1、第7 章 机械结构设计与创新 机械结构设计就是将原理方案进行结构化, 包括确定结构中构件的材料、形状、尺寸、组成零件数量、加工方法、装配方法等。 BUCT 机械创新设计第七章 机械结构设计与创新 BUCT 机械创新设计第七章 机械结构设计与创新 关于零部件的结构元素 的变异设计 其目的除实现方案功能原理所要求实现的工艺 动作外，还应满足零部件的强度、刚度、精度、稳定性、工艺、可靠性、寿命等要求。 结构设计是机械设计中涉及问题最多、最具 体 、工作量最大的阶段。 它具有实践性，细节性，多样性特点 BUCT 机械创新设计7.1 机械结构设计的基本要求7.2 实现零件功能的结构设计与创新7.3 结构
2、元素的变异与演化7.4 适应材料性能的结构设计与创新7.5 方便制造与操作的结构设计与创新7.6 用模块拼接与结构复用进行结构的创新 BUCT 机械创新设计7.1 机械结构设计的基本要求 7.1.1满足设计功能要求 机械结构设计就是将原理设计方案具体化，即构造一个能够满足功能要求的三维实体的零部件及其装配关系。各种零件的结构功能主要有承受载荷、传递运动和动力，以及保证或保持有关零部件之间的相对位置或运动轨迹关系等。 BUCT 机械创新设计BUCT 机械创新设计 7.1.2满足工作可靠性要求 为了保证零件在规定的使用期限内可正常地实现其功能，在结构设计中应使零部件的结构受力合理，节省材料，降低危
3、险截面应力，减少变形，采用可提高零件的强度、刚度的结构形式，延长使用寿命，满足工作的可靠性要求。7.1.3结构工艺性要求 1. 应使零件形状简单合理，并与所采用的加工方法相适应； 2. 适应已有的生产条件和批量大小； 3. 合理选用毛坯类型； 4. 便于切削加工和保证满足热处理的要求； 5. 满足标准零部件安装的尺寸要求； 6. 便于装配和拆卸，易于维护和修理。 BUCT 机械创新设计7.1.4人机学要求 在结构设计中必须考虑使用和安全问题，应优先采用具有直接(本身)安全作用的结构方案。此外应使结构造型美观，操作舒适，有利于环境保护。 BUCT 机械创新设计7.2 实现零件功能的结构设计与创新
4、 7.2.1功能分解： 指根据零件的功能来构造其形状、位置、数量以 指根据零件的功能来构造其形状、位置、数量以及连接方式等结构要素 及连接方式等结构要素 指每个零件的每个部位都承担着不同的功能， 指每个零件的每个部位都承担着不同的功能，具有不同的工作原理，若将其分解，细化则会 具有不同的工作原理，若将其分解，细化则会更有利于发挥其功能，开发新功能 更有利于发挥其功能，开发新功能 BUCT 机械创新设计BUCT 机械创新设计 以螺钉为例 螺钉头：板拧与支撑 螺钉头：板拧与支撑螺钉体：定位与联结 螺钉体：定位与联结 螺钉尾：导向与保护 螺钉尾：导向与保护 BUCT 机械创新设计钉子分解 平头 沉头
5、 柱头 双头 尖尾 鸭嘴尾 柱尾 BUCT 机械创新设计齿轮分解 轮齿：传动功能 轮齿：传动功能 轮体：支撑功能 轮体：支撑功能 轮毂：联接功能 轮毂：联接功能 BUCT 机械创新设计7.2.2、功能组合 指一个零件可以实现多种功能 指一个零件可以实现多种功能 自攻自锁螺钉 组合功能轴承 带轮飞轮组合 BUCT 机械创新设计齿轮与卷筒的组合 齿轮 卷筒 齿轮 卷筒 轴既承受弯矩又承受转矩 轴只承受弯矩 BUCT 机械创新设计BUCT 机械创新设计 （a ） 弹簧垫圈防松（b ） 收口螺母防松 自行车专用扳手 多功能菜刀 图中，1- 刀柄，2 刀身，3 刀刃，4 插片、插条、插粗细丝板，5 铁盒
6、罐头起子，6 玻璃瓶罐头起子，7 瓶盖起子，8 刮鱼鳞刀，9 砍斧测电笔 带照明灯的改锥 瑞士军刀 双万向联轴器7.2.3、功能移植 指相似或相同的结构可用于不同的功能 指相似或相同的结构可用于不同的功能 各类弹性垫圈结构 轴毂联接的结构 星盘联接 BUCT 机械创新设计容差环联接 压套联接 液压涨套联接 BUCT 机械创新设计蜗杆卡子 BUCT 机械创新设计7.3 结构元素的变异与演化 7.3.1 元素的变异 结构元素： 指形状、数量、位置、联接、尺寸等 指形状、数量、位置、联接、尺寸等 BUCT 机械创新设计BUCT 机械创新设计7.3.2 轴榖联接的结构元素变异与演化 平键 花键 BUC
