設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)全套教學(xué)教程完整版電子課件最全ppt電子教案

1、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)第1章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)論1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求1.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中技術(shù)設(shè)計(jì)階段的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它是在總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)選定的原理方案，確定滿(mǎn)足功能要求的零部件材料、熱處理萬(wàn)式、零部件結(jié)構(gòu)尺寸等。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是涉及問(wèn)題最多、最具體、工作量最大的工作階段，是一種蘊(yùn)藏著巨大優(yōu)化和創(chuàng)新潛力的工作。它要求設(shè)計(jì)師必須掌握多門(mén)基礎(chǔ)理論知識(shí)，更要求設(shè)計(jì)師必須具備豐富的工程知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。現(xiàn)代產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不但要滿(mǎn)足機(jī)械設(shè)備的基本功能要求，還要兼顧其他技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)要求，并且應(yīng)系統(tǒng)地設(shè)計(jì)出盡可能多的可能方案，然后從中優(yōu)選。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括

2、4個(gè)方面的內(nèi)容。功能設(shè)計(jì)滿(mǎn)足并在技術(shù)上具體實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的主要功能要求。質(zhì)量設(shè)計(jì)兼顧其他要求和限制，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能價(jià)格比。這已成為現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)的特征。1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述下一頁(yè)返回優(yōu)化設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變?cè)葎?chuàng)新設(shè)計(jì)方法系統(tǒng)地構(gòu)造盡可能大的結(jié)構(gòu)方案解空間，并用創(chuàng)造性設(shè)計(jì)思維方法和其他科學(xué)方法進(jìn)行優(yōu)選和創(chuàng)新。CAD技術(shù)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算、制圖，以及制備技術(shù)文件等工作，并為設(shè)計(jì)師提供豐富的設(shè)計(jì)信息，提高設(shè)計(jì)師的空間思維能力和創(chuàng)新能力。1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述上一頁(yè)返回結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括下面4個(gè)特點(diǎn)。1.實(shí)踐性特點(diǎn)實(shí)踐性是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新的源泉與歸宿。有問(wèn)題要解決，人們才會(huì)千萬(wàn)

3、百計(jì)地想辦法，以滿(mǎn)足自己解決問(wèn)題的需要，以獲得一個(gè)滿(mǎn)意的設(shè)計(jì)結(jié)果。反過(guò)來(lái)，通過(guò)實(shí)踐獲得實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)又幫助設(shè)計(jì)師優(yōu)化他們的設(shè)計(jì)。長(zhǎng)期以來(lái)，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依靠的就是機(jī)械設(shè)計(jì)師的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。只有通過(guò)實(shí)踐，創(chuàng)新的思想才能轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí);只有通過(guò)不斷實(shí)踐，人的創(chuàng)新意識(shí)和能力才能得到培養(yǎng)。下面幾個(gè)例子就是來(lái)源于實(shí)踐的設(shè)計(jì)。如果沒(méi)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就很難發(fā)現(xiàn)這些問(wèn)題。 如圖1-1所示，在設(shè)計(jì)銷(xiāo)釘定位結(jié)構(gòu)時(shí)，必須考慮到銷(xiāo)釘應(yīng)易于從銷(xiāo)釘孔中拔出，因此就有了把銷(xiāo)釘孔做成通孔的結(jié)構(gòu)、帶螺紋尾的銷(xiāo)釘(有內(nèi)螺紋和外螺紋)的結(jié)構(gòu)等。對(duì)于盲孔，為避免孔中封入空氣引起裝拆困難，還應(yīng)該有通氣孔。1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)下一頁(yè)返回如圖1-2所示，采

4、用徑向錐銷(xiāo)和半圓鍵加緊定螺釘?shù)墓潭ㄝS上零件的方法，在實(shí)際應(yīng)用中都要求配作，在裝配時(shí)，進(jìn)行這些加工效率是比較低的，而采用軸用彈簧卡圈作軸向固定則要好些。如圖1-3所示的考慮節(jié)料的沖壓件結(jié)構(gòu)?？梢詫⒘慵O(shè)計(jì)成能相互嵌入的形狀，這樣既不降低零件的性能，又可以節(jié)省很多材料。如圖1-4(a) 所示的零件采用整體鍛造，加工余量大。修改設(shè)計(jì)后采用鑄鍛焊復(fù)合結(jié)構(gòu)，將整體分為兩部分見(jiàn)圖1-4(b)，下半部分為鍛成的腔體，上半部分為鑄鋼制成的頭部，將兩者焊接成一個(gè)整體，可使毛坯重量減輕一半，機(jī)加工量也減少了40%。 2.細(xì)節(jié)性特點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一種細(xì)節(jié)性設(shè)計(jì)。與原理方案設(shè)計(jì)相比，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是通過(guò)許多細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)來(lái)兼顧產(chǎn)品的

5、各種要求，細(xì)節(jié)的總和就是質(zhì)量，現(xiàn)代技術(shù)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)不是其工作原理，而是產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)。1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)上一頁(yè)下一頁(yè)返回細(xì)節(jié)不是無(wú)關(guān)大局的小節(jié)。它的差別能導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)品的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性能的顯著差異。結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)決定了產(chǎn)品質(zhì)量的高低。實(shí)際中，絕大多數(shù)機(jī)械故障和質(zhì)量問(wèn)題，不是因?yàn)楣ぷ髟?，而是錯(cuò)誤的或不合理的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)所致。結(jié)構(gòu)上的細(xì)節(jié)缺陷可能導(dǎo)致整個(gè)零件難以甚至無(wú)法制造和實(shí)現(xiàn)其功能。細(xì)節(jié)并不簡(jiǎn)單，細(xì)節(jié)的改進(jìn)也不是唾手可得的，需要設(shè)計(jì)者掌握相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)。改進(jìn)設(shè)計(jì)是一個(gè)需要親自體驗(yàn)的漸進(jìn)過(guò)程，理解別人的設(shè)計(jì)和自己親自設(shè)計(jì)其難易程度是有天壤之別的。如圖1-5所示，為減小零件的加工量、提高配合精

6、度，應(yīng)盡量減小配合長(zhǎng)度。如果必須要有很長(zhǎng)的配合面，則可將孔的中間部分加大，這樣中間部分就不必精密加工，加工方便，配合的效果較好。如圖1-6所示，如零件兩部分交接處有直角轉(zhuǎn)彎，則會(huì)在該處產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。設(shè)計(jì)時(shí)可將直角轉(zhuǎn)彎改為斜面和圓弧過(guò)渡，這樣可以減少應(yīng)力集中，防止熱裂。 1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)上一頁(yè)下一頁(yè)返回如圖1-7所示的凸緣，用的是先加工成整圓，切去兩邊再加工兩端圓弧的方法。在零件的形狀變化并不影響其使用性能的條件下，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用最容易加工的形狀。如圖1-8所示，螺紋孔孔邊如果不倒尾，則螺紋容易被碰壞，碰壞后易產(chǎn)生裝拆困難，但如果將釘孔口倒角可以避免。 3.多樣性特點(diǎn)通過(guò)改變零件結(jié)構(gòu)

7、本身的形態(tài)形狀、位置、數(shù)目、尺寸，零件的材料，零件間的連接方式、運(yùn)動(dòng)方式等，可以得到許多不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)方案。滿(mǎn)足同樣功能的結(jié)構(gòu)的多樣性，得到一個(gè)盡可能大的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案解空間，是進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的一個(gè)不可缺少的環(huán)節(jié)，是進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要前提。如圖1-9所示即為改變零件結(jié)構(gòu)本身的形態(tài)所得到的不同的滾動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)方案。1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)上一頁(yè)下一頁(yè)返回4.創(chuàng)造性特點(diǎn)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，需求向個(gè)性化發(fā)展，人們對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的提高永無(wú)止境，因此，創(chuàng)新設(shè)計(jì)在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的作用越來(lái)越重要，并將是未來(lái)技術(shù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)。 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)就是要構(gòu)造出大量可供優(yōu)選的可能性方法，即構(gòu)造出大的優(yōu)化求解

8、空間，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)，這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最具創(chuàng)造性的地方。創(chuàng)新設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)造性的思維活動(dòng)，運(yùn)用創(chuàng)造性的思維方法能顯著地提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造設(shè)計(jì)能力。在對(duì)過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的分解和綜合基礎(chǔ)之上，充分發(fā)揮設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造性能力，將會(huì)設(shè)計(jì)出性能更完善的產(chǎn)品?；谏厦鎸?duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)的分析可知，實(shí)踐性特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最基本的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)師只有積累了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，才能從容地處理一些貌似細(xì)節(jié)的問(wèn)題，才能充分理解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的多樣性問(wèn)題，才能充分發(fā)揮設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造能力。1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)上一頁(yè)返回結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程要統(tǒng)籌兼顧多種技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的要求，即結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有很多實(shí)際限制。例如發(fā)動(dòng)機(jī)，它不僅要滿(mǎn)足將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能這一

