機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(實(shí)用)

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1、 5.1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù) 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是在總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)所確定的原理方案，確定 并繪出具體的結(jié)構(gòu)圖，以體現(xiàn)所要求的功能。是將抽象的工作原理具體化為某 類構(gòu)件或零部件，具體內(nèi)容為在確定結(jié)構(gòu)件的材料、形狀、尺寸、公差、熱處 理方式和表面狀況的同時(shí)，還須考慮其加工工藝、強(qiáng)度、剛度、精度以及與其 它零件相互之間關(guān)系等問題。所以，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的直接產(chǎn)物雖是技術(shù)圖紙，但結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)工作不是簡(jiǎn)單的機(jī)械制圖，圖紙只是表達(dá)設(shè)計(jì)方案的語言， 綜合技術(shù)的 具體化是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 。 5.1.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)

2、設(shè)計(jì)特點(diǎn) 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)有： （1）它是集思考、繪圖、計(jì)算（有時(shí)進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)）于一體的設(shè)計(jì)過程，是機(jī)械設(shè)計(jì)中涉及的問題最多、最具體、工作量 最大的工作階段，在整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，平均約 80% 的時(shí)間用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的成敗起著舉足輕重的作用。 （2）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的多解性，即滿足同一設(shè)計(jì)要求的機(jī)械結(jié)構(gòu)并不是唯一的。 （3）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段是一個(gè)很活躍的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，常常需反復(fù)交叉的進(jìn)行。為此，在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須了解從機(jī)器的整體出發(fā)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的基本要求 5.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)要素和設(shè)計(jì)方法 5.2.1 結(jié)構(gòu)件的幾何要素

3、機(jī)械結(jié)構(gòu)的功能主要是靠機(jī)械零部件的幾何形狀及各個(gè)零部件之間的相對(duì) 位置關(guān)系實(shí)現(xiàn)的。零部件的幾何形狀由它的表面所構(gòu)成，一個(gè)零件通常有多個(gè) 表面，在這些表面中有的與其它零部件表面直接接觸，把這一部分表面稱為功 能表面。在功能表面之間的聯(lián)結(jié)部分稱為聯(lián)接表面。 零件的功能表面是決定機(jī)械功能的重要因素，功能表面的設(shè)計(jì)是零部件結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)的核心問題。描述功能表面的主要幾何參數(shù)有表面的幾何形狀、尺寸大 小、表面數(shù)量、位置、順序等。通過對(duì)功能表面的變異設(shè)計(jì)，可以得到為實(shí)現(xiàn) 同一技術(shù)功能的多種結(jié)構(gòu)方案。 5.2.2 結(jié)

4、構(gòu)件之間的聯(lián)接 在機(jī)器或機(jī)械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中除了研究零件本身的功能和其它特征外，還必須研究零件之間的相互關(guān)系。 零件的相關(guān)分為直接相關(guān)和間接相關(guān)兩類。凡兩零件有直接裝配關(guān)系的，成為直接相關(guān)。沒有直接裝配關(guān)系的相關(guān)成為間接相關(guān)。間接相關(guān)又分為位置相關(guān)和運(yùn)動(dòng)相關(guān)兩類。位置相關(guān)是指兩零件在相互位置上有要求，如減速器中兩相鄰的傳動(dòng)軸，其中心距必須保證一定的精度，兩軸線必須平行，以保證齒輪的正常嚙合。運(yùn)動(dòng)相關(guān)是指一零件的運(yùn)動(dòng)軌跡與另一零件有關(guān)，如車床刀架的運(yùn)動(dòng)軌跡必須平行于于主軸的中心線，這是靠床身導(dǎo)軌和主軸軸線相平行來保證的，所以，主軸與導(dǎo)軌之間位置相

