机械结构设计规范-每页放6张幻灯片-20170317

1、机械结构设计规范机械结构设计规范 机械设计规范机械设计规范 目目 录录 第一章第一章 标准件设计准则标准件设计准则 第二章第二章 薄板件设计准则薄板件设计准则 第三章第三章 防腐蚀设计准则防腐蚀设计准则 第四章第四章 公差设计准则公差设计准则 第五章第五章 焊接件设计准则焊接件设计准则 第六章第六章 可靠性设计准则可靠性设计准则 第七章第七章 力学原理设计准则力学原理设计准则 第八章第八章 便于切削设计准则便于切削设计准则 第九章第九章 热应力设计准则热应力设计准则 第十章第十章 塑胶件设计准则塑胶件设计准则 第十一章第十一章 系统要求设计准则系统要求设计准则 第十二章第十二章 运动部件设计准

2、则运动部件设计准则 第十三章第十三章 轴支撑设计准则轴支撑设计准则 第十四章第十四章 铸件设计准则铸件设计准则 第十五章第十五章 便于装配设计准则便于装配设计准则 第一章第一章 标准件设计准则标准件设计准则 1.1 标准化的重要性标准化的重要性 1.2 选用标准件的意义选用标准件的意义 1.3 标准件的分类标准件的分类 1.4 优选器件准则优选器件准则 1.5 标准件种类最少准则标准件种类最少准则 1.6 非标件慎用准则非标件慎用准则 1.7 相同装配相同标准件准则相同装配相同标准件准则 1.8 腐蚀环境材料同质准则腐蚀环境材料同质准则 1.9 外部螺钉特征一致准则外部螺钉特征一致准则 1.1

3、0 明显差异或完全相同准则明显差异或完全相同准则 1.1 标准化的重要性标准化的重要性 1 标准化是现代化大生产的必要条件标准化是现代化大生产的必要条件 现代化大生产是以技术和生产高度社会化为特征的，分工越来越 细，企业间的联系与协作协调越来越广泛和密切。 标准化是企业间联系与协作协调的工具与手段。 1） 它能使企业建立最佳秩序，提供共同语言； 2） 它能让各企业看到共同的目标与利益； 3） 它能对各企业有无偏见的、规范的、权威的约束； 4）它能给各企业带来成功，也能给社会带来巨大效益。 2 标准化是实行科学管理和现代化管理的基础标准化是实行科学管理和现代化管理的基础 科学管理的创始人泰勒说过

4、：引进科学管理必将结出丰硕之果。 使所有的工具和工作条件实现标准化和完美化。 1）. 标准化为企业管理提供目标和依据； 2）.标准化使企业内各单位的技术标准和管理标准实现统一，充分 发挥企业管理系统的管理功能； 3）.标准化有利于企业和企业之间的协作、约束与协调 3 标准化有利于先进的生产组织和制造技术的推广应用标准化有利于先进的生产组织和制造技术的推广应用 1）. 生产专业化是先进的组织形式，具有很突出的优越性，标准 化对专业化生产起到了促进，推动巩固作用。专业化生产需要批量， 标准化的形式是通用化系列化组合化模块化，有利于缩减类型品种， 增加批量。 2）. 市场多样化和个性化的需求使定制生

5、产成为主流，使企业面 临开发新品的速度和多品种生产的压力，标准化（如模块化）是解决 这一难题的最好办法。 4 开展标准化有利于提高产品质量和发展产品品种开展标准化有利于提高产品质量和发展产品品种 消费者希望物美价廉、样式新颖、品种繁多、信息透明可比，标准化 能解决这一问题： 1）. 质量标准能揭示质量差距促进质量进步和新品开发； 2）. 标准化有利于提高企业的综合素质和质量保证能力； 3）. 标准化设计思想的贯彻使企业（简化能消除低功能产品，系 列化能以最佳的品种发展变形产品，组合化和模块化能以最少要素最 快速度组合出更多新产品）能快速反应市场需求，取得竞争优势。 5 标准化是消除浪费节约活劳

6、动和物化劳动的有效手段标准化是消除浪费节约活劳动和物化劳动的有效手段 减少重复劳动。 （发展国际贸易、保护消费者利益、保障安全、技术进步等） 标准化的作用就像有些专家说的：如果就市场竞争而论， 标准化的作用简单地说，就是能够“赢得市场竞争”。当然并 不是企业一开展标准化就能赢得市场竞争。但是，企业没有搞 好标准化，就无法赢得市场竞争。 由于国家大力推行国家标注和标准化体系使得我国的企业 都是执行国家标准的企业，也产生了无数专业化的生产标准件 的厂家。标准件一般是指螺钉螺帽、垫圈、弹簧、轴承等等， 从广义来说电视机、电机、减速机、电器机柜、电脑、自行车、 摩托车等也是标准件产品。标准化的作用正是

7、通过标准件和标 准化体系实现的。 举例说明产品标准化作用。 1.2 选用标准件的意义选用标准件的意义 1. 选用标准件可以节省大量设计时间； 2.选用标准件可以节省大量原材料； 3.选用标准件可以节省大量生产工时； 4.选用标准件方便装配和出厂维修； 5. 专业化厂家大批量生产的标准件质量更胜一筹。 总之，选用的标准件比例越多节约的资金越多，企业 可以把更多的精力用在产品的功能和品质上。 1.3 标准件的分类标准件的分类 1. 从标准件使用材料分： a.黑金属-碳钢合金钢不锈钢 b.有色金属-铜合金铝合金鎂合金钛合金 c. 非金属-塑料尼龙橡胶岩棉陶瓷 2.从标准件使用功能分： a.各种螺钉、

8、螺帽、垫圈、销钉、铆钉、键 b. 各种弹簧及弹性元件 c.各种密封圈及密封元件 d.各种轴承、丝杠丝母、直线导轨、五金件 e.各种操作件、润滑件 f.各种型材、法兰、管接头 g.各种电脑、减速机、减速器 h. 各种刀量卡模具及各种工艺装备 1.4 优选器件准则优选器件准则 建立建立优选器件清单优选器件清单； 制定清单中增加物料的控制流程；制定清单中增加物料的控制流程； 通过流程控制物料种类和规格。通过流程控制物料种类和规格。 1.5 标准件种类最少准则标准件种类最少准则 标准件种类不超过标准件种类不超过_种种 单一种类中规格不超过单一种类中规格不超过_种种 1.6 非标件慎用准则非标件慎用准则