9、功能要求，而且還要滿(mǎn)足下列諸多要求!較少的制造使用費(fèi)用、高的效率、較低的噪聲、較低的有害物質(zhì)排放、長(zhǎng)的使用壽命、高的可靠性、小的體積、低的自重、便于制造、便于安裝、便于檢查、便于維護(hù)和修理、便于廢品回收、便于資源再利用等。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)上述這些要求的滿(mǎn)足程度決定了該產(chǎn)品的性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。這里將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的眾多要求概括為下列幾類(lèi)：和市場(chǎng)有關(guān)的要求、和環(huán)境有關(guān)的要求、和社會(huì)有關(guān)的要求、和生產(chǎn)有關(guān)的要求、和故障有關(guān)的要求。1.和市場(chǎng)有關(guān)的要求市場(chǎng)的要求是最高要求，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的最終歸宿。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者首先要弄清楚所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是為什么樣特定的市場(chǎng)準(zhǔn)備的，工業(yè)化國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家，個(gè)人消費(fèi)和集團(tuán)消費(fèi)所要

10、求的重點(diǎn)是不同的。技術(shù)現(xiàn)狀、競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手狀況和市場(chǎng)需求是市場(chǎng)要求的重點(diǎn)。1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求下一頁(yè)返回2.和環(huán)境有關(guān)的要求這一要求有兩方面：其一是產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響;其二是環(huán)境對(duì)產(chǎn)品的干擾。技術(shù)產(chǎn)品在生產(chǎn)、使用和報(bào)廢的全過(guò)程應(yīng)對(duì)環(huán)境(人、動(dòng)物、植物、空氣、水、大地)不產(chǎn)生負(fù)擔(dān)和損害。產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響有噪聲、輻射(熱、光、無(wú)線(xiàn)波、放射線(xiàn))、振動(dòng)和有害物質(zhì)排放等。而技術(shù)產(chǎn)品遭受的干擾包括物理、化學(xué)或生物式的。物理式的干擾有空氣潮濕、灰塵、贓物結(jié)垢、光、冷、熱、靜電聚集和重力變化等?；瘜W(xué)式的干擾有腐蝕和氧化等。3.和社會(huì)有關(guān)的要求技術(shù)產(chǎn)品是為滿(mǎn)足人類(lèi)社會(huì)的需求而開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的，因此它不能和社會(huì)的要求相違背。

11、這些要求通常以規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定、法律、專(zhuān)利等形式加以確定。產(chǎn)品設(shè)計(jì)一定要注意這些方面的要求和限制。1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求上一頁(yè)下一頁(yè)返回4.和生產(chǎn)有關(guān)的要求技術(shù)產(chǎn)品要開(kāi)發(fā)、加工、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸和銷(xiāo)售，這一系列過(guò)程中的很多要求必須在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮到。這些要求統(tǒng)稱(chēng)為生產(chǎn)要求，可分為下列幾個(gè)方面：開(kāi)發(fā)要求、加工要求、裝配要求、檢測(cè)要求、儲(chǔ)存和運(yùn)輸要求、使用要求、保養(yǎng)要求、修理要求、回收要求、報(bào)廢要求。開(kāi)發(fā)要求指產(chǎn)品開(kāi)發(fā)部門(mén)要有對(duì)應(yīng)的能力、經(jīng)驗(yàn)和試制手段。加工要求首先指產(chǎn)品可以通過(guò)現(xiàn)有的加工方法被加工出來(lái);其次，這種加工方法要方便、可靠，特別是要盡量利用本企業(yè)的加工條件。加工要求可進(jìn)一步分為工藝要求、公差

12、要求和易被加工材料的要求。其中工藝要求又可分為沖壓工藝要求、切削工藝要求、焊接工藝要求、鍛造工藝要求和熱處理工藝要求等。對(duì)裝配、檢測(cè)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)囊缶褪且蠼Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使這些過(guò)程成為可能，盡量使這一過(guò)程方便。1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求上一頁(yè)下一頁(yè)返回對(duì)于使用要求，首先應(yīng)考慮到任何產(chǎn)品都不是孤立的系統(tǒng)，它必須和其他系統(tǒng)聯(lián)系，即有接頭和交接面問(wèn)題。這種交接面既可能是技術(shù)系統(tǒng)之間，也可能是人一機(jī)之間。例如，機(jī)械連接、插頭、離合器和管道等，功能數(shù)據(jù)如轉(zhuǎn)矩、力、轉(zhuǎn)速、電流強(qiáng)度、電壓和頻率等。使用要求還包括使用方便、食用安全、使用愉快。對(duì)于保養(yǎng)修理要求指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)使保養(yǎng)、修理的要求盡量低，即次數(shù)少、間隔長(zhǎng)，也較

13、方便?；厥?qǐng)?bào)廢要求是指產(chǎn)品不能作為原用途使用時(shí)，還可用于其他要求較低的場(chǎng)合，或其中部分系統(tǒng)可繼續(xù)在其他場(chǎng)合利用。在完全喪失了使用功能以后，即報(bào)廢以后，其材料應(yīng)便于回收再利用，毫無(wú)利用價(jià)值的原材料應(yīng)便于處理成對(duì)環(huán)境無(wú)負(fù)擔(dān)的形式。1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.和故障有關(guān)的要求這一要求是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)姆婪洞胧?，避免一些消極因素的產(chǎn)生，至少盡量避免這些消極因素的影響。消極因素包括摩擦、磨損、內(nèi)應(yīng)力、材料疲勞、老化、腐蝕、發(fā)熱和熱膨脹、蠕變、自振和共振、自重等。這里的關(guān)鍵是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段要能準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)到可能發(fā)生的故障及其原因，因此，了解該產(chǎn)品的使用經(jīng)驗(yàn)和工作環(huán)境條件非常有益。1

14、.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求上一頁(yè)返回影響結(jié)構(gòu)的因素較多。完成不同功能的零件結(jié)構(gòu)不一樣，功能相同的零件的結(jié)構(gòu)也千差萬(wàn)別。機(jī)械結(jié)構(gòu)紛繁復(fù)雜，因此并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。下面只是介紹一下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程的基本原則和基本步驟，這樣可以對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程有一個(gè)大致的了解，當(dāng)然不能按部就班地按基本步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程基本原則是：從內(nèi)到外、從重要到次要、從局部到總體、從粗略到精細(xì)，統(tǒng)籌兼顧，權(quán)衡利弊，反復(fù)檢查，逐步改進(jìn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本步驟：明確結(jié)構(gòu)的主要任務(wù)和要求; 熟悉與待設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)類(lèi)似的已知結(jié)構(gòu);估算結(jié)構(gòu)的主要尺寸;選擇結(jié)構(gòu)中相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)件、通用件等;1.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟下一頁(yè)返回用創(chuàng)新設(shè)計(jì)等各種

15、方法系統(tǒng)地產(chǎn)生多個(gè)新方案;按技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)指標(biāo)評(píng)價(jià)，選擇最佳方案;尋找所選方案中的缺陷和薄弱環(huán)節(jié);對(duì)照各種要求、限制，從細(xì)節(jié)上反復(fù)改進(jìn);校核結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度以及其他功能指標(biāo);繪制裝配圖及零件工作圖;編寫(xiě)技術(shù)說(shuō)明書(shū)。下面舉一實(shí)例來(lái)說(shuō)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程。這里重點(diǎn)突出基本結(jié)構(gòu)草圖的設(shè)計(jì)過(guò)程，其他設(shè)計(jì)步驟都略去。例:有兩個(gè)壁厚分別為的直壁需用螺栓連接，見(jiàn)圖1-10(a)，試設(shè)計(jì)該螺栓連接結(jié)構(gòu)。解:首先確定螺栓的直徑dod以由螺栓所要承擔(dān)的載荷根據(jù)計(jì)算或經(jīng)驗(yàn)確定，一般來(lái)說(shuō)d=1.25，然后確定螺栓離壁外表面的距離。1.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟上一頁(yè)下一頁(yè)返回為此，需要先明確螺栓頭的直徑D、壁面和法蘭過(guò)

16、渡區(qū)半徑r。D由d確定，有標(biāo)準(zhǔn)可查。r根據(jù)經(jīng)驗(yàn)約為一半壁厚。所以螺栓軸心到直壁外表面的距離是 ，見(jiàn)圖1-10(b)。接著確定法蘭厚度h，這里取h=2，這樣便可按標(biāo)準(zhǔn)畫(huà)螺栓和螺母，見(jiàn)圖1-10(c)。法蘭寬度根據(jù)螺母、螺栓頭大小以及一定的余量f.確定，f主要根據(jù)鑄件精度和構(gòu)件大小而定。螺栓和法蘭之間要留有間隙，具體數(shù)值根據(jù)規(guī)范確定。此外，不要忘記倒角，見(jiàn)圖1一10(d)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，常常是先畫(huà)特性面(或工作面)草圖，然后在特性面之間添加“材料”，從局部到整體逐步擴(kuò)展設(shè)計(jì)。在此過(guò)程中，可通過(guò)改變特性面的大小、方位，連接件的數(shù)量、材料，連接方式等，不斷比較各種可能的結(jié)構(gòu)，選擇最佳方案。1.4

