產(chǎn)品的結(jié)構(gòu).ppt

課程簡介學(xué)習(xí)目標授課教案習(xí)題作業(yè) 課程簡介 產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及機構(gòu)就是產(chǎn)品的 骨骼系統(tǒng) 皮膚與肌肉系統(tǒng) 即產(chǎn)品外部及連接結(jié)構(gòu) 產(chǎn)品內(nèi)部骨架及安裝結(jié)構(gòu) 產(chǎn)品運動機構(gòu)等 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對于產(chǎn)品主要起到包裝 支撐 安裝 連接等作用 而產(chǎn)品機構(gòu)主要起到完成運動 完成空間動作 產(chǎn)生功能等作用 學(xué)習(xí)目標 掌握產(chǎn)品機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原理和原則 了解產(chǎn)品機械系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)的功能 作用 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的組成與分類 了解鈑金結(jié)構(gòu)設(shè)計 塑料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容與要求 能夠分析家用電器及常見儀器設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點 教案 產(chǎn)品機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原理和原則常見產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)品機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)和特點產(chǎn)品機械結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)要素和設(shè)計方法產(chǎn)品機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求和設(shè)計準則產(chǎn)品機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的工作步驟典型案例分析課程設(shè)計 1 產(chǎn)品設(shè)計的工藝原則是什么2 鈑金結(jié)構(gòu)中彎曲件的設(shè)計注意點是什么3 鈑金結(jié)構(gòu)件中拉深件的設(shè)計注意點是什么4 產(chǎn)品塑料外殼多數(shù)是用熱塑性塑料 其一般厚度是多少5 怎樣在產(chǎn)品塑料外殼不增加厚度的情況下 增加其強度和剛度6 為什么塑料產(chǎn)品的設(shè)計必須有脫模斜度 一般外表面的脫模斜度是多少7 簡述塑料產(chǎn)品的設(shè)計中加強筋的厚度與高度對外觀的影響8 請自選一臺機器 儀器 作鈑金結(jié)構(gòu)和塑料結(jié)構(gòu)分析9 請自選一件塑料制品 作一下它的塑料結(jié)構(gòu)分析10 課程設(shè)計 習(xí)題作業(yè) 產(chǎn)品機械結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原理和原則 產(chǎn)品機械系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)的功能和應(yīng)用 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的組成 產(chǎn)品對機械系統(tǒng)的基本要求 產(chǎn)品機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則 機械系統(tǒng)與外殼結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代設(shè)備發(fā)展的基礎(chǔ)和必不可少的組成部分 各種科學(xué)的最新成果和先進的技術(shù)系統(tǒng) 如微電子技術(shù) 計算機應(yīng)用技術(shù)和其他高新技術(shù) 如果要成為具有實用價值的產(chǎn)品 必須有機械系統(tǒng)與外殼結(jié)構(gòu) 安裝結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 現(xiàn)代產(chǎn)品機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的零部件和機構(gòu)種類繁多 各自的功能和作用多種多樣 但可概括為兩個主要方面 產(chǎn)品機械系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)的功能和應(yīng)用 通過各種動力 傳動機構(gòu)及其相互組合 構(gòu)成機器設(shè)備中的特定機械與機構(gòu)的功能系統(tǒng) 以實現(xiàn)運動 能量和信息的傳遞 轉(zhuǎn)換 控制 顯示和記錄以及完成機器設(shè)備功能所要求的各種動作 通過機座 機殼等各種基體零部件和緊固件的組合 設(shè)備中機構(gòu)的機架和支承系統(tǒng) 實現(xiàn)設(shè)備 儀器各種元器件的剛性或彈性連接 固定和高速 保證各元器件獲得所要求的 確定的和穩(wěn)定的相對位置 攝像機是典型的具有機械 微電子系統(tǒng)的產(chǎn)品 如圖所示 機芯和鏡頭是精密機械系統(tǒng) 裝有集成電路的線路板是微電子系統(tǒng) 整個機械 微電子系統(tǒng)都安裝在底座 沖壓金屬板上 再與機殼固定在一起 產(chǎn)品機械系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)的的應(yīng)用實例之一是數(shù)控繪圖儀中的機械裝置 數(shù)控繪圖儀是根據(jù)計算機輸出的數(shù)字信息 經(jīng)過處理 高速度 高精度地將原來的連續(xù)模型以繪制圖形的形式輸出的裝置 它的出現(xiàn)和應(yīng)用對設(shè)計工作是一大飛躍 它既可作為主計算機的一種終端聯(lián)機使用 也可與主計算機脫機使用 主計算機將處理過的圖形信息存在磁盤或光盤上 自動繪圖時 繪圖儀與配套的微型計算機進行信息處理 然后通過插補器發(fā)出一系列X Y方向的指令脈沖 經(jīng)過伺服放大器 伺服電動機 傳動裝置 最后使筆架上的畫筆進行X Y方向的合成運動 繪出圖形 它主要由繪圖平臺 X向?qū)C Y向?qū)C 傳動裝置和筆架等部分組成 繪圖平臺 臺面通常由硬質(zhì)橡膠構(gòu)成 上面有許多小孔 與真空吸附裝置相通 以便固定圖紙 導(dǎo)軌與橫梁 X向?qū)к壩挥谄脚_兩側(cè) Y向?qū)M梁上 橫梁由兩端的滑座支承X向?qū)к壣?