5、關(guān)；而刀架與主軸之間為運(yùn)動(dòng)相關(guān)。 多數(shù)零件都有兩個(gè)或更多的直接相關(guān)零件，故每個(gè)零件大都具有兩個(gè)或多個(gè)部位在結(jié)構(gòu)上與其它零件有關(guān)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，兩零件直接相關(guān)部位必須同時(shí)考慮，以便合理地選擇材料的熱處理方式、形狀、尺寸、精度及表面質(zhì)量等。同時(shí)還必須考慮滿足間接相關(guān)條件，如進(jìn)行尺寸鏈和精度計(jì)算等。一般來說，若某零件直接相關(guān)零件愈多，其結(jié)構(gòu)就愈復(fù)雜；零件的間接相關(guān)零件愈多，其精度要求愈高。例如，軸轂聯(lián)接見圖 5.1。 5.2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)據(jù)結(jié)構(gòu)件的材料及熱處理不同應(yīng)注意的問題 機(jī)械設(shè)計(jì)中可以選擇的材料眾多，不同的材料具有不同的性質(zhì)，不同的材料

6、 對(duì)應(yīng)不同的加工工藝，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中既要根據(jù)功能要求合理地選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，又要根?jù)材料的種類確定適當(dāng)?shù)募庸すに?，并根?jù)加工工藝的要求確定適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，只有通過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)才能使所選擇的材料最充分的發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。 設(shè)計(jì)者要做到正確地選擇材料就必須充分地了解所選材料的力學(xué)性能、加工性能、使用成本等信息。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)所選材料的特性及其所對(duì)應(yīng)的加工工藝而遵循不同的設(shè)計(jì)原則。 如：鋼材受拉和受壓時(shí)的力學(xué)特性基本相同，因此鋼梁結(jié)構(gòu)多為 對(duì)稱結(jié)構(gòu)。鑄鐵材料的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度，因此承受彎矩的鑄鐵結(jié)構(gòu)截 面多為非對(duì)稱形狀， 以使承載時(shí)最大壓應(yīng)力大于最大拉應(yīng)力， 圖示

7、5.2 為兩種鑄鐵支架比較。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中通常通過加大截面尺寸的方法增大結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛 度，但是鑄造結(jié)構(gòu)中如果壁厚過大則很難保證鑄造質(zhì)量，所以鑄造結(jié)構(gòu)通常通過加筋板和隔板的方法加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度。塑料材料由于剛度差，鑄造后的冷卻不均勻造成的內(nèi)應(yīng)力極易引起結(jié)構(gòu)的翹曲，所以塑料結(jié)構(gòu)的筋板與壁厚相近并均勻?qū)ΨQ。 對(duì)于需要熱處理加工的零件，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的要求有如下幾點(diǎn)： （1）零件的幾何形狀應(yīng)力求簡(jiǎn)單、對(duì)稱，理想的形狀為球形。 （ 2）具有不等截面的零件，其大小截面的變化必須平緩，避免突變。如果相鄰部分的變化過大，大小 截面冷卻不均，必然形成內(nèi)應(yīng)力。 （ 3）避免銳邊

8、尖角結(jié)構(gòu)，為了防止銳邊尖角處熔化或過熱， 一般在槽或孔的邊緣上切出 2～３ mm 的倒角。（4）避免厚薄懸殊的截面，厚薄懸殊的截面在淬火冷卻時(shí)易變形，開裂的傾向較大。 5.3.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求 機(jī)械產(chǎn)品應(yīng)用于各行各業(yè)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求也是千差萬別，但都有相 同的共性部分。下面就機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三個(gè)不同層次來說明對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。 1.功能設(shè)計(jì) 滿足主要機(jī)械功能要求， 在技術(shù)上的具體化。 如工作原理的實(shí)現(xiàn)、 工作的可靠性、工藝、材料和裝配等方面。 2．質(zhì)量設(shè)計(jì) 兼顧各種要求和限制，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能價(jià)格比，

9、它是現(xiàn) 代工程設(shè)計(jì)的特征。具體為操作、美觀、成本、安全、環(huán)保等眾多其它要求 和限制。在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中，質(zhì)量設(shè)計(jì)相當(dāng)重要，往往決定產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。那種 只滿足主要技術(shù)功能要求的機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)代已經(jīng)過去，統(tǒng)籌兼顧各種要求，提 高產(chǎn)品的質(zhì)量，是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。與考慮工作原理相比，兼顧各 種要求似乎只是設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上的問題，然而細(xì)節(jié)的總和是質(zhì)量，產(chǎn)品質(zhì)量問題 不僅是工藝和材料的問題，提高質(zhì)量應(yīng)始于設(shè)計(jì)。 3．優(yōu)化設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì) 用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變?cè)确椒ㄏ到y(tǒng)地構(gòu)造優(yōu)化設(shè)計(jì)空間， 用創(chuàng)造性設(shè)計(jì)思維方法和其它科學(xué)方法進(jìn)行優(yōu)選和創(chuàng)新。