9、 自行设计和非标螺钉慎用；自行设计和非标螺钉慎用； 若不可避免，考虑系列产品公用的设计若不可避免，考虑系列产品公用的设计 1.7 相同装配相同标准件准则相同装配相同标准件准则 相同装配要求用相同的标准件。相同装配要求用相同的标准件。 1.8 腐蚀环境材料同质准则腐蚀环境材料同质准则 在腐蚀性环境下工作的设备，标准件材料与构件材质 须相同，如不同，标准件加套管等隔离防护措施， 避免腐蚀。 1.9 外部螺钉特征一致准则外部螺钉特征一致准则 外部螺钉型号、颜色一致 1.10 明显差异或完全相同准则明显差异或完全相同准则 用到的标准件，要么有明显差异，要么完全相同， 有明显差异是为了防止装错，完全相同

10、是为了维修过程的互换性。 检查：维修过程重装时，应没有螺钉装错依然能够装上的情况， 并分析螺钉装错不会造成事故。 第二章：薄板件设计准则第二章：薄板件设计准则 2.1 薄板翻边准则薄板翻边准则 2.2 薄板零件禁攻丝准则薄板零件禁攻丝准则 2.3 薄板件判定标准薄板件判定标准 2.4 形状简单准则形状简单准则 2.5 节省材料准则节省材料准则 2.6 足够强度刚度准则足够强度刚度准则 2.7 避免粘刀准则避免粘刀准则 2.8 弯曲棱边垂直切割面准则弯曲棱边垂直切割面准则 2.9平缓弯曲准则平缓弯曲准则 2.10 避免小圆形卷边准则避免小圆形卷边准则 2.11 槽孔边不弯曲准则槽孔边不弯曲准则

11、2.12 复杂结构组合制造准则复杂结构组合制造准则 2.13 避免避免直线贯通准则直线贯通准则 2.14 压槽连通排列准则压槽连通排列准则 2.15 空间压槽准则空间压槽准则 2.16 局部松弛准则局部松弛准则 2.1 薄板翻边准则薄板翻边准则 薄板（0.8mm）的零件，安装螺钉过孔位应有折边。 大的薄板件四周都有折边，如汽车覆盖件。 2.2 薄板零件禁攻丝准则薄板零件禁攻丝准则 薄板（薄板（0.8mm）的零件禁止翻边攻丝）的零件禁止翻边攻丝 2.3 薄板件判定标准薄板件判定标准 确认是否有薄板件，判定标准：板厚 和其长度相比小得多的钢板，特点是 横向抗弯能力差 包括三个加工工艺： 1下料包括

12、剪切和冲裁； 2成形包括弯曲、折叠、卷边和深拉； 3连接包括焊接和粘接。 2.4 形状简单准则形状简单准则 用直线、圆 形等简单 形状，便 于加工 2.5 节省材料准则节省材料准则 明确了解所选用材 料的原材料形状 形状设计考虑加工 时的自拼接，减少 下脚料，尤其是批 量大时， 解决方法：1下料 排列方法优化；2 下脚料再利用 2.6 足够强度足够强度 刚度准则刚度准则 1尖角刚度不足，用尖角刚度不足，用 钝角代替；钝角代替； 2两孔间距不宜太近，两孔间距不宜太近， 避免切割冲孔时避免切割冲孔时 的裂纹；的裂纹； 3细长板条剪裁会产细长板条剪裁会产 生裂纹，应避免。生裂纹，应避免。 2.7 避

13、免粘刀准则避免粘刀准则 需要冲裁切割部分作如下处理： 1留有一定坡度； 2切割面连通。 2.8 弯曲棱边垂弯曲棱边垂 直切割面准则直切割面准则 切割后的薄板如切割后的薄板如 果需要进行弯曲，果需要进行弯曲， 弯曲棱需垂直于弯曲棱需垂直于 切割面；切割面； 不能保证时，应不能保证时，应 在切割面和弯曲在切割面和弯曲 棱边交汇处设计棱边交汇处设计 一个一个r2倍板厚的倍板厚的 圆角。否则会有圆角。否则会有 裂纹的危险。裂纹的危险。 2.9平缓弯曲准则平缓弯曲准则 对板材进行对板材进行 弯折时，弯弯折时，弯 曲半径不宜曲半径不宜 太小，外侧太小，外侧 会出现裂纹，会出现裂纹， 内侧会出现内侧会出现

14、褶皱。褶皱。 2.10 避免小圆形避免小圆形 卷边准则卷边准则 r1.5倍的倍的 板厚；不要板厚；不要 完全的卷形。完全的卷形。 加强刚度，加强刚度， 避免棱边划避免棱边划 伤。伤。 2.11 槽孔边不弯曲准则槽孔边不弯曲准则 弯曲棱边与 槽孔的棱 边的距离 大于弯曲 半径+2倍 壁厚的距 离；或者 让槽孔横 跨整个弯 曲棱边。 2.12 复杂结构组合制造准则复杂结构组合制造准则 将超过二（三）将超过二（三） 道工序的结道工序的结 构件的结构构件的结构 进行分解，进行分解， 分解成只分解成只 由圆形、直线等由圆形、直线等 组成的简单组成的简单 结构，然后结构，然后 焊接在一起。焊接在一起。 2

15、.13 避免直线贯通准则 1. 薄板横向弯曲刚度较差，用加压槽的设计避免。 2. 并且无压槽区域禁止直线贯通，贯通的低刚度无压槽窄带区域易成为 板面弯曲失稳的惯性轴。 3. 不规则排列是消除直线贯通的较好方法 2.14 压槽连通压槽连通 排列准则排列准则 压槽终点是薄压槽终点是薄 弱点，通弱点，通 过连通消过连通消 除终点为除终点为 佳佳 2.15 空间压槽准则空间压槽准则 非单一平面非单一平面 的薄板结构，的薄板结构， 棱边附近是棱边附近是 失稳的薄弱失稳的薄弱 环节，设计环节，设计 压槽不能只压槽不能只 在一个平面在一个平面 上设计，需上设计，需 要设计成空要设计成空 间的。间的。 2.1

