材料加工新技術(shù)與新工藝第7章結(jié)構(gòu)方案的創(chuàng)新設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-01-26 03:23 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 裂紋和榴皺 在條件允許時(shí)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。 a的焊口只起聯(lián)接作用，基本不承擔(dān)載荷；其余幾種結(jié)構(gòu)的焊口都要承擔(dān)工作載荷，因此對焊接質(zhì)量要求較高； 方案 c的焊口較長，焊接成本高；方案 d中的底板在焊接中容易翹曲，影響焊接質(zhì)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。 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) 使用整體材料與板材經(jīng)焊接成形的結(jié)構(gòu) 機(jī)械產(chǎn)品的性能不但與原理設(shè)計(jì)有關(guān)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量也直接影響產(chǎn)品的性能，甚至影響產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)。 提高性能的設(shè)計(jì) 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(jì)方法和設(shè)計(jì)原則。 強(qiáng)度和剛度是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題，通過正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以 減小單位載荷所引起的材料應(yīng)力和變形量 ，提高結(jié)構(gòu)的承載能力。 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。 1．載荷分擔(dān) 提高強(qiáng)度和剛度的設(shè)計(jì) 載荷引起結(jié)構(gòu)受力，如果多種載荷作用在同一結(jié)構(gòu)上就可能引起局部應(yīng)力過大。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(xiǎn)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)。 1．載荷分擔(dān) 提高強(qiáng)度和剛度的設(shè)計(jì) 彎矩和扭矩同時(shí)作用會在軸上引起較大應(yīng)力。 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。 1．載荷分擔(dān) 提高強(qiáng)度和剛度的設(shè)計(jì) 蝸桿軸系結(jié)構(gòu) 蝸桿傳動產(chǎn)生的軸向力較大，使得軸承在承受徑向載荷同時(shí)承受較大的軸向載荷。 1．載荷分擔(dān) 提高強(qiáng)度和剛度的設(shè)計(jì) 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。 2．載荷平衡 提高強(qiáng)度和剛度的設(shè)計(jì) 在機(jī)械傳動中有些做功的力必須使其沿傳動鏈傳遞，有些不做功的力應(yīng)盡可能使其傳遞路線變短，如果使其在同一零件內(nèi)與其他同類載荷構(gòu)成平衡力系則其他零件不受這些載荷的影響，利于提高結(jié)構(gòu)的承載能力。 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。 在對稱位臵布臵三個行星輪，使行星輪產(chǎn)生的力在中心輪和系桿上合成為力偶，減小了有害力的傳播范圍。 3．減小應(yīng)力集中 提高強(qiáng)度和剛度的設(shè)計(jì) 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(jì)應(yīng)設(shè)法緩解應(yīng)力集中。 在零件的截面形狀發(fā)生變化處力流會發(fā)生變化，局部力流密度的增加引起應(yīng)力集中。 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。 零件受力變形時(shí)不同位臵的變形阻力 (剛度 )不相同也會引起應(yīng)力集中，設(shè)計(jì)中通過降低應(yīng)力集中處附近的局部剛度可以有效地降低應(yīng)力集中。 3．減小應(yīng)力集中 提高強(qiáng)度和剛度的設(shè)計(jì) 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(jì) 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(jì)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(jì) 軸結(jié)構(gòu)中臺階和鍵槽端部都會引起軸在彎矩作用下的應(yīng)力集中。 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(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。 漸開線齒輪在齒面上不同位臵處的曲率半徑不同，采用正變位可使齒面的工作位臵向曲率半徑較大的方向移動，對提高齒輪的接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度都非常有利。 4．減小接觸應(yīng)力 提高強(qiáng)度和剛度的設(shè)計(jì) 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。 提高精度的設(shè)計(jì) 通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以減小由于制造、安裝等原因產(chǎn)生的原始誤差，減小由于溫度、磨損、構(gòu)件變形等原因產(chǎn)生的工作誤差，減小執(zhí)行機(jī)構(gòu)對各項(xiàng)誤差的敏感程度，從而提高產(chǎn)品的精度。 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。 試驗(yàn)證明螺旋傳動的誤差可以小于螺桿本身的螺距誤差。 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(jì) 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(shí)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。 在一定條件下增加螺旋傳動中起作用的螺紋圈數(shù)，使多圈螺紋同時(shí)起作用，不但可以提高螺旋傳動的承載能力和耐磨性，而且可以提高傳動精度。 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)軸承的精度都會影響主軸前端的旋轉(zhuǎn)精度，但是影響的程度不相同。 Lab?? ??2 LaLa?? ??1 3．誤差傳遞 提高精度的設(shè)計(jì) 在機(jī)械傳動系統(tǒng)中，各級傳動件都會產(chǎn)生運(yùn)動誤差，傳動件在傳遞必要的運(yùn)動的同時(shí)也不可避免地將誤差傳遞給下一級傳動件。
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