材料加工新技術(shù)與新工藝結(jié)構(gòu)方案的創(chuàng)新設(shè)計-wenkub
2023-01-27 05:23:11 本頁面
【正文】 結(jié)構(gòu)的功能主要是靠機械零部件的幾何形狀及各個零部件之間的相對位臵關(guān)系實現(xiàn)的。 變異設(shè)計的目的是尋求滿足設(shè)計要求的獨立的設(shè)計方案，以便對其進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計 變異設(shè)計的基本方法是首先通過對結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的分析，得出一般結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中所包含的技術(shù)要素的構(gòu)成。 找出所有的局部最優(yōu)解，并從中找出全局最優(yōu)解，得到最好的設(shè)計方案。 機械創(chuàng)新設(shè)計 機械工程與自動化學(xué)院機械設(shè)計系 第七章 結(jié)構(gòu)方案的創(chuàng)新設(shè)計 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是在總體設(shè)計的基礎(chǔ)上，根據(jù)所確定的原理方案，決定滿足功能要求的機械結(jié)構(gòu)，需要決定的內(nèi)容包括： 引言 結(jié)構(gòu)的類型和組成， 結(jié)構(gòu)中所有零部件的形狀、尺寸、位臵、數(shù)量、材料、熱處理方式和表面狀況， 所確定的結(jié)構(gòu)除應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)原理方案所規(guī)定的動作要求外，還應(yīng)能滿足設(shè)計對結(jié)構(gòu)的強度、剛度、精度、穩(wěn)定性、工藝性、壽命、可靠性等方面的要求。這就需要發(fā)揮創(chuàng)造性思維方法的作用。 結(jié)構(gòu)方案的變異設(shè)計 然后再分析每一個技術(shù)要素的取值范圍，通過對這些技術(shù)要素在各自的取值范圍內(nèi)的充分組合，就可以得到足夠多的獨立的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。 功能面的變異 零件的幾何形狀由它的表面所構(gòu)成，一個零件通常有多個表面，在這些表面中與其他零部件相接觸的表面，與工作介質(zhì)或被加工物體相接觸的表面稱為 功能表面 。通過對這幾個方面的變異，可以得到多組構(gòu)型方案。 功能面的變異 機器上的按鍵外形通常為方形或圓形，這種形狀的按鍵在控制面板上占用較大的面積。 功能面的變異 將球面改在搖桿上，則接觸面上的法線方向始終平行于挺桿軸線方向，不產(chǎn)生橫向推力。 以軸轂聯(lián)接為例。 4．移動、轉(zhuǎn)動聯(lián)接，限制 5個相對運動自由度。 2．滑動聯(lián)接，限制 5個相對運動自由度。 形鎖合聯(lián)接要求被聯(lián)接表面為非圓形，可以是三角形、正方形、六邊形或其他特殊形狀表面。 力鎖合聯(lián)接依靠被聯(lián)接件表面間的壓力所派生的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩和軸向力，表面間壓力的產(chǎn)生可以依靠多種不同的結(jié)構(gòu)措施。 常用的力鎖合聯(lián)接有楔鍵聯(lián)接、彈性環(huán)聯(lián)接、圓柱面過盈聯(lián)接、圓錐面過盈聯(lián)接、頂絲聯(lián)接、容差環(huán)聯(lián)接、星盤聯(lián)接、壓套聯(lián)接和液壓漲套聯(lián)接等 聯(lián)接的變異 常用的力鎖合聯(lián)接 支承的變異 軸系的工作性能與它的支承設(shè)計的狀況和質(zhì)量密切相關(guān)。 用一對向心推力軸承面對面或背對背組合使用，可以使用專門型號的雙列向心推力軸承 支承的變異 將軸系中兩個支點的這 4種情況進(jìn)行組合，得到兩支點軸系承受軸向載荷情況的 16種方案 d m b e b e i c i c d m 軸系在兩個方向上實現(xiàn)完全定位，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用最普遍 使軸系在兩個方向上都不定位，稱為兩端游動軸系結(jié)構(gòu)，這種軸系結(jié)構(gòu)適用于軸系可以通過傳動件實現(xiàn)雙向軸向定位的場合 只用在軸系只可能產(chǎn)生單方向軸向載荷的場合 材料的變異 機械設(shè)計中可以選擇的材料種類眾多，不同的材料具有不同的性能，不同的材料對應(yīng)不同的加工工藝。 