16、6 局部松弛准则局部松弛准则 薄板局部变形受阻碍时，会出现皱折，薄板局部变形受阻碍时，会出现皱折， 在皱折附近设几个小的压槽，减少变形阻碍。在皱折附近设几个小的压槽，减少变形阻碍。 第三章：防腐蚀设计准则第三章：防腐蚀设计准则 3.1 避免大面积叠焊准则避免大面积叠焊准则 3.2 避免间隙腐蚀准则避免间隙腐蚀准则 3.3 避免局部微观腐蚀环境准则避免局部微观腐蚀环境准则 3.4 防止流体通道淤积原则防止流体通道淤积原则 3.5 避免大温度和浓度梯度差准则避免大温度和浓度梯度差准则 3.6 防止高速流体准则防止高速流体准则 3.7 腐蚀裕度准则腐蚀裕度准则 3.8 最小比表面积准则最小比表面积准

17、则 3.9 便利后继措施准则便利后继措施准则 3.10 良好力学状态准则良好力学状态准则 3.1 避免大面积叠焊准则避免大面积叠焊准则 是否存在大面积的叠焊、缝隙中的残留物可能导致零件生锈 确认腐蚀环境条件：两个不同电化学位势的电极分别是什么？两个电 极通过何方式实现电接触？浸泡两电极的电解质是什么？如何形成的？ 确定是面腐蚀还是点腐蚀如果是面腐蚀，选择增加板的厚度，按照预 期设计寿命留出板厚余量。 选择其中一种防护层工艺方法：电镀、喷涂、浸渍上漆、渗透、滚压、 化学转换等 3.2 避免间隙腐蚀准则避免间隙腐蚀准则 金属浓度不同，间隙内腐蚀产物经水解化作用酸化，氧气扩散困难，金属浓度不同，间隙

18、内腐蚀产物经水解化作用酸化，氧气扩散困难， 发生间隙腐蚀的可能性大得多，例如支承结构、钢架结构、点焊、单发生间隙腐蚀的可能性大得多，例如支承结构、钢架结构、点焊、单 侧焊、容器衬板中。侧焊、容器衬板中。 避免间隙结构出现；避免间隙结构出现； 将间隙密封，使腐蚀性物质无法进入；将间隙密封，使腐蚀性物质无法进入； 将狭窄空间设计成较大空间，不停的对流使电解质平衡。将狭窄空间设计成较大空间，不停的对流使电解质平衡。 3.3 避免局部微观腐蚀环境准则避免局部微观腐蚀环境准则 不同金属是否有电接触？不同金属是否有电接触？ 通过加绝缘措施使不同金属没有电接触；通过加绝缘措施使不同金属没有电接触； 有电接触

19、的不同金属，哪是贱金属，哪是贵金属？如有螺栓、螺钉有电接触的不同金属，哪是贱金属，哪是贵金属？如有螺栓、螺钉 连接的结构连接的结构 确定贱金属是不是要保护的防腐蚀部件（贱金属充当阳极被腐蚀），确定贱金属是不是要保护的防腐蚀部件（贱金属充当阳极被腐蚀）， 如果是则采取系列措施，如果不是，则贵金属是被保护部件，牺牲如果是则采取系列措施，如果不是，则贵金属是被保护部件，牺牲 贱金属（阳极）被腐蚀，保护贵金属（阴极），则不必作技术处理贱金属（阳极）被腐蚀，保护贵金属（阴极），则不必作技术处理 5. 金属是否被电解质包围；金属是否被电解质包围； 3.4 防止流体通道淤积原则防止流体通道淤积原则 结构上保

20、证停车期结构上保证停车期 间，管道中的介质间，管道中的介质 能空干，否则温度能空干，否则温度 下降，残留介质在下降，残留介质在 器壁上浓缩结壳，器壁上浓缩结壳， 再启动后壁受热，再启动后壁受热， 粘结在器壁上的结粘结在器壁上的结 壳成为应力裂纹腐壳成为应力裂纹腐 蚀源蚀源 3.5 避免大温度和浓度梯度差准则避免大温度和浓度梯度差准则 防止大的温度和浓度梯度，否则会引起沉淀物、冷凝物、防止大的温度和浓度梯度，否则会引起沉淀物、冷凝物、 局部势差；局部势差； 高温度、高浓度也会加速腐蚀过程；高温度、高浓度也会加速腐蚀过程； 局部高温引起结壳，结壳反过来加剧局部过热；局部高温引起结壳，结壳反过来加剧

21、局部过热； 4. 局部低温会导致冷凝局部低温会导致冷凝 3.6 防止高速流体准则防止高速流体准则 常出现在高湍流区；确认结构系统里是否存在高湍流区？常出现在高湍流区；确认结构系统里是否存在高湍流区？ 1、结构改进，增大弯管弯曲半径；、结构改进，增大弯管弯曲半径； 2、过滤和离心分离流体，消除固体粒子和气泡；、过滤和离心分离流体，消除固体粒子和气泡； 3、阴极保护或加防腐剂；、阴极保护或加防腐剂； 4、在危险壁面电镀或加涂层；、在危险壁面电镀或加涂层； 5、选择具有坚硬保护层不易腐蚀的材料。、选择具有坚硬保护层不易腐蚀的材料。 3.7 腐蚀裕度准则腐蚀裕度准则 对腐蚀速率较慢、均匀的面腐蚀适用；

22、腐对腐蚀速率较慢、均匀的面腐蚀适用；腐 蚀速率和设备的设计寿命确定壁厚蚀速率和设备的设计寿命确定壁厚 3.8 最小比表面积准则最小比表面积准则 在容积相等的前提下，使受腐蚀的表面最小，比表面在容积相等的前提下，使受腐蚀的表面最小，比表面 积积=表面积表面积/体积体积 六面体六面体正方体正方体圆柱体圆柱体椭圆体椭圆体球体球体 某储液罐，某储液罐，10立方米容积，是用一个大罐还是用十个立方米容积，是用一个大罐还是用十个 小罐减少腐蚀更好一点？小罐减少腐蚀更好一点？ 3.9 便利后继措施准则便利后继措施准则 不能通过结构措施消不能通过结构措施消 除的腐蚀损除的腐蚀损 坏，可设计上为后续坏，可设计上为

