机械结构设计

1、1234设计方案结构设计结构设计强度设计强度设计三边设计法三边设计法5复习思考题678总体设计部件设计零件设计布置方式；总体尺寸；特性尺寸装配图；外形、特性、配合尺寸零件图；加工尺寸；公差精度9满足功能安全可靠最少资源消耗10明确简单安全可靠功能明确工作原理明确使用条件明确形状简单加工简单拆装简单构件可靠功能可靠工作安全环境安全1112正确分析结构件受力的类型、大小、方向及其对结构件正常工作的影响，是进行结构设计的重要依据和保证 当一结构件具有两种或两种以上功用时，应分清主次，在当一结构件具有两种或两种以上功用时，应分清主次，在优先满足主要功用的前提下，尽量满足其它功用的要求。优先满足主要功用

2、的前提下，尽量满足其它功用的要求。 13卧式车床简图卧式车床简图1-前床腿前床腿 2-进给箱进给箱 3-主轴箱主轴箱 4-丝杠丝杠 5-刀架刀架 6-尾座尾座 7-床身床身 8-后床腿后床腿1、8承受重力3承受重力、夹紧力、切削力5承受切削力14运动和动力的传递：4-3-2-1运动和动力的传递：5-4-3-2-11516171819在结构设计中，通常先确定工作部分，后确定联结部分。 工作部分主要考虑工作面的形状、尺寸、精度、表面质量等，而联结部分主要考虑强度、刚度等要求。 20固定安装固定安装21活动安装活动安装2223增加约束变形附件的结构增加约束变形附件的结构1-1-主体构件主体构件 2-

3、2-辅助构件辅助构件24中心冲工作时的力流中心冲工作时的力流不同形状的杆件不同形状的杆件25轴毂连接的不同情况轴毂连接的不同情况26不同搭不同搭接形式接形式27润滑泵偏心驱动装置润滑泵偏心驱动装置28293031偏心夹紧示意图偏心夹紧示意图1-工件工件 2-偏心轮偏心轮 3-支承轴支承轴 4-基座基座32离心式调速器离心式调速器1-竖轴竖轴 2-重锤重锤 3-滑套滑套 4-杠杆杠杆 5-阀门阀门33活塞导向的稳定性活塞导向的稳定性轴承的热稳定性轴承的热稳定性3435机床变速箱外输入轴机床变速箱外输入轴皮带轮的卸荷结构皮带轮的卸荷结构为保证主轴为保证主轴1不受弯曲，提高不受弯曲，提高加工精度，将

4、胶带的压力通过加工精度，将胶带的压力通过轴承和轴承座轴承和轴承座5传给箱体传给箱体4，由箱体分担；而带轮由箱体分担；而带轮3的转矩的转矩则通过端盖则通过端盖2的花键传给轴的花键传给轴1，故轴故轴1只承担转矩而不承担径只承担转矩而不承担径向力。向力。1-传动轴 2-端盖 3-带轮4-箱体 5-轴承座36尽量减小作用在地基上的力尽量减小作用在地基上的力。地基一般由混凝土制成，承载能地基一般由混凝土制成，承载能力较低，尽可能不要把加力机构力较低，尽可能不要把加力机构的力作用在地基上。如图为一轴的力作用在地基上。如图为一轴承实验台，用承实验台，用加载，加载，如把千斤顶放在地面上，则地基如把千斤顶放在地

5、面上，则地基受力很大。如果把油压千斤顶放受力很大。如果把油压千斤顶放在一个用螺栓直接固定在实验台在一个用螺栓直接固定在实验台底座上的角形支架上面，则地基底座上的角形支架上面，则地基不承受油压千斤顶的推力。不承受油压千斤顶的推力。37（a）伸出轴过长，受力不好）伸出轴过长，受力不好38减荷槽减荷槽减荷圆孔减荷圆孔394041424344应选择适用的应选择适用的和和；设计油沟等使润滑剂能散布到整个工作设计油沟等使润滑剂能散布到整个工作表面表面；特别应注意立式轴承和导轨的润滑设计，特别应注意立式轴承和导轨的润滑设计，因为在这种情况下，润滑剂容易流失因为在这种情况下，润滑剂容易流失。图中所示的导轨油槽