傳動裝置 X向?qū)鲃友b置由齒輪減速器和齒輪齒條機構(gòu)組成 Y向傳動裝置由齒輪減速器和滾珠螺旋機構(gòu)組成 筆架 筆架支承在Y向?qū)к壣?它在導(dǎo)軌上的移動是由電機驅(qū)動并通過滾珠螺葉在螺桿上的移動而實現(xiàn)的 它與由電機驅(qū)動使橫梁在X向?qū)к壣系囊苿咏M合實現(xiàn)畫筆的繪圖 而筆架按計算機的指令要求可自動抬筆和落筆 從以上實例簡介中 可初步了解機械系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)在機器設(shè)備中的基本功能和作用 任何一部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的產(chǎn)品 按照結(jié)構(gòu)的觀點 均可視為由若干零件 部件和組件組成 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的組成 又稱元件 是產(chǎn)品的基礎(chǔ) 是組成產(chǎn)品的最基本成分 是一個不經(jīng)破壞不可分解的單一整體 是一種不采用裝配工序而制成的成品 零件通常是用一種材料經(jīng)過所需的各種加工工序制成的 如螺釘 彈簧 軸等 1 零件 又稱器件 是生產(chǎn)過程中由加工好的兩個或兩個以上的零件 以可拆聯(lián)接或永久連接的形式 按照裝配圖要求裝配而成的一個單元 其目的是將產(chǎn)品的裝配分成若干初級階段 也可以作為獨立的產(chǎn)品 如滾動軸承 減振器等 2 部件 又稱整件 是由若干零件和部件按照裝配圖要求 裝配成的一種具有完整機構(gòu)和結(jié)構(gòu) 能實施獨立功能 能執(zhí)行一定任務(wù)的裝置 從而將比較復(fù)雜產(chǎn)品的裝配分成若干高級階段 或作為獨立的產(chǎn)品 如減速器 錄像機機芯 磁帶機芯等 3 組件 是由若干組件 部件和零件按總裝配圖要求 裝配成的完整的儀器設(shè)備產(chǎn)品 整機能完成技術(shù)條件規(guī)定的復(fù)雜任務(wù)和功能 并配備所謂的一切配套附件 如錄放機 復(fù)印機 攝像機 放映機等 4 整機 一般來說 產(chǎn)品中的技術(shù)性能指標主要是針對產(chǎn)品的系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)能否滿足技術(shù)條件規(guī)定的功能和使用技術(shù)性能要求 經(jīng)濟指標則主要是針對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)能否經(jīng)濟地進行生產(chǎn) 滿足成本和經(jīng)濟效益的要求 產(chǎn)品對機械系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)的基本要求 可概括為以下幾個方面 產(chǎn)品對機械系統(tǒng)的基本要求 是最基本的技術(shù)要求 機械系統(tǒng)主要體現(xiàn)為執(zhí)行機構(gòu)運動規(guī)律和運動范圍的要求 1 功能特性要求 是最重要的技術(shù)性能要求 對于機械系統(tǒng)主要體現(xiàn)為對執(zhí)行機構(gòu)輸出部分的位置誤差 位移誤差和空回誤差的嚴格控制 2 精度要求 執(zhí)行機構(gòu)的輸出部分應(yīng)能靈敏地反映輸入部分的微量變化 為此 必須減小系統(tǒng)的慣量 減少磨擦 提高效率 以利于系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng) 3 靈敏度要求 構(gòu)件的彈性變形應(yīng)限制在允許的范圍之內(nèi) 以免由彈性變形引起運行誤差和影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性及動態(tài)響應(yīng) 4 剛度要求 構(gòu)件應(yīng)在一定的使用期限內(nèi)不產(chǎn)生破壞 以保證運動和能量的正常傳遞 5 強度要求 系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)應(yīng)能在沖擊 振動 高溫 低溫 腐蝕 潮濕 灰塵等惡劣環(huán)境下 保持工作的穩(wěn)定性 6 各種環(huán)境下工作穩(wěn)定性要求 結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加工 裝配 維修 應(yīng)充分貫徹標準化 系列化 通用化等經(jīng)濟原則 以降低成本 提高效益 7 結(jié)構(gòu)工藝性的要求 結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量緊湊 輕便 操作簡便 安全 造型美觀 攜帶 運輸方便 8 使用要求 所設(shè)計的產(chǎn)品及其機械結(jié)構(gòu)能否在滿足使用技術(shù)性能要求的前提下 采用最合理的工藝方法和流程 最經(jīng)濟地進行生產(chǎn) 即所謂結(jié)構(gòu)工藝性問題 須給予極大的重視 在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)嚴格遵循以下工藝原則 并貫穿產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的全部過程中的各個階段 產(chǎn)品機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則 產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模按產(chǎn)品生產(chǎn)的數(shù)量分為單件 小批 中批 大批和大量生產(chǎn) 它是由社會實際需求決定的 不同的生產(chǎn)規(guī)模具有不同的生產(chǎn)線和相應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備 因此 所設(shè)計的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)應(yīng)反映出生產(chǎn)規(guī)模的特點 并與相應(yīng)的生產(chǎn)線及其生產(chǎn)能力相適應(yīng) 例如大量和大批生產(chǎn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)從毛坯制取 