2.1第六章結(jié)構(gòu)方案設(shè)計ppt課件

1、第六章第六章 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計結(jié)構(gòu)方案設(shè)計現(xiàn)代設(shè)計方法學現(xiàn)代設(shè)計方法學結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計影響機械產(chǎn)品的性能影響機械產(chǎn)品的性能影響產(chǎn)品的成本影響產(chǎn)品的成本測量儀器的結(jié)構(gòu)影響精度測量儀器的結(jié)構(gòu)影響精度影響強度和剛度影響強度和剛度影響加工工藝性影響加工工藝性結(jié)構(gòu)件的功用結(jié)構(gòu)件的功用一、承受載荷一、承受載荷二、傳遞運動和動力二、傳遞運動和動力三、保持有關(guān)零件之間的相對位置或三、保持有關(guān)零件之間的相對位置或 運動軌跡關(guān)系運動軌跡關(guān)系四、四、 其他功用其他功用第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)、內(nèi)容和步驟結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)、內(nèi)容和步驟一、結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)和重要性一、結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)和重要性任務(wù)：功能原理設(shè)計方案的結(jié)構(gòu)化任務(wù)：功能原理

2、設(shè)計方案的結(jié)構(gòu)化確定材料、形狀、尺寸、加工和裝配。確定材料、形狀、尺寸、加工和裝配。1. 功能設(shè)計功能設(shè)計技術(shù)的具體化技術(shù)的具體化2. 質(zhì)量設(shè)計質(zhì)量設(shè)計盡可能地提高質(zhì)量和性價比盡可能地提高質(zhì)量和性價比 3. 優(yōu)化設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計優(yōu)化設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計重要性：重要性：1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計圖是機械設(shè)計的成果形式結(jié)構(gòu)設(shè)計圖是機械設(shè)計的成果形式2. 是設(shè)計計算的基礎(chǔ)是設(shè)計計算的基礎(chǔ)3. 結(jié)構(gòu)設(shè)計影響整機性能，零部件的強度、結(jié)構(gòu)設(shè)計影響整機性能，零部件的強度、 剛度和使用壽命等剛度和使用壽命等二、結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容和步驟二、結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容和步驟考慮因素：加工條件，現(xiàn)考慮因素：加工條件，現(xiàn)有材料，各種標準件，通有材料，各

3、種標準件，通用件用件步驟：步驟：內(nèi)容：內(nèi)容：確定零部件的形狀、數(shù)量、相互之間的確定零部件的形狀、數(shù)量、相互之間的位置；位置；選擇材料；選擇材料；確定尺寸；確定尺寸；計算；計算；按比例繪制結(jié)構(gòu)圖按比例繪制結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)矩，功率，傳動比，生產(chǎn)率轉(zhuǎn)矩，功率，傳動比，生產(chǎn)率連接尺寸，相互位置，耐腐蝕性連接尺寸，相互位置，耐腐蝕性等等規(guī)定的工件材料，空間大小，安規(guī)定的工件材料，空間大小，安裝尺寸裝尺寸制造運輸?shù)戎圃爝\輸?shù)冉Y(jié)構(gòu)形狀結(jié)構(gòu)形狀幾何尺寸幾何尺寸空間位置空間位置是否相互干涉是否相互干涉是否合理是否合理目的：保證功能目的：保證功能 提高性能提高性能 降低成本降低成本總結(jié)：質(zhì)的設(shè)計總結(jié)：質(zhì)的設(shè)計定性的、形狀

4、、位置定性的、形狀、位置 量的設(shè)計量的設(shè)計尺寸的大小尺寸的大小 按比例畫圖按比例畫圖第二節(jié)第二節(jié) 結(jié)構(gòu)設(shè)計基本要求結(jié)構(gòu)設(shè)計基本要求一、功能和工作原理明確一、功能和工作原理明確2. 工作原理明確工作原理明確物理作用物理作用1. 功能明確功能明確避免冗余結(jié)構(gòu)和靜不定結(jié)構(gòu)避免冗余結(jié)構(gòu)和靜不定結(jié)構(gòu)工作原理明確工作原理明確可游動可游動不可游動不可游動圖圖6-4 6-4 受拉焊縫受拉焊縫不合理結(jié)構(gòu)不合理結(jié)構(gòu)合理結(jié)構(gòu)合理結(jié)構(gòu)人機顯示系統(tǒng)，制造人機顯示系統(tǒng)，制造，檢測，運輸，安裝，檢測，運輸，安裝調(diào)試，使用，保養(yǎng)等調(diào)試，使用，保養(yǎng)等要求明確要求明確4. 其他其他3. 使用工況及承載狀態(tài)明確使用工況及承載狀態(tài)明