17、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟上一頁(yè)返回圖1-1返回圖1-2返回圖1-3返回圖1-4返回圖1-5返回圖1-6返回圖1-7返回圖1-8返回圖1-9返回圖1-10返回第2章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算方法2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖2.2 結(jié)構(gòu)承載能力的設(shè)計(jì)計(jì)算方法2.3 許用應(yīng)力實(shí)際的結(jié)構(gòu)一般都很復(fù)雜，想要完全按照結(jié)構(gòu)的真實(shí)情況去進(jìn)行分析，往往很難辦到，對(duì)于少數(shù)問(wèn)題也許有可能，但從實(shí)際觀點(diǎn)來(lái)看是沒(méi)有必要的。因此，對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析時(shí)，總是需要做出一些簡(jiǎn)化和假設(shè)，略去某些次要因素，保留其主要受力特性，從而使計(jì)算切實(shí)可行。這種把實(shí)際結(jié)構(gòu)作適當(dāng)簡(jiǎn)化，用作力學(xué)分析的結(jié)構(gòu)圖形，就稱(chēng)為結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖，或叫做結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。一般

18、說(shuō)來(lái)，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化和假設(shè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)符合以下兩條原則：第一，結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖必須能夠反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的主要受力特性，確保計(jì)算結(jié)果可靠;第二，在滿(mǎn)足計(jì)算精度要求的條件下，結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖應(yīng)當(dāng)盡量簡(jiǎn)單，使得計(jì)算方便可行。2.1.1結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)件以及構(gòu)件間聯(lián)系的簡(jiǎn)化嚴(yán)格講，實(shí)際的結(jié)構(gòu)都是空間結(jié)構(gòu)，然而，對(duì)于絕大多數(shù)的空間結(jié)構(gòu)，其主要承重結(jié)構(gòu)和力的傳遞路線(xiàn)，大多是由若干平面組合形成的。由于平面力系的計(jì)算要比空間力系簡(jiǎn)單得多，所以通?？偸潜M可能地把它簡(jiǎn)化為平面結(jié)構(gòu)來(lái)計(jì)算。2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖下一頁(yè)返回對(duì)桁架結(jié)構(gòu)，在計(jì)算簡(jiǎn)圖中桿件通常以其軸線(xiàn)來(lái)代表，曲率不大的微曲桿件可以用直的軸線(xiàn)或折線(xiàn)段來(lái)代替。結(jié)構(gòu)中各桿件相互

19、之間是通過(guò)“結(jié)點(diǎn)”連接的，結(jié)點(diǎn)本身往往是很復(fù)雜的。但在計(jì)算時(shí)通常都簡(jiǎn)化為“鉸結(jié)點(diǎn)”和“剛結(jié)點(diǎn)”兩種。鉸結(jié)點(diǎn)是指連接桿件的節(jié)點(diǎn)時(shí)光滑無(wú)摩擦的理想鉸，各桿可繞此鉸結(jié)點(diǎn)作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此鉸結(jié)點(diǎn)上的彎矩為零。當(dāng)然無(wú)摩擦的理想鉸在實(shí)際結(jié)構(gòu)中是不存在的。但是當(dāng)桿件的長(zhǎng)度與直徑之比較大時(shí)，可以將結(jié)構(gòu)中的結(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化為理想鉸結(jié)點(diǎn)，這樣可使計(jì)算大大簡(jiǎn)化，而所求得的主要內(nèi)力基本上是符合實(shí)際受力情況的。由于真實(shí)結(jié)點(diǎn)與鉸結(jié)點(diǎn)的差異，發(fā)生在結(jié)點(diǎn)附近的附加彎應(yīng)力與軸向應(yīng)力想必是很小的，在一般情況下可忽略不計(jì)。1.支座的簡(jiǎn)化支座是用來(lái)支撐其他部件或零件的結(jié)構(gòu)件。在傳遞力的過(guò)程中，支座將承受支反力，同時(shí)也阻止所支撐部件在支座方向上

20、的位移。2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖上一頁(yè)下一頁(yè)返回在工程實(shí)際中，支座分為剛性支座和彈性支座，剛性支座又分為3類(lèi)。(1)活動(dòng)鉸支座其特點(diǎn)是在支撐部分有一個(gè)鉸結(jié)構(gòu)或類(lèi)似于鉸結(jié)構(gòu)的裝置，其上部結(jié)構(gòu)可以繞鉸點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，而鉸結(jié)構(gòu)又可沿一個(gè)方向自由移動(dòng)。如橋式起重機(jī)橫梁與車(chē)輪用軸相接，可以繞輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，車(chē)輪則可以在軌道上自由滾動(dòng)如圖2-1(a)引所示。這種支座可以簡(jiǎn)化為活動(dòng)鉸支座如圖2-1 (b)所示，它產(chǎn)生垂直方向的支反力，其作用線(xiàn)沿著支座鏈桿方向。(2)固定鉸支座它與活動(dòng)鉸支座的區(qū)別在于整個(gè)支座不能移動(dòng)，但是被支撐的部件可以繞一固定軸線(xiàn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)如圖2-2(a)所示，制作簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2-2(b)。支座反作用力

21、通過(guò)支座鉸點(diǎn)，其大小和方向由作用在所支撐的部件上的載荷所決定。2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖上一頁(yè)下一頁(yè)返回(3)固定支座這種支座的特點(diǎn)是，當(dāng)部件或零件用這種支座與基礎(chǔ)或其他部件相連接后，支座所支撐的部件或零件不能轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)。固定支座的實(shí)例見(jiàn)圖2-3(a)所示。圖中上部分用焊接方法固接于基礎(chǔ)上，支座簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2-3(b)。支座反力除具有支反力外還有支反力矩。以上為剛性支座的3種基本形式，當(dāng)支座的位移和支反力不處于同一平面時(shí)，稱(chēng)為空間支座。在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，經(jīng)常會(huì)遇到支座結(jié)構(gòu)在外載荷作用下產(chǎn)生較大的彈性變形，這種情況下的支座稱(chēng)為彈性支座。同一空間支座，在分解成平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，支座的形式有可能是不一樣的

22、。如塔式起重機(jī)臂架的根部通過(guò)轉(zhuǎn)軸與塔架相連如圖2-4 (a)所示。在臂架起升平面，由于臂架根部可以繞軸O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，不能承受彎矩，這時(shí)就可以認(rèn)為是固定鉸支座。而在回轉(zhuǎn)平面，由于兩鉸點(diǎn)作用，可以承受繞垂直軸的彎矩，一般可以作為固定端處理，整個(gè)臂架就是懸臂梁 如圖2-4(b)所示。 2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖上一頁(yè)下一頁(yè)返回即使對(duì)同一平面的支座，有時(shí)針對(duì)分析對(duì)象的不同，也有可能取兩種支承形式。對(duì)于圖2-5(a)龍門(mén)起重機(jī)，在分析時(shí)可以取圖2-5(b)和圖2-5(c)兩種支承形式，它們?cè)趯?shí)際中都可能出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布是不一樣的。在圖2-5(b) 的情況下，橫梁的彎矩較大。在圖2-5(c)的情況下，支腿

23、中的彎矩較大。所以對(duì)以上兩種情況都應(yīng)進(jìn)行計(jì)算。 在對(duì)結(jié)構(gòu)加約束時(shí)，還應(yīng)該注意分析約束對(duì)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的反力特征。如載重汽車(chē)的車(chē)架中，與前車(chē)輪相連的前懸掛采用縱向滑輪式結(jié)構(gòu)的鋼板彈簧。見(jiàn)圖2-6(a)，前車(chē)輪和鋼板彈簧都表現(xiàn)為彈性元件。由于前懸掛的對(duì)稱(chēng)性，A與B處所受垂直反力基本相等。在計(jì)算車(chē)架時(shí)，若簡(jiǎn)單地如圖2-6(b)所示在A, B兩點(diǎn)加彈性支座，這樣，A處和B處的垂直反力不可能相等。這時(shí)，可以如圖2-6(c)所示加約束，即前懸掛 (鋼板彈簧) 用變截面梁來(lái)模擬，輪胎則在垂直方向用彈性支座模擬，縱向與橫向可以用活動(dòng)鉸支座模擬。2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖上一頁(yè)下一頁(yè)返回另外，在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，由于鋼板

24、彈簧的前端為固定鉸鏈，后端可在支架內(nèi)縱向移動(dòng)，所以圖2-6(c)中，模擬鋼板彈簧的變截面梁在A和B兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度均應(yīng)釋放，同時(shí)在B端的軸向位移自由度也應(yīng)釋放。這樣處理基本可以反映車(chē)架前端的支承情況。確定支承形式后，一般可以直接沿相應(yīng)的坐標(biāo)軸方向加約束(包括彈性約束)。但是對(duì)與坐標(biāo)軸不平行的斜支座和彈性斜支座，則不能簡(jiǎn)單地用坐標(biāo)軸方向的約束替代，而應(yīng)以等效桿單元來(lái)模擬。2.載荷的簡(jiǎn)化對(duì)機(jī)械與汽車(chē)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，載荷通常是給定的。根據(jù)不同的計(jì)算工況確定載荷，是保證分析計(jì)算結(jié)果反映工程結(jié)構(gòu)實(shí)際情況的前提。由于計(jì)算上的需要，載荷可以按不同的方法分類(lèi)。根據(jù)載荷在結(jié)構(gòu)上的分布情況，可以分為以下兩種。2.

