件，具体内容为在确定结构件的材料、形状、尺寸、公差、热处理方式和表 面状况的同时，还须考虑其加工工艺、强度、刚度、精度以及与其它零件相互之 间关系等问题。 1机械零件结构工艺性分析的重要性 日常生产中，在对机器零件进行设计时，要求其结构不仅具体满足使用条件，而且要求结构的工艺性能良好，即具有很强的可行性和经济性。只有满足机械结 构设计的工艺性，才能保障生产地顺利进行，还具有零件装载完整、成本消耗少 等优点，能在市场竞争中处于优势地位。因此机器零件的结构工艺性设计是进行 机械设计的关键，其涉及面广、综合性强，值得深入研究。 此外，重视对机械零件的结构工艺性进行分析，可以促进机械加工工艺过程 合理化，减少工作量，提高工作效率。具体来讲，应该做好以下几方面工作：1）认真分析机械零件的结构对机械零件（尤其是复杂零件）的结构进行分析时，首 先要通过对图纸的详细分析，弄清各零件在产品中的装配关系和作用，再对该零 件指数（包括形状、尺寸等）和性质（如粗糙度等）进行详细分析；2）认真分 析零件加工工艺性在对机械零件的结构进行了详细、认真分析的基础上，搞清楚 各形状和尺寸的设计基准，分析个表面工艺性，检查各加工面设计基准与定位基 准是否重合，避免基准链换算而增加计算工作量。 2.机械结构设计常见问题分析 2.1机械结构在温度变化较大时，会产生较大的尺寸变化 较长零部件或者机械结构在温度变化较大时，会产生较大的尺寸变化，在设 计时应考虑温度变化产生的自由伸缩空间，如可以采用能够自由移动的支座、自 由胀缩的管道结构等。 2.2滑动轴承采用接触式密封结构 由于滑动轴承比滚动轴承的间隙大，而且滑动轴承发生一些磨损后，轴心产 生相应的移动，因此滑动轴承宜采用接触式密封结构。 2.3同一轴上布置两个键时，根据不同的键类型，选择不同的结构方式 半圆键是靠侧面传力的，由于键槽较深，若在同一个横剖面内采用对称布置 两个半圆键，将严重削弱轴的强度，最好将两个半圆键设计在同一轴向母线上， 平键两侧是工作面，上表面与轮毂键槽底面间有间隙，工作时靠轴槽、键及毂槽 的侧面受挤压来传递转矩，不能实现轴上零件的轴向固定，靠上下面压紧产生承 受载荷，连接处的偏压也承受载荷。 2.4对于带传动、链传动错误的结构设计 带传动结构设计时，由于紧边下垂较小，而松边下垂较大，应使紧边在下，
组织结构设计，指对企业的组织等级、运营结构及管理模式等进行再造的过程，EMBA、MBA等常见经营管理教育均组织结构设计方法有所探究。 一、定义 组织结构设计，是通过对组织资源（如人力资源）的整合和优化，确立企业某一阶段的最合理的管控模式，实现组织资源价值最大化和组织绩效最大化。狭义地、通俗地说，也就是在人员有限的状况下通过组织结构设计提高组织的执行力和战斗力。 企业的组织结构设计是这样的一项工作：在企业的组织中，对构成企业组织的各要素进行排列、组合，明确管理层次，分清各部门、各岗位之间的职责和相互协作关系，并使其在企业的战略目标过程中，获得最佳的工作业绩。 从最新的观念来看，企业的组织结构设计实质上是一个组织变革的过程，它是把企业的任务、流程、权力和责任重新进行有效组合和协调的一种活动。根据时代和市场的变化，进行组织结构设计或组织结构变革（再设计）的结果是大幅度地提高企业的运行效率和经济效益。 二、目的
创建柔性灵活的组织，动态地反映外在环境变化的要求，并在组织成长过程中，有效地积聚新的组织资源，同时协调好组织中部门与部门之间的关系，人员与任务间的关系，使员工明确自己在组织中应有的权力和应承担的责任，有效地保证组织活动的开展。 三、主要内容 1、职能设计 职能设计是指企业的经营职能和管理职能的设计。企业作为一个经营单位，要根据其战略任务设计经营、管理职能。如果企业的有些职能不合理，那就需要进行调整，对其弱化或取消。 2、框架设计 框架设计是企业组织设计的主要部分，运用较多。其内容简单来说就是纵向的分层次、横向的分部门。 3、协调设计
协调设计是指协调方式的设计。框架设计主要研究分工，有分工就必须要有协作。协调方式的设计就是研究分工的各个层次、各个部门之间如何进行合理的协调、联系、配合，以保证其高效率的配合，发挥管理系统的整体效应。 4、规范设计 规范设计就是管理规范的设计。管理规范就是企业的规章制度，它是管理的规范和准则。结构本身设计最后要落实并体现为规章制度。管理规范保证了各个层次、部门和岗位，按照统一的要求和标准进行配合和行动。 5、人员设计 人员设计就是管理人员的设计。企业结构本身设计和规范设计，都要以管理者为依托，并由管理者来执行。因此，按照组织设计的要求，必须进行人员设计，配备相应数量和质量的人员。 6、激励设计 激励设计就是设计激励制度，对管理人员进行激励，其中包括正激励和负激励。正激励包括工资、福利等，负激励包括各种约束机制，也就是所谓的奖惩制度。激励制度既有利于调动管理人员的积极性，也有利于防止一些不正当和不规范的行为。
