【正文】 《 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 》課題設(shè)計(jì) 題目： 1）提高強(qiáng)度和剛度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2）提高耐磨性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 組員： 李秀彥 1004040136 張策升 1004040122 王宇 1004040143 目錄 一、 提高強(qiáng)度和剛度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 載荷分擔(dān) 載荷均布 減少及其零件的應(yīng)力集中 利用設(shè)置肋板的設(shè)施提高剛度 二、 提高耐磨性 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 改善潤(rùn)滑條件 合理選擇摩擦副的材料和處理 使磨損均勻，避免局部磨損 調(diào)節(jié)和補(bǔ)償 一、 提高強(qiáng)度和剛度的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)包括兩種 : 一是應(yīng)用新技術(shù) 、 新方法開(kāi)發(fā)創(chuàng)造新機(jī)械 。 二是在原有機(jī)械的基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)或進(jìn)行局部改進(jìn) , 從而改變或提高原有機(jī)械的性能 。 因此掌握豐富的工程知識(shí)是機(jī)械專業(yè)的教師應(yīng)具備的素質(zhì)之一 。 是連接基礎(chǔ)理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的橋梁 。 是正確進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提 。 同時(shí)也是從事科研活動(dòng) 、 將力學(xué) 、 材料 、 工藝 、 制圖等多學(xué)科知識(shí)綜合運(yùn)用的過(guò)程 。機(jī)械結(jié)構(gòu)形式雖然千差萬(wàn)別 , 但其功能的實(shí)現(xiàn)幾乎都與力 ( 力矩 ) 的產(chǎn)生 、 轉(zhuǎn)換 、 傳遞有關(guān) 。機(jī)械零件具有足夠的承載能力是保障機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能的先決條件 。所以在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中 , 根據(jù)力學(xué)理論對(duì)零件的強(qiáng)度 、 剛度和 穩(wěn)定性進(jìn)行分析是必不可少的 , 并在此基礎(chǔ)上 , 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 。改善力學(xué)性能在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中合理地運(yùn)用力學(xué)知識(shí) , 遵循以下幾個(gè)原則 : 一 、 載荷分擔(dān)原則 作用在零件上的外力 、 彎矩 、 扭矩等統(tǒng)稱為載荷 。 這些載荷中 不隨時(shí)間變化或隨時(shí)間變化緩慢的稱為靜載荷 。 隨時(shí)間作周期性變化或非周期性變化的稱為變載荷 。 它們?cè)诹慵幸鹄? 、 壓 、 彎 、 剪 、 扭等各種應(yīng)力 , 并產(chǎn)生相應(yīng)的變形 。 如果同一零件上同時(shí)承擔(dān)了多種載荷的作用 , 則可考慮將這些載荷分別由不同的零件來(lái)承擔(dān) 。設(shè)計(jì)時(shí)采取一定的結(jié)構(gòu)形式 , 將載荷分給兩個(gè)或多個(gè)零件來(lái)承擔(dān) , 從而減輕單個(gè)零件的載荷 , 稱為載荷分擔(dān)原則 。這樣有利于提高機(jī)械結(jié)構(gòu)的承載能力 。 1 . 改變結(jié)構(gòu) , 減小軸的受力 如圖 1 a 所示 , 軸已經(jīng)承受了彎矩的作用 , 如果齒輪再經(jīng)過(guò)軸將轉(zhuǎn)矩傳遞給卷筒 , 則軸為轉(zhuǎn)軸 ( 工作時(shí)既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩 ) , 受力較大 。 