25、1 機(jī)械結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖上一頁(yè)下一頁(yè)返回(1)集中載荷當(dāng)外載荷作用在結(jié)構(gòu)上的區(qū)域很小時(shí)，可以認(rèn)為這種載荷是集中載荷，如龍門(mén)起重機(jī)的輪壓，塔式起重機(jī)臂架上變幅小車(chē)的輪壓、吊重，挖掘機(jī)的挖掘阻力等。在載重汽車(chē)中，發(fā)動(dòng)機(jī)的重力也是以集中載荷的形式作用在車(chē)架上的。(2)分布載荷如果作用在結(jié)構(gòu)上的載荷，其位置是連續(xù)變化的，即載荷作用在一定面積或一定長(zhǎng)度上，稱(chēng)其為分布載荷。如分布載荷的集中度是均勻的，則為均勻載荷。結(jié)構(gòu)的自重、風(fēng)載荷、由質(zhì)量引起的慣性力等，通常都作為分布載荷。根據(jù)載荷作用隨時(shí)間變化的情況，可以分為以下兩類(lèi)。(1)靜載荷當(dāng)載荷的大小、方向和作用點(diǎn)不隨時(shí)間變化時(shí)，稱(chēng)為靜載荷或固定載荷。如結(jié)構(gòu)自重

26、。2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖上一頁(yè)下一頁(yè)返回(2)動(dòng)載荷當(dāng)載荷的大小、方向和作用點(diǎn)隨時(shí)間變化時(shí)，稱(chēng)為動(dòng)載荷。其中，如僅僅是載荷的作用點(diǎn)隨時(shí)間而變時(shí)，又常常稱(chēng)為移動(dòng)載荷。動(dòng)載荷作用在結(jié)構(gòu)上時(shí)一般都是一個(gè)過(guò)程，如起重機(jī)吊重的離地起升過(guò)程。吊重由地面到離地、直到平穩(wěn)上升，臂架結(jié)構(gòu)將承受一個(gè)十分復(fù)雜的動(dòng)載荷。又如汽車(chē)在正常行駛過(guò)程中突然制動(dòng)，在制動(dòng)過(guò)程中，汽車(chē)結(jié)構(gòu)也將承受很復(fù)雜的動(dòng)載荷。橋式類(lèi)型起重機(jī)的起重小車(chē)的移動(dòng)對(duì)主梁而言是典型的移動(dòng)載荷。機(jī)械結(jié)構(gòu)承受的動(dòng)載荷，其大小與變化情況不僅與施加的載荷本身有關(guān)，而且與承受載荷的結(jié)構(gòu)剛度有關(guān)。在動(dòng)載荷作用下的結(jié)構(gòu)分析方法完全不同于靜載荷作用時(shí)的分析方法。結(jié)構(gòu)

27、在動(dòng)載荷作用下，經(jīng)常發(fā)生結(jié)構(gòu)振動(dòng)現(xiàn)象，因此，動(dòng)載荷作用下的分析比靜載荷作用時(shí)要復(fù)雜得多。2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖上一頁(yè)下一頁(yè)返回在形成計(jì)算模型時(shí)，計(jì)算載荷組合一定要根據(jù)相應(yīng)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的計(jì)算工況來(lái)確定。對(duì)同一結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，可以有多種計(jì)算工況，如對(duì)汽車(chē)起重機(jī)車(chē)架進(jìn)行有限元分析時(shí)，臂架位置可以位于正側(cè)方、正后方和在后支腿上方，這三種工況都應(yīng)進(jìn)行計(jì)算。因?yàn)樗鼈兌加锌赡苁管?chē)價(jià)的應(yīng)力分布出現(xiàn)最不利情形。對(duì)同一結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，針對(duì)不同部件的考核又有不同的載荷組合。如龍門(mén)起重機(jī)，在對(duì)主梁進(jìn)行考核時(shí)，應(yīng)把載荷作用在主梁跨中，這時(shí)主梁受力最大。而對(duì)支腿進(jìn)行考核時(shí)，則應(yīng)把載荷作用在支腿附近(自然應(yīng)是小車(chē)能

28、夠行駛到的位置)。對(duì)這兩種不同的載荷組合都應(yīng)計(jì)算。在確定計(jì)算載荷時(shí)，除根據(jù)不同工況計(jì)算實(shí)際載荷組合外，也常用單位載荷作用法。其方法是計(jì)算出同一工況中不同的載荷在單位值作用時(shí)的結(jié)果，然后根據(jù)實(shí)際工況的載荷直接把相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果加權(quán)疊加，從而得出實(shí)際工況下的結(jié)果。2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖上一頁(yè)下一頁(yè)返回如對(duì)汽車(chē)起重機(jī)車(chē)架進(jìn)行分析時(shí)，首先分別計(jì)算在回轉(zhuǎn)中心作用單位垂直力、繞縱軸的單位彎矩和繞橫軸的單位彎矩時(shí)的情形，然后計(jì)算出臂架在不同位置時(shí)的實(shí)際垂直力、繞縱軸彎矩和繞橫軸彎矩，根據(jù)它們與單位力的權(quán)值把相應(yīng)點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果加權(quán)疊加，就可得出實(shí)際位移和應(yīng)力值。以上是有關(guān)形成計(jì)算簡(jiǎn)圖 (計(jì)算模型) 的一般原則

29、。應(yīng)當(dāng)指出，一個(gè)結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖并非是永遠(yuǎn)不變的。一方面，它將隨著人們認(rèn)識(shí)的發(fā)展、計(jì)算技術(shù)的進(jìn)步以及不斷放寬的簡(jiǎn)化要求，使計(jì)算簡(jiǎn)圖更趨近于結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作情況。另一方面，也應(yīng)因需要不同而異，例如，在結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)時(shí)，為了粗略估算桿件的截面，可以選用比較簡(jiǎn)單的計(jì)算簡(jiǎn)圖，而在正式設(shè)計(jì)時(shí)，則又采用比較復(fù)雜更能反映實(shí)際情況的計(jì)算簡(jiǎn)圖作精確計(jì)算。2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.1.2載荷及其組合大多數(shù)情況下，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)是承受載荷的。根據(jù)載荷的性質(zhì)可劃分為自重載荷、工作載荷、慣性載荷、沖擊載荷、自然載荷以及其他載荷。根據(jù)載荷作用的概率可劃分為基本載荷、附加載荷和特殊載荷。所有載荷并非始終作用在結(jié)構(gòu)

30、上，因此，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)通常根據(jù)各類(lèi)機(jī)械的實(shí)際工況，將載荷先組合，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。1.載荷種類(lèi)工程機(jī)械常見(jiàn)外載荷分為5類(lèi)。(1)自重載荷自重載荷是指機(jī)械的結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)和電氣設(shè)備等的重力。機(jī)械自重及其在各部件的分布在設(shè)計(jì)之前為未知數(shù)。由于結(jié)構(gòu)自重載荷占了機(jī)械總重量的很大比例，因此，自重載荷的正確估定和計(jì)算十分重要。通常，可參考類(lèi)型相似、參數(shù)相近的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行估算，或者利用一些經(jīng)驗(yàn)公式(查相應(yīng)設(shè)計(jì)手冊(cè))初步確定。2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖上一頁(yè)下一頁(yè)返回有的機(jī)械 (如起重運(yùn)輸機(jī))金屬結(jié)構(gòu)的自重載荷也可根據(jù)類(lèi)似結(jié)構(gòu)的自重表查閱獲取。經(jīng)過(guò)估算或查閱后的自重載荷，在初步設(shè)計(jì)計(jì)算后再作修正。一般要求理論計(jì)算

31、值與實(shí)際重量誤差小于柑10%，若誤差較大必須復(fù)算。自重的分布根據(jù)結(jié)構(gòu)形式而定。通常，板梁實(shí)體結(jié)構(gòu)的自重視為均布載荷，桁架結(jié)構(gòu)的自重可假定為均勻分布作用在桁架的結(jié)點(diǎn)上，機(jī)械裝置及電氣設(shè)備等的自重視為集中載荷作用在相應(yīng)部位上。機(jī)械非作業(yè)時(shí)，自重載荷為靜態(tài)。當(dāng)機(jī)械作業(yè)時(shí)，因結(jié)構(gòu)振動(dòng)自重載荷將產(chǎn)生動(dòng)載效應(yīng)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)習(xí)慣上計(jì)入動(dòng)載系統(tǒng)來(lái)考慮，即自重載荷乘上相應(yīng)的載荷增長(zhǎng)系數(shù)以反映自重載荷的動(dòng)載效應(yīng)。動(dòng)載系數(shù)根據(jù)各種機(jī)械作業(yè)時(shí)振動(dòng)狀況而定，由相應(yīng)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查取。(2)工作載荷機(jī)械結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)中承受的載荷稱(chēng)為工作載荷。工作載荷是結(jié)構(gòu)主要承受的載荷。2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖上一頁(yè)下一頁(yè)返回比如起重機(jī)