10、 對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的提高永無止境，市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，需求向個(gè)性化方向發(fā)展。 因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì) 在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中的作用越來越重要，它們將 是未來技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn) 。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到一個(gè)可行的結(jié)構(gòu)方案一般并不很難。機(jī)械設(shè)計(jì)的任務(wù)是在眾多的可行性方案中尋求較好的或是最好的方案。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提是要能構(gòu)造出大量可供優(yōu)選的可能性方案，即構(gòu)造出大量的優(yōu)化求解空間，這也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最具創(chuàng)造性的地方。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)目前基本仍局限在用數(shù)理模型描述的那類問題上。 而更具有潛力、更有成效的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)建立在由工藝、材料、聯(lián)接方式、形狀、順序、方位、數(shù)量、尺寸等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變?cè)鶚?gòu)成的結(jié)

11、構(gòu)設(shè)計(jì)解空間的基礎(chǔ)上。 5.3.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 機(jī)械設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是以一定的結(jié)構(gòu)形式表現(xiàn)出來的，按所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工、裝配，制造成最終的產(chǎn)品。所以，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足作為產(chǎn)品的多方面要求，基本要求有功能、可靠性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性和外觀造型等方面的要求。此外，還應(yīng)改善零件的受力，提高強(qiáng)度、剛度、精度和壽命。因此，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)工作。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤或不合理，可能造成零部件不應(yīng)有的失效，使機(jī)器達(dá)不到設(shè)計(jì)精度的要求，給裝配和維修帶來極大的不方便。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)考慮如下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 1.實(shí)現(xiàn)預(yù)期 功能的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

12、2.滿足強(qiáng)度要求的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 3.滿足剛度結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 4.考慮加工 工藝的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 5.考慮裝配的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 6.考慮造型設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則 5.3.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 1. 實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)主要目的是為了實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能要求，因此實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能的設(shè)計(jì) 準(zhǔn)則是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先考慮的問題。要滿足功能要求，必須做到以下幾點(diǎn)。 (1)明確功能 : 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是要根據(jù)其在機(jī)器中的功能和與其他零部件相互的連 接關(guān)系，確定參數(shù)尺寸和結(jié)構(gòu)形狀。零部件主要的功能有承受載荷、傳遞運(yùn)動(dòng) 和動(dòng)力，以及

13、保證或保持有關(guān)零件或部件之間的相對(duì)位置或運(yùn)動(dòng)軌跡等。設(shè)計(jì) 的結(jié)構(gòu)應(yīng)能滿足從機(jī)器整體考慮對(duì)它的功能要求。 (2) 功能合理的分配： 產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)具體情況，通常有必要將任務(wù)進(jìn)行合理的分配，即將一個(gè)功能分解為多個(gè)分功能。每個(gè)分功能都要有確定的結(jié)構(gòu)承擔(dān)，各部分結(jié)構(gòu)之間應(yīng)具有合理、協(xié)調(diào)的聯(lián)系，以達(dá)到總功能的實(shí)現(xiàn)。多結(jié)構(gòu)零件 承擔(dān)同一功能可以減輕零件負(fù)擔(dān)， 延長(zhǎng)使用壽命。 V 型帶截面的結(jié)構(gòu)是任務(wù)合理分配的一個(gè)例子。纖維繩用來承受拉力；橡膠填充層承受帶彎曲時(shí)的拉伸和壓 縮；包布層與帶輪輪槽作用，產(chǎn)生傳動(dòng)所需的摩擦力。例如，若只靠螺栓預(yù)緊產(chǎn)生的摩擦

