第三章典型工程结构实例

1、第三章典型工程结构实例（学生阶段：基础理论、工程知识、实践经验）本章列举了大量工程结构实例，应注意的是：理解； 举一反三，灵活运用； 注意书中解释的局限性，决不能盲目照搬。第一节一、应便于切削件结构实例1便于退刀图 3-1需磨削，必须有“越程槽”图 3-2锥面两边不出头，不行！任何一边都必须保证刀具出头。注 若（a）结构不改成（b）结构怎么办？开槽？（但开槽后强度和刚度怎样？）螺纹，必须有“退刀槽”。（图 3-3b 槽太浅！）图 3-3、图 3-4图 3-4图 3-5退刀槽宽度应足够注 改进结构应以不影响功能、性能为前提图 3-6图 3-7（注 b 图参照图 3-4，退刀槽太窄见图 3-7），

2、模数 1 2mm， 槽宽 5mm模数 2.5 4mm，槽宽 6mm插床插齿机2便于切削图 3-8 注 1、2、4 例值得商榷（2、4 左边数控不难；1 与图 3-1b？） 3：尖角倒（角、圆）（目的：去毛刺、导向）。倒角比倒圆好、的导向性好（另外注：棱角倒钝）。改进设计首先应考虑 功能问题； 强度、刚度问题 。其次才是工艺性问题。图 3-9 （与图 3-7c 相同：倒角问题）（另外：壁厚均匀问题）（a）若是铸件，左端面或外圆只要非特别需要而专门设计圆弧），就存在圆弧（除（b）内圆弧应为刀尖圆弧自然形成（此圆弧一般不画，除非）图 3-10 （a）左：孔凹轴凸配合不合理（b）左：孔凸轴凹配合合理（

3、此两图结构均无法装配！）（a）（b）右：密封槽。只，槽应开在轴上。图 3-11（a）图毛病很容易犯，切记！3便于孔（1）钻头钻入时若不垂直被面（难：易滑偏）图 3-12（b）与图 3-13（b）先锪沉头孔，再钻孔。图 3-14（b）为批量较大时，铸出凸台（2）钻头钻出时若不垂直被面 若倾斜角度较小，时当心些即可 若倾斜角度较大，则需在钻出时极为谨慎。 回转时：点动； 轴向：进退结合。（即便如此，若角度太大，还是会断钻） （孔钻弯、钻偏是可能的，如图 3-16a；像 图 3-17a 会钻偏，且此种状况下钻头极容易断掉！）（3）图 3-17b 是可以借鉴的几种结构形式。（4）图 3-18 是一种应

4、该记住的工艺。（主要问题是成本较高）（5）图 3-15（a）图：（两孔一般是箱体上的轴承孔，因两孔有同轴度要求，所以总是在一次进给中用同一根镗杆一起。）（b）图：（右孔为工艺孔，目的使镗刀杆可伸出并被支撑住，这样镗孔刚性大为增加。）二、提高切削效率的结构实例1减少量图 3-19此图与是否用管材无关！关键看壁厚强度是否够，是，则当然用（b）图。（否则 ？）图 3-20 此图首先应考虑凹腔是否需要： 若凹腔需要，则使用（b）图 较好；，那么凹腔应该铸出。此时，（a）的不合理 若凹腔不需要； 但（b）图 应注意处在于：铸造工艺性较差、 中间轴较的是：轴线可能偏（若精度和刚度要求较低则无妨。否则？）图

5、 3-21（a）图结构将使毛坯直径变大（单件生产或可考虑）（此凸出段有很多变化，后面章节会叙述）一般是为了轴上零件的，关于图 3-22（如书所言）图 3-23（b）图：应是在考虑满足功能前提下的改进！图 3-24注轴承座之类，用（b）图；若是（如机床床身）大件，还是应考虑用（a）图。（考虑强度及整体刚度）（一圈：放不平、放不稳！解决办法：四个角用垫铁调整）图 3-25减少轴承座（与图 3-24 同）面？对。但更重要的是：减少接触面积（平面度问题）。图 3-26（深孔难）（b）图的前提是：有，且仅小孔段有配合要求）（若无配合要求，则）（注 深孔：l / d 16）图 3-27（如书所述）设计时切

