17-机械的结构设计概论.ppt

（3）避免细杆受弯曲应力，因为细杆受弯曲应力时，变形很大，承载能力很小。通过改变杆的截面尺寸和形状可提高其抗弯能力。对于主要受弯矩的梁，常用截面的抗弯截面模量的比较如表17-1所示。从该表中可以看出，采用工字型截面的结构，承受弯矩时较合理。 第17章 机械的结构设计概论 （4）钢材的抗拉强度优于抗压强度，而铸铁的抗压强度优于抗拉强度，因此应尽量避免铸铁结构受拉。从图17-9中两支架的受力和应力分布状况可看出，与图17-9(a)相比，图17-9(b)中的拉应力小于压应力，因此图17-9(b)中的结构比较合理。 图17-9 铸铁支架受力比较 第17章 机械的结构设计概论 提高刚度 结构的刚度是指在外载荷作用下抵抗其自身变形的能力。在相同的外载荷作用下，刚度越大，则变形越小。刚度也表明结构的工作能力。 提高零件结构刚度可以采取以下措施。 第17章 机械的结构设计概论 1．采用合理的结构 尽量避免采用悬臂结构。当必须采用时，也应尽量缩短悬臂长度。如图17-10所示，在相同载荷下，对于悬臂结构(a)、球轴承简支结构(b)和滚子轴承固支结构(c)，它们的最大弯矩之比为4∶2∶1，最大挠度之比为16∶4∶1。 图17-10 悬臂结构和双支点结构 第17章 机械的结构设计概论 2．用构件受拉或受压代替弯曲 当构件受弯矩作用时，在距中性面远的材料“纤维”中会产生大的弯曲应力，而在中性面处弯曲应力为零，故大部分的负荷由靠边界附近的材料承受，而中性面附近大部分的材料得不到充分利用。当构件受拉伸时，应力基本上均匀分布，材料得到较好利用，因此用拉压代替弯曲可获得较高的刚度。如图17-11所示，铸件支座受横向力作用，当把结构17-11(a)改为结构17-11(b)时，幅板则由弯曲改为受拉压。 第17章 机械的结构设计概论 3．提高支承刚度 对刚度要求较高的轴系，设计时可用以下措施提高支承刚度。 （1）采用刚度高的轴承安装方式 角接触球轴承和圆锥滚子轴承常成对出现，它的安装方式有正装和反装两种。反装时，轴系刚度提高，这种结构对悬臂轴是一种较好的支承方式，而正装则相反。正装结构适用于轴承之间的轴上装有重载齿轮的场合。 第17章 机械的结构设计概论 （2）选择刚度高的轴承 一般线接触的轴承（尤其是双列轴承）要比点接触的轴承刚度高。其中，滚针轴承具有特别高的刚度，但由于滚针轴承容许转速不高，故其应用受到很大限制。双列滚子轴承具有很高的刚度。圆柱滚子轴承的刚度也很高，但不能调整径向间隙。圆锥滚子轴承刚度高、受力大、安装调整方便，故应用广泛。推力球轴承轴向刚度最高。其他各种类型轴承的轴向刚度则完全取决于轴承接触角的大小，接触角越大，则轴向刚度越高。 第17章 机械的结构设计概论 为了提高轴承刚度，可以对轴承进行预先加载，使滚动体与内外圈之间产生一定的预变形，以保持内外圈之间处于压紧状态。预紧后的轴承不仅提高了轴承的刚度，而且有利于提高旋转精度、减小振动和噪声。但预紧不能太大，否则会增加磨损和发热量，使轴承寿命降低。 （3）对轴承进行预紧 第17章 机械的结构设计概论 （4）增加轴系中的轴承数 对刚度要求特别高的轴系，可采用两个或多个轴承的结构。图17-12所示的是磨床主轴结构，在每个支点都采用两个轻系列角接触球轴承，满足了高速及刚度要求的需要。 图17-12 内圆磨床主轴轴承结构 第17章 机械的结构设计概论 4．采用加强板、筋 在零件上面加筋，可提高零件的刚度，如图17-13所示。又如图17-14(a)所示，由于矩形截面梁受弯曲时截面的抗弯惯性矩小，所以刚度低；可采用如图17-14(b)所示的结构，用肋板加强刚度。 图17-13 零件上面加筋 图17-14 用肋板加强刚度 第17章 机械的结构设计概论 5．采用合理的剖面形状提高构件刚度 绝大多数的构件受力情况都很复杂，因而会产生拉伸（或压缩）、弯曲、扭转等变形。当受弯曲或扭转时，截面形状对它们的强度和刚度有着很大的影响。正确设计构件的截面形状，可在既不增大截面面积，又不增大（甚至减小）零件质量的条件下，增大截面系数及截面的惯性矩，可以提高构件的强度和刚度。 第17章 机械的结构设计概论 17.3结构设计方法 结构设计主要是确定机器零部件的形状、数目、尺寸、相互位置和相互连接方式，或者对这几个要素进行变化，得到多种方案，然后选择最佳结构。结构设计有下面几种方法。 1 计算法