機械加工和裝配都應(yīng)適應(yīng)造化或半自動化生產(chǎn)線 由各種高效率的專用加工設(shè)備和插裝設(shè)備進行加工 裝配 甚至包括生產(chǎn)各個階段質(zhì)量的在線檢測和控制 直到標牌安裝或封貼以及產(chǎn)品包裝 為此 零件的加工和裝備必須達到完全互換 而單件和小批生產(chǎn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 則應(yīng)適應(yīng)由通用設(shè)備 通用工藝裝置等組成的生產(chǎn)線進行加工 裝配的特點 1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)應(yīng)反映生產(chǎn)規(guī)模的特點 設(shè)計產(chǎn)品結(jié)構(gòu)時應(yīng)從產(chǎn)品總體著眼 使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)易于分成若干獨立組件 以便采用積木式進行總裝 各組件的裝配最好是彼此獨立 并行地進行裝配 以利于提高總裝效率和查找產(chǎn)生問題的部位 各組件之間的聯(lián)系應(yīng)方便拆裝 易于裝調(diào) 并便于對任何零 部件檢修和更換而不影響其他部分 2 合理劃分產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的組件 設(shè)計新產(chǎn)品或?qū)υ挟a(chǎn)品進行改進時 應(yīng)充分分析吸收原有產(chǎn)品或相近產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)點 盡量利用原有產(chǎn)品或借用相近產(chǎn)品中經(jīng)過生產(chǎn)和使用證明已比較成熟的結(jié)構(gòu) 或盡量采用典型結(jié)構(gòu) 只對少部分結(jié)構(gòu)另行設(shè)計 或局部改動 這不僅可大大簡化設(shè)計和生產(chǎn)過程 縮短產(chǎn)品研制和生產(chǎn)周期 而且易于保證產(chǎn)品質(zhì)量 3 盡量利用典型結(jié)構(gòu) 在保證產(chǎn)品技術(shù)恨不能要求的前提下 設(shè)計時應(yīng)盡量簡化傳動鏈 這樣使系統(tǒng)中的零 部件的數(shù)量大大減少 從而使結(jié)構(gòu)盡量簡單 零 部件自身的結(jié)構(gòu)也應(yīng)盡量簡化 這不僅減少了加工勞動量 同時也減少了誤差來源 4 力求系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)簡單化 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)使每個零 部件都具有合理的定位基準 盡量使定位基準 包括輔助基準 分布在同一平面內(nèi) 并且盡量使零 部件的設(shè)計基準與工藝基準 包括定位基準 測量基準 裝配基準 重合一致 以減少由于基準不一致所造成的誤差和繁瑣計算 5 合理選擇基準 力求合一 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計中貫徹標準化是獲得工藝性結(jié)構(gòu)的最重要條件 貫徹標準化 統(tǒng)一化原則主要體現(xiàn)為 結(jié)構(gòu)中最大限度地采用標準件 確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的各種參數(shù)時 應(yīng)最大限度地采用相應(yīng)的標準值和優(yōu)先數(shù)系的規(guī)定值 盡量統(tǒng)一結(jié)構(gòu)中相近零件的材料牌號 標準件的品種 規(guī)格 型號尺寸系列 6 貫徹標準化 統(tǒng)一化原則 7 結(jié)構(gòu)應(yīng)能進行調(diào)整和定位 常見產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計 工業(yè)設(shè)計專業(yè)涉及的結(jié)構(gòu)設(shè)計 主要是產(chǎn)品的外部殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計 目前殼體材料主要是金屬材料通過鈑金沖壓工藝成型和塑料通過注塑工藝成型 本節(jié)主要就這兩類材料殼體的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行探討 1鈑金結(jié)構(gòu)的設(shè)計 彎曲件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 沖裁件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 拉深件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 2塑料產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計 塑料產(chǎn)品的形狀 塑料產(chǎn)品的壁厚 塑料產(chǎn)品的脫模斜度 塑料產(chǎn)品的加強筋 塑料產(chǎn)品的底部支承面 塑料產(chǎn)品的孔 塑料產(chǎn)品的圓角 塑料產(chǎn)品的標志設(shè)計 3電子設(shè)備整機結(jié)構(gòu) 機箱的結(jié)構(gòu)形式 機柜的結(jié)構(gòu)形式 通風(fēng)窗口的開設(shè)形式 常見產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計 具有良好工藝性的彎曲件 能簡化彎曲的工藝過程和提高彎曲件的精度 下面對彎曲件的結(jié)構(gòu)提出一些設(shè)計要求 一 彎曲件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 彎曲件的形狀最好對稱 彎曲半徑左右一致 否則 由于磨擦力不均勻 板料在彎曲過程中會產(chǎn)生滑動 為了防止板料的偏移 設(shè)計模具時應(yīng)有可靠的定位措施 彎曲件的圓角半徑應(yīng)大于板料許可的最小彎曲半徑 當必須彎曲成很小圓角時 可進行多次彎曲 中間輔以退火工序 彎曲件的圓角半徑也不宜過大 因為過大時 回彈值增大 彎曲件的精度不易保證 彎曲件的直邊高度不宜過小 彎曲高度為直邊的兩倍 可在彎曲前 在彎曲處先壓槽 再彎曲 如圖所示 或加高直邊 彎曲后再切掉 在彎曲件有孔時 如果孔的位置處于彎曲變形區(qū) 則孔會發(fā)生變形 為避免這種情況 必須使孔處于變形區(qū)之外 彎曲件直邊高度 壓槽 在局部彎曲某一段邊緣時 為避免角部形成裂紋 可預(yù)先切出工藝槽 如圖3所示 可以離開尺寸突變處 如圖4所示 直角的拐彎處 