【正文】 (一)鑄造件的工藝性鑄造工藝對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求（1）便于造型的原則；（2）考慮逐漸冷卻變形的原則；（3）適用于金屬流動(dòng)充滿的原則。不論鑄件或焊接件，都要經(jīng)過時(shí)效處理消除內(nèi)應(yīng)力。焊接件：用于由簡(jiǎn)單的幾何面(平面或圓柱面等)結(jié)合而成的構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)具有薄板、長(zhǎng)桿及大平板等特點(diǎn)。二、零件裝配的工藝性零件裝配的工藝性可以按表6—6所示原則來描述：（1）可以分為幾個(gè)單元的原則；（2）零部件裝拆方便的原則；（3）保證正確裝配的原則。批量小的零件可用鍛造、焊接(大件)方法獲得毛坯；批量大的可用鑄造或精鍛方法獲得零件的毛坯。這種對(duì)所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)能綜合地考慮和處理制造、裝配、使用、維修等方面的各種技術(shù)問題，稱為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝性。其不足之處是增加了床身的重量。圖6—40所示為某車床床身有無(wú)砂芯兩種情況下固有頻率和阻尼的比較。鑄鐵材料的阻尼比鋼的大。圖6—39c為龍門刨床床身，其V形導(dǎo)軌處的局部剛度低，若改為如圖6—39d所示的結(jié)構(gòu)，即加一縱向肋板，則剛度得到提高。其中圖a）的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但局部剛度差．為提高局部剛度，可采用圖6—38b或圖6—38c的結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)為凸緣聯(lián)接時(shí)，其局部剛度主要取決于凸緣剛度、螺栓剛度和接觸剛度；當(dāng)為導(dǎo)軌聯(lián)接時(shí)，則主要反映在導(dǎo)軌與本體聯(lián)接處的剛度上。扭轉(zhuǎn)剛度在加蓋后可恢復(fù)到原來的35％一41％左右。且應(yīng)開在支承件壁的幾何中心附近或中心線附近。對(duì)剛度影響較小；，扭轉(zhuǎn)剛度降低很多。 一般布置在壁的內(nèi)側(cè)。，床身剛度最高，排屑容易，工藝性較差。b.“”形隔板，在垂直面和水平面上的抗彎剛度都比較高，鑄造性能好，在大中型車床上應(yīng)用較多。隔板的作用是將作用于支承板的局部載荷傳遞給其它壁板,從而使整個(gè)支承件承受載荷,提高支承件的自身剛度?？v向隔板布置在彎曲平面內(nèi)才能有效地提高抗彎剛度，因?yàn)榇藭r(shí)隔板的抗彎慣性矩最大?？v向隔板的抗彎效果好，而橫向隔板的抗扭作用大，斜向隔板則介于上述兩者之間。1)隔板：隔板實(shí)際上是一種內(nèi)壁，它可連接兩個(gè)或兩個(gè)以上的外壁。合理布置隔板和加強(qiáng)肋隔板和加強(qiáng)肋也稱肋板和肋條。如前所述，截面積相同而形狀不同時(shí)，其截面慣性矩和極慣性矩差別很大，因此其抗彎和抗扭剛度差別也很大。二、保證支承件剛度的結(jié)構(gòu)措施保證支承件剛度及抗振性的措施主要有：（1）合理確定截面形狀和尺寸，（2）合理布置隔板和加強(qiáng)肋，（3）合理開口和加蓋，提高局部剛度和接觸剛度，增強(qiáng)阻尼以提高抗振性等。5)其它要求：設(shè)計(jì)中還應(yīng)滿足支承件特定功能的要求，如電器、油箱等的位置和安裝方式；加工余料的排出，冷卻液回收；安裝、吊運(yùn)的方法及加工工藝性，金屬消耗量等。4)內(nèi)應(yīng)力：鑄造、焊接等過程中會(huì)有內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生，而內(nèi)應(yīng)力在經(jīng)過一定時(shí)間它的重新分布或逐漸消失會(huì)使已加工或已工作的零件產(chǎn)生變形，甚至喪失精度。影響：支承件的變形會(huì)破壞其上相關(guān)零件之間的相對(duì)位置或相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度。因此，抗振性也是支承件主要要求之一。若支承件發(fā)生振動(dòng)，必然影響到其上安裝的零件特別是精密工作零部件如機(jī)床主軸、刀架和量具的測(cè)頭等的正常工作。