01-2 机械设计介绍约束和结构设计介绍.ppt

1.4 机械设计约束;1.4.1 承载能力约束;1.强度约束 强度约束条件是指零部件在载荷作用下危险截面上的最大工作应力不超过许用应力。;⑴静应力时的强度条件 ⑵在弯曲和扭转复合的交变载荷作用下的强度条件;2.接触强度约束 相互接触的构件表面，由于载荷作用而在接触部位产生微小的弹性变形，形成面接触。 ;钢的弹性系数和接触强度简化计算公式;3.刚度约束 构件在载荷作用下产生的弹性变形（如挠度、转角或扭角等）不超过许用值。 ;4.耐磨性约束;2.热特性约束 机器在工作的时候会发热，由此产生热应力和热应变，可能造成机器的工作性能下降和热损坏。热特性约束就是限制各种相关的热参数（如热应力、热应变、温升等），在规定允许范围以内。 例如，蜗杆传动效率较低，滑动速度较大，容易因为发热产生齿面胶合和磨损破坏。为了避免胶合和减缓磨损，蜗杆传动的材料必须具备减摩、耐磨和抗胶合的性能。为了防止胶合和减缓磨损，选用含有抗胶合添加剂的润滑油。 闭式传动时以蜗轮齿面接触强度计算为蜗杆传动基本计算。另外还应进行热平衡计算，防止润滑油温升超过许用值。如果热平衡不能满足要求，则在箱体外侧加设散热片或采用强制冷却装置。;3.可靠性约束 在常规的机械设计中，将载荷、材料性能和加工尺寸等视为一个确定量，构件只要满足计算准则就是安全的，能够在规定的工作条件下和规定的使用期限内实现预定的功能。实际上，由于载荷、材料性能和加工尺寸都存在离散性，构件在规定的工作条件下，有可能达不到规定的使用期限而失效。 可靠性是机械设计中一项重要的技术质量指标，是指产品、部件或零件在规定的使用条件下，在预期的寿命内，能完成预定功能的概率。 可靠性约束是指产品、部件或零件应能满足规定的可靠性要求。例如，滚动轴承的承载能力和工作寿命是在可靠度为90%时定义的。;1.4.3 标准化约束;1.4.4 产品成本约束;1.4.5 可持续发展约束;1.5 机械结构设计;1.5.1 零件的相关与结构要素;进行结构设计时，对两个零件直接相关的部位，必须同时考虑合理地选择材料与热处理方式、形状和尺寸、制造精度和表面质量等；而且必须满足间接相关条件，如进行尺寸链和精度的计算等。 ;1.5.2 结构设计的基本要求;图1-16 双轴承支座结构圆柱滚子轴承只能承受径向载荷推力轴承只能承受轴向载荷深沟球轴承可以同时承受径向载荷和轴向载荷;2.简单 在结构设计中，所包含的零件数目要少，零件的几何形状尽可能简单（如平面、圆柱、圆锥等），容易计算、加工和检验，零部件之间的联接关系和调整措施要尽可能简单。这样，便于构件制造与部件装配，提高机械的工作精度和可靠性。;3.安全可靠 在规定的载荷、使用条件和时间内，构件不产生失效、不对人和环境产生危害。安全技术有直接、间接和提示性等三种类型。 ⑴直接安全技术：在结构设计中充分满足安全要求，通过构件的结构形状和失效约束计算两方面来保证构件工作的可靠性、功能的可靠性、工作安全性和环境安全性。 ⑵间接安全技术：在结构设计中采用防护系统和保护装置满足安全要求的技术。 ⑶提示性安全技术：仅在危险发生之前发出警告，如警示灯、警铃等，并且可以通过显示装置说明发生危险的部位和原因。;能力训练案例1-6 : 图1-17所示的轴毂联接中，采用过盈配合和键联接的双重配置。试分析该结构设计的作用原理是否明确。;1.5.3 结构设计的构型变换;1.尺寸变换 通过改变构型元素的尺寸而改变其构型，如常用使构型元素的角度或距离相等的处理方法获得对称的构型（图1-18）。;2.形状变换 通过改变功能面的结构形状可以得到新的结构形式。例如，齿轮的渐开线齿面改成圆弧齿面，滚动轴承在中的滚动体球改成圆柱（图1-19），可以提高承载能力。;3.位置变换 通过改变零件与零件之间功能面的相对位置可以得到新的结构形式。如图1-20所示，图（a）中摆杆1的平面与推杆2的球面接触，传递载荷时推杆2会受到有害的横向推力；图（b）变换了两个构件功能面的位置，改善了受力情况。;4.数量变换 通过改变零件数目或功能面数目来变换结构。如图1-21所示的轴上的矩形花键从四齿变换成八齿。 ;5.排列变换 通过改变零件功能面的排列顺序来变换结构。如图1-22所示的构件在A、B、C三处功能面（圆柱孔）分别与其它构件构成转动副，变换它们的连接顺序，可以获得新的结构。类似的变换在结构设计中经常使用。;1.5.4 结构设计准则;⑵一个载体承担一种功能，可以做到功能明确和安全可靠，有利于针对每个功能进行结构优化和准确计算（V形带断面结构分析） ⑶多个载体承担一种功能，可减轻每个载体的负荷，延长使用寿命。例如，在V带传动中，如果单靠增大V带的截面尺寸来传递的较大功率，会使胶带的弯曲应力显著增大，降低带的使用