可在彎曲前沖制工藝孔 如圖5所示 邊緣部分有缺口的彎曲件 彎曲時必須于缺口處留連接帶 將缺口連住 待彎曲成形后 再將連接帶切除 若在毛料上先沖缺口再彎曲 會出現(xiàn)叉口甚至無法形成 添加工藝槽 剪曲前沖的工藝孔 轉(zhuǎn)移彎曲線 沖工藝孔 切除連接帶 2 彎曲后切除的連接帶 二 沖裁件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 沖裁件的結(jié)構(gòu)設(shè)計是指沖裁件對沖裁工藝的適應(yīng)性 良好的沖裁結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)保證材料利用率高 工序數(shù)目少 模具結(jié)構(gòu)簡單且壽命高 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等 一般情況下 對沖裁件結(jié)構(gòu)影響最大的是精度要求和幾何形狀及尺寸 1 沖裁件的精度等級 沖裁件精度一般可達IT10 IT12級 高精度可達IT8 IT10級 沖孔比落料的精度約高一級 具體數(shù)值可查有關(guān)設(shè)計手冊 如果工件要求更高精度時 沖裁后需通過整修或輔以切削加工 或者采用精密沖裁 2 沖裁件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 沖裁件的形狀應(yīng)盡量簡單 最好是規(guī)則的幾何形狀或由規(guī)則的幾何形狀所組成 同時應(yīng)避免沖裁件上過長的懸臂與凹槽 它們的寬度要大于料厚的1 5 2倍 一般情況下 沖裁件的外形和內(nèi)孔應(yīng)避免尖角 采用圓角的形式 當需要沖制不帶圓角的工件時 可以用分段沖切的辦法沖制 但模具壽命明顯降低 沖孔時 因受凸模強度限制 孔的尺寸不宜過小 孔與孔之間的距離或孔與零件邊緣之間的距離 因受模具強度和沖裁件質(zhì)量的限制 其值不能過小 一般應(yīng)為3 4mm 在彎曲件或拉深件上沖孔時 其孔壁與工件直壁之間的距離不宜過小 否則 會使凸模受側(cè)向力作用 同時 會影響彎曲件或拉深件的已成形區(qū)域 三 拉深件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 拉深件的形狀應(yīng)盡量簡單對稱 盡量避免急劇的輪廓變化 旋轉(zhuǎn)體零件在圓周方向上的變形應(yīng)是均勻的 這樣模具加工較容易 其工藝性最佳 其他形狀的拉深件 應(yīng)盡最避免輪廓的急劇變化 否則 變形不均勻 拉深困難 拉深件凸緣的外輪廓最好與拉深部分的輪廓形狀相似 如果凸緣的寬度不一致 不僅拉深困難 需要添加工序 而且還需放寬修邊余量 增加材料損耗 拉深件的圓角半徑要合適 內(nèi)部圓角半徑為壁厚的3 5倍 拉深件底部孔的大小要合適 在拉深件的底部沖孔時 其孔邊到側(cè)壁的距離應(yīng)不瀕于該處圓角半徑加上板料厚度的一半 拉深件的精度要求不宜過高 拉深件的精度包括拉深件內(nèi)形或外形的直徑尺寸公差 高度尺寸公差等 其精度等級要求不宜過高 如圖所示為一件較復(fù)雜的拉深產(chǎn)品 其外形均勻?qū)ΨQ 輪廓變化較柔和 順滑 頂部凸緣寬度一致 底部孔大小合適 外部凸凹裝飾條凹進較淺 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計合理 工藝性較佳 一次壓延 二次壓延 三次壓延 做成外形 拉深件沖壓過程 拉深件沖壓過程 作成凸凹條 塑料產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計 塑料產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計 良好的塑料產(chǎn)品既要美觀大方 好用 又要便于成型 塑料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的幾何形狀包括 形狀 壁厚 加強筋 支承面 脫面斜度 圓角 孔 標志與花紋等 一 塑料產(chǎn)品的形狀 塑料產(chǎn)品應(yīng)盡量避免側(cè)壁凹槽或與塑件脫模方向垂直的孔 這樣可避免采用瓣合分型或側(cè)抽芯等復(fù)雜的模具結(jié)構(gòu) 避免使分型面上留下飛邊 如圖所示 改進前的塑件需要采用側(cè)抽芯或瓣合分型凹模 或凸模 結(jié)構(gòu) 改進后的塑件簡化了模具結(jié)構(gòu) 可采用整體式凹模 或凸模 結(jié)構(gòu) 對于較淺的內(nèi)側(cè)凹槽并帶有圓角的塑料件 可利用塑料在脫模溫度下具有足夠彈性的特性以強行脫模的方式脫模 而不必采用組合型芯的方法 多數(shù)情況下 帶側(cè)凹的塑料件不宜采用強行脫模 以免損壞塑料件 塑料產(chǎn)品的形狀還要有利于提高塑料件的強度和剛度 如把薄殼狀的塑料產(chǎn)品頂部或底部設(shè)計成球面或拱形曲面 可以有效地增加剛性和減少變形 如圖1所示 對于薄壁容器的邊緣可按圖2所示設(shè)計來增加剛性和減少變形 緊固的凸耳或臺階應(yīng)有足夠的強度和剛度 以承受緊固時的作用力 應(yīng)避免臺階的突然過渡和尺寸過小 如圖所示 此外 塑料產(chǎn)品的形狀還應(yīng)考慮成型時分型面位置 脫模后不易變形等 綜合所述 塑料產(chǎn)品的形狀必須便于成型以簡化模具結(jié)構(gòu) 降低成本 提高生產(chǎn)率和保證塑料件的質(zhì)量 二 塑料產(chǎn)品的壁厚 塑料產(chǎn)品的外殼壁厚取決于塑料件的使用條件 即強度 剛度 結(jié)構(gòu) 電性能 尺寸穩(wěn)定性以及裝配等各項要求 但壁厚的大小對塑料成型影響很大 所以合理地選擇塑料件壁厚是很重要的 任何塑料產(chǎn)品均需要有一定的壁厚 這是因為塑料在成型時要有良好的流動性 并保證產(chǎn)品有足夠的強度和剛度 也便于從模具里頂出產(chǎn)品 部件裝配操作也需要制品有一定的壁厚 壁厚過大 不僅浪費原料 增加塑料制品的成本 而且增加成型時間和冷卻時間 處長模塑周期 降低生產(chǎn)率 還容易產(chǎn)生氣泡 縮孔等缺陷 壁厚過小 成型時流動阻力大 對大型復(fù)雜塑料產(chǎn)品就難以充滿型腔 而且不能保證塑料產(chǎn)品的強度和剛度 塑料產(chǎn)品的壁厚應(yīng)力求均勻 厚薄適當 以減少應(yīng)力的產(chǎn)生 壁太厚 易形成 沉陷點 或產(chǎn)生翹曲 為此 常將厚的部分挖空 采用適當?shù)男揎棸霃揭跃徛^渡厚薄部分空間 壁厚設(shè)計對比如下圖所示 熱固性塑料產(chǎn)品的厚度一般在1 6mm之間 最大不得超過13mm 在保證成型和使用條件下 應(yīng)力求采用均勻和最小的壁厚 以得到快速 完全的固化 三 塑料產(chǎn)品的脫模斜度 脫模斜度又稱拔模斜度 出模斜度塑料成型后塑料產(chǎn)品緊緊抱住模具型芯或型腔中凸出部位 給取出產(chǎn)品帶來困難 