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第十二章 机械结构设计概论 12-1结构设计在机械设计中的地位 12-2结构设计的内涵 12-3结构设计的基本过程 12-4结构设计方案的评价标准 12-1结构设计在机械设计中的地位 一.机械设计的成果都是以一定的结构形式表现出来的。 二.机械设计中，各种计算都要以一定的结构为基础。 三.在设计中，结构设计是个很活跃的因素，正确地选择或设计结构，常可以显著地提高设计的质量。 12-2结构设计的内涵 一.结构设计的定义 结构设计就是将抽象的工作原理变成技术图样的过程。 二.结构设计包括的内容 1.功能设计：为满足主要机械功能要求，在技术上的具体化。 2.质量设计：兼顾各种要求和限制，提高产品的质量和性能价格比，它是现代工程设计的特征。 3.优化设计和创新设计：用结构设计变元等方法系统地构造优化设计解空间，用创造性设计思维方法和其它科学方法优选和创新。 12-3结构设计的基本过程 一.明确待设计构件的主要任务和限制 二.粗略估算构件的主要尺寸 三.寻找成品，例如：标准件、常用件、通用件等，找不到则： 1.画工作面草图； 2.在工作面之间填材料； 3.改变工作面大小、方位、数量及构件材料、表面特性、连接方式、系统地产生新方案； 4.按技术、经济和社会指标评价，选择最佳方案； 5.寻找所选方案中的缺陷和薄弱环节； 6.对照各种要求、限制，反复改进； 7.强度、刚度及各种功能指标核算； 8.机械制图 9.制备技术文件。 创新设计的类型 一.开发设计——新任务、新方案，以开创和探索创新 如：支票打印机 二.变异设计——以已有的产品为基础，针对缺点或新要求进行变异。 如：洗衣机系列产品 三.反求设计——针对已有的先进产品或设计，进行深入的分析和研究，探索并掌握关键技术，在消化吸收的基础上开发出同类的创新产品。 如：新型全自动洗衣机的设计 创新设计的特点 一.独创性和新颖性 二.实用性 三.多方案选优 创新设计的基本技法简介 1.智力激励法（brain storm) 2.德尔菲（Delphi）法（意见征询表发给专家） 3.635法（6个人、每人提3个想法、5分钟） 4.5W2H法（why、what、who、when、where; How to do? How much?） 5.设问法（转化、引伸、变动、放大、缩小、替代、重组等） 6.特性列举法（缺点列举法、希望列举法等） 7.联想发明法（相关联的、相对立的、有因果关系或从属关系的等） 8.组合创新法 结构方案的创新设计 一.结构设计的特征——创造性、细节性、多样性、复杂性：不唯一性 二.结构方案变异设计 1.功能面的变异 2.连接的变异 3.支承的变异 4.材料的变异 三.提高性能的设计(自学§12.2，p391~399) 四.宜人化结构设计 五.新型结构设计 12-4结构设计方案的评价标准 功能 作用原理 结构（最小原则） 安全可靠性 人机学 加工制造 检验 装配 运输 使用 维修 回收 费用 法律 * * 1.功能面的变异—表面的形状、尺寸大小、表面数量、顺序、位置等 例如：螺钉头的功能面变异 2.连接的变异 例如：轴毂连接 轴与轮毂连接相对自由度的类型 固定连接：轴与毂完全固定，不具有相对运动，需要限制6个方面的自由度。 滑动连接：连接后轴与毂可以沿轴向相对移动，其他自由度被限制，需要限制5个自由度。 转动连接：连接后，毂可以在轴向相对转动，其他自由度被限制，需要限制5个自由度 移动、转动连接：连接后，毂既可以沿轴向相对移又可以相对转动，其他自由度被限制，需要限制4个自由度 3.支承的变异 单轴支点位置的变异 锥齿轮传动轴系支点位置变异 支点轴承类型的变异 4.材料的变异 例如：弹性联轴器的材料与结构 1.适合人的生理特点的结构设计 减少疲劳的设计 2.适合人的心理特点的结构设计 减少观察错误的设计 例如：显示器表盘设计 减少操作错误的设计 例如：操作手柄的形状设计 1.弹性结构设计 2.组合结构设计 3.快动连接结构设计