7、T 机械创新设计花键 滚珠花键 成型轴毂 BUCT 机械创新设计弹性环联接 BUCT 机械创新设计7.3.3. 离合器的结构元素变异与演化 形状变异 数量变异 BUCT 机械创新设计7.3.4棘轮传动的结构元素变异 形状变异 位置变异 BUCT 机械创新设计7.3.5 各种槽销结构元素的变异 槽的位置变化 各种槽销的应用 BUCT 机械创新设计7.3.6 新型联轴器的结构特点 BUCT 机械创新设计 联结方式的变化新型联轴器、 球铰柱塞式联轴器： 球铰柱塞式联轴器：引入移动副，增大轴向移动补偿量，提高联接刚度 浮动盘环片联轴器 浮动盘环片联轴器 ： ： 利用弹性变形补偿两轴的相对偏移 浮动弹簧
8、片 浮动弹簧片 BUCT 机械创新设计7.3.7 弹簧 BUCT 机械创新设计BUCT 机械创新设计7.3.8 改善工作性能的结构变异 高速带与带轮结构 摆杆与推杆球面位置的变换 BUCT 机械创新设计调心滑动轴承 BUCT 机械创新设计修正双曲线形飞轮 是飞轮各处应力分布合理，提高飞轮储藏能量的能力 带膝垫的新型座椅 BUCT 机械创新设计轴承 BUCT 机械创新设计 (a) (b) 图7.41 粘接结构 BUCT 机械创新设计7.4适应材料性能的结构设计与创新 7.4.1 、扬长避短 铸铁基座 陶瓷联接 BUCT 机械创新设计金属螺纹 塑料螺纹 塑料联接的替代 BUCT 机械创新设计BUC
9、T 机械创新设计 点焊链接7.4.2 、性能互补 带弹性外圈的滚子轴承 带弹性元件的铰链 BUCT 机械创新设计减振链轮 BUCT 机械创新设计安全性能：两米高处落下奖牌完好在奥运会期间，运动员在获得奖牌后处于兴奋状态，有可能将奖牌抛向空中。为了提高奖牌的抗冲击性能，提高强度，奖牌设计修改完善小组对奖牌金属和玉结合的工艺技术以及安全性等进行了多次技术测试。实验证明，将奖牌从两米高空下落做自由落体运动，落地时奖牌完好无损。 BUCT 机械创新设计玉环 金属 玉环 金属 弹性胶体 BUCT 机械创新设计金属 弹性胶体 玉 BUCT 机械创新设计V带结构 BUCT 机械创新设计7.4.3 结构形状变
10、异 BUCT 机械创新设计7.5 方便制造与操作的结构设计与创新 7.5.1 7.5.1 加工工艺的结构构形 加工工艺的结构构形 BUCT 机械创新设计不同工艺时的结构形式 BUCT 机械创新设计7.5.2 7.5.2 装配输送的结构构型 装配输送的结构构型 BUCT 机械创新设计BUCT 机械创新设计方便输送 方便输送 BUCT 机械创新设计7.5.3 简单结构 BUCT 机械创新设计BUCT 机械创新设计BUCT 机械创新设计BUCT 机械创新设计7.5.4 宜人结构 BUCT 机械创新设计BUCT 机械创新设计脚的力量分布 BUCT 机械创新设计旋钮结构尺寸建议 BUCT 机械创新设计B
11、UCT 机械创新设计当控制器与显示器配合使用时，还要考虑它们之间的位置关系，即使操作者容易辨认。有人进行这样的试验，在灶台上放置4 副灶具，在控制面板上放置4 副控制开关，当灶具与开关以不同方式摆放时，使用者出现的操作错误次数统计如下：每种方案进行1200 次试验。（1）方案误操作次数为零；（2）方案误操作次数为76次；（3）方案误操作次数为116次；（4）方案误操作次数为129次。 实验还反映了操作时间与误操作次数具有同样的顺序关系。 BUCT 机械创新设计BUCT 机械创新设计7.6 用模块拼接与结构复用进行结构的创新 在结构创新过程中，通常先有一个构思雏形，然后再把这个构思用实物表现出来。对于很多构件或构件组合，若加工成实物，则费用较高，所以用模块拼接的方法来构成实物，不失为一种简洁经济的结构创新方法。 BUCT 机械创新设计 7.6.1. 模块拼接BUCT 机械创新设计BUCT 机械创新设计BUCT 机械创新设计 行走轮支承模块7.6.2. 结构复用 BUCT 机械创新设计 组合式改锥 改锥组合包