6、直通式只用于水平图中所示的导轨油槽直通式只用于水平导轨，曲折的油沟才适用于垂直导轨，导轨，曲折的油沟才适用于垂直导轨，润滑油可以较好地散布在工作面上。润滑油可以较好地散布在工作面上。45采用循环润滑的设备，都有一采用循环润滑的设备，都有一个储油箱，此箱应足够大以保个储油箱，此箱应足够大以保证润滑油有足够的冷却时间和证润滑油有足够的冷却时间和沉淀混入油内的杂质，否则润沉淀混入油内的杂质，否则润滑油的工作温度将显著升高。滑油的工作温度将显著升高。此外还应注意油箱的通风和散此外还应注意油箱的通风和散热。对热。对，以免机架，以免机架受热不均匀产生扭曲变形，使受热不均匀产生扭曲变形，使机器精度降低。机器

7、精度降低。46毡圈密封、皮圈密封等接触式密封适用于滚动轴承但不适用于滑动轴承。当轴承间隙和磨损量较小时可以考虑采用间隙式或径向曲路密封。这是因为滑动轴承比滚动轴承间隙大，而且当滑动轴承磨损后，轴中心位置有较大变化。47的齿面磨损后，轮齿变薄，齿根弯曲强度降低，不的齿面磨损后，轮齿变薄，齿根弯曲强度降低，不能满足强度要求。因而适当加大齿轮模数（加大能满足强度要求。因而适当加大齿轮模数（加大10%-15%），以保证齿轮有一定寿命），以保证齿轮有一定寿命；，未使用时如正好平直，使用时则由于磨损，精度，未使用时如正好平直，使用时则由于磨损，精度不断降低。如做成一定的上凸则可在较长时间内保持精度不断降低

8、。如做成一定的上凸则可在较长时间内保持精度。484950由于导轨运动速度是滚动速度的二倍，工作台运动到由于导轨运动速度是滚动速度的二倍，工作台运动到左右不同位置时，滚珠受力不同，工作台向不同方向左右不同位置时，滚珠受力不同，工作台向不同方向倾斜，产生误差倾斜，产生误差。宜增加滚珠数目或采用滚子轴承（滚柱刚度显著大于宜增加滚珠数目或采用滚子轴承（滚柱刚度显著大于滚珠而摩擦阻力也较大）滚珠而摩擦阻力也较大）51螺旋轴承的轴向窜动直接影响螺旋的轴向窜动，从而使螺旋机构螺旋轴承的轴向窜动直接影响螺旋的轴向窜动，从而使螺旋机构产生运动误差。对螺旋轴承应有较高的要求。对于受力较小的螺产生运动误差。对螺旋轴

9、承应有较高的要求。对于受力较小的螺旋，可以用一个钢球支持在螺旋中心，轴向窜动极小旋，可以用一个钢球支持在螺旋中心，轴向窜动极小。52321、，运动误差为设三级传动的传动比为321iii、则最后输出的传动系统总误差为：332321iii3i为最大值时传动系统总误差最小。53要避免扭紧紧定螺钉时引起导轨变形，使导轨工作表面精度要避免扭紧紧定螺钉时引起导轨变形，使导轨工作表面精度降低降低。把固定部分与导轨支承面部分做成柔性较好的联接，使紧定把固定部分与导轨支承面部分做成柔性较好的联接，使紧定螺钉产生的变形不影响导轨面的精度螺钉产生的变形不影响导轨面的精度。5455 旋钮多做成圆形，在圆柱面上常作出齿

10、纹以免转动时打滑旋钮多做成圆形，在圆柱面上常作出齿纹以免转动时打滑。 为了用一个旋钮控制多个指示器，可以做成多层旋钮，这样为了用一个旋钮控制多个指示器，可以做成多层旋钮，这样既节省位置，操作也方便既节省位置，操作也方便。 对多层旋钮的各旋钮尺寸应合理安排，以免使用时互相干扰对多层旋钮的各旋钮尺寸应合理安排，以免使用时互相干扰。56按键在机械中使用很广泛，按键在机械中使用很广泛，一般按键尺寸为一般按键尺寸为8-20mm，突出键盘面高度为突出键盘面高度为5-12mm，按动时键上下移动距离为按动时键上下移动距离为3-6mm，键与键之间的距离最，键与键之间的距离最小为小为0.6mm。按键位置应合理，便

11、于操作按键位置应合理，便于操作57较长的机械零部件或机械结构，由于温度变化，长度变化较长的机械零部件或机械结构，由于温度变化，长度变化较大，必须考虑这部分能自由伸缩。如采用可以自由移动较大，必须考虑这部分能自由伸缩。如采用可以自由移动的支座，或可以自由胀缩的管道结构的支座，或可以自由胀缩的管道结构。58图示的两个部件之间用联轴器联接两轴。由于右边部图示的两个部件之间用联轴器联接两轴。由于右边部件发热较大，工作时其中心高度变化较大，引起两轴件发热较大，工作时其中心高度变化较大，引起两轴对中误差。可以在中心支持右边部件，以避免由于发对中误差。可以在中心支持右边部件，以避免由于发热引起的对中误差热引