23、后续 更换腐蚀部更换腐蚀部 件或加防护措施提供件或加防护措施提供 便利便利 1 1、易于观察腐蚀损、易于观察腐蚀损 坏；坏； 2 2、易于更换腐蚀严、易于更换腐蚀严 重的构件；重的构件； 3 3、易于上涂层，易、易于上涂层，易 于电镀于电镀 3.10 良好力良好力 学状态准则学状态准则 1. 类似于焊接件里类似于焊接件里 的强度要求设的强度要求设 计规范，让焊计规范，让焊 缝处于较好的缝处于较好的 受力状态；受力状态； 2. 拉应力会加剧拉应力会加剧 腐蚀；腐蚀； 3. 裂纹应力同时裂纹应力同时 存在时，可能存在时，可能 产生应力裂纹产生应力裂纹 腐蚀腐蚀 第四章：公差设计准则第四章：公差设计

24、准则 4.1 关键配合尺寸的加工要求明确准则关键配合尺寸的加工要求明确准则 4.2 同一道工序准则同一道工序准则 4.3 减少刚体转动位移准则减少刚体转动位移准则 4.4 避免双重配合准则避免双重配合准则 4.5 最小公称尺寸准则最小公称尺寸准则 4.6 避免累积误差准则避免累积误差准则 4.7 形状简单准则形状简单准则 4.8 最小尺寸数量准则最小尺寸数量准则 4.9 采用弹性元件准则采用弹性元件准则 4.10采用调节元件准则采用调节元件准则 4.1 关键配合尺寸的加工要求明确准则关键配合尺寸的加工要求明确准则 关键配合尺寸的加工是否有关键配合尺寸的加工是否有 粗糙度或形位公差的要求粗糙度或

25、形位公差的要求 4.2 同一道工序准则同一道工序准则 对有平行、同轴、对中等要求的加工面，设计上尽量使这些有位置对有平行、同轴、对中等要求的加工面，设计上尽量使这些有位置 精度要求的元素在同一道工序中加工精度要求的元素在同一道工序中加工 平行、同轴、对中等要求的加工面，只用一道工序解决平行、同轴、对中等要求的加工面，只用一道工序解决 4.3 减少刚体转动位移准则减少刚体转动位移准则 消除刚体位移；消除刚体位移； 2. 减小配合面到传动中心的距离；有转动倾向的减小配合面到传动中心的距离；有转动倾向的 配合、减小配合面到转动点的距离配合、减小配合面到转动点的距离 4.4 避免双重配合准则避免双重配

26、合准则 禁禁 止止 两两 个个 或或 更更 多多 个个 配配 合合 面面 4.5 最小公称尺寸准则最小公称尺寸准则 1. 同样加工精同样加工精 度，构件公度，构件公 称尺寸越小，称尺寸越小， 越容易加工；越容易加工； 即构件尺寸即构件尺寸 越小，加工越小，加工 精度越容易精度越容易 提高；提高； 2. 使较高配合使较高配合 精度要求的精度要求的 工作面的面工作面的面 积和配合距积和配合距 离尽可能小离尽可能小 4.6 避免累积误差准则避免累积误差准则 要尽量避免要尽量避免 串联尺寸链串联尺寸链 上的标注方上的标注方 法，非功能法，非功能 性的尺寸可性的尺寸可 以不标以不标 4.7 形状简单准则

27、形状简单准则 1.配合面的配合面的 几何形状几何形状 应尽量简应尽量简 单，单， 2.圆柱面代圆柱面代 替圆锥面，替圆锥面， 3.平行、垂平行、垂 直面代替直面代替 倾斜面倾斜面 4.8 最小尺寸数量准则最小尺寸数量准则 配合性能和配合性能和 多个尺寸多个尺寸 相关时，相关时， 误差累积误差累积 会致配合会致配合 精度难提精度难提 高，应尽高，应尽 量使配合量使配合 面和较少面和较少 的尺寸相的尺寸相 关关 4.9 采用弹性元件准则采用弹性元件准则 导轨、螺纹、绞联、插接有间隙会降低配合精度，过盈摩擦力导轨、螺纹、绞联、插接有间隙会降低配合精度，过盈摩擦力 太大会咬死，这种配合状态用选择公差的

28、方法难实现，用柔太大会咬死，这种配合状态用选择公差的方法难实现，用柔 度大的弹性体消除间隙度大的弹性体消除间隙 4.10采用调节元件准则采用调节元件准则 螺母或弹性垫片实现螺母或弹性垫片实现 第五章：焊接件设计准则第五章：焊接件设计准则 5.1几何连续性原则几何连续性原则 5.2避免焊缝重叠避免焊缝重叠 5.3焊缝根部优先受压焊缝根部优先受压 5.4避免铆接式结构避免铆接式结构 5.5避免尖角避免尖角 5.6便于焊接前后的处理操作和检测准则便于焊接前后的处理操作和检测准则 5.7对接焊缝强度大及动载荷设计准则对接焊缝强度大及动载荷设计准则 5.8焊接区柔性准则焊接区柔性准则 5.9最少的焊接最

29、少的焊接 5.10材料的可焊性，碳钢中的碳含量材料的可焊性，碳钢中的碳含量 5.11前处理、后处理工艺前处理、后处理工艺 5.12焊缝受载形式利于焊接工艺准则焊缝受载形式利于焊接工艺准则 5.1几何连续性原则几何连续性原则 几何连续性原则，避几何连续性原则，避 免在几何突变处设置免在几何突变处设置 焊缝，这里应力集中，焊缝，这里应力集中， 如果不能避免，则设如果不能避免，则设 定过渡结构定过渡结构 焊缝连接的两侧，板焊缝连接的两侧，板 厚不一致，不能保证厚不一致，不能保证 几何形状的连续性，几何形状的连续性， 则设定过渡结构则设定过渡结构 简筒风头是曲率突变简筒风头是曲率突变 区，应力集中，应

30、远区，应力集中，应远 离，如右端。离，如右端。 5.2避免焊缝重叠避免焊缝重叠 避免焊缝重叠，避免焊缝重叠， 多条焊缝交汇处多条焊缝交汇处 刚性大，结构翘刚性大，结构翘 曲严重会加大焊曲严重会加大焊 缝内应力；缝内应力； 结构多次过热，结构多次过热， 材料性能下降，材料性能下降， 应避免应避免 措施有三个：措施有三个： 加辅助结构；加辅助结构； 切除部分；切除部分； 焊缝错开焊缝错开 5.3焊缝根部优先受压焊缝根部优先受压 焊缝根部优先受压，焊缝根部有裂纹，易产生缺口作用焊缝根部优先受压，焊缝根部有裂纹，易产生缺口作用 承受拉载荷能力承受拉载荷能力 承受压载荷能力承受压载荷能力 5.4避免铆接