机械结构设计基础知识 1前言 1.1机械结构设计的任务 机械结构设计的任务是在总体设计的基础上，根据所确定的原理方案，确定并绘出具体的结构图，以体现所要求的功能。是将抽象的工作原理具体化为某类构件或零部件，具体内容为在确定结构件的材料、形状、尺寸、公差、热处理方式和表面状况的同时，还须考虑其加工工艺、强度、刚度、精度以及与其它零件相互之间关系等问题。所以，结构设计的直接产物虽是技术图纸，但结构设计工作不是简单的机械制图，图纸只是表达设计方案的语言，综合技术的具体化是结构设计的基本内容。 1.2机械结构设计特点 机械结构设计的主要特点有：（1）它是集思考、绘图、计算（有时进行必要的实验）于一体的设计过程，是机械设计中涉及的问题最多、最具体、工作量最大的工作阶段，在整个机械设计过程中，平均约80%的时间用于结构设计，对机械设计的成败起着举足轻重的作用。（2）机械结构设计问题的多解性，即满足同一设计要求的机械结构并不是唯一的。（3）机械结构设计阶段是一个很活跃的设计环节，常常需反复交叉的进行。为此，在进行机械结构设计时，必须了解从机器的整体出发对机械结构的基本要求 2机械结构件的结构要素和设计方法 2.1结构件的几何要素 机械结构的功能主要是靠机械零部件的几何形状及各个零部件之间的相对位置关系实现的。零部件的几何形状由它的表面所构成，一个零件通常有多个表面，在这些表面中有的与其它零部件表面直接接触，把这一部分表面称为功能表面。在功能表面之间的联结部分称为联接表面。 零件的功能表面是决定机械功能的重要因素，功能表面的设计是零部件结构设计的核心问题。描述功能表面的主要几何参数有表面的几何形状、尺寸大小、表面数量、位置、顺序等。通过对功能表面的变异设计，可以得到为实现同一技术功能的多种结构方案。 2.2结构件之间的联接 在机器或机械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在结构设计中除了研究零件本身的功能和其它特征外，还必须研究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，其中心距必须保证一定的精度，两轴线必须平行，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须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结构上与其它零件有关。在进行结构设计时，两零件直接相关部位必须同时考虑，以便合理地选择材料的热处理方式、形状、尺寸、精度及表面质量等。同时还必须考虑满足间接相关条件，如进行尺寸链和精度计算等。一般来说，若某零件直接相关零件愈多，其结构就愈复杂；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1。 2.3结构设计据结构件的材料及热处理不同应注意的问题 机械设计中可以选择的材料众多，不同的材料具有不同的性质，不同的材料对应不同的加工工艺，结构设计中既要根据功能要求合理地选择适当的材料，又要根据材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结构，只有通过适当的结构设计才能使所选择的材料最充分的发挥优势。 设计者要做到正确地选择材料就必须充分地了解所选材料的力学性能、加工性能、使用成本等信息。结构设计中应根据所选材料的特性及其所对应的加工工艺而遵循不同的设计原则。
机械结构设计准则汇总 第一部分、塑料件 1、概述： 注塑件设计的一般原则: z 充分考虑塑料件的成型工艺性，如流动性； z 塑料件的形状在保证使用要求的前提下，应有利于充模，排气，补缩， 同时能适应高效冷却硬化； z 塑料设计应考虑成型模具的总体结构，特别是抽芯与脱出制品的复杂程 度，同时应充分考虑到模具零件的形状及制造工艺，以便使制品具有较 好的经济性： z 塑料件设计主要内容是零件的形状、尺寸、壁厚、孔、圆角、加强筋、 螺纹、嵌件、表面粗糙度的设计。 1.1、常用塑料介绍 常用的塑料主要有 ABS、AS、PC、PMMA、PS、HIPS、PP、POM 等，其 中常用的透明塑料有 PC、PMMA、PS、AS。高档电子产品的外壳通常采用 ABS+PC；显示屏采用 PC，如采用 PMMA 则需进行表面硬化处理。日常生活中 使用的中底挡电子产品大多使用 HIPS 和 ABS 做外壳，HIPS 因其有较好的抗老 化性能，逐步有取代 ABS 的趋势。 