12、起的对中误差。59压缩机、鼓风机等为了控压缩机、鼓风机等为了控制输出介质量，可以采用制输出介质量，可以采用分流运转，即把一部分输分流运转，即把一部分输出介质送回机械中去。这出介质送回机械中去。这部分送回的介质，在再进部分送回的介质，在再进入机械以前应经过冷却，入机械以前应经过冷却，以免反复压缩介质引起温以免反复压缩介质引起温度升高度升高。60铸造铸造焊接焊接锻造、冲压锻造、冲压切削加工切削加工加工加工装配装配维修维修工工艺艺性性61铸件应尽量减少分型面，以便于保证尺寸的准确性。铸件应尽量减少分型面，以便于保证尺寸的准确性。如图三箱造型改为两箱造型较合理如图三箱造型改为两箱造型较合理。62如：如

13、：三通管各管口最好在三通管各管口最好在一个平面上一个平面上，图，图b的结构的结构较合理。较合理。弯曲的分型面难于保证尺弯曲的分型面难于保证尺寸准确，寸准确，图图c改为图改为图d时时，分型面为平面，较合理分型面为平面，较合理。63逐渐在起模方向应留有结构斜度，使模型容逐渐在起模方向应留有结构斜度，使模型容易起拔，保证铸件质量。易起拔，保证铸件质量。64铸件侧壁上工艺凸台和工艺搭子、凸缘、肋条等有铸件侧壁上工艺凸台和工艺搭子、凸缘、肋条等有碍起模，增加造型和造芯的工作量，应尽量避免碍起模，增加造型和造芯的工作量，应尽量避免。65有内凹的表面在造型时取模困难，考虑起模要有内凹的表面在造型时取模困难，

14、考虑起模要求将内凹处结构予以改变，则对铸造合理求将内凹处结构予以改变，则对铸造合理。66图示零件为汽笛的剖面图，如用整体铸造则铸件型图示零件为汽笛的剖面图，如用整体铸造则铸件型芯要用金属骨架加强，但由于铸件口很小，清除型芯要用金属骨架加强，但由于铸件口很小，清除型芯及芯骨很困难，如采用图示铸焊结构，先铸出主芯及芯骨很困难，如采用图示铸焊结构，先铸出主要部分，再焊上一块钢板，则容易加工。但应注意要部分，再焊上一块钢板，则容易加工。但应注意焊接结构不宜用铸铁，应采用铸钢焊接结构不宜用铸铁，应采用铸钢。67在铸件上增在铸件上增加工艺孔作加工艺孔作为安装型芯为安装型芯的支承，并的支承，并有助于铸件有助

15、于铸件内腔清砂工内腔清砂工作。作。68为便于铸件上孔的加工，铸件表面常要铸出一为便于铸件上孔的加工，铸件表面常要铸出一些凸台，当凸台的中心距较小时，建议将位置些凸台，当凸台的中心距较小时，建议将位置相近的凸台连成一片，连成整体后便于造型相近的凸台连成一片，连成整体后便于造型。69薄壁零件，尤其是面积较大的薄薄壁零件，尤其是面积较大的薄壁，不应设计成水平的平面结构。壁，不应设计成水平的平面结构。水平平面浇铸时容易造成冷隔或水平平面浇铸时容易造成冷隔或形成气孔、渣眼或夹砂。改为有形成气孔、渣眼或夹砂。改为有坡的平面，有利于排出液态金属坡的平面，有利于排出液态金属中的杂质和由于铁液漫流造成的中的杂质

16、和由于铁液漫流造成的冷隔等缺陷。冷隔等缺陷。70大型铸件外表面上，不应有薄壁边槽，此部大型铸件外表面上，不应有薄壁边槽，此部位冷却快，容易造成内应力，而且在清理时位冷却快，容易造成内应力，而且在清理时容易受伤容易受伤。71均匀的壁厚可以提高铸件的质量，减少铸件中断面厚度大的部分，避免金属聚集以致产生缩孔或缩松。改改变变形形状状使使用用加加强强筋筋72形状较复杂或尺寸较形状较复杂或尺寸较大的铸件，内部壁厚大的铸件，内部壁厚应小于外壁厚。因内应小于外壁厚。因内壁散热条件较差，所壁散热条件较差，所以冷却速度比外壁慢，以冷却速度比外壁慢，且当外壁冷却后，内且当外壁冷却后，内壁不能自由收缩，容壁不能自由