32、的起升載荷、挖掘機(jī)的挖掘阻力和物料重量、裝載機(jī)的鏟裝阻力和物料重量等。由于機(jī)械作業(yè)時(shí)都存在較大振動(dòng)，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加的動(dòng)應(yīng)力，因此，在計(jì)算工作載荷時(shí)往往應(yīng)考慮動(dòng)載效應(yīng)。比如，起重機(jī)械的起升載荷，在起重質(zhì)量突然離地起升或下降制動(dòng)時(shí)，結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生沖擊振動(dòng)，從而增大了起升載荷的靜力值。計(jì)算時(shí)常用一個(gè)大于1的動(dòng)載系數(shù)乘以起升載荷靜值來(lái)表示，該動(dòng)載系數(shù)可由理論計(jì)算和試驗(yàn)研究獲得。(3) 質(zhì)性載荷和沖擊載荷機(jī)械的慣性載荷和沖擊載荷均屬于動(dòng)力載荷。慣性載荷又稱(chēng)慣性力。通常包括機(jī)械的變幅機(jī)構(gòu)非穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)作變速運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量慣性力、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作時(shí)回轉(zhuǎn)質(zhì)量的法向慣性力和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)非穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)回轉(zhuǎn)質(zhì)量的切向慣性力、機(jī)械自身質(zhì)

33、量等的水平慣性力。沖擊載荷是指運(yùn)行機(jī)構(gòu)沿道路或軌道行駛時(shí)，由于道路不平或軌道接頭的影響，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的垂直方向的最大振動(dòng)慣性力。2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖上一頁(yè)下一頁(yè)返回慣性載荷和沖擊載荷均計(jì)入相應(yīng)的動(dòng)力系數(shù)，動(dòng)力系數(shù)的確定根據(jù)各類(lèi)機(jī)械的不同而不同。(4)自然載荷自然載荷是指結(jié)構(gòu)受自然環(huán)境因素影響所造成的載荷，如風(fēng)、雪、冰、溫度變化和地震等載荷。上述載荷中除風(fēng)載荷外，其余載荷對(duì)于常用機(jī)械而言，如用戶(hù)無(wú)特殊要求，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中一般不考慮。風(fēng)載荷是自然載荷中的重要載荷，這是因?yàn)楣こ虣C(jī)械大多在露天作業(yè)，尤其是一些機(jī)械 (如塔式起重機(jī)、龍門(mén)起重機(jī)等)高達(dá)幾十米，受風(fēng)載影響很大。因此，對(duì)起重機(jī)等類(lèi)工程機(jī)械必須

34、考慮風(fēng)載荷的作用。風(fēng)載荷是大小和方向均為隨機(jī)的水平力，由風(fēng)壓和受風(fēng)物體的體型尺寸所確定。風(fēng)壓與風(fēng)速和空氣密度有關(guān)。風(fēng)速變化不大的陣風(fēng)視為靜風(fēng)壓，用于一般起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)計(jì)算。對(duì)于高聳起重機(jī)結(jié)構(gòu)，還應(yīng)計(jì)入風(fēng)壓脈動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)風(fēng)振。2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖上一頁(yè)下一頁(yè)返回(5)其他載荷其他荷載包括結(jié)構(gòu)在運(yùn)輸或安裝過(guò)程中產(chǎn)生的震動(dòng)沖擊力、捆扎力、吊裝力等特殊載荷;機(jī)械偏斜運(yùn)行時(shí)，軌道作用在車(chē)載上的水平測(cè)向力;機(jī)械試驗(yàn)時(shí)的試驗(yàn)載荷等。2.載荷組合上述載荷都是隨機(jī)變量，對(duì)結(jié)構(gòu)的作用也是隨機(jī)過(guò)程。根據(jù)這些載荷的不同特點(diǎn)以及載荷出現(xiàn)的頻率程度，可分為3類(lèi)。(1) 基本載荷始終和經(jīng)常作用在結(jié)構(gòu)上的載荷，

35、包括自重載荷、工作載荷、慣性載荷和沖擊載荷;(2) 附加載荷機(jī)械在正常工作狀態(tài)下結(jié)構(gòu)所受到的非經(jīng)常性作用的載荷，包括工作狀態(tài)下作用在結(jié)構(gòu)上的最大風(fēng)載荷、機(jī)械運(yùn)行過(guò)程中引起的水平側(cè)向力等;2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖上一頁(yè)下一頁(yè)返回(3)特殊載荷機(jī)械處于非工作狀態(tài)或試驗(yàn)狀態(tài)下的載荷，包括非工作狀態(tài)下最大風(fēng)載荷、安裝載荷、試驗(yàn)載荷、碰撞載荷和濕度載荷等。所有的各種載荷，不可能同時(shí)作用于結(jié)構(gòu)上，因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)各種機(jī)械的實(shí)際工況，將可能同時(shí)作用在機(jī)械結(jié)構(gòu)上的載荷進(jìn)行合理組合，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。各類(lèi)工程機(jī)械的載荷組合是不同的。如按起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，起重機(jī)械結(jié)構(gòu)分為3類(lèi)載荷組合。(1) 第一類(lèi)

36、載荷組合第一類(lèi)載荷組合僅考慮基本載荷。這一組組合是起重機(jī)最多有兩個(gè)機(jī)構(gòu)同時(shí)處于非穩(wěn)定狀態(tài)。該組合用于對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞計(jì)算。2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖上一頁(yè)下一頁(yè)返回(2)第二類(lèi)載荷組合第二類(lèi)載荷組合考慮基本載荷和附加載荷同時(shí)作用。這一組合是起重機(jī)結(jié)構(gòu)正常工作狀態(tài)下具有可靠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性的重要設(shè)計(jì)載荷。該組合用于對(duì)構(gòu)件和機(jī)構(gòu)零件進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性和剛度計(jì)算。(3) 第三類(lèi)載荷組合第三類(lèi)載荷組合考慮基本載荷和特殊載荷同時(shí)作用，或基本、附加與特殊載荷同時(shí)作用。產(chǎn)生此類(lèi)載荷組合時(shí)，起重機(jī)是處于非作業(yè)狀態(tài)。該組合用于驗(yàn)算露天作業(yè)的起重機(jī)結(jié)構(gòu)的最大靜強(qiáng)度、彈性穩(wěn)定性和整機(jī)傾覆穩(wěn)定性。2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖

37、上一頁(yè)返回結(jié)構(gòu)計(jì)算的目的是保證結(jié)構(gòu)在載荷作用下安全可靠地工作，既要滿(mǎn)足強(qiáng)度、穩(wěn)定性、剛度等條件，又要符合經(jīng)濟(jì)要求。根據(jù)計(jì)算中安全系數(shù)處理方法的不同，結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法分為許用應(yīng)力法和極限狀態(tài)法兩種。2.2.1許用應(yīng)力法機(jī)械結(jié)構(gòu)直接承受變化很大的動(dòng)載荷和反復(fù)載荷。一般情況下，不考慮鋼材的塑性變形，即以鋼材彈性階段為計(jì)算依據(jù)，結(jié)構(gòu)的極限應(yīng)力不得超過(guò)屈服極限。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到計(jì)算載荷大小與實(shí)際承受載荷之間、鋼材機(jī)械性能的取值與材料的實(shí)際數(shù)值之間、鋼材的規(guī)格與實(shí)際尺寸之間、設(shè)計(jì)計(jì)算的截面尺寸與實(shí)際加工尺寸之間以及計(jì)算簡(jiǎn)圖與真實(shí)結(jié)構(gòu)之間都可能存在一定的差異，為了保證安全，結(jié)構(gòu)的計(jì)算必須留有余地，有一定的

38、安全儲(chǔ)備。為此，在設(shè)計(jì)中引入安全系數(shù)。2.2 結(jié)構(gòu)承載能力的設(shè)計(jì)計(jì)算方法下一頁(yè)返回目前廣泛采用的是許用應(yīng)力法，其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是：結(jié)構(gòu)在任一類(lèi)組合載荷的作用下，所求出的構(gòu)件或連接件的計(jì)算應(yīng)力不得大于相應(yīng)的許用應(yīng)力。許用應(yīng)力是構(gòu)件或連接件的屈服極限s與相應(yīng)的安全系數(shù)K的商。安全系數(shù)包括載荷系數(shù)K1(反映實(shí)際載荷可能超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)載荷)、材料系數(shù)K2(反映材料的變異情況)、調(diào)整系數(shù)K3(考慮結(jié)構(gòu)的重要性程度)，計(jì)算表達(dá)式為式中， 在外載荷作用下產(chǎn)生的內(nèi)力組合; S構(gòu)件的幾何特性。2.2 結(jié)構(gòu)承載能力的設(shè)計(jì)計(jì)算方法上一頁(yè)下一頁(yè)返回許用應(yīng)力法采用了單一系數(shù)K來(lái)考慮結(jié)構(gòu)的安全度。由于K中的載荷系數(shù)K1對(duì)各類(lèi)載荷都取