如果將齒輪和卷筒改用螺栓直接聯(lián)接 , 則軸不受轉(zhuǎn)矩作用 , 軸為轉(zhuǎn)動(dòng)心軸 ( 用來(lái)支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件 , 只承受彎矩而不傳遞轉(zhuǎn)矩 ) , 軸的受力情況得到改善 , 結(jié)構(gòu)較合理 。 如圖 1 b 所示 。 2 . 采用減載裝置 , 提高螺紋聯(lián)接的可靠性 如圖 2 所示 , 靠摩擦力傳遞橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接 , 要求保持較大的預(yù)緊力 , 結(jié)果會(huì)使螺栓的結(jié)構(gòu)尺寸增大 。 此外 , 在振動(dòng) 、 沖擊或變載荷 下 , 摩擦系數(shù)的變動(dòng) , 將使聯(lián)接的可靠性降低 , 有可能出現(xiàn)松脫 。為了避免上述缺點(diǎn) , 常用銷 、 套筒 、 鍵等減載元件來(lái)承擔(dān)部分橫向載荷 , 提高螺紋聯(lián)接的可靠性 。 二 、 載荷均布原則 在工作載荷大小確定的情況下 , 可以通過(guò)在結(jié)構(gòu)上均勻分布載荷的方法 , 來(lái)提高結(jié)構(gòu)承載能力 。 設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免集中載荷 , 盡可能地將載荷分散在結(jié)構(gòu)上 , 即為載荷均布原則 。 1 . 將集中力改為均布力 如圖 3 所示 , 經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的受力分析可知 , 受集中力的簡(jiǎn)支梁在 C 點(diǎn)所受彎矩如圖 a) 比受均布力 的簡(jiǎn)支梁在 C 點(diǎn)所受彎矩如圖 b) 大了一倍 , 所以圖 3 b 簡(jiǎn)支梁的強(qiáng)度要好于圖 3 a 。 2 . 改善螺紋牙間的載荷分布 普通螺栓和螺母的剛度不同 、 變形不一樣 。 一般螺栓聯(lián)接受載后 , 各圈螺紋牙間的載荷分布是不均勻的 ( 見(jiàn)圖 4 a) , 螺母支承面上第一圈所受的力為總載荷的 1/ 3 以上 。 為改善螺紋牙間載荷分配不均勻的現(xiàn)象 , 可采用 :懸置螺母圖 4 b) : 使螺母與螺栓均受拉 , 減小兩者的剛度差 , 使其變形趨于協(xié)調(diào) 。內(nèi)斜螺母圖 4 c) : 螺 母內(nèi)斜 10176。 15176。 可減小原受力大的螺紋牙的剛度 , 從而把力分流到原受力小的螺紋牙上 , 使其螺紋牙間的載荷分配趨于合理 。環(huán)槽螺母圖 4 d) : 與懸置螺母類似 。 三 、 載荷平衡原則 在力的傳遞過(guò)程中 , 一些機(jī)械結(jié)構(gòu)常常不可避免地出現(xiàn)不做功的附加力 , 例如 , 斜齒輪嚙合的軸向力 , 產(chǎn)生摩擦力的正壓力 , 往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性力等 , 這些對(duì)結(jié)構(gòu)功能毫無(wú)作用的附加力 , 加大了結(jié)構(gòu)的負(fù)載 , 降低了機(jī)械結(jié) 構(gòu)的承載能力 。 如果在設(shè)計(jì)時(shí)使其在同一零件內(nèi)與其它同類載荷構(gòu)成平衡力系 , 則其它零件不受這些載荷的影響 , 有利于提高結(jié)構(gòu)的承載能力 , 這就是載荷平衡原則 。 主要措施為 : 引入平衡件和對(duì)稱安裝 。在高速回轉(zhuǎn)機(jī)械中 , 必須靠結(jié)構(gòu)的措施及動(dòng)平衡的方法使旋轉(zhuǎn)慣性力降低到允許的大小 , 這就要求回轉(zhuǎn)件的質(zhì)量相對(duì)于回轉(zhuǎn)中心盡量對(duì)稱分布 。 通過(guò)對(duì)回轉(zhuǎn)件在動(dòng)平衡機(jī)做動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn) , 測(cè)出并消除超出允許值的不平衡質(zhì)量 。做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械 , 如連桿機(jī)構(gòu) , 可在設(shè)計(jì)中采取結(jié)構(gòu)措施和動(dòng)平衡的方法 , 使其在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生盡可能小的慣性力 。 