5、確二、結(jié)構(gòu)簡單二、結(jié)構(gòu)簡單1. 零部件數(shù)量少零部件數(shù)量少2. 幾何形狀簡單幾何形狀簡單3. 采用標準件采用標準件4. 操作簡單操作簡單5. 包裝簡單、運輸方便包裝簡單、運輸方便三、安全可靠三、安全可靠環(huán)境安全環(huán)境安全1. 包括內(nèi)容包括內(nèi)容零件安全零件安全零件不失效零件不失效整機安全整機安全功能功能工作安全工作安全2. 安全技術(shù)安全技術(shù) 安全存在安全存在有限損壞有限損壞冗余配置冗余配置直接安全技術(shù)：直接安全技術(shù)：間接安全技術(shù)：間接安全技術(shù)：安全閥、離合器、安全閥、離合器、冗余配置、雙驅(qū)動、冗余配置、雙驅(qū)動、三驅(qū)動、副油箱、三驅(qū)動、副油箱、保險絲等保險絲等 提示性安全技術(shù)：提示性安全技術(shù)： 既不能

6、直接保證安全可靠，又沒有保護既不能直接保證安全可靠，又沒有保護或防護措施，僅能在危險發(fā)生之前進行預(yù)報或防護措施，僅能在危險發(fā)生之前進行預(yù)報和報警的，如指示燈、警報聲等。和報警的，如指示燈、警報聲等。 根據(jù)危害性大小、技術(shù)的難易程度和成根據(jù)危害性大小、技術(shù)的難易程度和成本選擇上述三種安全技術(shù)。本選擇上述三種安全技術(shù)。第三節(jié)第三節(jié) 結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原理結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原理一、任務(wù)分配原理一、任務(wù)分配原理 相同功能由一個相同功能由一個 構(gòu)件承擔構(gòu)件承擔1. 相同功能的任務(wù)分配相同功能的任務(wù)分配 相同功能由不同相同功能由不同 構(gòu)件共同分擔構(gòu)件共同分擔2. 不同功能任務(wù)分配不同功能任務(wù)分配 不同功能由同一構(gòu)件承

7、擔不同功能由同一構(gòu)件承擔 不同功能由不同構(gòu)件承擔不同功能由不同構(gòu)件承擔二、自補償原理二、自補償原理1. 自加強自加強2. 自平衡自平衡3. 自保護自保護 摩擦離合器摩擦離合器 安全銷安全銷 壓力鍋的保護閥壓力鍋的保護閥 帶傳動的打滑帶傳動的打滑三、力傳遞原理三、力傳遞原理力線力線力流，力傳遞的力流，力傳遞的路線，連續(xù)且數(shù)量不變，路線，連續(xù)且數(shù)量不變，連續(xù)不斷并可封閉。連續(xù)不斷并可封閉。1. 力流路線直接、最短力流路線直接、最短2. 力流轉(zhuǎn)向平緩力流轉(zhuǎn)向平緩四、變形協(xié)調(diào)原理四、變形協(xié)調(diào)原理變形不協(xié)調(diào)，產(chǎn)生相對變形，引起力流密集變形不協(xié)調(diào)，產(chǎn)生相對變形，引起力流密集 應(yīng)力集中現(xiàn)象應(yīng)力集中現(xiàn)象五、力