支承件若受力變形過大，就無(wú)法保持相關(guān)零件之間的位置和運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確關(guān)系。3．對(duì)支承件的要求支承件通常應(yīng)滿足剛度，抗振性、熱穩(wěn)定件及內(nèi)應(yīng)力等方面要求。3）箱體支承件：三個(gè)方向的尺寸差不多，可看作箱體件。1）梁型支承件：特點(diǎn)是其某一方向尺寸比其它兩方向尺寸大很多，因此，在分析或計(jì)算時(shí)可將其簡(jiǎn)化為梁，如車床床身、各類立柱、橫梁、伸臂和滑枕等均屬于此類。第四節(jié)支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、支承件的功用類型和基本要求1．支承件的功用支承件是機(jī)器上大型受力構(gòu)件的總稱，它可以單獨(dú)或聯(lián)接起來構(gòu)成機(jī)器的主體、基礎(chǔ)或框架等，對(duì)其它零件起聯(lián)接、支承或包容作用，以保證零件之間的相對(duì)位置或相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，并承受其它零件的重力及工作載荷。(3)采用變位齒輪傳動(dòng)提高齒面接觸強(qiáng)度 為提高齒面接觸強(qiáng)度可采用變位齒輪。R2）(2)以面接觸代替線接觸或點(diǎn)接觸圖6—35a所示為通過中間件A把線接觸改為面接觸的實(shí)例。(1)增大球面支撐的綜合曲率半徑。提高零件的接觸強(qiáng)度和接觸剛度當(dāng)兩零件的表面為點(diǎn)、線接觸且有法向載荷作用時(shí)，雖然因彈性變形可形成小區(qū)域接觸，但因面積很小，應(yīng)力仍很大。預(yù)緊的特點(diǎn)是預(yù)加載荷與工作載荷方向相同，工作時(shí)不撤出，因此，工作應(yīng)力不是抵消而是疊加，其目的是提高剛度，而不是減少應(yīng)力，故預(yù)應(yīng)力應(yīng)不超過一定限度。以保證其具有足夠的剛度和工作彈力。如：滾動(dòng)軸承在安裝時(shí)預(yù)加一個(gè)約等于徑向載荷20~30％的軸向力，彈性變形增加了接觸面積，各磙子受力也趨于均勻．從而提向了軸承的剛度。故要求材料必須具有足夠的塑性，構(gòu)件的塑性變形量不得超過一定限度。仍以梁為例：給梁預(yù)加一個(gè)與工作載荷F同向的預(yù)加藏荷F’，F(xiàn)’去掉后梁內(nèi)產(chǎn)生殘留應(yīng)力，其分布如圖。1．彈性強(qiáng)化彈件強(qiáng)化是使構(gòu)件在受工作載荷之前預(yù)受一個(gè)與工作載荷相反的載荷，產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的預(yù)變形，以及一個(gè)與工作應(yīng)力相反的預(yù)應(yīng)力，工作時(shí)該預(yù)加載荷部分地抵消工作載荷，預(yù)變形部分抵消工作變形，從而降低了構(gòu)件的最大應(yīng)力。強(qiáng)化：以減小應(yīng)力為目的的預(yù)加載荷方法稱為強(qiáng)化，強(qiáng)化分彈性強(qiáng)化和塑性強(qiáng)化兩類。圖629為機(jī)床主軸上傳動(dòng)力F2的不同布置形式，圖中F1為切削力。由圖可見，各結(jié)構(gòu)都在不同程度上減小了牙上的最大載荷，使載荷趨于均勻。圖627所示：第1圈牙受力可為第7圈的十幾倍，這對(duì)于重載荷或重要部位的螺母是很嚴(yán)重的問題。若將輪齒截面修整成鼓形，使端部齒厚較中間部分小25~35um，則齒輪工作時(shí)靠齒面彈性變形而使載荷分布趨于均勻，如圖6—26b所示。漸開線齒輪若沿齒寬方向齒厚相同。圖示的非對(duì)稱布置的減速器中，在力的作用下，由于軸的彎曲使齒輪傾斜，從而導(dǎo)致輪齒沿齒寬方向載荷分布不均，對(duì)于重型減速器或齒輪箱尤為突出。采用卸荷結(jié)構(gòu)后，將膠帶的壓軸力通過軸承及軸承座5分流給箱體4，而帶輪3的轉(zhuǎn)矩則通過端蓋2的花鍵孔傳給軸1，故軸1只承受轉(zhuǎn)矩而不承受徑向力．減少了彎曲變形。如CW6163型臥式車床采用了載荷分流的方法，即用一個(gè)徑向軸承和兩個(gè)推力軸承分別承受徑向力和兩個(gè)方向相反的軸向力。特別適于強(qiáng)度和剛度較弱的零件。曲線1和2分別為主軸本身引起的軸端位移和軸承引起的軸端位移L／l變化的函數(shù)曲線，曲線3則為上述兩曲線合成的結(jié)果。因此必須合理選擇，以求得最滿意的結(jié)果。