6、记！（但要灵活掌握）2一次成形图 3-28有同轴度要求。（b）的上图左段为工艺段，好后切除（b）的下图）。或如书所述：“用两顶尖”，则直接（b）的下图）图 3-29（a）图 的主要问题是： 强度低 无法装配（所以，设计时一定要避免中间小，两头大）（若功能需要，则（a）不能改为（b）注 书上所述 欠妥！（b）图比（a）图好图 3-30是对的）（a）图是标准结构！（台阶孔用于安装承受轴向力的轴承并使轴）（b）图一般用于不承受轴向力时轴的（此时不宜用（a）图）（a）图 对应的典型装配结构参考图 6-23。功能要求第一（切记！）图 3-31 （与 图 3-30 同理）图 3-32注（销孔，两个足矣！）

7、销孔一般为“配作” 3减少调刀和换刀次数图 3-33同一平面上的工艺凸台应尽量等高；后高度约 2 3mm。工艺凸台图 3-34退刀槽宽度随轴的直径变大而加大（中型机床中槽宽以 2 4mm 为多）；同一根轴的直径变化一般不大，槽宽一般取一致。4工件装夹方便图 3-35（b）图：装夹（或紧固）用凸缘，这是以后设计时首先应该想到的。（但有时设计时很想不用凸缘！）（a）图 不用凸缘对应的典型工程结构参考图 7-10b。图 3-36 （a）图：两次装夹也有问题！（钻斜孔的工艺调整不是所有机床都能做到的）； 选用（b）图 则铸造、装配、出头时为斜面了）都较方便。（但，孔三、减少轴上应力集中的结构实例注 以

8、下例是在设计对象需重点疲劳极限时的设计考虑。应注意：疲劳极限一般比常规强度指标（如屈服极限）低很多，有时是以降低常规强度指标（或刚度指标）来疲劳问题的。所以，解决疲劳问题的时候，不能忘了常规强度指标的保证。图 3-37 （b）（产生一定的退让性）图 3-38（b）左上：应力分散了，但端面强度受影响。右上：左槽为越程槽，右槽开出削弱了接触刚度。左下：偏离径向受力点（此种方案用得较少）。右下：同右上；图 3-39（b）应力集中状况得以。但要注意：此种形状好否？四、便于拆卸的结构实例图 3-40用的较紧配合）一般，键联接配合较松，拆卸应无问题。（此图特指较少使图 3-41（b）图：热套：加热后轴向击

9、打装上。拆卸工具（此图过盈量不太大时的热套）。（右边轴上均布轴向开 3 4 根槽）；（若过盈量较大，则还需开环行槽注入油后拆卸）图 3-42（b） 此图方案工人手搬！（那么重量应在几十公斤以下！）注大型件一般用行车（吊车）起吊用吊环，即上盖制出螺纹孔，起吊时将吊环拧上去。图 3-43此类问题本应不是问题！但对设计新手来说又确是问题。注 轴承在手册上均有“安装”； 画轴承相关结构 必须查手册！第二节铸件结构实例一、铸件壁厚应尽可能小注1. 以确保强度为前提（刚度问题另有解决办法）2. 壁厚设计原则： 选择合理的壁厚 整个铸件壁厚尽可能均匀图 3-44图 3-453壁厚减小不是盲目的，即横截面形状

10、是有讲究的。如：4减小壁厚（ 可减轻重量； 可节省材料； 可提高自身固有频率）二、避免直长筋筋又称“加强筋”，或称“肋条”；筋要小（较薄）；总是比主结构筋作用是提高局部刚度（或强度）。注图 3-46 图 3-49 中，只能说（b）比（a）在某种场合使用更好，而不应说（a）不合理，因为： （a）存在于很多的使用场合； （a）比（b）结构简单。注 （与图 3-46 图 3-48，筋与筋之间薄板连接；图 3-47 与图 3-49，筋与筋之间是空的。）三、注意防止局部过大铸造工艺：性 钢比铁性差；收缩率 钢比铁收缩率大。铸造时： 浇注金属液充满铸型冷却凝固铸造应力 薄、厚壁交接部位，薄处已凝固，厚处仍