31、式结构避免铆接式结构 铆接式结构铆接式结构 通常用衬板通常用衬板 搭接形式，搭接形式， 焊缝多，费焊缝多，费 材料，造价材料，造价 高，且导致高，且导致 力流转折，力流转折， 提高了焊缝提高了焊缝 处的应力水处的应力水 平平 5.5避免尖角避免尖角 避免尖避免尖 角，焊角，焊 接处尖接处尖 角定位角定位 困难，困难， 且尖角且尖角 热容体热容体 太小，太小， 尖角易尖角易 被熔化被熔化 5.6便于焊接前后的处理操作和检测准则便于焊接前后的处理操作和检测准则 结构的设计便于焊接前、后的处理、焊接的操作和检测。结构的设计便于焊接前、后的处理、焊接的操作和检测。 1、足够大的操作空间；、足够大的操作

32、空间； 2、焊接时易于定位，易于操作，电极不会和周围的板粘结；、焊接时易于定位，易于操作，电极不会和周围的板粘结； 3、焊接后便于检查；、焊接后便于检查； 5.7对接焊缝强度大及动载荷设计准则对接焊缝强度大及动载荷设计准则 对接焊缝强度较大，尤其动载荷时优先采用对接焊缝强度较大，尤其动载荷时优先采用 5.8焊接区柔性准则焊接区柔性准则 焊接时的热变形在冷却后不能完全消除，焊接时的热变形在冷却后不能完全消除， 产生残余变形，引起热应力。产生残余变形，引起热应力。 解决措施：解决措施： 热处理工艺降低热应力；热处理工艺降低热应力； 1.降低焊接区周围的刚性，从根本上减少内应力的产生。降低焊接区周围

33、的刚性，从根本上减少内应力的产生。 5.9最少的焊接最少的焊接 最好的焊接是最最好的焊接是最 少的焊接，减少少的焊接，减少 焊缝的数量，减焊缝的数量，减 少焊缝的长度。少焊缝的长度。 焊接的强度总会焊接的强度总会 低于母材低于母材 焊接过程的热应焊接过程的热应 力总会对材料特力总会对材料特 性有影响。性有影响。 5.10材料的可焊性，碳钢中的碳含量材料的可焊性，碳钢中的碳含量 材料的可焊性，碳钢中的碳含量材料的可焊性，碳钢中的碳含量0.22% 5.11前处理、后处理工艺前处理、后处理工艺 前处理、后处理工艺前处理、后处理工艺 5.12焊缝受载形式利于焊接工艺准则焊缝受载形式利于焊接工艺准则 焊

34、缝受载形式利于焊接工艺的进行焊缝受载形式利于焊接工艺的进行 第六章：可靠性设计准则第六章：可靠性设计准则 6.1冗余法则冗余法则 6.2零流准则零流准则 6.3可靠的工作原理准则可靠的工作原理准则 6.4裕度准则裕度准则 6.5安全阀准则安全阀准则 6.6简单准则简单准则 6.1冗余法则冗余法则 重复设置多个功能相同元件，分功能冗余和原理冗余；重复设置多个功能相同元件，分功能冗余和原理冗余； 功能冗余：原理相同、功能相同的备份；功能冗余针对元件本身而非外界环功能冗余：原理相同、功能相同的备份；功能冗余针对元件本身而非外界环 境因素的失效；境因素的失效； 原理冗余：相同功能，不同原理的元件互为备

35、份。原理冗余采取不同的原理原理冗余：相同功能，不同原理的元件互为备份。原理冗余采取不同的原理 器件，比如对锅炉安全阀的监测，可以用电、光、热敏等不同原理的传感器，器件，比如对锅炉安全阀的监测，可以用电、光、热敏等不同原理的传感器， 可避免在某一失效因素下，两个器件不会同时失效。可避免在某一失效因素下，两个器件不会同时失效。 6.2零流准则零流准则 在需要外部构件执行某项功能时，让它不依赖在需要外部构件执行某项功能时，让它不依赖 或尽量少依赖外部条件，从而减少可能阻碍其或尽量少依赖外部条件，从而减少可能阻碍其 执行功能的外在因素执行功能的外在因素。 电磁车刹右图电磁车刹右图 通电通电 磁力使车刹

36、强迫分离磁力使车刹强迫分离 左图左图 断电断电 弹簧力使车刹抱紧弹簧力使车刹抱紧 按零流原理设计的阀门按零流原理设计的阀门 6.3可靠的工作原理准则可靠的工作原理准则 机械优于电气、电磁、液压系统，工作性机械优于电气、电磁、液压系统，工作性 能较可靠；能较可靠； 形状联结方式比力联接方式可靠，外界因形状联结方式比力联接方式可靠，外界因 素难改变机械构件的几何形状，但容易改素难改变机械构件的几何形状，但容易改 变其受力状态。变其受力状态。 可靠的工作原理准则可靠的工作原理准则 6.4裕度准则裕度准则 安全系数方法，通常加大构件尺寸，工程上很多因素自身并无一个安全系数方法，通常加大构件尺寸，工程上

37、很多因素自身并无一个 绝对的数值，而是一个分布范围，裕度设计是解决问题的根本。绝对的数值，而是一个分布范围，裕度设计是解决问题的根本。 断裂破坏、热应力破坏等因材料特性引起的问题，在构件尺寸上加断裂破坏、热应力破坏等因材料特性引起的问题，在构件尺寸上加 强裕度设计无效强裕度设计无效 6.5安全阀准则安全阀准则 有意安置一个薄弱点，丢卒保帅有意安置一个薄弱点，丢卒保帅 安全阀、保险丝安全阀、保险丝 6.6简单准则简单准则 最少数量、最简形状、最少工艺步骤、最简加工装配工艺、最少数量、最简形状、最少工艺步骤、最简加工装配工艺、 最普通材料、最简工具、最简拆卸步骤最普通材料、最简工具、最简拆卸步骤