而實(shí)際上，它們均為彈性體，會(huì)同時(shí)產(chǎn)生彈性變形，故軸端總位移應(yīng)為上述兩種情況的疊加，即為：fE＝f1十f2。這里所謂軸向尺寸，主要指梁或軸的支承跨距和懸伸長(zhǎng)度。改變截面形狀降低截面上各點(diǎn)的應(yīng)力，可以提高零件本身抗破壞和抗變形的能力，但不能改變其所受彎矩的大小，通過合理地確定零件軸向尺寸。空心軸：Ip、Iz大，抗彎、抗扭剛度大1）在截面積相等的情況下，受彎梁的截面在受力方向上尺寸愈大愈好。第三節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度和剛度問題一、通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)降低應(yīng)力減少變形1．合理確定截面形狀傳動(dòng)軸一般采用圓形截面。對(duì)于熱膨脹變形而產(chǎn)生的干擾，需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采取措施，使之消除。高壓鍋當(dāng)壓力超過時(shí)，易熔塞失效，內(nèi)部壓力減小，保護(hù)高壓鍋不受損。有時(shí)，采取一定的結(jié)構(gòu)措施就可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)。將高壓油引到低壓區(qū)，把低壓油引到高壓區(qū)。由圖可知，P和P’加快了軸承的磨損。若杠桿4聯(lián)結(jié)其它機(jī)構(gòu)，通過不同原理可調(diào)節(jié)其它機(jī)械的轉(zhuǎn)速。當(dāng)豎軸1的轉(zhuǎn)速升高而超過要求的轉(zhuǎn)速時(shí)，重錘2會(huì)自動(dòng)抬起，帶動(dòng)滑套3和杠桿系統(tǒng)4使閥門5轉(zhuǎn)動(dòng)以減少蒸汽通過量。圖6—13自增強(qiáng)作用的密封裝置，壓力P使帶錐面圓盤l更緊密地壓在密封2上，這就是利用主參數(shù)壓力P產(chǎn)生了增強(qiáng)密封的輔助作用。工作時(shí)，工件1受到一個(gè)F2力，該力使工件與偏心輪之間產(chǎn)生一個(gè)使偏心輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，該趨勢(shì)與Fl力的作用同向。圖(b)是自損結(jié)構(gòu)。工作時(shí)間，內(nèi)部高壓P作用在端蓋2上，加強(qiáng)密封效果，產(chǎn)生輔助效應(yīng)。如圖612高壓容器檢查孔蓋的設(shè)計(jì)。常見的自補(bǔ)償原理應(yīng)用形式有：自增強(qiáng)、自平衡和自保護(hù)：1)自增強(qiáng)：當(dāng)輔助效應(yīng)與初始效應(yīng)的作用方向相同時(shí)，使得總效應(yīng)加強(qiáng)，就是所謂自增強(qiáng)。6．自補(bǔ)償原理通過選擇系統(tǒng)元件及其在系統(tǒng)中的配置來自行實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)功能的相互支持作用，稱為自補(bǔ)償。2可用管料車成，節(jié)約材料。5．任務(wù)分配原理分配有三種可能：1）一載體承擔(dān)多種功能：功能集中于一載體，可簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本；2）一載體承擔(dān)一種功能：功能與載體一一對(duì)應(yīng)，便于做到“明確”、“可靠”，便于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化及準(zhǔn)確計(jì)算；3）多載體共同承擔(dān)一種功能：多載體承擔(dān)同一功能可以減輕零件負(fù)載，延長(zhǎng)使用壽命。如圖630所示為通過人為增加一個(gè)偏心來平衡另一個(gè)偏心產(chǎn)生的離心力。所謂力平衡就是指采取結(jié)構(gòu)措施，部分或全部平衡掉無(wú)用的力，以減輕或消除其不良影響。力平衡原理在機(jī)器工作時(shí)，常產(chǎn)生一些無(wú)用的力。圖613所示為輪轂聯(lián)結(jié)：圖a)力流方向變化急劇，A處應(yīng)力集中。當(dāng)結(jié)構(gòu)斷面發(fā)生突然變化，引起力流方向的急劇改變，使得力流密度增加，產(chǎn)生應(yīng)力集中。圖612為兩焊接板的變形及應(yīng)力分布。