01

結(jié)構(gòu)件的幾何要素

機械結(jié)構(gòu)的功能主要是靠機械零部件的幾何形狀及各個零部件之間的相對位置關(guān)系實現(xiàn)的。零部件的幾何形狀由它的表面所構(gòu)成，一個零件通常有多個表面，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械功能的重要因素，功能表面的設(shè)計是零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心問題。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。通過對功能表面的變異設(shè)計，可以得到為實現(xiàn)同一技術(shù)功能的多種結(jié)構(gòu)方案。

02

結(jié)構(gòu)之間的鏈接

在機器或機械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計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)和運動相關(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。運動相關(guān)是指一零件的運動軌跡與另一零件有關(guān)，如車床刀架的運動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)軌之間位置相關(guān)；而刀架與主軸之間為運動相關(guān)。 多數(shù)零件都有兩個或更多的直接相關(guān)零件，故每個零件大都具有兩個或多個部位在結(jié)構(gòu)上與其它零件有關(guān)。在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，兩零件直接相關(guān)部位必須同時考慮，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。同時還必須考慮滿足間接相關(guān)條件，如進行尺寸鏈和精度計算等。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。

03

結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題

機械設(shè)計中可以選擇的材料眾多，不同的材料具有不同的性質(zhì)，不同的材料對應(yīng)不同的加工工藝，結(jié)構(gòu)設(shè)計中既要根據(jù)功能要求合理地選擇適當(dāng)?shù)牟牧希忠鶕?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)計才能使所選擇的材料最充分的發(fā)揮優(yōu)勢。 設(shè)計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)計中應(yīng)根據(jù)所選材料的特性及其所對應(yīng)的加工工藝而遵循不同的設(shè)計原則。 如：鋼材受拉和受壓時的力學(xué)特性基本相同，因此鋼梁結(jié)構(gòu)多為對稱結(jié)構(gòu)。鑄鐵材料的抗壓強度遠大于抗拉強度，因此承受彎矩的鑄鐵結(jié)構(gòu)截面多為非對稱形狀，以使承載時最大壓應(yīng)力大于最大拉應(yīng)力，圖示5.2為兩種鑄鐵支架比較。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中通常通過加大截面尺寸的方法增大結(jié)構(gòu)的強度和剛度，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結(jié)構(gòu)的剛度和強度。塑料材料由于剛度差，成型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。 對于需要熱處理加工的零件，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時的要求有如下幾點：（1）零件的幾何形狀應(yīng)力求簡單、對稱，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2～３mm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易變形，開裂的傾向較大。。