14、力來承受橫向載荷時(shí)，會(huì)使螺栓的尺寸過大，可增加抗剪元件，如銷、套筒和鍵等，以分擔(dān)橫向載荷來解決這一問題。 (3)功能集中： 為了簡(jiǎn)化機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，降低加工成本，便于安裝，在某些 情況下，可由一個(gè)零件或部件承擔(dān)多個(gè)功能。功能集中會(huì)使零件的形狀更加復(fù) 雜，但要有度，否則反而影響加工工藝、增加加工成本，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情 況而定。 5.3.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 2.滿足強(qiáng)度要求的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 (1) 等強(qiáng)度準(zhǔn)則 零件截面尺寸的變化應(yīng)與其內(nèi)應(yīng)力變化相適應(yīng)，使各截面的強(qiáng)度相等。按等 強(qiáng)度原理設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，材料可以得

15、到充分的利用，從而減輕了重量、降低成本。 如懸臂支架、階梯軸的設(shè)計(jì)等。見圖 5.3。 圖 5.3 (2) 合理力流結(jié)構(gòu) 為了直觀地表示力在機(jī)械構(gòu)件中怎樣傳遞的狀態(tài)，將力看作猶如水在構(gòu)件中流動(dòng)，這些力線匯成力流。表示這個(gè)力的流動(dòng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考察中起著重要的作用。 力流在構(gòu)件中不會(huì)中斷，任何一條力線都不會(huì)突然消失，必然是從一處傳入，從另一處傳出。力流的另一個(gè)特性是它傾向于沿最短的路線傳遞，從而在最短路線附近力流密集，形成高應(yīng)力區(qū)。其它部位力

16、流稀疏，甚至沒有力流通過，從應(yīng)力角度上講，材料未能充分利用。因此，若為了提高構(gòu)件的剛度，應(yīng)該盡可能按力流最短路線來設(shè)計(jì)零件的形狀，減少承載區(qū)域，從而累積變形越小，提高了整個(gè)構(gòu)件的剛度，使材料得到充分利用。 如懸臂布置的小錐齒輪，錐齒輪應(yīng)盡量靠近軸承以減小懸臂長(zhǎng)度，提高軸的彎曲強(qiáng)度。圖 5.4 例舉幾個(gè)典型的實(shí)例。 (3) 減小應(yīng)力集中結(jié)構(gòu) 當(dāng)力流方向急劇轉(zhuǎn)折時(shí)，力流在轉(zhuǎn)折處會(huì)過于密集，從而引起應(yīng)力集中， 設(shè)計(jì)中應(yīng)在結(jié)構(gòu)上采取措施，使力流轉(zhuǎn)向平緩。應(yīng)力集中是影響零件疲勞強(qiáng) 度的重要因素。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免或減小應(yīng)力集中。其方法在相應(yīng)的

17、 章節(jié)會(huì)作介紹，如增大過度圓角、采用卸載結(jié)構(gòu)等。如圖 5.5。 (4) 使載荷平衡結(jié)構(gòu) 在機(jī)器工作時(shí)，常產(chǎn)生一些無用的力，如慣性力、斜齒輪軸向力等，這些 力不但增加了軸和軸襯等零件的負(fù)荷，降低其精度和壽命，同時(shí)也降低了機(jī) 器的傳動(dòng)效率。所謂載荷平衡就是指采取結(jié)構(gòu)措施部分或全部平衡無用力， 以減輕或消除其不良的影響。這些結(jié)構(gòu)措施主要采用平衡元件、對(duì)稱布置等。 例如，同一軸上的兩個(gè)斜齒圓柱齒輪所產(chǎn)生的軸向力，可通過合理選擇輪 齒的旋向及螺旋角的大小使軸向力相互抵消，使軸承負(fù)載減小。如圖 5.6 。 5.3

18、.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 3.滿足結(jié)構(gòu)剛度的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 為保證零件在使用期限內(nèi)正常地實(shí)現(xiàn)其功能，必須使其具有足夠的剛度。 5.3.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 4.考慮加工工藝的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的是：保證功能的實(shí)現(xiàn)，使產(chǎn)品達(dá)到要求的 性能。但是，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果對(duì)產(chǎn)品零部件的生產(chǎn)成本及質(zhì)量有著不可低估的 影響。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)力求使產(chǎn)品有良好的加工工藝性 所謂好的加工工藝指的是零部件的結(jié)構(gòu)易于加工制造，任何一種加工方法 都有可能不能制造某些結(jié)構(gòu)的零部件，或生產(chǎn)成本很高，或質(zhì)量受到影響。因