17、收缩，容易产生内应力或裂纹易产生内应力或裂纹。73铸件的相邻两壁相交时，特别是小于铸件的相邻两壁相交时，特别是小于75的斜向联接，单纯以园角作为过渡的斜向联接，单纯以园角作为过渡不能满足工艺要求，应有一过渡部分不能满足工艺要求，应有一过渡部分。7475加工表面距离焊缝太近时，焊缝的热影响区或加工表面距离焊缝太近时，焊缝的热影响区或热变形会对加工面有影响。采用焊接后加工，热变形会对加工面有影响。采用焊接后加工，也是一种避免焊接变形影响的方法也是一种避免焊接变形影响的方法。76用钢板焊制零件时，用钢板焊制零件时，尽量使所用板料形状尽量使所用板料形状规范，以减少下料时规范，以减少下料时产生边角废料产

18、生边角废料。77设计时设法搭配各零件的尺寸，使有些板料可以采用套料剪设计时设法搭配各零件的尺寸，使有些板料可以采用套料剪裁的方法制造，以减少边角料。裁的方法制造，以减少边角料。如图所示，原设计底板冲下如图所示，原设计底板冲下的圆板为废料。改进后，可以利用这块圆板制成零件顶部的的圆板为废料。改进后，可以利用这块圆板制成零件顶部的圆板，废料大为减少圆板，废料大为减少。78焊接密闭容器时，应考虑焊接时容器中的气体焊接密闭容器时，应考虑焊接时容器中的气体是否能释放出来是否能释放出来。较差的图中所示结构气体释较差的图中所示结构气体释放不好，不易焊牢，如预先设计一个放气孔，放不好，不易焊牢，如预先设计一个

19、放气孔，使气体能够释放，则有利于焊接使气体能够释放，则有利于焊接。79自由锻适用于锻造外形简单的零件。自由锻制造的毛自由锻适用于锻造外形简单的零件。自由锻制造的毛坯，大部或全部表面均需经过切削加工才能达到要求。坯，大部或全部表面均需经过切削加工才能达到要求。所以，生产效率低，消耗金属较多，劳动强度大，适所以，生产效率低，消耗金属较多，劳动强度大，适用于多品种小批量生产用于多品种小批量生产。适应性好，采用的设备和工适应性好，采用的设备和工具通用性大，应用广泛具通用性大，应用广泛。自由锻零件应避免锥自由锻零件应避免锥形和楔形形和楔形自由锻不宜锻出锥形和楔自由锻不宜锻出锥形和楔形，设计时应尽量采用平

20、形，设计时应尽量采用平直结构直结构。80相贯形体力求简化相贯形体力求简化自由锻无法锻出几何形体（圆柱、自由锻无法锻出几何形体（圆柱、立方体等）表面相贯的复杂相贯立方体等）表面相贯的复杂相贯形状。如图所时的圆柱体与平板形状。如图所时的圆柱体与平板联接的形状比较复杂，采用自由联接的形状比较复杂，采用自由锻比较困难锻比较困难。自由锻件不应设计复杂的凸台自由锻件不应设计复杂的凸台自由锻件很难锻出误图中所示自由锻件很难锻出误图中所示的复杂凸台，应予以简化的复杂凸台，应予以简化。81模锻可以获得较复杂的外形，毛坯上有相当一部分表面不需模锻可以获得较复杂的外形，毛坯上有相当一部分表面不需要进行切削加工。与自

21、由锻相比，模锻的尺寸较精确，表面要进行切削加工。与自由锻相比，模锻的尺寸较精确，表面光洁，节省金属而且生产率较高光洁，节省金属而且生产率较高。模锻精度高，加工余量小，模锻精度高，加工余量小，多适用于中小型零件多适用于中小型零件。分模面应为零件最大尺寸且为平面模锻件形状应对称以便于分模模锻件应有适当的圆角半径（工艺性）模锻件应便于脱模82冲压件质量轻，外形适用性较好，生产率高，但成本也较高，适用于大批量生产。冲压件的局部宽度不宜太窄冲压件的局部宽度不宜太窄尺寸过窄的部分不仅凹模难于制造，尺寸过窄的部分不仅凹模难于制造，冲出的工件也难于保证质量冲出的工件也难于保证质量。标注冲压件尺寸时要考虑标注冲