8、平衡原理五、力平衡原理1. 采取對稱結(jié)構(gòu)采取對稱結(jié)構(gòu)2. 力平衡原理力平衡原理 （平衡元件）（平衡元件）六、等強度原理六、等強度原理七、穩(wěn)定性原理七、穩(wěn)定性原理穩(wěn)定性活塞截面：穩(wěn)定性活塞截面：熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性：八、降低噪聲原理八、降低噪聲原理1. 噪聲類型噪聲類型接觸噪聲接觸噪聲傳力噪聲傳力噪聲運動噪聲運動噪聲2. 降低噪聲的原則和措施降低噪聲的原則和措施降低噪聲降低噪聲無接頭平帶，長鋼軌技術(shù)，無接頭平帶，長鋼軌技術(shù)， 風扇的動平衡風扇的動平衡防止共振防止共振提高機構(gòu)的阻尼特性提高機構(gòu)的阻尼特性3. 控制噪聲的傳播控制噪聲的傳播隔振隔振吸聲吸聲隔聲隔聲消聲消聲4. 齒輪降

9、低噪聲的措施齒輪降低噪聲的措施提高精度，降低速度提高精度，降低速度大螺旋角，小模數(shù)，大齒數(shù)大螺旋角，小模數(shù)，大齒數(shù)改進結(jié)構(gòu)改進結(jié)構(gòu)采用阻尼材料涂層采用阻尼材料涂層九、提高精度原理九、提高精度原理提高精度的途徑：重點設(shè)計法、附件校正提高精度的途徑：重點設(shè)計法、附件校正原理誤差原理誤差通過設(shè)計消除或減小誤差通過設(shè)計消除或減小誤差原始誤差原始誤差加工加工 、裝配、裝配 、調(diào)整、調(diào)整 磨損磨損 彈性變形彈性變形 熱變形熱變形精度的影響：機器的性能影響精度的影響：機器的性能影響 （精度，噪音，承載能力，壽命等）（精度，噪音，承載能力，壽命等） 量具、測具的性能指標量具、測具的性能指標1. 阿貝原則阿貝原

10、則 若使量儀給出正確的測量結(jié)若使量儀給出正確的測量結(jié)果，必須將儀器的讀數(shù)線尺安放果，必須將儀器的讀數(shù)線尺安放在被測尺寸的延長線上。在被測尺寸的延長線上。RhllhRll 由相似三角形：由相似三角形：誤差：誤差：2. 補償原則補償原則21uu 12uu （a圖：圖：（b圖：圖：3. 誤差縮放原則誤差縮放原則332321iii影響誤差影響誤差主要環(huán)節(jié)主要環(huán)節(jié)4. 4. 誤差配置原則誤差配置原則lal212)()(21lalalIII)()(21lalalb)()(21lalalccb第四節(jié)第四節(jié) 結(jié)構(gòu)設(shè)計與成本結(jié)構(gòu)設(shè)計與成本一、價值與價值設(shè)計一、價值與價值設(shè)計CFV 功能分析功能分析性能分析性能分

11、析成本分析成本分析提高價值的三個方面：提高價值的三個方面： 生產(chǎn)成本：生產(chǎn)成本：設(shè)計成本設(shè)計成本生產(chǎn)準備成本生產(chǎn)準備成本材料成本材料成本加工成本和裝配成本加工成本和裝配成本使用成本：使用成本：運行成本運行成本維修保養(yǎng)成本維修保養(yǎng)成本總成本總成本 = 生產(chǎn)成本生產(chǎn)成本 + 使用成本使用成本二、產(chǎn)品的成本構(gòu)成二、產(chǎn)品的成本構(gòu)成不同產(chǎn)品成本結(jié)構(gòu)比例不同：不同產(chǎn)品成本結(jié)構(gòu)比例不同：產(chǎn) 品生產(chǎn)成本/總成本運行成本/總成本維護成本/總成本扳 手10000小汽車205030水 泵5905（1機械產(chǎn)品的材料費機械產(chǎn)品的材料費（2機械產(chǎn)品中的重要零部件機械產(chǎn)品中的重要零部件（3機械產(chǎn)品的某些性能參數(shù)機械產(chǎn)品的某