1.2、常见表面处理介绍 表面处理有电镀、喷涂、丝印、移印。ABS、HIPS、PC 料都有较好的表面处 理效果。而 PP 料的表面处理性能较差，通常要做预处理工艺。近几年发展起来 的模内转印技术（IMD）、注塑成型表面装饰技术（IML）、魔术镜（HALF MIRROR）制造技术。 IMD 与 IML 的区别及优势： 1、 IMD 膜片的基材多数为剥离性强的 PET，而 IML 的膜片多数为 PC。 2、 IMD 注塑时只是膜片上的油墨跟树脂接合，而 IML 是整个膜片履在树 脂上。 9 3、 IMD 是通过送膜机器自动输送定位，IML 是通过人工操作手工挂。 1.3、外形设计 对于塑料件，如外形设计错误，很可能造成模具报废，所以要特别小心。外 形设计要求产品外观美观、流畅，曲面过渡圆滑、自然，符合人体工程。 现实生活中使用的大多数电子产品，外壳主要都是由上、下壳组成，理论上 上下壳的外形可以重合，但实际上由于模具的制造精度、注塑参数等因素影响， 造成上、下外形尺寸大小不一致，即面刮（面壳大于底壳）或底刮（底壳大于面壳）。可接受面刮<0.15mm，可接受底刮<0.1mm。所以在无法保证零段差时，尽 量使产品：面壳>底壳。 一般来说，上壳因有较多的按键孔，成型缩水较大，所以缩水率选择较大， 一般选 0.5%。 底壳成型缩水较小，所以缩水率选择较小，一般选 0.4%。
塑料件结构设计基本原则
可怜的机械狗之塑料件结构设计基本原则（一） 一，产品结构设计前言 正式进入话题之前，咱先抱怨两句，机械工程的待遇可真不咋地，奉劝想要进入机械行业的童鞋们三思后行。待遇低，工作环境差就算了，可美女咋也凤毛麟角呢！都说机械好就业，工作稳定，可那初始工资真是没得说，就说自己刚毕业时，每月2000块，去厂房里做装配工，铁块在手里滚来滚去，整天脏兮兮的，还累的跟狗一样。可相比较其他呢，那些学计算机的，学财务，学管理的，那待遇真是没法比，想我当时就是因为看这个专业名字好听，就跳坑里了。虽然这个说，可梦想仍在，咱还是要向着那里走着，一点一点地走。 进入正题，在玩具，消费类电子产品，大小家电，汽车等相关行业中，都离不开产品的结构设计，各种有形的产品，配件等都必须先确定其外形，所以是产品结构设计是产品研发阶段的核心之一。就拿消费类电子产品来说，结构，硬件，软件是产品研发的三个主要工作团体，而硬件与结构又是结合最紧密的。 一般公司要研发一款产品，首先是市场部签
发开发指令，经过部门评审后，研发部开始进行结构外观建模，然后再进行建模评审，评审通过后，才开始内部的结构设计，然后才是做手板，开模，试模，试产，量产等。而其中的内部结构设计就是产品结构设计师最主要的工作内容。在我国，工业外观设计跟结构设计是分开的，就是说决定产品初步外观的并不是机构工程师，而是工业设计师，他们会依照市场调差和基本的性能需要去绘制产品的外观，这个当然需要一定绘画艺术和审美能力。可怜大多说人都怀疑作为理工科的结构工程师欠缺这些细胞，可事实好像也是这样。最近接手国外的一个充电器产品，是他们已经做好了3D图，要我们来开模生产，可是拿到手后根本开不了膜，不符合开模要求，当然做个样品可以用3D打印做出来，可想要大批量的还是要靠传统模具。这体现了结构工程师的作用了，尽可能保证产品用料，外观，性能，工艺，装配的最佳化，就是在各个环节省钱省时省力，想想就够累的啊！ 二，塑料件料厚 我们接触的很多产品是塑料件，其大部分塑料件都是通过塑胶模具注塑成型，而料厚是塑料
《机械设计基础》作业答案 第一章 平面机构的自由度和速度分析 1－1 1－2 1－3 1－4 1－5 自由度为： 或： 1－6 自由度为 或： 1－10 自由度为： 或： 1－11 1－13：求出题1-13图导杆机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。 1－14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设s rad /101=ω，求构件3的速度3v 。 1－15：题1-15图所示为摩擦行星传动机构，设行星轮2与构件1、4保持纯滚动接触，试用瞬心法求轮1与轮2的角速度比21/ωω。 构件1、2的瞬心为P 12 P 24、P 14分别为构件2与构件1相对于机架的绝对瞬心