11、在收缩；缩孔、缩松 厚壁处收缩时无液体补充。（解决办法：加冒口）设计时注意：1尽量避免厚薄不均；（见图 3-50 ）；2尽量减小厚壁处的平缓过渡（见图 3-51 ）。（但图 3-51b 要难做很多）3厚、薄壁间（你如何选线形： 线形复杂但美观且受力合理； 线形简洁，实用）四、保持良好的受力状态注关于“铸铁”和“钢”铸铁的抗压强度与钢差不多；但铸铁的抗拉强度远低于钢；铸铁（主要是灰铸铁）的铸造性能远优于铸钢， 铸铁件（主要是灰铸铁）的应用远多于铸钢件；铸件主要用做支承件，多用于受压场合。图 3-51 从受力角度分析，可能是（b）比（a）好，但设计必须有这样的意识：使线条简洁、流畅、好一。是设计的

12、最基本要图 3-52是高压容器的平面结构改进（否则 a 图是可以用的）。图 3-53（b） 使大的主结构受拉，小的筋受压（应记住此结构）。图 3-54受力点加支承。（注 （b）图 增加了铸造难度。非必需，不选用）五、便利模具制作图 3-55 圆柱、图 3-56 （a）图 无法起模。好制作。（但若需切削，则平面较方便）图 3-57 同一铸件，铸造圆角的数目尽可能少。（注（b）图 壁厚？）图 3-58形状设计力求简单。图 3-59更合理。（a）、（b）的模盒制作其实差不多。（b）的改进主要在于使壁厚图 3-60（a）图可用这里主要是指右型芯左端的连接两型芯以保证右型芯左端的）。注（b）图改（a）图

13、性质似有改变？（b）的左右两空腔连通了！）图 3-61组合结构使铸造简单。（但 a 图决不仅仅是结构复杂，关键问题是型芯的处理。另外需注意：组合结构大大削弱了强度和刚度！）六、起模方便图 3-62三箱造型：采用水平分型面，（b）图 不行！两箱造型：采用垂直分型面，（b）图 尚可！另外，（注 此图铸造较复杂）图 3-63（a）图无法起模！？但是，见上面右图：（a）图左右两边上下错位自有其道理。 改成（b）图 需谨慎。图 3-64型芯都得有。 （a）图 需将芯盒内腔做成斜面 ；（b）图 需将模型内腔做成斜面。（模型较大，芯盒较小，模型做斜面成本较高； 若考虑到模型是木头做的，而芯盒是金属做的，则芯

14、盒做斜面成本较高） （效果其实差不多，关键看实际使用要求）七、铁水畅通关于使铁水畅通问题，书上提供了很多方法供设计者参考。但应注意，铸造工艺的变化很多，决不能局限于此。图 3-66此图道理同 图 3-56。但使用有局限性，见下图：图 3-67此图改进结构其实对受力也有好处。（但铸造模型稍复杂）八、便于切削图 3-68此图改进是增加了粗工步，减少了精切削量；若（b）图 箭头所指部位不需要精，则改进意义不大。图 3-69粗就是要切除劣质的铸造表皮，余量应根据铸件精度来定。（注（a）图 倾斜？ 若需要倾斜，则（b）图 改动无理； 若不应该倾斜，则（a）图 所示已经报废了）图 3-70钻孔面应水平。（

15、注 筋？此类图形在此处一般不设置筋！）图 3-71在阀体上此类凸台还可用作粗基准。第三节轴支承结构实例支承一根轴，需两个支承、三个支承。那么，一个支承是否行呢？注 对于短行程的垂直丝杠（丝杠较短较粗），当负载较小时，有时会采用仅一端支承（下端自由无约束），这样可使结构简化很多。一、轴必须轴向静定静定静不定超静定轴的轴向位置确定，且不能轴向移动；轴的轴向位置没有确定；轴的轴向位置想确定，但无法确定；自由伸缩 热变形后的热胀冷缩不受限制；松弛支承 不参与轴向，不限制轴的轴向移动。注 图 3-72、图 3-73 使用的均是纯径向支承轴承，只能承受径向力，不能承受轴向力（有些能承受很小的轴向力）。图