為便于從模具內(nèi)取出產(chǎn)品或從產(chǎn)品內(nèi)抽出型芯 設(shè)計塑料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)時 必須考慮足夠的脫模斜度 脫模斜度如圖所示 塑料產(chǎn)品的內(nèi)表面 外表面沿脫模方向均應(yīng)有脫模斜度 所取數(shù)值按經(jīng)驗確定 必須限制在制造公差范圍內(nèi) 一般脫模斜度為1 2 最小為0 5 內(nèi)表面的脫模斜度大于外表面的脫模斜度 塑料產(chǎn)品有凸起或加強肋 單邊應(yīng)有4 5 的脫模斜度 型芯長度及型腔濃度越大 斜度適當縮小 通常取0 5 即可 厚壁產(chǎn)品會因壁厚使成型收縮增大 故斜度應(yīng)放大 若斜度不妨礙制品的使用 則可將斜度取得大些 熱固性塑料較熱塑性塑料收縮小些 脫模斜度也相應(yīng)小些 復(fù)雜及不規(guī)則形狀制品其斜度應(yīng)大些 不通孔深度小于10mm 外形高度不大于20mm時 允許不設(shè)計斜度 有時根據(jù)產(chǎn)品預(yù)留的位置來確定脫模斜度 若為了在開模后讓產(chǎn)品留在凸模上 則有意將凸模斜度減小 而將凹模斜度放大 反之亦然 總之 在滿足塑料產(chǎn)品尺寸公差要求的前提下 脫模斜度可以取大些 四 塑料產(chǎn)品的加強筋 加強筋的作用不僅可以提高塑料產(chǎn)品的強度和剛度 減少扭歪現(xiàn)象 而且可使塑料成型時容易充滿型腔 設(shè)計加強筋時應(yīng)注意以下問題 加強筋的厚度應(yīng)小于被加強的產(chǎn)品壁厚 防止連接處產(chǎn)生凹陷 加強筋的高度不宜過高 否則會使筋部受力破壞 降低自身剛性 如圖所示的為加強筋尺寸比例 圖 a 所示的加強筋底部厚度為壁厚的一半 高度較矮 不易產(chǎn)生縮孔 圖 b 所示的加強筋底部厚度等于壁厚 高度較高 在交匯處產(chǎn)生 沉陷點 為了增加產(chǎn)品的剛度 寧可增加加強筋的數(shù)目而應(yīng)增加其高度 產(chǎn)品加強筋為兩個以上時 其中點距不小于2mm 加強筋脫模斜度可大些 以利脫模 單邊應(yīng)有4 5 使多數(shù)加強筋的方向與型腔塑料的流向一致 避免塑料流向的干擾而損害產(chǎn)品的質(zhì)量 多條加強筋要分布得當 排列相互錯開 以減少收縮不均 如下圖所示 加強筋與支承面如下圖所示 加強筋的端面不應(yīng)與支承面相平 至少低于支承面0 5mm 五 塑料產(chǎn)品的底部支承面 塑料產(chǎn)品的底部支承面選用整平面結(jié)構(gòu)是不適宜的 因為要使整平面達到絕對平直是十分困難的 所以采用凸臺結(jié)構(gòu)效果較好 凸臺以3個為最好 高度應(yīng)高出平面0 5mm以上 位置應(yīng)均勻設(shè)置在制品的邊角 有足夠的強度 適宜的出模斜度和絞變的過渡聯(lián)接 塑料產(chǎn)品的底部支承面凸臺結(jié)構(gòu)如下圖所示 塑料產(chǎn)品上的孔有通孔 盲孔和復(fù)雜形狀的孔 孔的位置應(yīng)盡可能設(shè)置在最不易削弱塑料產(chǎn)品強度的地方 在相鄰孔之間以及孔到邊緣之間 均應(yīng)留出適當?shù)木嚯x 且盡可能使壁厚大一些 以保證有足夠的強度 如圖 a 所示 圓筒邊部通孔 孔在筒邊設(shè)計成管柱狀 管邊直到加強筋的作用 不減弱筒壁強度 如圖 b c 所示 孔邊緣設(shè)計凸臺 以增加強度 六 塑料產(chǎn)品的孔 對于斜孔和形狀復(fù)雜孔的成型方法 可采用拼合型芯來完成 以避免抽側(cè)芯結(jié)構(gòu) 塑料產(chǎn)品上出現(xiàn)側(cè)孔及側(cè)凹時 為便于出模 必須設(shè)置滑塊或側(cè)抽芯機構(gòu) 從而使模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜 成本增加 因此 應(yīng)加以改進 如圖 b 所示 孔改為槽狀 便于拔模 在塑料產(chǎn)品的拐角處設(shè)置圓角 可增加產(chǎn)品的機械強度 改善成型時材料的流動性 也有利于產(chǎn)品的脫模 因此 在設(shè)計塑料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)時 應(yīng)盡可能采用圓角 在兩部位交接處的內(nèi) 外角上采用圓弧過渡能減小應(yīng)力集中 外圓弧半徑應(yīng)是壁厚的1 5倍 內(nèi)圓弧半徑是壁厚的0 5倍 使厚度一致 塑料產(chǎn)品所有拐角處均應(yīng)設(shè)置圓弧過渡 七 塑料產(chǎn)品的圓角 根據(jù)裝滿或某種使用上的要求 塑料產(chǎn)品上常需要直接制出花紋 標記 符號及文字 為了工藝上的要求及模具制作的方便 設(shè)計的花紋應(yīng)注意其凸凹紋方向與膠模方向的一致性 塑料產(chǎn)品側(cè)壁的花紋或文字等是依靠側(cè)壁斜度保證脫模的 如下圖所示的是塑料旋鈕花紋 其中圖 a 為設(shè)計不合理 不能脫模 圖 b 為設(shè)計合理 便于脫模 八 塑料產(chǎn)品的標志設(shè)計 塑料產(chǎn)品上的標記 符號或文字可以設(shè)計成三種不同的形式 1 凸字 如圖 a 所示 它在模具制造時比較方便 可用機械或手工將字雕刻在模具上 但使用過程中凸字容易損壞 2 凹字 如圖 b 所示 它可以填上各種顏色的油漆 使字跡更為鮮明 這種形式如果用機械加工模具則較麻煩 現(xiàn)在多采用電鑄 冷擠壓或電火花方法來制造模具 3 凹坑凸字 如圖 c 所示 在凸字的周圍帶來凹入的裝飾框 制造這種結(jié)構(gòu)形式模具可以采用鑲塊 然后鑲?cè)肽ｓw中 制造比較方便 凸字在使用時也避免碰壞 電子設(shè)備整機結(jié)構(gòu) 人們把利用電子學(xué)原理制成的設(shè)備 裝置 儀器 儀表等統(tǒng)稱為電子設(shè)備 電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計有其獨特的結(jié)構(gòu)組成 其內(nèi)部需安裝電子元 器件及機械零 部件 常見結(jié)構(gòu)分機箱 機柜兩種 如下圖所示 機箱 機柜均需考慮通風(fēng)口的開設(shè) 機箱是把整個設(shè)備安置在一個箱體中 常用于尺寸較小 結(jié)構(gòu)簡單的小型電子設(shè)備 外形往往是箱形的 稱為機箱 機柜是對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜 尺寸較大的電子設(shè)備 往往將其分為若干分機或插箱 安置在一個共同的安裝架上 封閉后的整體稱為機柜 常見結(jié)構(gòu)形式為立式 琴柜式和組合式 現(xiàn)代新的發(fā)展方向為外插式積木化結(jié)構(gòu) 下面就機箱 機柜和通風(fēng)窗口的開設(shè)一一加以介紹 