四 、 減小應(yīng)力集中原則 對(duì)承受交變應(yīng)力的結(jié)構(gòu) , 應(yīng)力集中是影響承載能力的重要因素 , 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)設(shè)法緩解應(yīng)力集中程度 。在應(yīng)力集中的部位 , 零件的疲勞強(qiáng)度將顯著降低 。 最大應(yīng)力比該截面上的平均應(yīng)力可以大 2～ 5 倍以上 。 應(yīng)力集中程度與零件的局部變化形式 ( 見(jiàn)圖 5) 有關(guān) , 零件截面突變的地方 ( 尖角處 ) 應(yīng)力集中較嚴(yán)重 , 因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)將突變的截面改為平緩過(guò)渡形式 ( 采用過(guò)渡圓角結(jié)構(gòu) ) , 可減緩應(yīng)力集中的程度 , 從而提高零件的疲勞強(qiáng)度 。 另外 , 降低截面尺寸變化處附近的剛度 , 可以降低應(yīng)力集中的影響程度 。 如圖 6 所示 。 設(shè)計(jì)時(shí)還要注意避免多個(gè)應(yīng)力集中源疊加 。 如圖 7 所示的軸結(jié)構(gòu)中臺(tái)階和鍵槽端部都會(huì)引起軸在彎矩作用下的應(yīng)力集中 , a 圖結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中狀況比 b 圖結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中狀況要嚴(yán)重得多 。 五 、 提高剛度原則 在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí) , 在不增加零件質(zhì)量的前提下 , 要盡量提高零件結(jié)構(gòu)的剛度 。 對(duì)于不同類型的零件 , 應(yīng)根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用相應(yīng)的措施 。 但總的來(lái)說(shuō)要注意以下幾點(diǎn) : ( 1) 用受壓 、 拉零件替代受彎曲零件 。 ( 2) 合理布置受彎曲零件支承 。 ( 3) 合理設(shè)計(jì)受彎曲 零件的截面形狀 。 ( 4) 合理采用筋板 , 盡可能使筋板受壓 。 ( 5) 采用預(yù)變形方法 。 六 、 變形協(xié)調(diào)原則 一個(gè)零件和另一個(gè)零件相接觸 , 當(dāng)在接觸處難以同步變形時(shí) , 零件間在接觸區(qū)域里應(yīng)力會(huì)急劇上升 , 這是應(yīng)力集中的另一種情況 。 在接觸處降低零件在力流方向上的剛度 , 盡量使兩零件在接觸區(qū)域里同步變形 , 降低應(yīng)力集中的影響 , 這就是變形協(xié)調(diào)原則 。變形不協(xié)調(diào)不僅會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中 , 降低機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度 , 而且還可能損害機(jī)械的功能 。如圖 8 所示 , 過(guò)盈配合聯(lián)接結(jié)構(gòu)在輪轂端部應(yīng)力 集中嚴(yán)重 , 可通過(guò)降低軸或輪轂相應(yīng)部位的局部剛度使應(yīng)力集中得到有效緩解 。 七 、 等強(qiáng)度原則 一般機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度要求是通過(guò)零件中最大工作應(yīng)力等于或小于材料許用應(yīng)力來(lái)滿足 , 為了充分利用材料 ,最理想的設(shè)計(jì)是應(yīng)力處處相等 , 同時(shí)達(dá)到材料的許用應(yīng)力值 , 即為等強(qiáng)度原則 。工程中大量出現(xiàn)的變截面梁就是按照等強(qiáng)度原則來(lái)設(shè)計(jì)的 。 比如 , 搖臂鉆的橫臂 AB , 汽車用的板簧和階梯軸等 ( 見(jiàn)圖 9) 。 八 、 其他設(shè)計(jì)原則 1 . 空心截面原則 彎曲應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力在橫截面上都是越遠(yuǎn)離中心 越大 , 而在中心處卻很小 , 為 了充分利用材料 , 應(yīng)盡量將材料放在遠(yuǎn)離截面中心處 , 使其成為空心結(jié)構(gòu) , 從而提高零件的強(qiáng)度和剛度 , 此