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-全文預(yù)覽
【正文】 運(yùn)動為主要目的的減速傳動系統(tǒng)設(shè)計中通常將最后一級傳動件的精度設(shè)計得較高； 33232132114 ??? ????iiiiiinn 在加速傳動系統(tǒng) (i1)中第一級傳動所產(chǎn)生的傳動誤差對總誤差影響最大，這樣的傳動系統(tǒng)中通常將第一級傳動件的精度設(shè)計得較高。 千分尺的累積測量誤差 千分尺 螺桿的螺距累積誤差 1．誤差均化 提高精度的設(shè)計 機(jī)械精度的均化原理：在機(jī)構(gòu)中如果有多個聯(lián)接點(diǎn)同時對一種運(yùn)動起限制作用，則運(yùn)動件的運(yùn)動誤差決定于各聯(lián)接點(diǎn)的綜合影響，其運(yùn)動精度高于一個聯(lián)接點(diǎn)的限制作用。 4．減小接觸應(yīng)力 提高強(qiáng)度和剛度的設(shè)計 凸球面接觸傳力，綜合曲率半徑較小，接觸應(yīng)力大； 綜合曲率半徑依次增大，有利于改善球面支承的強(qiáng)度和剛度。 3．減小應(yīng)力集中 提高強(qiáng)度和剛度的設(shè)計 過盈配合聯(lián)接結(jié)構(gòu)在輪毅端部應(yīng)力集中嚴(yán)重 通過降低軸或輪毅相應(yīng)部位的局部剛度使應(yīng)力集中得到有效緩解 3．減小應(yīng)力集中 提高強(qiáng)度和剛度的設(shè)計 由于結(jié)構(gòu)定位等功能的需要在絕大部分結(jié)構(gòu)中不可避免地會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)尺寸及形狀的變化，這些變化都會引起應(yīng)力集中，如果多種變化出現(xiàn)在同一結(jié)構(gòu)截面處將引起嚴(yán)重的應(yīng)力集中，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)盡力避免這種情況。 3．減小應(yīng)力集中 提高強(qiáng)度和剛度的設(shè)計 應(yīng)力集中是影響承受交變應(yīng)力的結(jié)構(gòu)承載能力的重要因素，結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)設(shè)法緩解應(yīng)力集中。 1．載荷分擔(dān) 提高強(qiáng)度和剛度的設(shè)計 增加了專門承受雙向軸向載荷的雙向推力球軸承，使得各軸承分別發(fā)揮各自承載能力的優(yōu)勢。結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)將載荷由多個結(jié)構(gòu)分別承擔(dān)，這樣有利于降低危險結(jié)構(gòu)處的應(yīng)力，從而提高結(jié)構(gòu)的承載能力，這種方法稱為載荷分擔(dān)。 提高性能的設(shè)計 下面分別分析為提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、精度、工藝性等方面性能常采用的設(shè)計方法和設(shè)計原則。 包含較小的彎曲半徑，容易引起裂紋和榴皺 在條件允許時應(yīng)盡量采用較大的彎曲半徑 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) 使用板材經(jīng)焊接成形的結(jié)構(gòu) 適用于結(jié)構(gòu)尺寸較大，而且批量較小的情況。 方案 b不改變棘輪的形狀，而通過增加棘爪數(shù)量的方法起到在不降低承載能力的前提下提高傳動精度的作用； 材料的變異 例 71 棘輪機(jī)構(gòu)的變異設(shè)計分析 通過變換功能面的位臵 內(nèi)棘輪結(jié)構(gòu)，通過將棘爪設(shè)臵在棘輪內(nèi)的方法減小了結(jié)構(gòu)尺寸 軸向棘輪結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)只有在空間條件允許的條件下才能應(yīng)用 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) 鉸鏈的一種裝配結(jié)構(gòu) 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) 采用鑄造毛坯時的不同結(jié)構(gòu)方案 a和 b的外形簡單容易造型， c和 d的外形結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但較省材料，而且各部分壁厚較均勻，容易保證鑄造質(zhì)量。 陶瓷結(jié)構(gòu)的模具成本和燒結(jié)工藝成本遠(yuǎn)大于材料成本，所以陶瓷結(jié)構(gòu)設(shè)計中為使結(jié)構(gòu)簡單，通常不考慮節(jié)省材料的原則。 