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机械设计必看,结构设计在大神眼里是怎样的?

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机械结构设计的任务是依据设计任务在总体设计构想的基础上,确定的原理方案,绘制出具体的结构图,以实现设计所要求的功能。设计的过程是将抽象的工作原理具体化为某类构件或零部件,包含确定结构件的材料、形状、尺寸、公差、热处理方式和表面处理等,还须考虑其加工工艺、强度、刚度、精度以及与其它零件相互之间关系等问题。所以结构设计的直接产物虽是技术图纸,但工作不是简单的机械制图,图纸只是表达设计方案的工程语言,运用机构设计的各种技术将设计构想具体化是结构设计的基本内容。


1 机械结构件的结构要素和设计方法

1.1结构件的几何要素

机械结构的功能主要是靠机械零部件的几何形状及各个零部件之间的相对位置关系实现的。零部件的几何形状由它的表面所构成,一个零件通常有多个表面,在这些表面中有的与其它零部件表面直接接触,把这一部分表面称为功能表面。在功能表面之间的联结部分称为联接表面。 

零件的功能表面是决定机械功能的重要因素,功能表面的设计是零部件结构设计的核心。描述功能表面的主要几何参数有表面的几何形状、尺寸大小、表面数量、位置、顺序等。通过对功能表面的不同设计,可以得到为实现同一技术功能的多种结构方案。

1.2结构件之间的关联

在机器或机械中,任何零件都不是孤立存在的。因此在结构设计中除了研究零件本身的功能和相关特征外,还必须研究零件之间的相互关系。 

零件之间的相互关系分为直接相关和间接相关两类。两个零件有直接装配关系的成为直接相关。没有直接装配关系的成为间接相关。间接相关又分为位置相关和运动相关两类。位置相关是指两零件在相互位置上有要求,如减速器中两相邻的传动轴,其中心距必须保证一定的精度,两轴线必须平行,以保证齿轮的正常啮合。运动相关是指一零件的运动轨迹与另一零件有关,如车床刀架的运动轨迹必须平行于于主轴的中心线,这是靠床身导轨和主轴轴线相平行来保证的,所以主轴与导轨为位置相关,而刀架与主轴为运动相关。

多数零件都有两个或更多的直接相关零件,故每个零件大都具有两个或多个部位在结构上与其它零件有关。在进行结构设计时,两零件直接相关部位结构必须同时考虑,以便合理地选择材料的热处理方式、形状、尺寸、精度及表面等。同时还必须考虑满足间接相关条件,如进行尺寸链和精度计算等。一般来说,若某零件直接相关零件愈多,其结构就愈复杂;某零件的间接相关零件愈多,其精度要求愈高。

1.3结构设计中结构件的材料

零件设计中可以选择的材料众多,不同的材料具有不同的性质,不同的材料对应不同的加工工艺,设计中既要根据功能要求合理地选择适当的材料,又要根据材料的种类确定适当的加工工艺,并根据加工工艺的要求确定适当的结构,只有通过适当的结构设计才能使所选择的材料最充分的发挥优势。

设计者要做到正确地选择零件的材料就必须充分地了解相关材料的力学性能、加工性能、使用成本等信息。结构设计中应根据所选材料的特性及其所对应的加工工艺而遵循不同的设计原则。

2 机械结构设计的基本要求

机械产品应用于各行各业,结构设计的具体内容和要求也是千差万别,但结构设计的基本要求是共通的。下面就机械结构设计的三个不同层次来说明对结构设计的要求。

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