一 機箱的結(jié)構(gòu)形式 機箱的結(jié)構(gòu)可按其材料和結(jié)構(gòu)形式分為兩大類 1 按制造材料分根據(jù)機箱使用的材料與工藝不同可劃分為 1 鈑金結(jié)構(gòu)機箱用各種冷軋 熱軋薄鋼板經(jīng)過剪切 沖壓 彎曲等工藝過程 最后用焊接 螺釘組裝 制成各式機箱 機柜 用這種材料制成的箱柜成本低 取材方便 如下圖所示的是簡單的鈑金機箱 它由上下兩個 門 字形鋼板組成 其優(yōu)點是 機箱可以設(shè)計成各種形式及尺寸 靈活多樣 用料品種少 機箱的強度與剛度好 適用于單件多品種生產(chǎn) 其缺點是 機箱的外形尺寸公差大 不宜于批量生產(chǎn) 鈑金工水平要求高 有一定的工裝模具 外形不美觀 2 鋁型材機箱鋁型材機箱按其結(jié)構(gòu)可劃分為 1 型材圍框結(jié)構(gòu)機箱用鋁型材折彎 形成前后圍框 也可以是左右圍框 再用鋁型材腰帶 支撐為側(cè)梁組成機箱框架 最后加上下蓋板及前后面板即成機箱 如下圖所示 其優(yōu)點是 結(jié)構(gòu)簡單 若改變型材的下料長度工 則可組成各種不同外形尺寸的機箱 采用通用折彎模后 可用于批量生產(chǎn) 其缺點是 型材折彎后 圍框與蓋板 面板的配合不易做到緊密吻合 機箱外形尚不夠美觀 由于采用薄壁型材折彎 其剛度與強度較差 僅適用于輕型設(shè)備 2 型材組合結(jié)構(gòu)機箱這種機箱是用多種不同斷面形狀鋁型材 通過螺釘在轉(zhuǎn)角處聯(lián)接組成機箱框架 再加前后面板及左右 上下蓋板組成機箱 其優(yōu)點是 機箱的外形尺寸變換方便 適應(yīng)多品種及有一定批量的產(chǎn)品 用途廣 可組合成臺式 裝架式機箱及插箱 由于選用較高強度的鋁合金 因此機箱具有較高的強度與剛度 3 型板結(jié)構(gòu)機箱型板是具有板狀特征的鋁型材 利用型板作為機箱柜架的側(cè)面 也可為前后面 再用鋁型材橫梁與側(cè)面板連接 就構(gòu)成機箱框架 如下圖所示 這種結(jié)構(gòu)的機箱由于采用了型板 故機加工量小 工藝簡單 機箱的強度與剛度均較好 但機箱高度方向的尺寸受型板尺寸的限制 故適用于扁平形狀的機箱 4 壓鑄結(jié)構(gòu)機箱若將型板結(jié)構(gòu)機箱的型板及其連接部分制成鋁壓鑄件 即成為壓鑄結(jié)構(gòu)機箱 這種機箱由于采用了壓鑄工藝 故尺寸精確度高 適用于大批量生產(chǎn) 強度與剛度均較好 且裝配方便 其缺點是需要壓鑄設(shè)備 壓鑄模的成本高 機箱的外形尺寸受壓鑄機的限制 2 按箱體的結(jié)構(gòu)形式分1 插箱式 2 蓋盒式 3 翻轉(zhuǎn)式 二 機柜的結(jié)構(gòu)形式 1 常見機柜的結(jié)構(gòu)常見機柜的結(jié)構(gòu)形式有三種 立式 組合式和琴柜式 如圖所示 2 外插式積木化結(jié)構(gòu)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 電子儀器 設(shè)備在工業(yè)和民用中得到廣泛的應(yīng)用 促使人們將能獨立的功能單元設(shè)計成臺式設(shè)備 它既能上架 柜使用 又能單獨使用 接著又發(fā)展到由多臺臺式設(shè)備組合使用 各種設(shè)備間的連接由內(nèi)連接轉(zhuǎn)到外連接 從而形成了外插式積木化結(jié)構(gòu)機柜并得到日益廣泛的應(yīng)用 圖所示的是地面站接收設(shè)備機柜 圖所示的是外插卡式機箱 圖所示的是內(nèi)插卡式機箱 為現(xiàn)代微型計算機廣泛采用 三 通風(fēng)窗口的開設(shè)形式當機箱 機柜需要散熱時 應(yīng)在蓋門或側(cè)板上開設(shè)通風(fēng)口 常見的通風(fēng)口或孔如上圖所示 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)和特點 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù) 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是在總體設(shè)計的基礎(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 還須考慮其加工工藝 強度 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)計的直接產(chǎn)物雖是技術(shù)圖紙 但結(jié)構(gòu)設(shè)計工作不是簡單的機械制圖 圖紙只是表達設(shè)計方案的語言 綜合技術(shù)的具體化是結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本內(nèi)容 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計特點 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要特點有 1 它是集思考 繪圖 計算 有時進行必要的實驗 于一體的設(shè)計過程 是機械設(shè)計中涉及的問題最多 最具體 工作量最大的工作階段 在整個機械設(shè)計過程中 平均約80 的時間用于結(jié)構(gòu)設(shè)計 對機械設(shè)計的成敗起著舉足輕重的作用 2 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的多解性 即滿足同一設(shè)計要求的機械結(jié)構(gòu)并不是唯一的 3 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計階段是一個很活躍的設(shè)計環(huán)節(jié) 常常需反復(fù)交叉的進行 為此 在進行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計時 必須了解從機器的整體出發(fā)對機械結(jié)構(gòu)的基本要求 機械結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)要素和設(shè)計方法 1結(jié)構(gòu)件的幾何要素2結(jié)構(gòu)件之間的聯(lián)接3結(jié)構(gòu)件的材料及熱處理 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 結(jié)構(gòu)件之間的聯(lián)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 例如 軸轂聯(lián)接見圖 結(jié)構(gòu)設(shè)計據(jù)結(jié)構(gòu)件的材料及熱處理不同應(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?shù)牟牧?