16、3-72“静不定”，需改进。（a）上：没有（两轴承与孔肩均有间隙）（a）下：没有（两内圈均可相对滚子轴向移动）（b）上：左支承，右支承浮动（右轴承在孔中轴向可移动）（b）上：左支承，右支承浮动（右轴承内圈轴向可移动）图 3-73“超静定”，需改进。（a）上：无法（两轴承不能同时靠住轴肩与孔肩）（a）下：无法（同上）（b）上： 左支承，右支承浮动（右轴承在孔中轴向可移动？）（b）上：左支承，右支承浮动（右轴承内圈轴向可移动）三种（轴的）轴向方式：一端支承方式（固定松弛支承方式）调隙支承方式（见图 3-74）两端两端游隙支承方式图 3-75书中“它可用于既有较大径向和轴向载荷，又有较大的轴向变形差

17、异的场合”这句话？注此种场合的此种说法？ 只要是承受轴向载荷（更不要说较大了），就不能轴向游隙的存在； 图 3-75 中的轴承只是具有一定轴向承受能力的径向支承，决不可以用在“承受较大轴向载荷”的场合； 其实，图 3-75 所示“两端游隙支承方式”应该是用于“理论上不承受轴向力，且轴向精度要求不高的场合” 。图 3-76变速箱二、固定支承必须能双向受力固定支承 使轴在受到轴向力时能够固定不动的那个（或两个及两个以上）支承。（固定 指轴在轴线两个方向上均不能移动）注1. 在实际结构中，所谓需承受轴向力，那么这个轴向力一般是指： 外载荷； 传动力2图 3-77 中： 深沟球轴承、内外圈带折边的圆柱

18、滚子轴承属于可以承受较小轴向力的纯径向轴承，它们均可在理论上“轴不承受轴向力时”用作固定支承。3图 3-77 中： 圆锥滚子轴承、角接触球轴承（以及推力球轴承）是使用最普遍的、可以承受轴向载荷的轴承。这几种轴承可以由两个以上的任意组合，承受两个不同方向的轴向力（注 这种轴承是具有方向性的）4图 3-78 (b) 中： 左支承为一对角接触球轴承（背靠背）5图 3-79 中： 理论上没有轴承限制轴向上移动，但由于向下的力（重力）足够大， 轴实际不可能向上移动。三、固定轴承必须四面？注 此图中的轴向力属于较小的力。图 3-80（a）蜗轮受左、右轴向力均可动；轴受向右轴向力可动，受向左轴向力由深沟球轴

19、承承受。（b）蜗轮受向左轴向力可动，受向右轴向力由深沟球轴承承受；轴受力状况与相同。（除非设计限制只有蜗杆对蜗轮产生的向右的轴向分力）（b）图分析：蜗轮两边隔套是与蜗轮顶住还是与轴肩顶住？若左边轴承改为深沟球轴承？”？（参考 P.121 第三图）“四面图 3-81道理与 图 3-79 相同，即单向受力。注轴与圆锥滚子轴承为紧配合（较紧的过渡配合或较松的过盈配合）。四、松弛支承至少一圈固定 使物体 A 相对物体 B 有一个准确的位置，称为物体 A 在物体 B 上的。A 和 B 之间必须有相互接触的表面作为面（否则不能定位）注“”和“固定”是两个不同的概念。图 3-82图 3-83与想要说明的是：轴在 受到 轴向力 时，该处轴承 不能限制 轴 的 轴向移动。 外圈固定，内圈与滚动体可相对轴移；（ 如 图 3-82 b ）如 图 3-83 b内圈固定，外圈与箱体可相对轴移；（）注请注意：图 3-82a 与图 3-83 b 的右支承有何区别？外圈固定，内圈与轴可相对轴移；注这里所说的“外圈固定”，是指外圈相对箱体的固定；“内圈固定”，则是指内圈相对轴的固定。五、可分离轴承必须