可選作彈性元件的材料有金屬、橡膠、尼龍、膠木等。 鑄鐵材料的抗壓強度遠(yuǎn)大于抗拉強度，因此承受彎矩的鑄鐵結(jié)構(gòu)截面多為非對稱形狀，以使承載時最大壓應(yīng)力大于最大拉應(yīng)力 壓應(yīng)力拉應(yīng)力壓應(yīng)力拉應(yīng)力 材料的變異 塑料結(jié)構(gòu)的強度較差，螺紋聯(lián)接件產(chǎn)生的裝配力很容易使塑料零件損壞。 鑄造結(jié)構(gòu)中如果壁厚過大則很難保證鑄造質(zhì)量，所以鑄造結(jié)構(gòu)通常通過加肋板和隔板的方法加強結(jié)構(gòu)的剛度和強度。 材料的變異 例 71 棘輪機構(gòu)的變異設(shè)計分析 通過變換功能面的形狀 方案 a和方案 c用于單向傳動 方案 b可用于雙向傳動 功能面能承擔(dān)較大的載荷，應(yīng)用較普遍，但承載能力對制造誤差較敏感。 下排的幾種結(jié)構(gòu)雖然具有較輕的重量，但并不節(jié)省材料，而且增大切削加工的工作量。 材料的變異 例 72 鉸鏈節(jié)叉的變異鉸鏈的一種裝配結(jié)構(gòu) 使用成型材料并經(jīng)焊接成形的結(jié)構(gòu) 由于使用了槽鋼、角鋼、帶鋼等型材，使焊接工作量更小 C 的焊口承受較大的彎矩，影響其承載能力。 提高強度和剛度的設(shè)計 強度和剛度都與結(jié)構(gòu)受力有關(guān)，在外載荷不變的情況下 降低結(jié)構(gòu)受力 是提高強度和剛度的有效措施。 結(jié)構(gòu)中增加了一個支承套，帶輪通過端蓋將扭矩傳給軸，通過軸承將壓軸力傳給支承套。 2．載荷平衡 提高強度和剛度的設(shè)計 行星齒輪結(jié)構(gòu)中齒輪嚙合使中心輪和系桿受力。 3．減小應(yīng)力集中 提高強度和剛度的設(shè)計 零件截面形狀的變化越突然，應(yīng)力集中就越嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)盡力避免使結(jié)構(gòu)受力較大處的零件形狀突然變化，以減小應(yīng)力集中對強度的影響。 鍵槽不加工到軸段根部，避免了應(yīng)力集中源的集中 兩個應(yīng)力集中源設(shè)計到同一截面處，加劇了局部的應(yīng)力集中 4．減小接觸應(yīng)力 提高強度和剛度的設(shè)計 高副接觸零件的接觸強度和接觸剛度都與接觸點的綜合曲率半徑有關(guān)，設(shè)法增大接觸點的綜合曲率半徑是提高這類零件工作能力的重要措施。 1．誤差均化 提高精度的設(shè)計 制造和安裝過程中產(chǎn)生的誤差是不可避免的，通過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計可以在原始誤差不變的情況下使執(zhí)行機構(gòu)的誤差較小。 2．誤差合理配臵 提高精度的設(shè)計 在機床主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計中，提高主軸前端 (工作端 )的旋轉(zhuǎn)精度是很重要的設(shè)計目標(biāo)，主軸前支點軸承和主軸后支點軸承的精度都會影響主軸前端的旋轉(zhuǎn)精度，但是影響的程度不相同。好的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以減少由于這些因素對工作精度造成的影響。如果能夠通過一次裝卡對零件上的多個相關(guān)表面進(jìn)行加工，這將有效地提高加工效率。 2．方便加工 提高工藝性的設(shè)計 箱形結(jié)構(gòu)頂面加工 2．方便加工 提高工藝性的設(shè)計 輪毅與輪緣不等寬 3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸 提高工藝性的設(shè)計 加工好的零部件要經(jīng)過裝配才能成為完整的機器，裝配的質(zhì)量直接影響機器設(shè)備的運行質(zhì)量，設(shè)計中是否考慮裝配過程的需要也直接影響裝配工作的難度。 a ) b ) 相似
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