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(jì)-wenkub
2023-01-27 05:23:11 本頁面
【正文】 結(jié)構(gòu)的功能主要是靠機(jī)械零部件的幾何形狀及各個(gè)零部件之間的相對位臵關(guān)系實(shí)現(xiàn)的。 變異設(shè)計(jì)的目的是尋求滿足設(shè)計(jì)要求的獨(dú)立的設(shè)計(jì)方案，以便對其進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 變異設(shè)計(jì)的基本方法是首先通過對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的分析，得出一般結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)方案。 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)系 第七章 結(jié)構(gòu)方案的創(chuàng)新設(shè)計(jì) 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是在總體設(shè)計(jì)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(jī)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(dòng)作要求外，還應(yīng)能滿足設(shè)計(jì)對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)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(jì) 然后再分析每一個(gè)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(dú)立的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(gè)零件通常有多個(gè)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(gè)方面的變異，可以得到多組構(gòu)型方案。 功能面的變異 機(jī)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(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，限制 5個(gè)相對運(yùn)動(dòng)自由度。 2．滑動(dòng)聯(lián)接，限制 5個(gè)相對運(yùn)動(dòng)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(jì)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(hào)的雙列向心推力軸承 支承的變異 將軸系中兩個(gè)支點(diǎn)的這 4種情況進(jìn)行組合，得到兩支點(diǎn)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(gè)方向上實(shí)現(xiàn)完全定位，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用最普遍 使軸系在兩個(gè)方向上都不定位，稱為兩端游動(dòng)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(dòng)件實(shí)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(jī)械設(shè)計(jì)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(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)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(shí)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(qiáng)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(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度。 材料的變異 例 71 棘輪機(jī)構(gòu)的變異設(shè)計(jì)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(dòng) 方案 b可用于雙向傳動(dòng) 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(qiáng)度和剛度的設(shè)計(jì) 強(qiáng)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(qiáng)度和剛度的有效措施。 結(jié)構(gòu)中增加了一個(gè)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(qiáng)度和剛度的設(shè)計(jì) 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(qiáng)度和剛度的設(shè)計(jì) 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(jì)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(qiáng)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(gè)應(yīng)力集中源設(shè)計(jì)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(qiáng)度和剛度的設(shè)計(jì) 高副接觸零件的接觸強(qiáng)度和接觸剛度都與接觸點(diǎn)的綜合曲率半徑有關(guān)，設(shè)法增大接觸點(diǎn)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(jì) 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(jì)可以在原始誤差不變的情況下使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的誤差較小。 2．誤差合理配臵 提高精度的設(shè)計(jì) 在機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，提高主軸前端 (工作端 )的旋轉(zhuǎn)精度是很重要的設(shè)計(jì)目標(biāo)，主軸前支點(diǎn)軸承和主軸后支點(diǎn)軸承的精度都會(huì)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(jì)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(gè)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(jì) 箱形結(jié)構(gòu)頂面加工 2．方便加工 提高工藝性的設(shè)計(jì) 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(jì) 加工好的零部件要經(jīng)過裝配才能成為完整的機(jī)器，裝配的質(zhì)量直接影響機(jī)器設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量，設(shè)計(jì)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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