1－16：题1-16图所示曲柄滑块机构，已知：s mm l AB /100=，s mm l BC /250=， s rad /101=ω，求机构全部瞬心、滑块速度3v 和连杆角速度2ω。 在三角形ABC 中， BCA AB BC ∠= sin 45sin 0 ，52sin = ∠BCA ，5 23cos =∠BCA ， 0 45 sin sin BC ABC AC =∠，mm AC 7.310≈ 1－17：题1-17图所示平底摆动从动件凸轮1为半径20=r 的圆盘，圆盘中心C 与凸轮回转中心的距离mm l AC 15=，mm l AB 90=，s rad /101=ω，求00=θ和0180=θ时，从动件角速度2ω的数值和方向。 00=θ时 方向如图中所示 当0180=θ时 方向如图中所示
第二章 平面连杆机构 2-1 试根据题2-1图所注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构还是双摇杆机构。 （1）双曲柄机构 （2）曲柄摇杆机构 （3）双摇杆机构 （4）双摇杆机构 2-3 画出题2-3图所示各机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件为原动件。 2-4 已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，极位夹角θ为300，摇杆工作行程需时7s 。试问：（1）摇杆空回程需时几秒？（2）曲柄每分钟转数是多少？ 解：（1）根据题已知条件可得： 工作行程曲柄的转角01210=? 则空回程曲柄的转角02150=? 摇杆工作行程用时7s ，则可得到空回程需时： （2）由前计算可知，曲柄每转一周需时12s ，则曲柄每分钟的转数为 2-5 设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构，如题2-5图所示，要求踏板CD 在水平位置上下各摆100，且mm l mm l AD CD 1000,500==。（1）试用图解法求曲柄AB 和连杆BC 的长度；（2）用式（2-6）和式（2-6）＇计算此机构的最小传动角。 解： 以踏板为主动件，所以最小传动角为0度。 2-6 设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度mm l 1003=，摆角030=ψ，摇杆的行程速比变化系数2.1=K 。（1）用图解法确定其余三杆的尺寸；（2）用式（2-6）和式（2-6）＇
5.1.1机械结构设计的任务 机械结构设计的任务是在总体设计的基础上，根据所确定的原理方案，确定并绘出具体的结构图，以体现所要求的功能。是将抽象的工作原理具体化为某类构件或零部件，具体内容为在确定结构件的材料、形状、尺寸、公差、热处理方式和表面状况的同时，还须考虑其加工工艺、强度、刚度、精度以及与其它零件相互之间关系等问题。所以，结构设计的直接产物虽是技术图纸，但结构设计工作不是简单的机械制图，图纸只是表达设计方案的语言，综合技术的具体化是结构设计的基本内容。 5.1.2机械结构设计特点 机械结构设计的主要特点有：（1）它是集思考、绘图、计算（有时进行必要的实验）于一体的设计过程，是机械设计中涉及的问题最多、最具体、工作量最大的工作阶段，在整个机械设计过程中，平均约80%的时间用于结构设计，对机械设计的成败起着举足轻重的作用。（2）机械结构设计问题的多解性，即满足同一设计要求的机械结构并不是唯一的。（3）机械结构设计阶段是一个很活跃的设计环节，常常需反复交叉的进行。为此，在进行机械结构设计时，必须了解从机器的整体出发对机械结构的基本要求 5.2机械结构件的结构要素和设计方法 5.2.1结构件的几何要素 机械结构的功能主要是靠机械零部件的几何形状及各个零部件之间的相对位置关系实现的。零部件的几何形状由它的表面所构成，
一个零件通常有多个表面，在这些表面中有的与其它零部件表面直接接触，把这一部分表面称为功能表面。在功能表面之间的联结部分称为联接表面。 零件的功能表面是决定机械功能的重要因素，功能表面的设计是零部件结构设计的核心问题。描述功能表面的主要几何参数有表面的几何形状、尺寸大小、表面数量、位置、顺序等。通过对功能表面的变异设计，可以得到为实现同一技术功能的多种结构方案。 5.2.2结构件之间的联接 在机器或机械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在结构设计中除了研究零件本身的功能和其它特征外，还必须研究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，其中心距必须保证一定的精度，两轴线必须平行，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须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结构上与其它零件有关。在进行结构设计时，两零件直接相关部位必须同时考虑，以便合理地选择材料的热处理方式、