38、结合零部件特点，设定量化评估指标结合零部件特点，设定量化评估指标 第七章：力学原理设计准则第七章：力学原理设计准则 7.1强度计算和试验准则强度计算和试验准则 7.2均匀受载准则均匀受载准则 7.3力流路径最短准则力流路径最短准则 7.4减低缺口效应准则减低缺口效应准则 7.5变形协调准则变形协调准则 7.6等强度准则等强度准则 7.7附加力自平衡准则附加力自平衡准则 7.8空心截面准则空心截面准则 7.9受扭截面凸形封闭准则受扭截面凸形封闭准则 7.10最佳着力点准则最佳着力点准则 7.11受冲击载荷结构柔性准则受冲击载荷结构柔性准则 7.12避免长压杆失稳准则避免长压杆失稳准则 7.13热

39、变形自由准则热变形自由准则 7.1强度计算和试验准则强度计算和试验准则 对承受较大负载或扭矩的钣金位置，强度须经对承受较大负载或扭矩的钣金位置，强度须经 过计算，并安全合格；过计算，并安全合格； 必要时须有试验报告和数据。必要时须有试验报告和数据。 7.2均匀受载准则均匀受载准则 通过构件设计，使受力载荷分布均匀，载荷不集通过构件设计，使受力载荷分布均匀，载荷不集 中可以保证同等条件下，承受的应力成倍增加。中可以保证同等条件下，承受的应力成倍增加。 连续性和载荷均匀分布的设计可以实现。连续性和载荷均匀分布的设计可以实现。 7.3力流路径最短准则力流路径最短准则 力流优先走较短路径，刚度最大的路

40、径；力流优先走较短路径，刚度最大的路径； 力线连续。为提高构建刚度，尽量使力流路径最短，越力线连续。为提高构建刚度，尽量使力流路径最短，越 短则受力区域越小，累积变形就越小，刚度就提高。短则受力区域越小，累积变形就越小，刚度就提高。 尽量保证力流线路的直线状态，这时力流路径最短尽量保证力流线路的直线状态，这时力流路径最短 7.4减低缺口效应准则减低缺口效应准则 缺口效应的原因是力流在截面突变处，被迫急剧改变原有缺口效应的原因是力流在截面突变处，被迫急剧改变原有 路径，因而力流抢近道引起近道局部力线拥挤，应力急剧路径，因而力流抢近道引起近道局部力线拥挤，应力急剧 集中上升。集中上升。 解决措施：

41、解决措施： 避免截面突变的设计，尤其是避免力流截面急剧变小；避免截面突变的设计，尤其是避免力流截面急剧变小； 降低缺口附近的材料钢度；降低缺口附近的材料钢度； 加预压力应力；加预压力应力； 避免力流突然转弯避免力流突然转弯 孔、槽、螺纹、台肩等缺口处易发生；判定标准是界面孔、槽、螺纹、台肩等缺口处易发生；判定标准是界面 尺寸变化的急剧程度；尺寸变化的急剧程度； 7.5变形协调准则变形协调准则 在力的传递中，构件会发生变形，变形不对称、在力的传递中，构件会发生变形，变形不对称、 接触面变形不匹配等都会引起走偏、应力集中等接触面变形不匹配等都会引起走偏、应力集中等 问题；问题； 解决措施：解决措施

42、： 在接触面处，降低构件在力流方向上的刚度，以在接触面处，降低构件在力流方向上的刚度，以 便减少对另一构件变形的阻碍，使变形同步；便减少对另一构件变形的阻碍，使变形同步； 如：轴承的轴固定架、天车的导轨如：轴承的轴固定架、天车的导轨 7.6等强度准则等强度准则 构件局部的应力和该处的材料许用值相等。省材料降能耗。构件局部的应力和该处的材料许用值相等。省材料降能耗。 注意次要载荷的影响注意次要载荷的影响 7.7附加力自平衡准则附加力自平衡准则 力传递中，出现的无用力或力矩，白白增加损耗，力传递中，出现的无用力或力矩，白白增加损耗， 通过让附加力自行平衡或抵消的方法解决。通过让附加力自行平衡或抵消

43、的方法解决。 解决措施：解决措施： 平衡件；平衡件； 1.对称安置对称安置 7.8空心截面准则空心截面准则 弯曲和扭转应力在横截面越远离中心越大，横截面中心很弯曲和扭转应力在横截面越远离中心越大，横截面中心很 小，同等材料截面积情况下，空心的结构有更好的强度和小，同等材料截面积情况下，空心的结构有更好的强度和 刚度。刚度。 空心也可以通过其他形式实现，不一定就得是圆管形；空心也可以通过其他形式实现，不一定就得是圆管形； 空心结构的壁厚不能太薄，否则发生局部皱折而丧失承载空心结构的壁厚不能太薄，否则发生局部皱折而丧失承载 能力能力 7.9受扭截面凸形受扭截面凸形 封闭准则封闭准则 受扭转作用的薄

44、壁受扭转作用的薄壁 构件的截面避免开构件的截面避免开 口形状，抵抗剪切口形状，抵抗剪切 变形的能力低，扭变形的能力低，扭 转刚度就低。转刚度就低。 7.10最佳着力点准则最佳着力点准则 力矢量经过横截面扭转中心，不会产生附加扭矩；力矢量经过横截面扭转中心，不会产生附加扭矩； 多个力的作用节点尽量使力矢量交汇于一处，避免附加弯矩，降低多个力的作用节点尽量使力矢量交汇于一处，避免附加弯矩，降低 应力水平。应力水平。 7.11受冲击载荷结构柔性准则受冲击载荷结构柔性准则 在有冲击载荷的情况下，加大其柔性，避免冲击，在有冲击载荷的情况下，加大其柔性，避免冲击， 但快速响应特性会下降。但快速响应特性会下

45、降。 柔性准则的措施：柔性准则的措施： 增加等截面杆的长度；增加等截面杆的长度； 避免截面突变；避免截面突变； 安装缓冲器；安装缓冲器； 1.选用弹性模量小的材料。选用弹性模量小的材料。 7.12避免长压杆失稳准则避免长压杆失稳准则 对金属构件，压应力是拉应力的多倍，但压状态下，失稳破对金属构件，压应力是拉应力的多倍，但压状态下，失稳破 坏会破坏强度，设计上应避免。坏会破坏强度，设计上应避免。 注意检查是否有细长杆受压结构。注意检查是否有细长杆受压结构。 改进措施有：改进措施有： 加大截面惯性矩；加大截面惯性矩； 减小压杆长度；减小压杆长度； 加强支撑约束性；加强支撑约束性； 截面形状与约束方

