设计-结构教学课件作者车建明第1章.ppt

第1章 结构设计导论 1.1 结构设计概述 1.2 结构设计的特点 1.3 结构设计的要求 1.4 结构设计的基本原则和步骤 结构设计是产品设计中技术设计阶段的一个重要环节，它是在总体设计的基础上，根据选定的原理方案，确定满足功能要求的零部件材料、热处理万式、零部件结构尺寸等。 结构设计是涉及问题最多、最具体、工作量最大的工作阶段，是一种蕴藏着巨大优化和创新潜力的工作。它要求设计师必须掌握多门基础理论知识，更要求设计师必须具备丰富的工程知识和实践经验。 现代产品结构设计不但要满足机械设备的基本功能要求，还要兼顾其他技术、经济和社会要求，并且应系统地设计出尽可能多的可能方案，然后从中优选。 结构设计包括4个方面的内容。 功能设计——满足并在技术上具体实现产品的主要功能要求。 质量设计——兼顾其他要求和限制，提高产品的质量和性能价格比。这已成为现代工程设计的特征。 1.1 结构设计概述 下一页 返回 优化设计和创新设计——用结构设计变元等创新设计方法系统地构造尽可能大的结构方案解空间，并用创造性设计思维方法和其他科学方法进行优选和创新。 CAD技术的应用——计算机辅助设计技术应用于产品结构设计的计算、制图，以及制备技术文件等工作，并为设计师提供丰富的设计信息，提高设计师的空间思维能力和创新能力。 1.1 结构设计概述 上一页 返回 结构设计包括下面4个特点。 1.实践性特点 实践性是结构设计创新的源泉与归宿。有问题要解决，人们才会千万百计地想办法，以满足自己解决问题的需要，以获得一个满意的设计结果。反过来，通过实践获得实践经验又帮助设计师优化他们的设计。长期以来，机械结构设计依靠的就是机械设计师的实践经验。只有通过实践，创新的思想才能转化为现实;只有通过不断实践，人的创新意识和能力才能得到培养。 下面几个例子就是来源于实践的设计。如果没有实践经验，就很难发现这些问题。 如图1-1所示，在设计销钉定位结构时，必须考虑到销钉应易于从销钉孔中拔出，因此就有了把销钉孔做成通孔的结构、带螺纹尾的销钉(有内螺纹和外螺纹)的结构等。对于盲孔，为避免孔中封入空气引起装拆困难，还应该有通气孔。 1.2 结构设计的特点 下一页 返回 如图1-2所示，采用径向锥销和半圆键加紧定螺钉的固定轴上零件的方法，在实际应用中都要求配作，在装配时，进行这些加工效率是比较低的，而采用轴用弹簧卡圈作轴向固定则要好些。 如图1-3所示的考虑节料的冲压件结构。可以将零件设计成能相互嵌入的形状，这样既不降低零件的性能，又可以节省很多材料。 如图1-4(a) 所示的零件采用整体锻造，加工余量大。修改设计后采用铸锻焊复合结构，将整体分为两部分[见图1-4(b)]，下半部分为锻成的腔体，上半部分为铸钢制成的头部，将两者焊接成一个整体，可使毛坯重量减轻一半，机加工量也减少了40%。 2.细节性特点 结构设计是一种细节性设计。与原理方案设计相比，结构设计是通过许多细节设计来兼顾产品的各种要求，细节的总和就是质量，现代技术产品的竞争焦点不是其工作原理，而是产品的技术指标。 1.2 结构设计的特点 上一页 下一页 返回 细节不是无关大局的小节。它的差别能导致整个产品的技术、经济性能的显著差异。结构细节决定了产品质量的高低。实际中，绝大多数机械故障和质量问题，不是因为工作原理，而是错误的或不合理的结构细节所致。结构上的细节缺陷可能导致整个零件难以甚至无法制造和实现其功能。 细节并不简单，细节的改进也不是唾手可得的，需要设计者掌握相应的专业知识和实践知识。改进设计是一个需要亲自体验的渐进过程，理解别人的设计和自己亲自设计其难易程度是有天壤之别的。 如图1-5所示，为减小零件的加工量、提高配合精度，应尽量减小配合长度。如果必须要有很长的配合面，则可将孔的中间部分加大，这样中间部分就不必精密加工，加工方便，配合的效果较好。 如图1-6所示，如零件两部分交接处有直角转弯，则会在该处产生较大的应力集中。设计时可将直角转弯改为斜面和圆弧过渡，这样可以减少应力集中，防止热裂。 1.2 结构设计的特点 上一页 下一页 返回 如图1-7所示的凸缘，用的是先加工成整圆，切去两边再加工两端圆弧的方法。在零件的形状变化并不影响其使用性能的条件下，在设计时应采用最容易加工的形状。 如图1-8所示，螺纹孔孔边如果不倒尾，则螺纹容易被碰坏，碰坏后易产生装拆困难，但如果将钉孔口倒角可以避免。 3.多样性特点 通过改变零件结构本身的形态——形状、位置、数目、尺寸，零件的材料，零件间的连接方式、运动方式等，可以得到许多不同的机械结构方案。 满足同样功能的结构的多样性，得到一个尽可能大的结构设计方案解空间，是进行结构创新设计中的一个不可缺少的环节，是进行结构创新设计和优化设计的重要前提。 如图1