结构设计的“四项基本原则” (2007-03-30 15:07:49) 转载 标签： 结构设计 刚柔相济，多道防线，抓大放小，打通关节 1、刚柔相济 合理的建筑结构体系应该是刚柔相济的。结构太刚则变形能力差，强大的破坏力瞬间袭来时，需要承受的力很大，容易造成局部受损最后全部毁坏；而太柔的结构虽然可以很好的消减外力，但容易造成变形过大而无法使用甚至全体倾覆。结构是刚多一点好，还是柔多一点好？刚到什么程度或柔到什么程度才算合适呢？这些问题历来都是专家们争论的焦点，现今的规范给出的也只是一些控制的指标，但无法提供“放之四海皆准”的精确答案。最后，专家们达成难以准确言传的共识：刚柔相济乃是设计者的追求。道也许都是相通的。 想想看，人应该是刚多一点好还是柔多一点好呢？思考的哲人们对此各抒已见，力求给出处世的灵丹妙方。总的来讲，做人太刚和太柔都不受推崇。过份刚强者，应变能力差，难以找到共同受力的合作者，便要我行我素，要鹤立鸡群，即使面对任何突然袭来的恶势力，亦敢于硬顶硬撞而不留变通的余地，这种时候必须有足够的刚度才能立于不败，否则一旦后继乏力，油尽灯枯就会发生脆性破坏，导致伤痕累累、体无完肤的灭顶之灾。在盛赞这种刚气之余，却鲜有人能够或者愿意完全去做到，英雄的眼泪大抵只有英雄自己能体味。人们唯有感叹道：精神可嘉，方法难取！世人处世多以“柔”为本，退一步海阔天空，和为贵。柔者易于找到共同受力的构件以协同消化和抵抗外力。但过柔亦为人所不耻。因为“柔”必然产生变形以适应外力，太柔的结果必然是太大的变形，甚至会导致立足不稳而失去根本。处世极为圆滑者，八面玲珑，见风使舵，整日上窜下跳，左右逢源，活得游刃有余，这种柔得无形，表面上着实不容易受到伤害，骨子里却难免有“似我非我”的疑问，弄不好会个性丧失、面目全非，可能还免不了要背上奴颜婢膝的骂名。 所以古人在长期的实践后发现了中庸之道最适合生存。用现代的话来讲大意是做人最好既有原则性又有灵活性，也就是刚柔相济。刚是立足之本，必要刚度不能少，如此方能控制变形在可以忍受的范围内，才不会失掉本质的东西；柔为护身之法，血肉之躯刚度毕竟有限，要学会以柔克刚，不断提高消化转换外力的能力，有时候，牺牲一点变形来抵抗突然到来的摧毁力是必要的，也是值得的，但应以不失去自我为度。只可惜“道可道，道难行”。不是想刚就能刚，想柔便得柔的，刚柔相济只是理想中的“模糊结构”，每个人的组成材料千差万别，生存的地基也不尽相同，所受的外力更难统一定性。如此的差异下，企望哲人们找到统一的、万无一失的处世良方实在勉为其难。不过，每个人如果都能给自己多一点时间，去思考一下适合于自身的结构体系，想必这世界会有另一番光景。 2、多道防线 安全的结构体系是层层设防的，灾难来临，所有抵抗外力的结构都在通力合作，前仆后继。这时候，如果把“生存”的希望全部寄托在某个单一的构件上，是非常非常危险的。多肢墙比单片墙好，框架剪力墙比纯框架好等等，就是体现了多道防线的设计思路。也许我们会自信计算的正确性，但更要牢记绝对安全的防备构件是不存在的，还是应该多多考虑：当第一道防线跨了，
机械结构设计基本原则 目录 一、改善力学性能的结构设计原则... (一）载荷分担原则.．. (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）其它．.. 二、改善制造工艺性的结构设计原则．．. （一）焊接件结构设计原则..． （二)铸件结构设计原则.．. (三）切削件结构设计原则... (四)锻件结构设计原则... (五)薄板件结构设计原则... (六）其它... 三、提高装配质量的结构设计原则... （一）便于运送原则... （二)便于方位识别原则．.. (三)方便抓取原则.．. （四)方便定位原则.．. (五）简化装配操作原则...
（六)可装配原则..． (七)各装配面依次装配原则．．. (八）简单联接件原则... (九）便于拆卸原则．.. 四、提高精度的结构设计原则... (一)阿贝（Abbe）原则..． (二）误差校正与补偿.．． (三)误差均化．.． (四)误差配置．.. (五)位置精确微调... 五、宜人化结构设计原则... （一）减小操作者疲劳的结构.．. (二）易于发力的结构..． （三）减少操作者观察错误的结构．．． (四）减少操作者操作错误的结构... （五)考虑人体的振动特性的结构及减少操作环境噪声的结构0. （六)减弱工作环境光线照度的结构.．. (七)保证合适工作环境温度的结构... 六、其它机械结构设计要求简介... （一）减轻腐蚀的结构... （二）符合材料热胀冷缩性质的结构.．. 讨论题...