46、式的最优组合；截面形状与约束方式的最优组合； 合理选材合理选材 处于弹塑阶段的中小柔度杆，用高强度钢；处于弹塑阶段的中小柔度杆，用高强度钢； 对大柔度杆，高强度钢不能提高其稳定性，须用普通钢。对大柔度杆，高强度钢不能提高其稳定性，须用普通钢。 7.13热变形自由准则热变形自由准则 使结构因为受热的变形自由。使结构因为受热的变形自由。 具体措施：具体措施： 留有热变形的间隔留有热变形的间隔 加膨胀节加膨胀节 1.或将管道做成弯的。或将管道做成弯的。 第八章：便于切削设计准则第八章：便于切削设计准则 8.1便于退刀准则便于退刀准则 8.2最小加工量准则最小加工量准则 8.3可靠夹紧准则可靠夹紧准则

47、 8.4一次夹紧成形准则一次夹紧成形准则 8.5便利切削准则便利切削准则 8.6减少缺口效应准则减少缺口效应准则 8.7避免斜面开孔准则避免斜面开孔准则 8.8贯通空优先准则贯通空优先准则 8.9孔周边条件相近准则孔周边条件相近准则 8.1便于退刀准则便于退刀准则 受扭转作用受扭转作用 的薄壁构件的薄壁构件 的截面避免的截面避免 开口形状，开口形状， 抵抗剪切变抵抗剪切变 形的能力低，形的能力低， 扭转刚度就扭转刚度就 低。低。 8.2最小加工量准则最小加工量准则 1. 选择合适毛坯， 使毛坯接近构 件形状； 2. 分解构件，使 单一复杂构件 拆成多个标准 毛坯形状简单 构件； 3. 平缓过渡

48、； 4. 减小行程 8.3可靠夹紧准则可靠夹紧准则 加工过程要有夹加工过程要有夹 持面，否则会单持面，否则会单 独需要设计工装、独需要设计工装、 难以加工、加工难以加工、加工 过程夹持不牢容过程夹持不牢容 易飞出伤人易飞出伤人 8.4一次夹紧成形准则一次夹紧成形准则 一次夹紧就可以一次夹紧就可以 加工到位；中间加工到位；中间 更换夹持部位，更换夹持部位， 加工配合精度难加工配合精度难 以保证以保证 切削件尺寸单向切削件尺寸单向 变化变化 8.5便利切削准则便利切削准则 形状简单，形状简单， 比如圆柱体比如圆柱体 较容易加工；较容易加工； 内外有别，内外有别， 避免结构内避免结构内 部加工键槽部

49、加工键槽 和高精度配和高精度配 合，对内孔合，对内孔 和外壁的倒和外壁的倒 角、棱等采角、棱等采 取不一样的取不一样的 设计要求，设计要求， 因为加工难因为加工难 度不一样。度不一样。 8.6减少缺口效应准则减少缺口效应准则 1. 不同截面间平不同截面间平 缓过渡；缓过渡； 2. 减低缺口周围减低缺口周围 刚度；刚度； 3. 避免尖锐棱边。避免尖锐棱边。 8.7避免斜面开孔准则避免斜面开孔准则 斜面上斜面上 钻孔，钻孔， 钻头不钻头不 好定位好定位 8.8贯通孔优先准则贯通孔优先准则 贯通孔使刀臂两端平衡成为可能，盲孔只能是悬臂支撑，刀具易贯通孔使刀臂两端平衡成为可能，盲孔只能是悬臂支撑，刀具

50、易 发生变形，产生加工误差。发生变形，产生加工误差。 8.9孔周边条件相近准则孔周边条件相近准则 孔周边的约束条件要求基本相同。约束条件包括材料的弹孔周边的约束条件要求基本相同。约束条件包括材料的弹 性、构件的形状和支撑情况，差别大了，钻头将退让到加性、构件的形状和支撑情况，差别大了，钻头将退让到加 工抗力小的一侧，产生加工误差。工抗力小的一侧，产生加工误差。 钻眼睛孔时，已钻出的孔须填入相同的材料，再钻孔钻眼睛孔时，已钻出的孔须填入相同的材料，再钻孔 第九章：热应力设计准则第九章：热应力设计准则 9.1问题点明确准则问题点明确准则 9.2知识点明确准则知识点明确准则 9.3减法结构准则减法结

51、构准则 9.4加法结构准则加法结构准则 9.5方向调节原则方向调节原则 9.6消除温度差准则消除温度差准则 9.7自由膨胀准则自由膨胀准则 9.8柔性准则柔性准则 9.1问题点明确准则问题点明确准则 找出热胀冷缩导致功能误差的设计点；找出热胀冷缩导致功能误差的设计点； 温度变化大条件下，材料发生功能变化的设计点；温度变化大条件下，材料发生功能变化的设计点； 同一机构不同部件间，温度不同致热变形不同步的设计点；同一机构不同部件间，温度不同致热变形不同步的设计点； 举例：举例： 钟表的表针；钟表的表针； 直管道连接温差较大，骤冷骤热导致的膨胀收缩；直管道连接温差较大，骤冷骤热导致的膨胀收缩； 9.

52、2知识点明确准则知识点明确准则 材料热胀冷缩导致的功能性障碍；材料热胀冷缩导致的功能性障碍； 各材料的热膨胀系数不同导致的配合问题和功能障碍；各材料的热膨胀系数不同导致的配合问题和功能障碍； 热变形受到阻碍时构件内部产生的热应力；热变形受到阻碍时构件内部产生的热应力； 累积变形量和构件的尺寸成正比累积变形量和构件的尺寸成正比 9.3减法结构准则减法结构准则 单一构件的热膨胀必然存在，通过组合构件，让各构件的热膨胀互相抵消。单一构件的热膨胀必然存在，通过组合构件，让各构件的热膨胀互相抵消。 9.4加法结构准则加法结构准则 对相对热变形不同导致的结构配合问题，通过增加中间过渡结构，将对相对热变形不

53、同导致的结构配合问题，通过增加中间过渡结构，将 其中一个构建分解为两个不同膨胀系数材料的构件，使组合膨胀效果其中一个构建分解为两个不同膨胀系数材料的构件，使组合膨胀效果 与另一配合构件的膨胀效果一致。与另一配合构件的膨胀效果一致。 9.5方向调节原则方向调节原则 通过结构设计，将膨胀方向转移到非配合面上去通过结构设计，将膨胀方向转移到非配合面上去 如轴承的固定如轴承的固定-松弛装配方法松弛装配方法 9.6消除温度差准则消除温度差准则 相同材料的两构件，因为温度不同，导致膨胀程度不一样，出现热变形。相同材料的两构件，因为温度不同，导致膨胀程度不一样，出现热变形。 解决措施：使有关构件的热传递边界