19、 此，對(duì)于設(shè)計(jì)者認(rèn)識(shí)一種加工方法的特點(diǎn)非常重要，以便在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)盡可能 的揚(yáng)長(zhǎng)避短。實(shí)際中，零部件結(jié)構(gòu)工藝性受到諸多因素的制約，如生產(chǎn)批量的 大小會(huì)影響坯件的生成方法；生產(chǎn)設(shè)備的條件可能會(huì)限制工件的尺寸；此外， 造型、精度、熱處理、成本等方面都有可能對(duì)零部件結(jié)構(gòu)的工藝性有制約作用。 因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮上述因素對(duì)工藝性的影響。 5.3.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 5.考慮裝配的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 裝配是產(chǎn)品制造過程中的重要工序，零部件的結(jié)構(gòu)對(duì)裝配的質(zhì)量、成本有直 接的影響。有關(guān)裝配的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

20、簡(jiǎn)述如下 （ 1）合理劃分裝配單元 整機(jī)應(yīng)能分解成若干可單獨(dú)裝配的單元（部件或組件） ，以實(shí)現(xiàn)平行且專業(yè)化 的裝配作業(yè)，縮短裝配周期，并且便于逐級(jí)技術(shù)檢驗(yàn)和維修。 （ 2）使零部件得到正確安裝 -保證零件準(zhǔn)確的定位。圖 5.7 所示的兩法蘭盤用普通螺栓連接。圖（ a）所示 的結(jié)構(gòu)無徑向定位基準(zhǔn)，裝配時(shí)不能保證兩孔的同軸度；圖（ b）以相配的圓柱 面作為定位基準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)合理。 -避免雙重配合。圖 5.8(a) 中的零件 A 有兩個(gè)端面與零件 B 配合，由于制造誤 差，不能保證零件 A 的正確位置。圖 5

21、.8（b）結(jié)構(gòu)合理。 -防止裝配錯(cuò)誤。圖 5.9 所示軸承座用兩個(gè)銷釘定位。圖（ a）中兩銷釘反向布 置，到螺栓的距離相等，裝配時(shí)很可能將支座旋轉(zhuǎn) 180安裝，導(dǎo)致座孔中心線 與軸的中心線位置偏差增大。因此，應(yīng)將兩定位銷布置在同一側(cè)，或使兩定位 銷到螺栓的距離不等 圖 5.9 （ 2）使零部件便于裝配和拆卸 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)保證有足夠的裝配空間，如扳手空間；避免過

22、長(zhǎng)配合以免增 加裝配難度，使配合面擦傷，如有些階梯軸的設(shè)計(jì)；為便于拆卸零件，應(yīng)給出 安放拆卸工具的位置，如軸承的拆卸。如圖 5-10 。 5.3.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 6.考慮造型設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)不僅要滿足功能要求，而且還應(yīng)考慮產(chǎn)品造型的美學(xué)價(jià)值，使之 對(duì)人產(chǎn)生吸引力。從心理學(xué)角度看，人 60% 的決定取決于第一印象。技術(shù)產(chǎn)品 的社會(huì)屬性是商品，在買方市場(chǎng)的時(shí)代，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)一個(gè)能吸引顧客的外觀是 一個(gè)重要的設(shè)計(jì)要求；同時(shí)造型美觀的產(chǎn)品可使操作者減少因精力疲憊而產(chǎn)生 的誤操作。 外觀設(shè)計(jì)

23、包括三個(gè)方面：造型、顏色和表面處理。 考慮造型時(shí)，應(yīng)注意下述三個(gè)問題： （1）尺寸比例協(xié)調(diào) 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意保持外形輪廓各部分尺寸之間均勻協(xié)調(diào)的比例關(guān)系， 應(yīng)有意識(shí)地應(yīng)用 "黃金分割法 "來確定尺寸，使產(chǎn)品造型更具美感。 （2）形狀簡(jiǎn)單統(tǒng)一 機(jī)械產(chǎn)品的外形通常由各種基本的幾何形體（長(zhǎng)方體、圓柱體、錐體等）組 合而成。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使這些形狀配合適當(dāng)，基本形狀應(yīng)在視覺上平衡，接 近對(duì)稱又不完全對(duì)稱的外形易產(chǎn)生傾倒的感覺；盡量減少形狀和位置的變化， 避免過分凌亂；改善加工工藝 （