荷载与与结构设计原则复习
第一章荷载类型 1．荷载类型： 1．荷载与作用：荷载、直接作用、间接作用、效应 2．作用的分类：按随时间的变异、随空间位置的变异和结构的反应分类 例如： 1、由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力称为荷载。(√) 2、由各种环境因素产生的间接作用在结构上的各种力称为荷载。(×) 3、什么是荷载? (荷载的定义是什么?)?) 答：由各种环境因素产生的直接作用在结构的各种力称为荷载。 4、土压力、风压力和水压力是荷载，由爆炸、离心作用等产生的作用在物体上的惯性力不是荷载。(×)
5、什么是效应? 答：作用在结构上的荷载使结构产生的内力、变形、裂缝等就叫做效应。 6、什么是作用?直接作用和间接作用? 答：使结构产生效应(结构或构件的内力、应力、位移、应变、裂缝等)的各种因素总称为作用。 可归结为作用在结构上的力的因素称为直接作用； 不是作用力但同样引起结构效应的因素称为间接作用。 7、只有直接作用才能引起结构效应，间接作用并不能引起结构效应。(×) 8、严格意义上讲，只有直接作用才能称为荷载。(√) 9、以下几项中属于间接作用的是C C 10、预应力属于 A 。温度变化属于 B 。 A、永久作用 B、静态作用 C、直接作用 D、动态作用
第二章重力 1．重力(静载) 1）结构自重 2）土的自重应力 3）雪荷载（基本雪压、雪重度、屋面的雪压） 例如： 1、基本雪压是指当地空旷平坦地面上根据气象记录资料经统计得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值。(√) 2、我国基本雪压分布图是按照 C 一遇的重现期确定的。 A、10年 B、30年 C、50年 D、100年 3、虽然最大雪重度和最大雪深两者有很密切的关系，但是两者不一定是同时出现。(√) 4、造成屋面积雪与地面积雪不同的主要原因有：风、屋面形式和屋面散热等。
结构设计的原则 1强柱弱梁 强柱弱梁（strong column and weak beam）指的是使框架结构塑性铰出现在梁端的设计要求。用以提高结构的变形能力，防止在强烈地震作用下倒塌。“强柱弱梁”不仅是手段，也是目的，其手段表现在人们对柱的设计弯矩人为放大，对梁不放大。其目的表现在调整后，柱的抗弯能力比之前强了，而梁不变。即柱的能力提高程度比梁大。这样梁柱一起受力时，梁端可以先于柱屈服。 强柱弱梁是一个从结构抗震设计角度提出的一个结构概念。就是柱子不先于梁破坏，因为梁破坏属于构件破坏，是局部性的，柱子破坏将危及整个结构的安全---可能会整体倒塌，后果严重。要保证柱子更“相对”安全，故要“强柱弱梁”。 二十世纪70年代后期，新西兰的T.Paulay和R.Park提出了保证钢筋混凝土结构具有足够弹塑性变形能力的能力设计方法。该方法是基于对非弹性性能对结构抗震能力贡献的理解和超静定结构在地震作用下实现具有延性破坏机制的控制思想提出的，可有效保证和达到结构抗震设防目标，同时又使设计做到经济合理。 能力设计方法的核心是，(1)引导框架结构或框架-剪力墙（核心筒）结构在地震作用下形成梁铰机构，即控制塑性变形能力大的梁端先于柱出现塑性铰，即所谓“强柱弱梁”；(2) 避免构件（梁、柱、墙）剪力较大的部位在梁端达到塑性变形能力极限之前发生非延性破坏，即控制脆性破坏形式的发生，即所谓“强剪弱弯”；(3)通过各类构造措施保证将出现较大塑性变形的部位确实具有所需要的非弹性变形能力。 到二十世纪80年代，各国规范均在不同程度上采用了能力设计方法的思路。 能力设计方法的关键在于将控制概念引入结构抗震设计，有目的的引导结构破坏机制，避免不合理的破坏形态。该方法不仅使得结构抗震性能和能力更易于掌握，同时也使得抗震设计变得更为简便明确，即后来在抗震概念设计中提出的主动抗震设计思想。 