39、同一數(shù)值，因此無(wú)法區(qū)分各載荷不同的超載情況。另外，安全系數(shù)是用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)而確定的平均數(shù)值，盡管一般都偏于保守，卻也難以保證每個(gè)構(gòu)件的安全度。但由于許用應(yīng)力法簡(jiǎn)便、可靠，易于掌握，因此，目前國(guó)內(nèi)外仍廣泛采用這種方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。2.2.2極限狀態(tài)法為了更好地反映出結(jié)構(gòu)的實(shí)際安全度，包括我國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家制訂的(鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范)均采用了極限狀態(tài)計(jì)算法。該計(jì)算法的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是：結(jié)構(gòu)在任一類(lèi)包含了載荷系數(shù)K1和調(diào)整系數(shù)K3的組合載荷作用下，所求得的構(gòu)件或連接件的計(jì)算應(yīng)力不得大于相應(yīng)的極限應(yīng)力。極限應(yīng)力是構(gòu)件或連接件的屈服極限S與材料系數(shù)K2的商。計(jì)算表達(dá)式為2.2 結(jié)構(gòu)承載能力的

40、設(shè)計(jì)計(jì)算方法上一頁(yè)下一頁(yè)返回式中， 在考慮了載荷系數(shù)和調(diào)整系數(shù)的外載荷作用下產(chǎn)生的內(nèi)力組合。由于極限狀態(tài)法采用分項(xiàng)系數(shù)來(lái)考慮結(jié)構(gòu)的安全度，將載荷系數(shù)和調(diào)整系數(shù)歸入了載荷項(xiàng)內(nèi)，因此不僅適合幾何線(xiàn)性結(jié)構(gòu)體系，還適用于幾何非線(xiàn)性的結(jié)構(gòu)體系。這種計(jì)算法顯然能真實(shí)反映結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接件的實(shí)際安全度，計(jì)算比較精確合理，從而保證了設(shè)計(jì)的可靠性。 由此可見(jiàn)，極限狀態(tài)法與許用應(yīng)力法的主要區(qū)別在于安全系數(shù)的采用，前者是根據(jù)具體結(jié)構(gòu)對(duì)所承受的載荷、結(jié)構(gòu)的材料和工作情況分別選取不同的系數(shù)，因此必須提供各項(xiàng)系數(shù)的數(shù)據(jù)。但是，在工程機(jī)械設(shè)計(jì)中，目前還缺乏適用于機(jī)械結(jié)構(gòu)的各分項(xiàng)系數(shù)的可靠統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，因此，我國(guó)以及大多數(shù)國(guó)家至今

41、尚未采用極限狀態(tài)法來(lái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。2.2 結(jié)構(gòu)承載能力的設(shè)計(jì)計(jì)算方法上一頁(yè)返回工程機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)和許用應(yīng)力，是經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)和根據(jù)工程實(shí)踐而確定的。以起重機(jī)械為例，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，按照三類(lèi)載荷組合情況分別取用不同的許用應(yīng)力。按第一類(lèi)載荷組合對(duì)重級(jí)和特重級(jí)工作類(lèi)型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞計(jì)算時(shí)，取疲勞許用應(yīng)力，按有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)中計(jì)算公式確定。按第二類(lèi)載荷組合進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，鋼材的許用應(yīng)力根據(jù)表2-1的尺寸分組后，按表2-2取用。這是因?yàn)殇摬牡那O限隨其厚度增加而降低，在確定許用應(yīng)力值時(shí)需考慮這一特點(diǎn)。按第三類(lèi)載荷組合進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，可根據(jù)具體情況適當(dāng)提高許用應(yīng)力。對(duì)于起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)

42、材料的安全系數(shù)n和許用應(yīng)力，按(起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范)規(guī)定，結(jié)構(gòu)和連接件材料的拉伸、壓縮、彎曲許用應(yīng)力以及剪切、端面承壓許用應(yīng)力按相應(yīng)載荷組合而定，可從表2-3中選取。2.3 許用應(yīng)力下一頁(yè)返回在確定許用應(yīng)力時(shí)，需考慮到鋼材隨著屈服極限S與抗拉強(qiáng)度b的比值增大，其屈服后的強(qiáng)度儲(chǔ)備相應(yīng)會(huì)減小，脆性破壞的危險(xiǎn)性會(huì)增大，因此，當(dāng)比值大于0.7時(shí)，為了確定材料安全，應(yīng)按下式確定其許用應(yīng)力。式中，n為與表2-3中載荷組合相應(yīng)的安全系數(shù)。2.3 許用應(yīng)力上一頁(yè)返回圖2-1返回圖2-2返回圖2-3返回圖2-4返回圖2-5返回圖2-6返回表2-1返回表2-2返回表2-3返回第3章 典型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 殼體、箱

43、體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2 支撐件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.3 連接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.4 密封件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.5 傳動(dòng)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)各種工業(yè)產(chǎn)品的構(gòu)成材料、結(jié)構(gòu)、外觀造型等可能千差萬(wàn)別，但在構(gòu)成上大多有外殼，如殼體、箱體 (儀器、工具及設(shè)備或構(gòu)成部件等的外殼)。一般殼體、箱體暴露在產(chǎn)品外部，其內(nèi)部裝置有產(chǎn)品的構(gòu)成功能零部件。3.1.1 殼體、箱體功能與作用殼體與箱體沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別，殼體是從產(chǎn)品構(gòu)造和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上的習(xí)慣稱(chēng)謂，具有包容內(nèi)部組成部件且厚度較薄的特征，如電視機(jī)殼、手機(jī)殼等；箱體更多是從零部件功能和結(jié)構(gòu)特征方面的定義，特點(diǎn)是具有包容、支撐等結(jié)構(gòu)功能且相對(duì)封閉，如汽車(chē)變速箱、計(jì)算機(jī)主機(jī)箱等。盡管各種產(chǎn)品的功能、用途

44、及構(gòu)成產(chǎn)品外殼的殼體、箱體的構(gòu)造、材料不盡相同，但產(chǎn)品外殼的主要功能與作用大致類(lèi)似。以吸塵器為例(如圖3-1所示)，殼體、箱體的主要功能歸納如下。容納、包容：將產(chǎn)品構(gòu)成的功能部件容納于內(nèi)。定位、支撐：支撐、確定產(chǎn)品構(gòu)成各零部件的位置。3.1 殼體、箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下一頁(yè)返回防護(hù)、保護(hù)：防止構(gòu)成產(chǎn)品的零部件受環(huán)境的影響、破壞或其對(duì)使用者與操作者造成危險(xiǎn)與侵害。裝飾、美化：這正是工業(yè)造型設(shè)計(jì)主要關(guān)注的問(wèn)題。其他：依產(chǎn)品的功能和使用目的不同而定，如汽車(chē)的車(chē)廂、音響系統(tǒng)的音箱等。3.1.2殼體、箱體的結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與設(shè)計(jì)要求作為產(chǎn)品或其外殼的殼體或箱體，在滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度等設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，通常采用薄壁結(jié)構(gòu)，并

45、設(shè)置有容納、固定其他零部件的結(jié)構(gòu)和方便安裝、拆卸的結(jié)構(gòu)。在具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，除考慮其主要功能、作用外，還應(yīng)考慮以下幾個(gè)要素。定位零部件。固定的零部件和運(yùn)動(dòng)的零部件在結(jié)構(gòu)上需有不同的考慮，如圖3-2所示的照相機(jī)的鏡頭。 便于拆、裝?？紤]產(chǎn)品的組裝、拆卸和維修、維護(hù)，殼體、箱體多設(shè)計(jì)成分體結(jié)構(gòu)，各部分通過(guò)螺絲、鎖扣等進(jìn)行組合連接。3.1 殼體、箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上一頁(yè)下一頁(yè)返回對(duì)于長(zhǎng)久使用或可能多次拆卸的產(chǎn)品，需考慮采用便于拆卸、耐用的結(jié)構(gòu)，如在塑料殼上內(nèi)嵌金屬螺紋件；對(duì)經(jīng)常拆卸的產(chǎn)品，需考慮采用便于快速拆卸、組裝的結(jié)構(gòu)，如殼體上采用的彈性鎖扣和打火機(jī)機(jī)芯與外殼的組裝等，如圖3-3,圖3-4所示。值得指出