54、条件尽量相近或相同解决措施：使有关构件的热传递边界条件尽量相近或相同 9.7自由膨胀准则自由膨胀准则 9.8柔性准则柔性准则 两构件热两构件热 变形不能变形不能 消除时，消除时， 加大构件加大构件 的柔性减的柔性减 少热应力。少热应力。 比如用软比如用软 管、橡胶管、橡胶 材料、将材料、将 热应力的热应力的 直线方向直线方向 转变成曲转变成曲 线方向等。线方向等。 第十章：塑胶件设计准则第十章：塑胶件设计准则 10.1零件配合无变形过应力准则零件配合无变形过应力准则 10.2避免翘曲准则避免翘曲准则 10.3细长筋受拉准则细长筋受拉准则 10.4避免内切准则避免内切准则 10.5避免尖锐棱角准

55、则避免尖锐棱角准则 10.6铸塑构件避免局部材料堆积铸塑构件避免局部材料堆积 10.7避免局部表面倒塌准则避免局部表面倒塌准则 10.8避免公差精度准则避免公差精度准则 10.9非各向同性准则非各向同性准则 10.10粘合面剪切力原则粘合面剪切力原则 10.11螺栓带衬板准则螺栓带衬板准则 10.12最小壁厚准则最小壁厚准则 10.13避免局部材料堆积准则避免局部材料堆积准则 10.1零件配合无变形过应力准则零件配合无变形过应力准则 与其他零件配合无有变形；与其他零件配合是否松或者紧与其他零件配合无有变形；与其他零件配合是否松或者紧 10.2避免翘曲准则避免翘曲准则 一般是不均匀冷却引起。一般

56、是不均匀冷却引起。 原因：原因： 材料分布不均匀；材料分布不均匀； 散热边界条件不均匀；散热边界条件不均匀； 结构不对称。结构不对称。 措施：措施： 在不可避免不均匀情况出现时，两不同壁厚间设置缓慢过渡段；在不可避免不均匀情况出现时，两不同壁厚间设置缓慢过渡段； 大平板结构均匀，散热不均匀，外快内慢；大平板结构均匀，散热不均匀，外快内慢； 带拐角构件内外散热不均匀带拐角构件内外散热不均匀 10.3细长筋受拉准则细长筋受拉准则 塑料件优先受拉（塑料的弹性模量低，细长结构易出现失稳问题）塑料件优先受拉（塑料的弹性模量低，细长结构易出现失稳问题） 和铸件优先受压准则相反（铸件内部缺陷的裂纹是主要破坏

57、原因）和铸件优先受压准则相反（铸件内部缺陷的裂纹是主要破坏原因） 细长筋拉应力细长筋拉应力 10.4避免内切准则避免内切准则 有内切的结构无法直接脱模，模具复杂，容易产生废品有内切的结构无法直接脱模，模具复杂，容易产生废品。 10.5避免尖锐棱角准则避免尖锐棱角准则 两个交界面处会产生棱两个交界面处会产生棱 角，几何形状不连角，几何形状不连 续，有严重的应力续，有严重的应力 集中，容易损坏，集中，容易损坏， 尤其是有交变应力尤其是有交变应力 作用时，可用倒角作用时，可用倒角 和平滑结构过渡段和平滑结构过渡段 代替。棱角不可避代替。棱角不可避 免时，减少棱角附免时，减少棱角附 近的刚度来减少应近

58、的刚度来减少应 力集中力集中 10.6铸塑构件避免铸塑构件避免 局部材料堆积局部材料堆积 1 构件壁厚不同，构件壁厚不同， 冷却速率不同，冷却速率不同， 易变形、空洞、易变形、空洞、 冷却时间长、费冷却时间长、费 材料。这个特性材料。这个特性 同铸件，尤其是同铸件，尤其是 两个厚度不同的两个厚度不同的 界面接缝处。界面接缝处。 2 对既需要刚度、对既需要刚度、 强度，又要避免强度，又要避免 局部材料堆积的局部材料堆积的 地方用加强筋的地方用加强筋的 设计方法设计方法 10.7避免局部表面倒塌准则避免局部表面倒塌准则 冷却不均匀或塑料熔液入模不到位导致，冷却不均匀原因为局部材冷却不均匀或塑料熔液

59、入模不到位导致，冷却不均匀原因为局部材 料堆积或壁厚过大。料堆积或壁厚过大。 塑料平板设加强筋，平板上筋的对面一侧容易倒塌；塑料平板设加强筋，平板上筋的对面一侧容易倒塌； 大壁厚容易产生空洞；大壁厚容易产生空洞； 螺栓处构件受力变形，可加壁厚或缩短螺栓螺栓处构件受力变形，可加壁厚或缩短螺栓 10.8避免公差避免公差 精度准则精度准则 塑料构件弹性模量塑料构件弹性模量 小，公差精度低于小，公差精度低于 金属构件很多，所金属构件很多，所 以须避免大尺寸小以须避免大尺寸小 公差的设计。公差的设计。 措施：措施： 将配合面尺寸缩小；将配合面尺寸缩小； 同一公差要求部分同一公差要求部分 放入同一半的模具

60、放入同一半的模具 中；中； 利用塑料易变形的利用塑料易变形的 特点，低公差结构特点，低公差结构 设计满足高配合精设计满足高配合精 度要求。度要求。 10.9非各向同性准则非各向同性准则 塑料与金属不塑料与金属不 同，纤维方向同，纤维方向 和受力方向一和受力方向一 致，纤维方向致，纤维方向 和浇铸的流动和浇铸的流动 方向一致。方向一致。 10.10粘合面剪粘合面剪 切力原则切力原则 塑料件经常粘塑料件经常粘 接，接， 粘接处受粘接处受 剪切力，避免剪切力，避免 撕扯力撕扯力 10.11螺栓带螺栓带 衬板准则衬板准则 塑料件的螺塑料件的螺 栓连接一定栓连接一定 要带衬板，要带衬板， 塑料承受力塑料