24、 3）色彩、圖案的支持和點(diǎn)綴 在機(jī)械產(chǎn)品表面涂漆，除具有防止腐蝕的功能外，還可增強(qiáng)視覺效果。恰當(dāng) 的色彩可使操作者眼睛的疲勞程度降低，并能提高對(duì)設(shè)備顯示信息的辨別能力。 單色只使用于小構(gòu)件。大的特別是運(yùn)動(dòng)構(gòu)件如果只用一種顏色就會(huì)顯得單調(diào)無層次，一個(gè)小小的附加色塊會(huì)使整個(gè)色調(diào)活躍起來。在多個(gè)顏色并存的情況 下，應(yīng)有一個(gè)起 主導(dǎo)作用的底色 ，和底色相對(duì)應(yīng)的顏色叫 對(duì)比色。 但在一個(gè)產(chǎn)品上，不同色調(diào)的數(shù)量不宜太多，太多的色彩會(huì)給人一種華而不實(shí)的感覺。

25、 舒服的色彩大約位于從淺黃、綠黃到棕的區(qū)域。這個(gè)趨勢(shì)是漸暖，正黃正綠 往往顯得不舒服；強(qiáng)烈的灰色調(diào)顯得壓抑。對(duì)于冷環(huán)境應(yīng)用暖色，如黃、橙黃 和紅。對(duì)于熱環(huán)境用冷色，如淺藍(lán)。所有顏色都應(yīng) 淡化。另外，通過一定的色彩配置可使產(chǎn)品顯得安全、穩(wěn)固。將形狀變化小的、 面積較大的平面配置淺色，而將運(yùn)動(dòng)、活躍輪廓的元件配置深色；深色應(yīng)安置 于機(jī)械的下部，淺色置于上部。 5.4 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作步驟 不同類型的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中各種具體情況的差別很大，沒有必要以某種步驟按部

26、就班的進(jìn)行。通常是確定完成既定功能零部件的形狀、尺寸和布局。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程是 綜合分析、繪圖、計(jì)算三者相結(jié)合 的過程，其過程大致如下： 1. 理清主次、統(tǒng)籌兼顧： 明確待設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)件的主要任務(wù)和限制，將實(shí)現(xiàn)其目的的功能分解成幾個(gè)功能。然后從實(shí)現(xiàn)機(jī)器主要功能（指機(jī)器中對(duì)實(shí)現(xiàn)能量或物料轉(zhuǎn)換起關(guān)鍵作用的基本功能）的零部件入手，通常先從實(shí)現(xiàn)功能的結(jié)構(gòu)表面開始，考慮與其他相關(guān)零件的相互位置、聯(lián)結(jié)關(guān)系，逐漸同其它表面一起連接成一個(gè)零件，再將這個(gè)零件與其它零件聯(lián)結(jié)成部件，最終組合成實(shí)現(xiàn)主要功能的機(jī)器。而后，再確定次要的、補(bǔ)充或支持主要部件的部件，如：密封、潤(rùn)滑及維護(hù)保養(yǎng)等。 2. 繪制草圖：

27、 在分析確定結(jié)構(gòu)的同時(shí)，粗略估算結(jié)構(gòu)件的主要尺寸并按一定的比例，通過繪制草圖，初定零部件的結(jié)構(gòu)。圖中應(yīng)表示出零部件的基本形狀，主要尺寸，運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的極限位置，空間限制，安裝尺寸等。同時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要充分注意標(biāo)準(zhǔn)件、常用件和通用件的應(yīng)用，以減少設(shè)計(jì)與制造的工作量。 3. 對(duì)初定的結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析，確定最后的結(jié)構(gòu)方案： 綜合過程是指找出實(shí)現(xiàn)功能目的各種可供選擇的結(jié)構(gòu)的所有工作。分析過程則是評(píng)價(jià)、比較并最終 確定結(jié)構(gòu)的工作?？赏ㄟ^改變工作面的大小、方位、數(shù)量及構(gòu)件材料、表面特性、連接方式，系統(tǒng)地產(chǎn)生新方案。另外，綜合分析的思維特點(diǎn)更多的是以直覺方式進(jìn)行的，即不是以系統(tǒng)