材料的變異 設(shè)計的結(jié)果要通過制造和裝配實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計中如果能根據(jù)所選材料的工藝特點(diǎn)合理地確定結(jié)構(gòu)形式則會為制造過程帶來方便。 材料的變異 使用不同彈性元件材料的常用彈性聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu) 材料的變異 結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)根據(jù)所選材料的特性及其所對應(yīng)的加工工藝而遵循不同的設(shè)計原則。 材料的變異 設(shè)計者要做到正確地選擇結(jié)構(gòu)材料就必須充分地了解所選材料的力學(xué)性能、加工性能、使用成本等信息。 支承的變異 以錐齒輪傳動為例分析支點(diǎn)位臵變異問題，錐齒輪傳動的兩軸各有兩個支點(diǎn)，每個支點(diǎn)相對于傳動零件的位臵可以在左側(cè)，也可以在右側(cè)，兩個支點(diǎn)的位臵可能有 3種組合方式 : 支承的變異 將兩軸的支點(diǎn)位臵進(jìn)行組合得到 9種結(jié)構(gòu)方案 : 支承的變異 軸上的每個支點(diǎn)除承受徑向載荷以外還可能同時承受單向或雙向軸向載荷，每個支點(diǎn)承受軸向載荷的方式有 4種可能 : 承受純徑向載荷的支點(diǎn)，可以選用圓柱滾子軸承、滾針軸承、深溝球軸承、調(diào)心球軸承或調(diào)心滾子軸承。 聯(lián)接的變異 常用的形鎖合聯(lián)接有銷聯(lián)接、平鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、成形聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接。 非圓截面通常通過在圓形截面上銑平面、銑槽或鉆孔等方法產(chǎn)生，通過變換這些平面、槽或孔的尺寸、數(shù)量、在軸段的位臵和方向就形成不同形式的軸毅聯(lián)接。 固定式聯(lián)接，限制條件少，所有滿足可加工性和可裝配性條件的表面形狀都可以作為這種軸毅聯(lián)接的表面形狀。 4．移動、轉(zhuǎn)動聯(lián)接，限制 5個相對運(yùn)動自由度。 2．滑動聯(lián)接，限制 5個相對運(yùn)動自由度。 功能面的變異 功能面的變異 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 偏心輪機(jī)構(gòu) 機(jī)構(gòu)中銷孔尺寸變化 功能面的變異 普通電動機(jī)中轉(zhuǎn)子和定子的布置 直線方向布置 直線方向布置的轉(zhuǎn)子和定子再沿另一軸線旋轉(zhuǎn) 一個不與其他零部件相接觸的零件具有 6個自由度，機(jī)械設(shè)計中通過規(guī)定零件之間適當(dāng)?shù)穆?lián)接方式限制零件的某些自由度，保留機(jī)器的功能所必需的自由度，使機(jī)器在工作中能夠?qū)崿F(xiàn)確定形式的運(yùn)動關(guān)系。 在包含中間齒輪的直齒圓柱齒輪傳動中，中間軸所受合力的大小與三個軸的相對位臵有關(guān)。 拉簧無失穩(wěn)問題，設(shè)計中受空間約束較少，既可單獨(dú)使用，也可與搖桿及繩索等配合使用。通過對功能表面的變異設(shè)計，可以得到為實(shí)現(xiàn)同一技術(shù)功能的多種結(jié)構(gòu)方案。以下分別分析這幾個技術(shù)要素的變異設(shè)計方法。 結(jié)構(gòu)方案的變異設(shè)計 通過對這些方案中參數(shù)的優(yōu)化，可以使設(shè)計者得到多個局部最優(yōu)解，再通過對這些局部最優(yōu)解的分析和比較，就可以得到較優(yōu)解或全局最優(yōu)解。 引言 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是在眾多的可行結(jié)構(gòu)方案中尋求較好的或最好的方案。 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要特征之一是設(shè)計問題的多解性，即滿足同一設(shè)計要求的機(jī)械結(jié)構(gòu)并不是唯一的。 結(jié)構(gòu)方案的變異設(shè)計方法使設(shè)計者從一個已知的可行結(jié)構(gòu)方案出發(fā)，通過變換得到大量的可行方案。 一般機(jī)械結(jié)構(gòu)的技術(shù)要素包括零件的幾何形狀，零件之間的聯(lián)接和零件的材料及熱處理方式。 零件的功能表面是決定機(jī)械功能的重要因素，功能表面的設(shè)計是零部件設(shè)計的核心問題。
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