力流路線直接、最短原則：可以使零件尺寸縮小，節(jié)省材料，變形小，剛度好。力線和力流方向用箭頭表示。力在構(gòu)件中的傳遞軌跡就像電場(chǎng)中的電力線、磁場(chǎng)中的磁力線、水流中的流線一樣，按力流路線傳遞。增加約束變形附件以降低高應(yīng)力區(qū)的應(yīng)力（圖略）。(3)提示性安全技術(shù)法：既不能直接保證安全可靠，又沒有保護(hù)或防護(hù)措施，僅能在事故出現(xiàn)以前發(fā)出報(bào)警和信號(hào)，提醒人們注意，如指示燈，警鈴等。其類型是多種多樣的。如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的雙驅(qū)動(dòng)、三驅(qū)動(dòng)和副油箱；壓力容器中兩個(gè)安全閥；為確保煤礦井下絕對(duì)安全，對(duì)排水的水泵系統(tǒng)采用兩套或三套配置(一套運(yùn)轉(zhuǎn)，一套維修，一套備用)。圖6—7(b)表示螺釘松脫時(shí)，受到限位—不致掉入系統(tǒng)中。對(duì)于可能松脫的零件加以限位，使其不致脫落造成機(jī)器事故。2）安全技術(shù)法為了保證安全可靠性，而采取的技術(shù)措施：(1)直接安全技術(shù)法：是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分滿足安全可靠要求，保證在使用中不出現(xiàn)危險(xiǎn)。工作安全：對(duì)操作人員的防護(hù)，保證人身安全和身心健康。3．安全可靠1）機(jī)器安全包括4個(gè)方面：零件安全：主要指在規(guī)定的載荷和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，零件不發(fā)生斷裂、過度變形、過度磨損，不喪失穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)中常采用一個(gè)零件擔(dān)任幾種功能的辦法，達(dá)到減少零件數(shù)量的目的。2．簡(jiǎn)單在滿足總功能前提下，盡量力求結(jié)構(gòu)形狀簡(jiǎn)單、零部件數(shù)量少等。圖6—4受拉焊縫。（3）使用工況及承載狀態(tài)明確圖(a)設(shè)計(jì)者原意是滾針軸承承擔(dān)徑向力，球軸承承受軸向力。（1）功能明確：避免冗余結(jié)構(gòu)，盡量減少靜不定結(jié)構(gòu)。第二節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則和原理一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則確定和選擇結(jié)構(gòu)方案時(shí)應(yīng)遵循三項(xiàng)基本原則：明確、簡(jiǎn)單和安全可靠。連接表面的設(shè)計(jì)靈活多樣，原則：不影響工作表面的功能不影響零件運(yùn)動(dòng)不影響操作支撐件、大件：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通常先確定工作部分，后確定聯(lián)結(jié)部分。零件的結(jié)構(gòu)要素：若把零件上與其它零件直接相關(guān)部位稱為工作部分，則多數(shù)零件均由兩個(gè)或多個(gè)工作部分及聯(lián)結(jié)部分組成，聯(lián)結(jié)部分的作用是把各工作部分聯(lián)結(jié)起來并使它們保持各自的位置，同時(shí)也常常起到支承作用。運(yùn)動(dòng)相關(guān)是指一零件的運(yùn)動(dòng)軌跡與另一零件有關(guān)。（2）間接相關(guān)：沒有直接裝配關(guān)系的相關(guān)。零件的相關(guān)：在機(jī)械系統(tǒng)中，各零件通常成鏈狀、樹狀或網(wǎng)狀相互聯(lián)接，構(gòu)成完整的機(jī)械網(wǎng)絡(luò)。1）為了設(shè)計(jì)、制造和管理上的方便，通常將其分為：蓋盤、軸套、支架、桿件、殼體、箱體和支承件等類別。有的結(jié)構(gòu)件還兼有或主要用作防護(hù)或裝飾作用，要求具有—定的外形及色彩。有些結(jié)構(gòu)件還具有其它—些功用，如箱體除了保證各傳動(dòng)軸的相對(duì)位置及其中心距外。同時(shí)，還要求后座頂尖與主軸頂尖的連線與床身導(dǎo)軌平行。（圖略）仍以車床為例：車床主軸箱和床身之間應(yīng)有嚴(yán)格的相對(duì)位置關(guān)系。