12、些性能參數(shù)機械產(chǎn)品中影響成本的主要因素：機械產(chǎn)品中影響成本的主要因素：三、通過設(shè)計環(huán)節(jié)降低成本三、通過設(shè)計環(huán)節(jié)降低成本方案、方案、尺寸、尺寸、零件數(shù)量、零件數(shù)量、材料選用、材料選用、決定加工方法決定加工方法1. 方案對成本的影響2. 構(gòu)件尺寸對成本的影響構(gòu)件尺寸對成本的影響3. 零件數(shù)對產(chǎn)品成本的影響零件數(shù)對產(chǎn)品成本的影響四、降低生產(chǎn)成本四、降低生產(chǎn)成本1. 降低設(shè)計成本降低設(shè)計成本 （1計算機輔助設(shè)計計算機輔助設(shè)計 （2系列設(shè)計系列設(shè)計 （3一圖多用一圖多用（1 1在滿足功能前提下，構(gòu)型簡單、零件數(shù)在滿足功能前提下，構(gòu)型簡單、零件數(shù) 量少、尺寸小、重量輕、體積小的結(jié)量少、尺寸小、重量輕、體積

13、小的結(jié) 構(gòu)，是節(jié)約材料的根本途徑。構(gòu)，是節(jié)約材料的根本途徑。（2采用廉價材料粉末冶金、工程塑料等（3采用節(jié)約材料的結(jié)構(gòu)采用節(jié)約材料的結(jié)構(gòu)2. 減少材料成本的結(jié)構(gòu)設(shè)計減少材料成本的結(jié)構(gòu)設(shè)計批量成本曲線批量成本曲線3. 降低生產(chǎn)準備成本措施：盡量增大批量措施：盡量增大批量（1盡量使類似零件的尺寸相同，在同一產(chǎn)盡量使類似零件的尺寸相同，在同一產(chǎn) 品或不同產(chǎn)品上采用同樣的零件。品或不同產(chǎn)品上采用同樣的零件。（2建立相似零件的零件族，采用成組加工建立相似零件的零件族，采用成組加工 工藝。工藝。（3盡量采用標準件或批量生產(chǎn)的外購件。盡量采用標準件或批量生產(chǎn)的外購件。（4采用模塊化組合結(jié)構(gòu)，將零件模塊化，采

14、用模塊化組合結(jié)構(gòu)，將零件模塊化， 可大量生產(chǎn)并多次使用?？纱罅可a(chǎn)并多次使用。增加批量的措施增加批量的措施（1采用整體結(jié)構(gòu)或一個結(jié)構(gòu)多功能，使采用整體結(jié)構(gòu)或一個結(jié)構(gòu)多功能，使 其零件數(shù)量少，加工面少，縮短加工其零件數(shù)量少，加工面少，縮短加工 時間。時間。4. 降低加工成本降低加工成本（2根據(jù)加工條件設(shè)計合理結(jié)構(gòu)根據(jù)加工條件設(shè)計合理結(jié)構(gòu)（3 3無屑加工代替機加工無屑加工代替機加工壓鑄、沖壓鑄、沖 壓、注塑壓、注塑 粉末冶金等粉末冶金等（4以焊代鑄單件、小批量）以焊代鑄單件、小批量）（5采用合理的公差要求采用合理的公差要求公差公差-成本關(guān)系曲線成本關(guān)系曲線5. 降低裝配成本降低裝配成本（1選用便于

15、裝選用便于裝 卸的結(jié)構(gòu)卸的結(jié)構(gòu)（2便于自動裝配便于自動裝配（3采用組合結(jié)構(gòu)采用組合結(jié)構(gòu)五、重復利用原則五、重復利用原則1. 通過修理或更換配件重復使用；通過修理或更換配件重復使用； （易損件標準化）（易損件標準化）2. 通過功能轉(zhuǎn)換另作他用；通過功能轉(zhuǎn)換另作他用； （鋼筋，沖壓件下腳料，鉛銀等的回收）（鋼筋，沖壓件下腳料，鉛銀等的回收）3. 易于解體，便于材料分類。易于解體，便于材料分類。六、降低產(chǎn)品的運行成本六、降低產(chǎn)品的運行成本1. 減少輸入能量的設(shè)計減少輸入能量的設(shè)計能耗產(chǎn)品能耗產(chǎn)品2. 提高機械效率的設(shè)計提高機械效率的設(shè)計3. 回收剩余能量的設(shè)計回收剩余能量的設(shè)計4. 降低潤滑油損失的