46、，某些產(chǎn)品設(shè)計(jì)上只考慮產(chǎn)品出廠時(shí)的組裝，不需要考慮使用過(guò)程的拆裝問(wèn)題，如一次性產(chǎn)品和極少考慮拆卸維修的產(chǎn)品，如圖3-5所示的手機(jī)電池和小電子產(chǎn)品。 材料及加工、生產(chǎn)方式。產(chǎn)品的功能和使用目的決定了產(chǎn)品外殼采用的材料，考慮產(chǎn)品的生產(chǎn)批量和成本等因素，又決定了其加工、生產(chǎn)方式，進(jìn)而又決定了殼體、箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如鑄造件結(jié)構(gòu)、沖壓件結(jié)構(gòu)、模塑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上考慮的因素和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是不同的，詳見(jiàn)后面的有關(guān)介紹。裝飾與造型。裝飾與造型的設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品的功能、構(gòu)件的材料及加工、生產(chǎn)方式進(jìn)行。3.1 殼體、箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上一頁(yè)下一頁(yè)返回如照相機(jī)鏡頭調(diào)焦環(huán)表面的紋飾和機(jī)身上的皮質(zhì)貼面，既起到了裝飾、美化作用，又在功能

47、上起到防滑作用。材料與加工方式反過(guò)來(lái)又影響外觀造型，如模塑殼體比沖壓殼體的造型變化能力要豐富得多。3.1.3殼體、箱體的設(shè)計(jì)程序殼體、箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要應(yīng)保證剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性及加工性，在需要時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)。對(duì)于工業(yè)設(shè)計(jì)師而言，這方面的工作通常需要結(jié)構(gòu)工程師配合，故在此不詳細(xì)介紹。1.剛度對(duì)于承受較大載荷及作為支撐并對(duì)其他零部件進(jìn)行定位的殼體和箱體，剛度是主要設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。如齒輪減速器、變速箱，箱體的剛度決定了齒輪的嚙合情況和工作性能。打印機(jī)的殼體及機(jī)架剛度直接影響運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)精度，進(jìn)而影響打印質(zhì)量和精度。3.1 殼體、箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.強(qiáng)度強(qiáng)度是考慮殼體、箱體的防護(hù)和

48、保護(hù)性能進(jìn)行設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則。一般情況下，需考慮搬運(yùn)過(guò)程及意外沖擊載荷造成的外殼強(qiáng)度破壞。如電視機(jī)、洗衣機(jī)等的外殼設(shè)計(jì)。3.穩(wěn)定性受壓及受壓彎結(jié)構(gòu)都存在失穩(wěn)問(wèn)題，特別是薄壁腹部還存在局部失穩(wěn)問(wèn)題，必須校核。4.加工性鑄造、注塑構(gòu)件應(yīng)考慮液體的流動(dòng)性、填充性和脫模，沖壓件應(yīng)考慮材料延展性和拉伸能力，并作相應(yīng)計(jì)算。殼體、箱體的通常設(shè)計(jì)步驟與程序如下。初步確定形狀、主要結(jié)構(gòu)和尺寸?？紤]安裝在內(nèi)部與外部的零部件形狀、尺寸、配置及安裝與拆卸等要求，綜合加工工藝、所承受的載荷、運(yùn)動(dòng)等情況，利用經(jīng)驗(yàn)公式或參考同類(lèi)產(chǎn)品，初步擬定。3.1 殼體、箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上一頁(yè)下一頁(yè)返回常規(guī)計(jì)算。利用材料力學(xué)、彈性力學(xué)等固體力

49、學(xué)理論和計(jì)算公式，進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等方面的校核，修改設(shè)計(jì)以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。靜動(dòng)態(tài)分析、模型實(shí)物試驗(yàn)及優(yōu)化分析。通常對(duì)于復(fù)雜和要求高的產(chǎn)品要進(jìn)行此步驟，并據(jù)此對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改和優(yōu)化。制造工藝性和經(jīng)濟(jì)性分析。詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。值得指出的是，由于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)及相應(yīng)設(shè)計(jì)工具的普及應(yīng)用，上述設(shè)計(jì)程序與內(nèi)容已呈一體化和交叉進(jìn)行的趨勢(shì)，即在造型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)，交叉進(jìn)行有關(guān)計(jì)算、校核、分析與優(yōu)化。3.1.4不同制造方法的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.鑄造殼體、箱體鑄造是將熔融金屬澆注、壓射或吸入鑄型型腔，冷卻凝固后獲得一定形狀和性能的零件或毛坯的金屬成型工藝。3.1 殼體、箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上一頁(yè)下一頁(yè)返回金屬鑄造成型的原理和方法

50、已被廣泛借鑒、應(yīng)用于高分子材料、陶瓷及復(fù)合材料的成型。鑄造外殼構(gòu)件常用于對(duì)剛度、強(qiáng)度有較高要求及造型內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的產(chǎn)品。鑄造殼體、箱體具有以下特點(diǎn)。(1) 有較高的剛度和強(qiáng)度鑄造構(gòu)件一般壁厚較大，適合于對(duì)剛度、強(qiáng)度要求較高的產(chǎn)品外殼，如機(jī)床、汽車(chē)的變速箱、齒輪減速器等；除作為外殼，可在鑄件上制作部分其他結(jié)構(gòu)部件，如汽車(chē)、摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)將活塞缸體直接制作在殼體上，液壓泵殼體也是泵的封閉構(gòu)件，可以作為整個(gè)產(chǎn)品的底座或支架。(2)造型適應(yīng)性強(qiáng)可制作比較復(fù)雜和變化不規(guī)則的外形，在生產(chǎn)難度和成本上增加不大，如帶有散熱片的鑄造暖氣片、帶有散熱結(jié)構(gòu)的摩托車(chē)缸體 (如圖3-6所示)；3.1 殼體、箱體結(jié)構(gòu)設(shè)

51、計(jì)上一頁(yè)下一頁(yè)返回適于內(nèi)腔形狀復(fù)雜或不規(guī)則、不便加工的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，如水龍頭、水暖件等。(3)表面粗糙、尺寸精度低一般在鑄件的一些關(guān)鍵部位、局部需采用機(jī)加工保證精度?，F(xiàn)代鑄造隨著技術(shù)的進(jìn)步，也已能夠達(dá)到較高的制造精度。(4)封閉性好廣泛用于氣體、液體傳輸和密閉構(gòu)件，如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、壓縮機(jī)殼體及自來(lái)水水表等，如圖3-7所示。(5)工藝靈活性大、成本低對(duì)于各種成分、尺寸、形狀和重量，鑄件幾乎都能適應(yīng)，特別是在機(jī)器制造業(yè)中應(yīng)用極其廣泛。(6)其他鑄鐵材料具有減振、抗振性能和耐磨、潤(rùn)滑性能。3.1 殼體、箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上一頁(yè)下一頁(yè)返回作為高速運(yùn)動(dòng)部件的殼體能起到一定的減振、降噪作用，如發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)；作為運(yùn)動(dòng)

52、部件的支撐，能起到減少摩擦、磨損作用，如機(jī)床的導(dǎo)軌。鑄造成型的主要缺點(diǎn)有：鑄造組織的晶粒比較粗大，且內(nèi)部常有縮孔、縮松、氣孔砂眼等缺陷，力學(xué)性能一般不如鍛件；鑄造生產(chǎn)工序繁多，工藝過(guò)程較難控制，廢品率較高；工作條件較差，勞動(dòng)強(qiáng)度比較大。2.焊接殼體、箱體焊接是制造產(chǎn)品外殼的一種主要方法。焊接殼體、箱體一般采用機(jī)加工或壓力加工預(yù)制好的備件經(jīng)焊接組裝成型，壁厚較大的產(chǎn)品殼體、箱體多采用機(jī)加工預(yù)制件，薄壁預(yù)制件常用壓力加工方法成型。焊接方法主要用于金屬鋼板外殼，也適于有色金屬及其合金外殼。焊接殼體、箱體有以下特點(diǎn)。3.1 殼體、箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上一頁(yè)下一頁(yè)返回(1) 適用范圍廣適用不同材料、尺寸、形狀、

53、厚度及生產(chǎn)批量的產(chǎn)品，如船體、汽車(chē)外殼、計(jì)算機(jī)主機(jī)箱及家用電器機(jī)殼等。(2)使用靈活焊接方法多樣，適于不同用途，可單獨(dú)使用，也可與其他成型方法結(jié)合或作為其他成型方法的補(bǔ)充及最終組合成型。如汽車(chē)外殼、車(chē)門(mén)主要是采用壓力加工方法成型的，通過(guò)焊接進(jìn)行組裝，而油箱等密閉容器利用焊接方法進(jìn)行密封。(3)生產(chǎn)周期短焊接需要的工裝比較簡(jiǎn)單，焊接組件也常采用現(xiàn)成的板材、型材等預(yù)制件。(4)強(qiáng)度高通常認(rèn)為，焊接組合的連接部位易出現(xiàn)開(kāi)焊、開(kāi)裂等現(xiàn)象，事實(shí)上，焊接部位的強(qiáng)度要比組件本體強(qiáng)度高。3.1 殼體、箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上一頁(yè)下一頁(yè)返回焊接的主要缺點(diǎn)是造型能力較差，需借助組件的造型；加工精度較低，需借助一定的工裝設(shè)備