零件的功能：操縱機(jī)構(gòu)：軸4和擺桿3都具有傳遞運(yùn)動(dòng)的功能。隨后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括總裝配圖、部件裝配圖和零件工作圖的設(shè)計(jì)等．此處從略。圖5—38為該機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)圖。巧克力糖包裝機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)粒狀巧克力糖包裝機(jī)系專用自動(dòng)機(jī)。（3）抄紙和撥糖機(jī)構(gòu)抄紙和撥糖機(jī)構(gòu)如圖5—36所示。此外，當(dāng)接糖桿與頂糖桿同步上升時(shí)應(yīng)使糖塊上夾緊力不能太大、以免損傷糖塊，同時(shí)，應(yīng)使夾緊力保持穩(wěn)定。接糖桿的運(yùn)動(dòng)，不僅具有時(shí)間上的順序關(guān)系，而且具有空間上的相互干涉關(guān)系。機(jī)械手開閉由機(jī)械手開合凸輪1控制，該凸輪的輪廓線是由兩個(gè)半徑不同的圓弧組成，機(jī)械手的夾緊主要靠彈簧力。2．自動(dòng)機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)巧克力糖的包裝工藝，可確定自動(dòng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為：送糖機(jī)構(gòu)、供紙機(jī)構(gòu)、接糖和頂糖機(jī)構(gòu)、抄紙機(jī)構(gòu)、撥糖機(jī)構(gòu)、鉗糖機(jī)械手的開合機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)盤步進(jìn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等七種。一個(gè)是進(jìn)料、成型、折邊工位，另一個(gè)是出料工位。從產(chǎn)品工藝過程看，選擇回轉(zhuǎn)式工藝路線多工位自動(dòng)機(jī)型。建立黑箱（圖略）功能結(jié)構(gòu)圖（圖略）功能細(xì)化（圖略）功能求解目錄（圖略）二、包裝工藝的確定人工包裝動(dòng)作順序機(jī)械動(dòng)作自動(dòng)上料問題剛性整體錐形模腔具有一定彈性的鉗糖機(jī)械手夾子三、包裝機(jī)總體設(shè)計(jì)1．機(jī)型選擇從產(chǎn)品的數(shù)量看，屬于大批量生產(chǎn)。約合自動(dòng)機(jī)正常生產(chǎn)率為120塊／min。第八節(jié)機(jī)械的總體設(shè)計(jì)實(shí)例粒狀巧克力糖包裝機(jī)設(shè)計(jì)一、原始資科1．產(chǎn)品(如圖5—33所示)本機(jī)的加工對(duì)象是圓臺(tái)形柱狀巧克力糖2．包裝材料。兩者考慮的重點(diǎn)是個(gè)同的。因此可以用傳動(dòng)比不太準(zhǔn)確的傳動(dòng)副。內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)鏈必須用傳動(dòng)比準(zhǔn)確的傳動(dòng)副，而不能用摩擦傳動(dòng)副(如帶、摩擦無(wú)級(jí)變速器)、液壓傳動(dòng)等。都必須有一條外聯(lián)傳動(dòng)鏈。內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)鏈：復(fù)合運(yùn)動(dòng)的內(nèi)部聯(lián)系，如分配軸至各執(zhí)行件，稱為內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)鏈。因而傳動(dòng)平穩(wěn)，降低了動(dòng)載荷，安全性能也好。這樣可以大大減小末級(jí)大齒輪和整套機(jī)構(gòu)的尺寸和重量。而重型機(jī)械常采用一個(gè)原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)(如圖527)，有時(shí)甚至用多個(gè)原動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如圖52圖529。按其能量流動(dòng)路線的不同，傳動(dòng)系統(tǒng)可分為：（1）單流傳動(dòng)（2）分流傳動(dòng)（3）匯流傳動(dòng)（4）混流傳動(dòng)：所謂