又要根據(jù)材料的種類確定適當?shù)募庸すに?并根據(jù)加工工藝的要求確定適當?shù)慕Y(jié)構(gòu) 只有通過適當?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 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 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易變形 開裂的傾向較大 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求和設(shè)計準則 1機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求 2機械結(jié)構(gòu)基本設(shè)計準則 機械產(chǎn)品應(yīng)用于各行各業(yè) 結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容和要求也是千差萬別 但都有相同的共性部分 下面就機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的三個不同層次來說明對結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求 1 功能設(shè)計滿足主要機械功能要求 在技術(shù)上的具體化 如工作原理的實現(xiàn) 工作的可靠性 工藝 材料和裝配等方面 2 質(zhì)量設(shè)計兼顧各種要求和限制 提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能價格比 它是現(xiàn)代工程設(shè)計的特征 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)計中 質(zhì)量設(shè)計相當重要 往往決定產(chǎn)品的競爭力 那種只滿足主要技術(shù)功能要求的機械設(shè)計時代已經(jīng)過去 統(tǒng)籌兼顧各種要求 提高產(chǎn)品的質(zhì)量 是現(xiàn)代機械設(shè)計的關(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)計細節(jié)上的問題 然而細節(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 3 優(yōu)化設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計用結(jié)構(gòu)設(shè)計變元等方法系統(tǒng)地構(gòu)造優(yōu)化設(shè)計空間 用創(chuàng)造性設(shè)計思維方法和其它科學(xué)方法進行優(yōu)選和創(chuàng)新 對產(chǎn)品質(zhì)量的提高永無止境 市場的競爭日趨激烈 需求向個性化方向發(fā)展 因此 優(yōu)化設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計在現(xiàn)代機械設(shè)計中的作用越來越重要 它們將是未來技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)的競爭焦點 結(jié)構(gòu)設(shè)計中得到一個可行的結(jié)構(gòu)方案一般并不很難 機械設(shè)計的任務(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)計最具創(chuàng)造性的地方 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計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)計變元所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)設(shè)計解空間的基礎(chǔ)上 機械結(jié)構(gòu)基本設(shè)計準則 機械設(shè)計的最終結(jié)果是以一定的結(jié)構(gòu)形式表現(xiàn)出來的 按所設(shè)計的結(jié)構(gòu)進行加工 裝配 制造成最終的產(chǎn)品 所以 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計應(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 提高強度 剛度 精度和壽命 因此 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項綜合性的技術(shù)工作 由于結(jié)構(gòu)設(shè)計的錯誤或不合理 可能造成零部件不應(yīng)有的失效 使機器達不到設(shè)計精度的要求 給裝配和維修帶來極大的不方便 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中應(yīng)考慮如下的結(jié)構(gòu)設(shè)計準則 1 實現(xiàn)預(yù)期功能的設(shè)計準則2 滿足強度要求的設(shè)計準則3 滿足剛度結(jié)構(gòu)的設(shè)計準則4 考慮加工工藝的設(shè)計準則5 考慮裝配的設(shè)計準則6 考慮造型設(shè)計的準則 1 實現(xiàn)預(yù)期功能的設(shè)計準則 產(chǎn)品的設(shè)計主要目的是為了實現(xiàn)預(yù)定的功能要求 因此實現(xiàn)預(yù)期功能的設(shè)計準則是結(jié)構(gòu)設(shè)計首先考慮的問題 要滿足功能要求 必須做到以下幾點 1 明確功能 結(jié)構(gòu)設(shè)計是要根據(jù)其在機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 傳遞運動和動力 以及保證或保持有關(guān)零件或部件之間的相對位置或運動軌跡等 設(shè)計的結(jié)構(gòu)應(yīng)能滿足從機器整體考慮對它的功能要求 2 功能合理的分配 產(chǎn)品設(shè)計時 根據(jù)具體情況 通常有必要將任務(wù)進行合理的分配 即將一個功能分解為多個分功能 每個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 以達到總功能的實現(xiàn) 多結(jié)構(gòu)零件承擔(dān)同一功能可以減輕零件負擔(dān) 延長使用壽命 V型帶截面的結(jié)構(gòu)是任務(wù)合理分配的一個例子 纖維繩用來承受拉力 橡膠填充層承受帶彎曲時的拉伸和壓縮 