54、保證或在焊接后進(jìn)行機(jī)加工；焊接部位表面質(zhì)量通常較差，需進(jìn)行后處理；焊接產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力，造成成品的變形。3.沖壓殼體沖壓是利用沖模在壓力機(jī)上對(duì)板料施加壓力使其變形分離，從而獲得一定形狀、尺寸的零件的加工萬(wàn)法。板料沖壓通常是在常溫下進(jìn)行，又稱(chēng)冷沖壓，當(dāng)板厚超過(guò)8一10 mm時(shí)，采用熱沖壓。沖壓是薄壁金屬外殼的一種主要制造方法。沖壓既可加工儀表上的小零件，也能加工汽車(chē)車(chē)身等大型制件。廣泛用于汽車(chē)、拖拉機(jī)、電器、航空、儀表及日常生活用品等制造行業(yè)。板料沖壓制造產(chǎn)品殼體具有下列特點(diǎn)。(1) 生產(chǎn)率高、操作簡(jiǎn)單生產(chǎn)過(guò)程只是簡(jiǎn)單的重復(fù)。3.1 殼體、箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上一頁(yè)下一頁(yè)返回(2)產(chǎn)品質(zhì)量好尺寸精度和表

55、面質(zhì)量較高，互換性好。(3)材料利用率高按殼體的設(shè)計(jì)壁厚選擇板材，有效利用材料；可采用組合沖壓等方法，合理利用板材，產(chǎn)生的廢料少。(4)造型能力強(qiáng)可制造復(fù)雜的曲面零件，復(fù)雜性?xún)H反映在模具的設(shè)計(jì)和制作上，與生產(chǎn)加工關(guān)系不大。 (5)適用廣泛制作殼體的材料可以是鋼板，也可以是有色金屬及其他合金板材，且適于較寬的尺寸范圍。使用沖壓方法生產(chǎn)制造產(chǎn)品殼體的主要缺點(diǎn)集中在模具方面。沖模設(shè)計(jì)、制造復(fù)雜，成本較高，且一件一模，局部更改也要更換模具。3.1 殼體、箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上一頁(yè)下一頁(yè)返回因此，只有在大批量生產(chǎn)的條件下，才能顯示出優(yōu)越性。當(dāng)然在特殊情況下，從產(chǎn)品的要求出發(fā)，小批量生產(chǎn)也可使用，但成本較高。4.

56、注塑殼體、箱體塑料殼體、箱體及塑料零件在現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品中已得到廣泛應(yīng)用，如各種儀器、儀表、家電產(chǎn)品、電器工具、玩具及生活用品等。塑料殼體、箱體一般多采用注塑成型工藝制造，可選擇的塑料材料種類(lèi)很多，可根據(jù)具體產(chǎn)品要求確定。注塑殼體、箱體具有以下特點(diǎn)。生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)大批量、自動(dòng)化生產(chǎn)?？墒褂貌牧县S富，適應(yīng)性強(qiáng)。產(chǎn)品質(zhì)量較高，一致性好、互換性強(qiáng)，成本低。幾何造型能力強(qiáng)，可產(chǎn)生形狀、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品。功能性與裝飾性結(jié)合好。3.1 殼體、箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上一頁(yè)下一頁(yè)返回塑料材料具有很多優(yōu)良的特性，相應(yīng)地也反映在注塑殼體、箱體上。例如，通常塑料具有良好的絕緣性，制作電器產(chǎn)品、工具的外殼非常合適；

57、很多塑料具有良好的透明性，透明產(chǎn)品外殼可觀察到產(chǎn)品內(nèi)部的狀況；在塑料殼體表面可以使用噴、涂、鍍等裝飾工藝，制成不同材質(zhì)、裝飾效果。注塑殼體、箱體也存在一些明顯的缺點(diǎn)。主要有：注塑模具成本較高，不適于單件、小批量生產(chǎn)；強(qiáng)度、表面硬度較低，抗沖擊、磨損性能差，局部細(xì)小結(jié)構(gòu)在維修過(guò)程中易損壞；材料存在老化問(wèn)題，耐久性差。3.1 殼體、箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上一頁(yè)返回3.2.1滑動(dòng)軸承支撐滑動(dòng)軸承是轉(zhuǎn)動(dòng)連接的重要和常用支承結(jié)構(gòu)形式，在具體產(chǎn)品中形式多樣，應(yīng)用靈活?；镜幕瑒?dòng)軸承結(jié)構(gòu)形式如圖3-8所示，軸承設(shè)計(jì)為套筒狀，并安裝、固定在軸承座或機(jī)架上，軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與軸承之間的滑動(dòng)摩擦產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)阻力大、滑動(dòng)零件易磨損、要

58、求加工和安裝精度較高。滑動(dòng)軸承連接結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上應(yīng)重點(diǎn)考慮軸承運(yùn)動(dòng)間隙、摩擦面的潤(rùn)滑、連接相關(guān)結(jié)構(gòu)的固定及裝拆等問(wèn)題。軸承的運(yùn)動(dòng)間隙取決于運(yùn)動(dòng)精度和運(yùn)動(dòng)狀況要求。間隙大，運(yùn)動(dòng)阻力小、摩擦磨損小、裝拆容易，但運(yùn)動(dòng)精度、剛度低；間隙小，可達(dá)到較高的運(yùn)動(dòng)精度、剛度，但代價(jià)是運(yùn)動(dòng)阻力大，對(duì)潤(rùn)滑條件要求高，運(yùn)動(dòng)摩擦大、易發(fā)熱。對(duì)于運(yùn)動(dòng)速度低、運(yùn)動(dòng)載荷小、運(yùn)動(dòng)阻力影響小或運(yùn)動(dòng)精度要求不高及不便采用滾動(dòng)軸承等場(chǎng)合，滑動(dòng)軸承連接結(jié)構(gòu)可采用更簡(jiǎn)單的形式，3.2 支撐件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下一頁(yè)返回直接在機(jī)殼或零件體上制孔作為軸承。例如，鉗子、剪刀等常用的工具，門(mén)窗合葉、鎖具等小五金，由于結(jié)構(gòu)摩擦小、轉(zhuǎn)動(dòng)要求低，可采用簡(jiǎn)單的

59、定期潤(rùn)滑等措施保證運(yùn)轉(zhuǎn)靈活性，有的甚至不考慮潤(rùn)滑。圖3-9為機(jī)械照相機(jī)的自拍機(jī)構(gòu)，也是將部件機(jī)架上的孔直接作為軸承使用。與之類(lèi)似的鐘表結(jié)構(gòu)，由于零部件轉(zhuǎn)動(dòng)要求高，考慮零件磨損等因素，常在孔上鑲嵌紅寶石等特殊材料的套筒作為軸承。作為滑動(dòng)軸承的材料，潤(rùn)滑和耐磨性是設(shè)計(jì)上主要考慮的兩個(gè)因素，而這兩個(gè)因素不是彼此孤立的，潤(rùn)滑狀況好，則摩擦、磨損小。通常，在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，軸的表面硬度較高，耐磨。同種類(lèi)材料接觸摩擦，發(fā)熱后易產(chǎn)生粘連，特別是高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)更突出。因此，軸承盡可能選擇與軸不同的材料。常用滑動(dòng)軸承材料包括各種鑄鐵、青銅、含油粉末冶金、尼龍、塑料及橡膠等。鑄鐵材料內(nèi)的石墨有輔助潤(rùn)滑作用，屬于自潤(rùn)滑

60、材料；粉末冶金材料內(nèi)的空隙能保存油脂，作為軸承，潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且有很好的效果；3.2 支撐件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上一頁(yè)下一頁(yè)返回尼龍、塑料材料質(zhì)輕、摩擦系數(shù)小、疲勞強(qiáng)度高，但加工、安裝容易，在機(jī)械設(shè)備上經(jīng)常采用。特別是采用各種塑料材質(zhì)外殼的一些小電器產(chǎn)品，如圖3-10所示的電子詞典和手機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)(軸承)直接設(shè)計(jì)在殼體上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且工作可靠。 滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑主要取決于運(yùn)動(dòng)狀況，對(duì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)和重要的結(jié)構(gòu)，需在軸承上設(shè)計(jì)潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)(潤(rùn)滑溝槽、潤(rùn)滑孔等)及相應(yīng)的潤(rùn)滑裝置。軸在旋轉(zhuǎn)時(shí)，由軸承內(nèi)壁油膜支承轉(zhuǎn)軸，使之不與軸承內(nèi)壁接觸，以減小摩擦阻力及磨損。通過(guò)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)在軸承內(nèi)壁形成楔狀間隙，間隙中的油膜產(chǎn)生動(dòng)壓力支承轉(zhuǎn)軸