28、的方式進(jìn)行的。人的感覺和直覺不是無道理的，多年在生活、生產(chǎn)中積累的經(jīng)驗(yàn)不自覺地產(chǎn)生了各種各樣的判斷能力，這種感覺和直覺在設(shè)計(jì)中起著較大的作用。 4. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算與改進(jìn)： 對(duì)承載零部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行載荷分析，必要時(shí)計(jì)算其承載強(qiáng)度、剛度、耐磨性等內(nèi)容。并通過完善結(jié)構(gòu)使結(jié)構(gòu)更加合理地承受載荷、提高承載能力及工作精度。同時(shí)考慮零部件裝拆、材料、加工工藝的要求，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行想象和模擬，頭腦中要從各種角度考慮問題，想象可能發(fā)生的問題，這種假象的深度和廣度對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量起著十分重要的作用。 5. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完善： 按技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)指標(biāo)不斷

29、完善，尋找所選方案中的缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)照各種要求和限制，反復(fù)改進(jìn)。考慮零部件的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化，減少零部件的品種，降低生產(chǎn)成本。在結(jié)構(gòu)草圖中注出標(biāo)準(zhǔn)件和外購(gòu)件。重視安全與勞保（即勞動(dòng)條件：操作、觀察、調(diào)整是否方便省力、發(fā)生故障時(shí)是否易于排查、噪音等） ，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善。 6. 形狀的平衡與美觀： 要考慮直觀上看物體是否勻稱、美觀。外觀不均勻時(shí)造成材料或機(jī)構(gòu)的浪費(fèi)。出現(xiàn)慣性力時(shí)會(huì)失去平衡，很小的外部干擾力作用就可能失穩(wěn)，抗應(yīng)力集中和疲勞的性能也弱。 總之，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程是 從內(nèi)到外、從重要到次要、從局部到總體、從粗略到精細(xì) ，權(quán)衡利弊，反復(fù)檢查，逐步改進(jìn)。

30、 小結(jié) 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中起著舉足輕重的作用。本章主要討論機(jī)械結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、步驟和思維方式。 機(jī)器工作原理及裝配的設(shè)計(jì)要求是確定零部件 結(jié)構(gòu)和形狀的主要因素，其次是材料的選擇、制造工藝方面的要求 ，使之具有 良好的工藝性（加工、裝配） 。此外，零部件的結(jié)構(gòu)和形狀的完善對(duì)強(qiáng)度和剛度 的提高有很大的影響。 那是心與心的交匯， 是相視的莞爾一笑， 是一杯飲了半盞的酒， 沉香在喉，甜潤(rùn)在心。

31、 紅塵中，我們會(huì)相遇一些人，一些事，跌跌撞撞里，逐漸懂得了這世界，懂得如何經(jīng)營(yíng)自己的內(nèi)心，使它柔韌，更適應(yīng)這風(fēng)雨征途，而不會(huì)在過往的錯(cuò)失里糾結(jié)懊悔一生。 時(shí)光若水，趟過歲月的河，那些舊日情懷，或溫暖或痛楚，總會(huì)在心中烙下深深淺淺的痕。生命是一座時(shí)光驛站，人們?cè)谀抢飦韥砣トァＲ恍┤巳糸L(zhǎng)亭古道邊的萋萋芳草，淪為泛泛之交；一些人卻像深山斷崖邊的幽 蘭，只一株，便會(huì)馨香滿谷。 人生，唯有品格心性相似的人，才可以在錦瑟華年里相遇相知，互為欣賞，互為懂得，并沉淀下來，做一生的朋友。 試問，你的生命里，有無來過這樣一個(gè)人呢？ 張愛玲說 “因?yàn)槎?，所以慈?”. 于千萬人群中，遇見你要遇見的人，沒有早一步，也沒有晚一步，四目相對(duì)，只淡淡的問候一句：哦！原來你也在這里，這便足夠。 世間最近與最遙遠(yuǎn)的距離，來自于心靈與心靈。相遇了，可以彼此陌生，人在咫尺心在天涯，也可初見如舊，眼光交匯的那一刻，抵得人間萬般暖。