包布層與帶輪輪槽作用 產(chǎn)生傳動所需的摩擦力 例如 若只靠螺栓預(yù)緊產(chǎn)生的摩擦力來承受橫向載荷時 會使螺栓的尺寸過大 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 為了簡化機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu) 降低加工成本 便于安裝 在某些情況下 可由一個零件或部件承擔(dān)多個功能 功能集中會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)計時應(yīng)根據(jù)具體情況而定 2 滿足強度要求的設(shè)計準則 1 等強度準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) 使各截面的強度相等 按等強度原理設(shè)計的結(jié)構(gòu) 材料可以得到充分的利用 從而減輕了重量 降低成本 如懸臂支架 階梯軸的設(shè)計等 見圖 2 合理力流結(jié)構(gòu)為了直觀地表示力在機械構(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 這些力線匯成力流 表示這個力的流動在結(jié)構(gòu)設(shè)計考察中起著重要的作用 力流在構(gòu)件中不會中斷 任何一條力線都不會突然消失 必然是從一處傳入 從另一處傳出 力流的另一個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度 提高軸的彎曲強度 圖例舉幾個典型的實例 3 減小應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)當力流方向急劇轉(zhuǎn)折時 力流在轉(zhuǎn)折處會過于密集 從而引起應(yīng)力集中 設(shè)計中應(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度的重要因素 結(jié)構(gòu)設(shè)計時 應(yīng)盡量避免或減小應(yīng)力集中 其方法在相應(yīng)的章節(jié)會作介紹 如增大過度圓角 采用卸載結(jié)構(gòu)等 如圖 4 使載荷平衡結(jié)構(gòu)在機器工作時 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荷 降低其精度和壽命 同時也降低了機器的傳動效率 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 對稱布置等 例如 同一軸上的兩個斜齒圓柱齒輪所產(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 使軸承負載減小 如圖 3 滿足結(jié)構(gòu)剛度的設(shè)計準則為保證零件在使用期限內(nèi)正常地實現(xiàn)其功能 必須使其具有足夠的剛度 4 考慮加工工藝的設(shè)計準則機械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要目的是 保證功能的實現(xiàn) 使產(chǎn)品達到要求的性能 但是 結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)果對產(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 因此 對于設(shè)計者認識一種加工方法的特點非常重要 以便在設(shè)計結(jié)構(gòu)時盡可能的揚長避短 實際中 零部件結(jié)構(gòu)工藝性受到諸多因素的制約 如生產(chǎn)批量的大小會影響坯件的生成方法 生產(chǎn)設(shè)備的條件可能會限制工件的尺寸 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)計中應(yīng)充分考慮上述因素對工藝性的影響 5 考慮裝配的設(shè)計準則裝配是產(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)計準則簡述如下 1 合理劃分裝配單元整機應(yīng)能分解成若干可單獨裝配的單元 部件或組件 以實現(xiàn)平行且專業(yè)化的裝配作業(yè) 縮短裝配周期 并且便于逐級技術(shù)檢驗和維修 2 使零部件得到正確安裝保證零件準確的定位 圖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 裝配時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 結(jié)構(gòu)合理 避免雙重配合 圖5 8 a 中的零件A有兩個端面與零件B配合 由于制造誤差 不能保證零件A的正確位置 圖5 8 b 結(jié)構(gòu)合理 防止裝配錯誤 圖所示軸承座用兩個銷釘定位 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 3 使零部件便于裝配和拆卸結(jié)構(gòu)設(shè)計中 應(yīng)保證有足夠的裝配空間 如扳手空間 避免過長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 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 6 考慮造型設(shè)計的準則產(chǎn)品的設(shè)計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)價值 使之對人產(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)品的社會屬性是商品 在買方市場的時代 為產(chǎn)品設(shè)計一個能吸引顧客的外觀是一個重要的設(shè)計要求 同時造型美觀的產(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)計包括三個方面 造型 顏色和表面處理 考慮造型時 應(yīng)注意下述三個問題 1 尺寸比例協(xié)調(diào)在結(jié)構(gòu)設(shè)計時 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 形狀簡單統(tǒng)一機械產(chǎn)品的外形通常由各種基本的幾何形體 長方體 圓柱體 錐體等 組合而成 結(jié)構(gòu)設(shè)計時 應(yīng)使這些形狀配合適當 基本形狀應(yīng)在視覺上平衡 接近對稱又不完全對稱的外形易產(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 3 色彩 圖案的支持和點綴在機械產(chǎn)品表面涂漆 除具有防