22、压件尺寸时要考虑冲压过程冲压过程前两种尺寸标注方法不合理，前两种尺寸标注方法不合理，必须将主体冲制弯曲成型后才必须将主体冲制弯曲成型后才能冲孔，加工困难。改进后可能冲孔，加工困难。改进后可以在板料冲裁时一并冲出，节以在板料冲裁时一并冲出，节省工序，提高效率省工序，提高效率。83凸缘由圆钢直接车制而凸缘由圆钢直接车制而成，如设计最大直径为成，如设计最大直径为100mm则要用直径为则要用直径为105mm或或110mm的圆的圆钢加工。如最大直径为钢加工。如最大直径为98mm则可以用直径为则可以用直径为98mm的圆钢加工的圆钢加工。84两表面配合时，配合面应精两表面配合时，配合面应精确加工，确加工，为

23、减小加工量应减为减小加工量应减小配合面长度小配合面长度。如配合面过。如配合面过长，为保证配合件稳定可靠，长，为保证配合件稳定可靠，可将中间孔加大，中间部分可将中间孔加大，中间部分不必精密加工。不必精密加工。加工方便，加工方便，配合效果好配合效果好。85在一个大平面上，如有一小部分要加工，则该面应在一个大平面上，如有一小部分要加工，则该面应突出在不加工表面之上，以突出在不加工表面之上，以减少加工工作量减少加工工作量。86两表面粗糙度不同时，之间必须有明确的分界两表面粗糙度不同时，之间必须有明确的分界线。这样，线。这样，不但加工方便，而且形状美观不但加工方便，而且形状美观。图示凸轮工作表面要精加工

24、，必须与轴分开。图示凸轮工作表面要精加工，必须与轴分开。87在一带轴的凸缘上有两个偏心的在一带轴的凸缘上有两个偏心的圆柱形小轴，加工困难。如果把圆柱形小轴，加工困难。如果把这一零件改为组合件，小轴用装这一零件改为组合件，小轴用装配式结构装上去，可以改善工艺配式结构装上去，可以改善工艺性性。在较大的机座上，有薄壁的管形在较大的机座上，有薄壁的管形零件时，因与主体部分尺寸差别零件时，因与主体部分尺寸差别很大，加工不便，改为装配件，很大，加工不便，改为装配件，另作一个管件安装在机座上较为另作一个管件安装在机座上较为合理合理。88机械加工所用的刀具、机床都有一定的结构和尺寸。加工部位机械加工所用的刀具

25、、机床都有一定的结构和尺寸。加工部位周围如果有长的壁或上下有凸台，都可能妨碍刀具的运动，甚周围如果有长的壁或上下有凸台，都可能妨碍刀具的运动，甚至无法加工。为此应设置必要的工艺孔、槽或改变结构形状至无法加工。为此应设置必要的工艺孔、槽或改变结构形状。89铸造零件的误差是比较大的，铸造零件的误差是比较大的，在设计铸件加工面时必须充分在设计铸件加工面时必须充分考虑。如轴承端盖与箱体上的考虑。如轴承端盖与箱体上的凸台相配，但箱体上凸台的位凸台相配，但箱体上凸台的位置难以做到十分准确。如端盖置难以做到十分准确。如端盖凸缘与凸台直径设计成正好相凸缘与凸台直径设计成正好相等，则往往会出现端盖突出到等，则往

26、往会出现端盖突出到凸台以外的情况。因此铸造的凸台以外的情况。因此铸造的凸台直径应大一些凸台直径应大一些。90如图所示，要求在有两个零件组合而成的零件上，钻孔、如图所示，要求在有两个零件组合而成的零件上，钻孔、加工平面，加工平面，由于在生产中必须配在一起加工、装配，因而由于在生产中必须配在一起加工、装配，因而不能具有互换性不能具有互换性。改进后的结构在工艺上得到改善。改进后的结构在工艺上得到改善。只有在特殊情况下选用组合零件加工才是有利的，如减速只有在特殊情况下选用组合零件加工才是有利的，如减速箱的剖分式箱体，箱装式蜗轮等箱的剖分式箱体，箱装式蜗轮等。91轴类零件比孔的加工容易轴类零件比孔的加工容易。因此，当两个轴、孔形状因此，当两个轴、孔形状的零件配在一起，它们中的零件配在一起，它们中间有一些比较复杂的结构间有一些比较复杂的结构时，把这些结构设计在轴时，把这些结构设计在轴上，往往比设计在孔的内上，往