第一，楼板的作用，在我们的结构设计中一般都是不考虑楼板参与整体计算的，大部分情况下是直接将荷载倒算的梁上，而在计算水平荷载（地震跟风荷载）的时候考虑楼板对梁刚度的提高作用，用一个中梁刚度放大系数（及边梁刚度放大系数）来考虑楼板的作用，但梁配筋的时候又只考虑矩形截面，这样一来形成了本来是T型梁承受荷载，钢筋却完全集中在矩形截面中，而T型截面的翼缘也没有少陪钢筋（因为板中钢筋不能少配),这从无梁楼盖的配筋形式中可以发现我们现阶段采用的设计方法一方面是非常费，另一方面还吃力不讨好，对抗震规范的基本要求“强柱弱梁”没有任何好处（其实还起到坏处）。所以，在以后的设计中应加强对楼板的利用，让楼板参与计算必将是大势所趋。 第二，程序计算过程中没有考虑柱刚域的影响，在实际设计过程中对梁支座钢筋的超配，支座处裂缝验算对支座钢筋的加大（说明：楼板及其配钢筋对裂缝大有帮助）等都是造成“强梁弱柱”的罪魁祸首。
一、提高强度和刚度的结构设计 1.避免受力点与支持点距离太远 2.避免悬臂结构或减小悬臂长度 3.勿忽略工作载荷可以产生的有利作用 4.受振动载荷的零件避免用摩擦传力 5.避免机构中的不平衡力 6.避免只考虑单一的传力途径 7.不应忽略在工作时零件变形对于受力分布的影响 8.避免铸铁件受大的拉伸应力; 9.避免细杆受弯曲应力 10.受冲击载荷零件避免刚度过大 11.受变应力零件避免表面过于粗糙或有划痕 12.受变应力零件表面应避免有残余拉应力 13.受变载荷零件应避免或减小应力集中 14.避免影响强度的局部结构相距太近 15.避免预变形与工作负载产生的变形方向相同 16.钢丝绳的滑轮与卷筒直径不能太小 17.避免钢丝绳弯曲次数太多，特别注意避免反复弯曲 18.起重时钢丝绳与卷筒联接处要留有余量 19.可以不传力的中间零件应尽量避免受力 20.尽量避免安装时轴线不对中产生的附加力 21.尽量减小作用在地基上的力 二、提高耐磨性的结构设计 1.避免相同材料配成滑动摩擦副 2.避免白合金耐磨层厚度太大 3.避免为提高零件表面耐磨性能而提高对整个零件的要求 4.避免大零件局部磨损而导致整个零件报废 5.用白合金作轴承衬时，应注意轴瓦材料的选择和轴瓦结构设计 6.润滑剂供应充分，布满工作面 7.润滑油箱不能太小 8.勿使过滤器滤掉润滑剂中的添加剂 9.滑动轴承的油沟尺寸、位置、形状应合理 10.滚动轴承中加入润滑脂量不宜过多 11.对于零件的易磨损表面增加一定的磨损裕量 12.注意零件磨损后的调整 13.同一接触面上各点之间的速度、压力差应该小 14.采用防尘装置防止磨粒磨损 15.避免形成阶梯磨损 16.滑动轴承不能用接触式油封 17.对易磨损部分应予以保护 18.对易磨损件可以采用自动补偿磨损的结构 三、提高精度的结构设计 1.尽量不采用不符合阿贝原则的结构方案 2.避免磨损量产生误差的互相叠加 3.避免加工误差与磨损量互相叠加 4.导轨的驱动力作用点，应作用在两导轨摩擦力的压力中心上，使两条导轨摩擦力产生的力矩互相平衡 5.对于要求精度较高的导轨，不宜用少量滚珠支持 6.要求运动精度的减速传动链中，最后一级传动比应该取最大值
《机械设计基础》试 题及答案
机械设计基础 一．填空题： 1 .凸轮主要由（凸轮），（从动件）和 ( 机架 )三个基本构件组成。 2 .凸轮机构从动件的形式有由（尖顶）从动件，( 滚子）从动件和（平底）从动件。 3 .按凸轮的形状可分为（盘型）凸轮、（移动）凸轮、（圆柱）凸轮、（曲面） 4. 常用的间歇运动机构有（棘轮）机构，（槽轮）机构，（凸轮间歇）机构和 ( 不完全齿 ) 机构等几种。 5 螺纹的旋向有（左旋）和（右旋）; 牙形有 ( 三角形 ). ( 梯形 ). ( 矩形 ). ( 锯齿形 ) 6.标准外啮合斜齿轮传动的正确啮合条件是：两齿轮的（法面模数）和 （法面压力 角）都相等，齿轮的（螺旋）相等（旋向）_相反 7 已知一平面铰链四杆机构的各杆长度分别为a=150, b=500, c=300, d=400，当取c 杆为机架时，它为（曲柄摇杆）机构；当取d杆为机架时，则为（双摇杆）机构。 8 平面连杆机构当行程速比K（＞1 ）时，机构就具有急回特性。 9 曲柄摇杆机构产生“死点”位置的条件是：当为（曲柄）主动件（曲柄与机架）共线时。 13 螺纹联接的基本类型有（螺栓联接）、（双头螺柱联接）、（螺钉联接）、（紧定螺钉联接）四种。 14 轮系按其轴相对机架是固定还是运动的可分为（定轴）轮系和（周转）轮系。 15 滚动轴承代号为62305/P5；各部分的含义是：“6”表示（沟球轴承）；“23”表示（宽度系数）；“05”表示（内径代号）；P5表示（精度公差等级）。 16.螺纹的公称直径是指它的（大径），螺纹“M12X1.5左”的含义是（左旋细牙螺纹公称直径12 ）。
