资源描述：
《谈力学知识在机械结构设计中的运用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第8卷第5期天津职业院校联合学报NO.5Vol.82006年9月JournalofTianjinVocationalInstitutesSep.2006谈力学知识在机械结构设计中的运用孙学娟(天津中德职业技术学院,天津市300191)摘要:机械设计是一项复杂、细致和科学性很强的工作。其结构设计虽然各不相同,但都与力学性能有关,改善力学性能,提高结构的承载能力是保证机械完成预定功能的关键。关键词:承载能力;平衡;变形协调;等强度中图分类号:O39;TH122文献标识码:A文章编号:1673-582X(2006)05-0034-0
2、4机械设计包括两种:一是应用新技术、新方法开发创造新机械;二是在原有机械的基础上重新设计或进行局部改进,从而改变或提高原有机械的性能。因此掌握丰富的工程知识是机械专业的教师应具备的素质之一;是连接基础理论与实践经验的桥梁;是正确进行机械结构设计的前提;同时也是从事科研活动、将力学、材料、工艺、制图等多学科知识综合运用的过程。机械结构形式虽然千差万别,但其功能的实现几乎都与力(力矩)的产生、转换、传递有关。机械零件具有足够的承载能力是保障机械结构实现预定功能的先决条件。所以在机械结构设计中,根据力学理论对零件的强度、刚度和稳定性
3、进行分析是必不可少的,并在此基础上,进行结构设计。改善力学性能在机械结构设计中合理地运用力学知识,遵循以下几个原则:一、载荷分担原则作用在零件上的外力、弯矩、扭矩等统称为载荷。这些载荷中不随时间变化或随时间变化缓慢的称为静载荷。随时间作周期性变化或非周期性变化的称为变载荷。它们在零件中引起拉、压、弯、剪、扭等各种应力,并产生相应的变形。如果同一零件上同时承担了多种载荷的作用,则可考虑将这些载荷分别由不同的零件来承担。设计时采取一定的结构形式,将载荷分给两个或多个零件来承担,从而减轻单个零件的载荷,称为载荷分担原则。这样有利于提
4、高机械结构的承载能力。1.改变结构,减小轴的受力如图1-a所示,轴已经承受了弯矩的作用,如果齿轮再经过轴将转矩传递给卷筒,则轴为转轴(工作时既承受弯矩又承受转矩),受力较大。如果将齿轮和卷筒改用螺栓直接联接,则轴不受转矩作用,轴为转动心轴(用来支承转动零件,只承受弯矩而不传递转矩),轴的受力情况得到改善,结构较合理。如图1-b所示。图1转轴改进为心轴图2螺栓联接中的减载元件a)较差结构b)改进结构2.采用减载装置,提高螺纹联接的可靠性如图2所示,靠摩擦力传递横向载荷的紧螺栓联接,要求保持较大的预紧力,结果会使螺栓的结构尺寸增大
5、。此外,在振动、冲击或变载荷下,摩擦系数的变动,将使联接的可靠性降低,有可能出现松脱。为了避免上述缺点,常用收稿日期:2006-03-10作者简介:孙学娟(1966-),女,天津市人,天津中德职业技术学院副教授,研究方向为机械设计与制造。·34·©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net销、套筒、键等减载元件来承担部分横向载荷,提高螺纹联接的可靠性。二、载荷均布原则在工作载荷大小确定的
6、情况下,可以通过在结构上均匀分布载荷的方法,来提高结构承载能力。设计时尽量避免集中载荷,尽可能地将载荷分散在结构上,即为载荷均布原则。1.将集中力改为均布力如图3所示,经过简单的受力分析可知,受集中力的简支梁在C点所受弯矩如图a)比受均布力的简支梁在C点所受弯矩如图b)大了一倍,所以图3-b简支梁的强度要好于图3-a。图3简支梁受力分析a)集中力b)均布力2.改善螺纹牙间的载荷分布普通螺栓和螺母的刚度不同、变形不一样。一般螺栓联接受载后,各圈螺纹牙间的载荷分布是不均匀的(见图4-a),螺母支承面上第一圈所受的力为总载荷的1/3
7、以上。为改善螺纹牙间载荷分配不均匀的现象,可采用:悬置螺母图4-b):使螺母与螺栓均受拉,减小两者的刚度差,使其变形趋于协调。内斜螺母图4-c):螺母内斜10°-15°可减小原受力大的螺纹牙的刚度,从而把力分流到原受力小的螺纹牙上,使其螺纹牙间的载荷分配趋于合理。环槽螺母图4-d):与悬置螺母类似。图4改善螺纹牙间载荷分布a)螺纹受载示意图b)悬置螺母c)内斜螺母d)环槽螺母三、载荷平衡原则在力的传递过程中,一些机械结构常常不可避免地出现不做功的附加力,例如,斜齿轮啮合的轴向力,产生摩擦力的正压力,往复和旋转运动的惯性力等,这
8、些对结构功能毫无作用的附加力,加大了结构的负载,降低了机械结构的承载能力。如果在设计时使其在同一零件内与其它同类载荷构成平衡力系,则其它零件不受这些载荷的影响,有利于提高结构的承载能力,这就是载荷平衡原则。主要措施为:引入平衡件和对称安装。在高速回转机械中,必须靠结构的措施及
