总体设计与结构方案设计课件.ppt

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1、第三章总体设计与结构方案设计§3-1概论§3-2结构方案设计的基本原则§3-3结构方案设计基本原理及示例§3-5总体方案设计§3-4结构设计的工作步骤§3-1概论一、结构设计的任务和重要性①任务将原理方案结构化，确定完成功能要求所需的零部件的材料选择、结构形状、尺寸的确定以及加工方法、装配方式等。因此结构设计涉及材料、工艺、精度、设计计算方法、实验及检测技术、机械制图等各领域。②重要性1)机械产品最终以一定结构形式表现，并按设计结构加工、装配，结构设计的质量直接影响产品的功能要求。2)机械设计中的公式只适用于特定的结构或机构，如果

2、不确定结构，设计计算无法进行。3)结构直接影响零件强、刚度及使用寿命。加工、工艺、人机关系、运输安全性。因此结构设计是保证产品质量、提高可靠性、降低成本的关键环节。二、设计的内容和步骤①内容1)定性方面：结构方案设计；2)定量方面：结构材料、参数等的设计。总之，结构形状、数量、相互位置，材料选择，尺寸确定②基本步骤分析设计任务对结构的总体要求→初步确定主要功能载体的结构→初步确定辅助功能载体的结构→检查主、辅功能载体的协调性及其配合关系→详细设计主、辅功能载体结构→对设计进一步完善→技术、经济评价→决策。三、结构设计三个主要方面①

3、定性分析构形→定性②定量计算尺寸、确定材料→定量③按比例绘制结构图→造型四、结构设计目标:功能明确，简单可靠、提高性能、降低成本§3-2结构方案设计的基本原则一、明确性原则①功能明确②工作原理明确③使用工况及应力状态明确④其它二、简单原则①零部件在满足功能要求的前提下，尽可能少。②零部件形状尽可能简单，使设计、生产、制造装配和维护迅速方便。③尽量采用标准件和常用件。④操作简单、结构布置合理，便于安装。⑤包装简单，运输方便。三、安全可靠原则①直接安全技术(1)安全存在原理：保证技术系统的各零件及联接在规定载荷和时间内完全处于安全状态

4、。(2)有限损坏原理：破坏应选择在易换零件或便宜零件，不应在主要部件或整机发生破坏。(3)冗余配置原理：为提高可靠性，所采用的重复备用系统，一般适且于对人身安全有重大影响的场合。②安全技术：通过加装防护系统和保护装置来实现技术系统的安全可靠;③指导性安全技术：危险发生之前进行预报和报警。§3-3结构方案设计基本原理及示例一、合理负载原则合理负载对减少应力，降低应力集中，减少变形，可有效提高结构的强度和刚度。①载荷分担原则可减少零件承受功能，缩小尺寸，减少占地空间。卸荷带轮结构组合弹簧②平衡原则(自平衡原则)在工作状态下，辅助效应和

5、初始效应相反并达以平衡状态，取得满意的总效应。★为使无功力得到平衡，可采取如下措施：1)采取对称布置。如2K-H行星齿轮传动，适用于体积小功率大场合(见课本)。2)采用平衡元件，适用于传递中等大小的力。③合理力流原则缩短力流距离，减少力流密度变化，减缓力流方向变化，可提高强度和刚度，可使零件尺寸缩小，节省材料，变形小。1)设计结构时，一般尽量使力按最短路线传递。2)零件受载部位如切槽开孔时，应充分考虑应力集中，由力流密度变化引起的应力集中，有时最大比平均应力大2-5倍。3)力流转向平缓。轮轴联接的力流④变形协调原则协调控制相联接元

6、件在外载荷作用下产生同方向变形，使二者相对变形小，应力变化小，从而减少应力集中。⑤等强度原则等强度结构受力合理，而且能最大限度发挥材料的作用。二、自助原则通过本身结构或系统的配置关系，在工作过程中产生加强功能或避免失效的作用。①自平衡结构在工作载荷产生的辅助效应合成为有利的平衡状态以提高性能。如汽轮机叶片的安装，行星齿轮传动中多行星轮。②自加强结构在工作载荷作用下辅助效应与初始效应相同，加强了系统的功能。③自保护在超载或不安全情况下，功能元件产生保护效应，防止零部件失效。如摩擦离合器。三、提高设计精度的原则①阿贝原则1890，德国

7、人阿贝(Abbe)指出一个原则：若使量仪给出正确的测量结果，必须将仪器的读数线尺安放在被测尺寸的延长线上。在设计量仪或精密机械时，该原则须考虑。②补偿原则结构设计时要考虑到尽量让产生的误差互相抵消和补偿以减小总误差。两种结构凸轮杠杆下端接触面的磨损量u1的磨损量和杠杆上端与从动件的磨损量u2都相同，但由于凸轮位置的不同，它们对从动件移动误差△的影响是不一样。对于(a)图△=u1+u2对于(b)图△=u2-u1③误差缩放原则在传动机构中，误差可以传递，也可以缩放，设计时应注意误差的主要环节。下图每级齿轮的传动比为i1、i2、i3，各

8、级运动误差(角速度误差)分别为△1、△2和△3，则整个传动系统误差为△=△1/i2i3+△2/i3+△3，可得如下结论：(1)降速时，i>1，则影响系统精度的主要是末级精度，如果末级传动比很大，则前级运动精差可忽略不计；(2)升速时，i<1，则影响