16、設(shè)計降低潤滑油損失的設(shè)計減小潤滑油流失的設(shè)計減小潤滑油流失的設(shè)計1. 提高產(chǎn)品維修性的設(shè)計提高產(chǎn)品維修性的設(shè)計（1結(jié)構(gòu)上的可達性結(jié)構(gòu)上的可達性（2拆裝上的便利性拆裝上的便利性（3修理上的簡易性修理上的簡易性 簡化結(jié)構(gòu)簡化結(jié)構(gòu) 提高零件的可更換性提高零件的可更換性 設(shè)計成可調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計成可調(diào)結(jié)構(gòu)七、降低產(chǎn)品的維修成本七、降低產(chǎn)品的維修成本2. 提高產(chǎn)品維修性的維修周期設(shè)計提高產(chǎn)品維修性的維修周期設(shè)計（1零件的壽命分類零件的壽命分類（2確定維修間隔周期確定維修間隔周期（3平衡零件壽命平衡零件壽命3. 提高產(chǎn)品維修性的軟件設(shè)計提高產(chǎn)品維修性的軟件設(shè)計（1編寫使用說明書編寫使用說明書（2編制維修技術(shù)指南

17、和維修技術(shù)指標編制維修技術(shù)指南和維修技術(shù)指標（3確定維修備件的儲備指標確定維修備件的儲備指標第五節(jié)第五節(jié) 成本估算方法成本估算方法一、按重量估算法一、按重量估算法二、材料成本折算法二、材料成本折算法三、相似產(chǎn)品的成本估算三、相似產(chǎn)品的成本估算一、通過結(jié)構(gòu)設(shè)計降低應(yīng)力，減少變形一、通過結(jié)構(gòu)設(shè)計降低應(yīng)力，減少變形1. 合理確定截面形狀合理確定截面形狀第六節(jié)第六節(jié) 強度與剛度問題補）強度與剛度問題補）2. 合理確定軸向尺寸合理確定軸向尺寸3. 合理選擇支承形式合理選擇支承形式4. 合理利用材料特性合理利用材料特性二、改善零件的受力狀況二、改善零件的受力狀況1. 載荷分流載荷分流2. 2. 載荷均化載

18、荷均化載荷均化載荷均化載荷均化載荷均化載荷均化載荷均化載荷抵消載荷抵消載荷抵消載荷抵消三、預(yù)加載荷三、預(yù)加載荷1. 彈性強化彈性強化2. 塑性強化塑性強化塑性強化塑性強化1. 增大球面支承的綜合曲率半徑增大球面支承的綜合曲率半徑四、零件的接觸強度和接觸剛度四、零件的接觸強度和接觸剛度2. 以面接觸代替線接觸或點接觸以面接觸代替線接觸或點接觸3. 采用變位齒輪傳動提高齒面接觸強度采用變位齒輪傳動提高齒面接觸強度合理確定截面的形狀和尺寸合理確定截面的形狀和尺寸1實心和空心的比較空心好）實心和空心的比較空心好）2不同方向剛度不同尺寸大的抗彎剛度大）不同方向剛度不同尺寸大的抗彎剛度大）3加大外廓尺寸，減小壁厚可提高抗彎和抗扭加大外廓尺寸，減小壁厚可提高抗彎和抗扭 剛度剛度4封閉截面比開口截面剛度大封閉截面比開口截面剛度大五、支承件的剛度問題五、支承件的剛度問題2. 合理布置隔板和加強筋合理布置隔板和加強筋3. 合理開孔和加蓋合理開孔和加蓋4. 提高局部剛度和接觸剛度提高局部剛度和接觸剛度5. 增加阻尼以提高抗振性增加阻尼以提高抗振性第七節(jié)第七節(jié) 結(jié)構(gòu)工藝性問題補）結(jié)構(gòu)工藝性問題補）鑄造工藝性鑄造工藝性焊接工藝性焊接工藝性加工工藝性加工工藝性裝配工藝性裝配工藝性1. 加工工藝性加工工藝性零件結(jié)構(gòu)力求簡單的原則零件結(jié)構(gòu)力求簡單的原則便于加工的原則便于加工的原則便于裝卡