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机械结构基本设计准则( 三 )

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1.实现预期功能的设计准则
2.满足强度要求的设计准则
3.满足刚度结构的设计准则
4.考虑加工工艺的设计准则
5.考虑装配的设计准则
6.考虑维护修理的设计准则
7.考虑造型设计的准则
8.考虑成本的设计准则
1. 实现预期功能的设计准则
产品的设计主要目的是为了实现预定的功能要求，因此实现预期功能的设计准则是结构设计首先考虑的问题 。要满足功能要求，必须做到以下几点 。
(1)明确功能: 结构设计是要根据其在机器中的功能和与其他零部件相互的连接关系，确定参数尺寸和结构形状 。零部件主要的功能有承受载荷、传递运动和动力，以及保证或保持有关零件或部件之间的相对位置或运动轨迹等 。设计的结构应能满足从机器整体考虑对它的功能要求 。
(2)功能合理的分配：产品设计时，根据具体情况，通常有必要将任务进行合理的分配，即将一个功能分解为多个分功能 。每个分功能都要有确定的结构承担，各部分结构之间应具有合理、协调的联系，以达到总功能的实现 。多结构零件承担同一功能可以减轻零件负担，延长使用寿命 。V型带截面的结构是任务合理分配的一个例子 。纤维绳用来承受拉力；橡胶填充层承受带弯曲时的拉伸和压缩；包布层与带轮轮槽作用，产生传动所需的摩擦力 。例如，若只靠螺栓预紧产生的摩擦力来承受横向载荷时，会使螺栓的尺寸过大，可增加抗剪元件，如销、套筒和键等，以分担横向载荷来解决这一问题 。
(3)功能集中：为了简化机械产品的结构，降低加工成本，便于安装，在某些情况下，可由一个零件或部件承担多个功能 。功能集中会使零件的形状更加复杂，但要有度，否则反而影响加工工艺、增加加工成本，设计时应根据具体情况而定 。
2.满足强度要求的设计准则
(1) 等强度准则
零件截面尺寸的变化应与其内应力变化相适应，使各截面的强度相等 。按等强度原理设计的结构，材料可以得到充分的利用，从而减轻了重量、降低成本 。如悬臂支架、阶梯轴的设计等 。见图1 。
图1
(2) 合理力流结构
为了直观地表示力在机械构件中怎样传递的状态，将力看作犹如水在构件中流动，这些力线汇成力流 。表示这个力的流动在结构设计考察中起着重要的作用 。
力流在构件中不会中断，任何一条力线都不会突然消失，必然是从一处传入，从另一处传出 。力流的另一个特性是它倾向于沿最短的路线传递，从而在最短路线附近力流密集，形成高应力区 。其它部位力流稀疏，甚至没有力流通过，从应力角度上讲，材料未能充分利用 。因此，若为了提高构件的刚度，应该尽可能按力流最短路线来设计零件的形状，减少承载区域，从而累积变形越小，提高了整个构件的刚度，使材料得到充分利用 。
如悬臂布置的小锥齿轮，锥齿轮应尽量靠近轴承以减小悬臂长度，提高轴的弯曲强度 。图5.4例举几个典型的实例 。
(3) 减小应力集中结构
当力流方向急剧转折时，力流在转折处会过于密集，从而引起应力集中，设计中应在结构上采取措施，使力流转向平缓 。应力集中是影响零件疲劳强度的重要因素 。结构设计时，应尽量避免或减小应力集中 。其方法在相应的章节会作介绍，如增大过度圆角、采用卸载结构等 。如图5.5 。
(4) 使载荷平衡结构
在机器工作时，常产生一些无用的力，如惯性力、斜齿轮轴向力等，这些力不但增加了轴和轴衬等零件的负荷，降低其精度和寿命，同时也降低了机器的传动效率 。所谓载荷平衡就是指采取结构措施部分或全部平衡无用力，以减轻或消除其不良的影响 。这些结构措施主要采用平衡元件、对称布置等 。

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