《机械结构设计》课程教学大纲 执笔人：陈建毅编撰日期：2009年8月30日 一、课程概述 《机械结构设计》是工业设计专业的职业核心课程（属于B类），它包括理论力学、材料力学和机械设计基础三部分内容。计划时数为68学时，本课程4学分。 通过本课程的学习，使学生掌握工程力学和机械设计有关的基本概念、基本理论和基本方法。会对物体进行正确的受力分析，会分析计算一些简单力学问题。培养学生对工程设计中的强度、刚度和稳定性问题有明确的基本概念，必要的基础知识和比较熟练的计算能力、分析能力和初步的实验分析能力。使学生学会应用工程力学的基本理论和方法分析与解决机械工程中的一些简单实际问题。掌握一般机械中常用机构和通用零件的工作原理、性能特点，及其使用、维护的基础知识。掌握常用机构的基本理论和设计方法，常用零部件失效形式、设计准则和设计方法。在本课程的学习，注意培养学生正确的设计思想和严谨的工作作风。 教学对象：工业设计专业大二上学期的高职学生。 二、教学内容描述 教学内容分成两个模块：工程力学基础和机械设计基础。工程力学主要内容分为静力分析和强度分析；机械设计基础分为机械零件基础、常用机构、机械传动基础。 第一篇工程力学基础 第一章工程力学的基本概念 教学内容： 第一节工程力学与工业设计 第二节工程力学的研究对象与基本内容 第三节工程力学的基本概念 第四节静力学公理 第五节约束与约束反力 第六节分离体与受力图 教学要求：了解力与力系的基本概念，掌握静力学的基本公理和各种常见约束的性质，对简单的物体系统，能熟练地取分离体，画受力图。 第二章构件与产品的静力分析 教学内容： 第一节平面力系的简化与合成 第二节平面力系平衡问题的求解 第三节空间力系简介超静定的概念
机械设计基础题库及答案 一、判断题 1、悬挂的小球静止不动是因为小球对绳向下的重力和绳对小球向上的拉力相互抵消的缘故。(×) 2、作用于刚体上莫点的力，作用点沿其作用线移动后，其对刚体的作用效果改变了。（√） 3、力偶无合力。（√） 4、铰链四杆机构都有摇杆这个构件。(×) 5、在实际生产中，机构的“死点”位置对工作都是不利的，处处都要考虑克服。(×) 6、衡量铸铁材料强度的指标是强度极限。（√） 7、由渐开线的形成过程可知，基圆内无渐开线。（√） 8、若齿轮连续传动，其重合度要大于或等于1。（√） 9、蜗杆传动一般用于大速比的场合。（√） 10、压入法一般只适用于配合尺寸和过盈量都较小的联接。（√） 11、三角形螺纹具有较好的自锁性能，螺纹之间的摩擦力及支承面之间的摩擦力都能阻止螺母的松脱。所以就是在振动及交变载荷作用下，也不需要防松。(×) 12、机器是由机构组合而成的，机构的组合一定就是机器。（√） 13、作用于刚体上某点的力，作用点沿其作业线移动后，不改变原力对刚体的作业效果。（√） 14、组成移动副的两构件之间的接触形式，只有平面接触。（√） 15、在平面四杆机构中，连杆与曲柄是同时存在的，即有连杆就必有曲柄。(×) 16、曲柄滑块机构滑块为主动件时，有死点位置。（√） 17、塑性材料的失效主要为断裂失效。(×) 18、分度圆是计量齿轮各部分尺寸的基准。（√） 19、斜齿轮不产生根切的最少齿轮大于直齿轮。（√） 20、差动轮系的自由度为2。(×) 21、带传动中打滑现象是不可避免的。（√） 22、一个平键联接能传递的最大扭矩为T，则安装一对平键能传递的最大扭矩为2T。(×) 二、单项选择题 1、两个构件之间以线或点接触形成的运动副，称为(B) A、低副 B、高副 C、转动副 D、移动副 2、下图所示的平面四杆机构中，各杆长度分别为 a=25mm,b=90mm,c=75mm,d=100mm.若杆BC是机构的主动件，CD 为机架机构是（C）