结构设计课题设计--提高强度与刚度的结构设计.doc

《结构设计》课题设计 题目：1）提高强度和刚度的结构设计 2）提高耐磨性的结构设计 组员： 李秀彦 1004040136 张策升 1004040122 王宇 1004040143 目录 提高强度和刚度的结构设计 1、载荷分担 2、载荷均布 3、减少及其零件的应力集中 4、利用设置肋板的设施提高刚度 提高耐磨性的结构设计 1、改善润滑条件 2、合理选择摩擦副的材料和处理 3、使磨损均匀，避免局部磨损 4、调节和补偿 一、提高强度和刚度的机构设计 机械结构设计包括两种 : 一是应用新技术 、 新方法开发创造新机械 ; 二是在原有机械的基础上重新设计或进行局部改进 , 从而改变或提高原有机械的性能 。 因此掌握丰富的工程知识是机械专业的教师应具备的素质之一 ; 是连接基础理论与实践经验的桥梁 ; 是正确进行机械结构设计的前提 ; 同时也是从事科研活动 、 将力学 、 材料 、 工艺 、 制图等多学科知识综合运用的过程 。机械结构形式虽然千差万别 , 但其功能的实现几乎都与力 ( 力矩) 的产生 、 转换 、 传递有关 。机械零件具有足够的承载能力是保障机械结构实现预定功能的先决条件 。所以在机械结构设计中 , 根据力学理论对零件的强度 、 刚度和 稳定性进行分析是必不可少的 , 并在此基础上 , 进行结构设计 。改善力学性能在机械结构设计中合理地运用力学知识 , 遵循以下几个原则 : 一 、 载荷分担原则 作用在零件上的外力 、 弯矩 、 扭矩等统称为载荷 。 这些载荷中不随时间变化或随时间变化缓慢的称为静载荷 。 随时间作周期性变化或非周期性变化的称为变载荷 。 它们在零件中引起拉 、 压 、 弯 、 剪 、 扭等各种应力 , 并产生相应的变形 。 如果同一零件上同时承担了多种载荷的作用 , 则可考虑将这些载荷分别由不同的零件来承担 。设计时采取一定的结构形式 , 将载荷分给两个或多个零件来承担 , 从而减轻单个零件的载荷 , 称为载荷分担原则 。这样有利于提高机械结构的承载能力 。 1 . 改变结构 , 减小轴的受力 如图 1 - a 所示 , 轴已经承受了弯矩的作用 , 如果齿轮再经过轴将转矩传递给卷筒 , 则轴为转轴 ( 工作时既承受弯矩又承受转矩) , 受力较大 。 如果将齿轮和卷筒改用螺栓直接联接 , 则轴不受转矩作用 , 轴为转动心轴 ( 用来支承转动零件 , 只承受弯矩而不传递转矩) , 轴的受力情况得到改善 , 结构较合理 。 如图 1 - b 所示 。 2 . 采用减载装置 , 提高螺纹联接的可靠性 如图 2 所示 , 靠摩擦力传递横向载荷的紧螺栓联接 , 要求保持较大的预紧力 , 结果会使螺栓的结构尺寸增大 。 此外 , 在振动 、 冲击或变载荷下 , 摩擦系数的变动 , 将使联接的可靠性降低 , 有可能出现松脱 。为了避免上述缺点 , 常用销 、 套筒 、 键等减载元件来承担部分横向载荷 , 提高螺纹联接的可靠性 。 二 、 载荷均布原则 在工作载荷大小确定的情况下 , 可以通过在结构上均匀分布载荷的方法 , 来提高结构承载能力 。 设计时尽量避免集中载荷 , 尽可能地将载荷分散在结构上 , 即为载荷均布原则 。 1 . 将集中力改为均布力 如图 3 所示 , 经过简单的受力分析可知 , 受集中力的简支梁在 C 点所受弯矩如图 a) 比受均布力的简支梁在 C 点所受弯矩如图 b) 大了一倍 , 所以图 3 - b 简支梁的强度要好于图 3 - a 。 2 . 改善螺纹牙间的载荷分布 普通螺栓和螺母的刚度不同 、 变形不一样 。 一般螺栓联接受载后 , 各圈螺纹牙间的载荷分布是不均匀的 ( 见图 4- a) , 螺母支承面上第一圈所受的力为总载荷的 1/ 3 以上 。 为改善螺纹牙间载荷分配不均匀的现象 , 可采用 :悬置螺母图 4 - b) : 使螺母与螺栓均受拉 , 减小两者的刚度差 , 使其变形趋于协调 。内斜螺母图 4 - c) : 螺母内斜 10° - 15° 可减小原受力大的螺纹牙的刚度 , 从而把力分流到原受力小的螺纹牙上 , 使其螺纹牙间的载荷分配趋于合理 。环槽螺母图 4 - d) : 与悬置螺母类似 。 三 、 载荷平衡原则 在力的传递过程中 , 一些机械结构常常不可避免地出现不做功的附加力 , 例如 , 斜齿轮啮合的轴向力 , 产生摩擦力的正压力 , 往复和旋转运动的惯性力等 , 这些对结构功能毫无作用的附加力 , 加大了结构的负载 , 降低了机械结构的承载能力 。 如果在设计时使其在同一零件内与其它同类载荷构成平衡力系 ,