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提高性能的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

機(jī)械產(chǎn)品的性能不但與原理設(shè)計(jì)有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量也直接影響產(chǎn)品的性能，甚至影響產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)。下面分別分析為提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、精度、工藝性等方面性能常采用的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)原則.強(qiáng)度和剛度是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題通過正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以減小單位載荷所引起的材料應(yīng)力和變形量,提高結(jié)構(gòu)的承載能力。

2.1

強(qiáng)度和剛度都與結(jié)構(gòu)受力有關(guān)

在外載荷不變的情況下降低結(jié)構(gòu)受力是提高強(qiáng)度和剛度的有效措施。

1）載荷分擔(dān)載荷引起結(jié)構(gòu)受力

如果多種載荷作用在同一結(jié)構(gòu)上就可能引起局部應(yīng)力過大，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)將載荷由多個(gè)結(jié)構(gòu)分別承擔(dān)。這樣有利于降低危險(xiǎn)結(jié)構(gòu)處的應(yīng)力，從而提高結(jié)構(gòu)的承載能力這，這種方法稱為載荷分擔(dān)。公眾號：solidworks非標(biāo)機(jī)械設(shè)計(jì)

載荷分擔(dān)彎矩和扭矩同時(shí)作用會在軸上引起較大應(yīng)力。結(jié)構(gòu)中增加了一個(gè)支承套帶輪通過端蓋將扭矩傳給軸，通過軸承將壓軸力傳給支承套。

2）載荷平衡：

在機(jī)械傳動中有些做功的力必須使其沿傳動鏈傳遞，有些不做功的力應(yīng)盡可能使其傳遞路線變短。如果使其在同一零件內(nèi)與其他同類載荷構(gòu)成平衡力系則其他零件不受這些載荷的影響利于提高結(jié)構(gòu)的承載能力。

3）減小應(yīng)力集中

應(yīng)力集中是影響承受交變應(yīng)力的結(jié)構(gòu)承載能力的重要因素。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)設(shè)法緩解應(yīng)力集中。在零件的截面形狀發(fā)生變化處力流會發(fā)生變化，局部力流密度的增加引起應(yīng)力集中。減小應(yīng)力集中零件截面形狀的變化越突然應(yīng)力集中就越嚴(yán)重,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡力避免使結(jié)構(gòu)受力較大處的零件形狀突然變化，以減小應(yīng)力集中對強(qiáng)度的影響。零件受力變形時(shí)不同位置的變形阻力（剛度)不相同也會引起應(yīng)力集中。設(shè)計(jì)中通過降低應(yīng)力集中處附近的局部剛度可以有效地降低應(yīng)力集中。由于結(jié)構(gòu)定位等功能的需要在絕大部分結(jié)構(gòu)中不可避免地會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)尺寸及形狀的變化這些變化都會引起應(yīng)力集中。如果多種變化出現(xiàn)在同一結(jié)構(gòu)截面處將引起嚴(yán)重的應(yīng)力集中，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡力避免這種情況。

2.2

提高機(jī)械精度設(shè)計(jì)

通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以減小由于制造、安裝等原因產(chǎn)生的原始誤差；減小由于溫度磨損、構(gòu)件變形等原因產(chǎn)生的工作誤差；減小執(zhí)行機(jī)構(gòu)對各項(xiàng)誤差的敏感程度從而提高產(chǎn)品的精度。制造和安裝過程中產(chǎn)生的誤差是不可避免的,通過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以在原始誤差不變的情況下使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的誤差較小。試驗(yàn)證明螺旋傳動的誤差可以小于螺桿本身的螺距誤差。千分尺的累積測量誤差千分尺螺桿的螺距累積誤差.

1）誤差均化機(jī)械精度的均化原理

在機(jī)構(gòu)中如果有多個(gè)聯(lián)接點(diǎn)同時(shí)對一種運(yùn)動起限制作用則運(yùn)動件的運(yùn)動誤差決定于各聯(lián)接點(diǎn)的綜合影響?yīng)⑵溥\(yùn)動精度高于一個(gè)聯(lián)接點(diǎn)的限制作用。在一定條件下增加螺旋傳動中起作用的螺紋圈數(shù)使多圈螺紋同時(shí)起作用。不但可以提高螺旋傳動的承載能力和耐磨性，而且可以提高傳動精度.

2.3

提高工藝性

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要根據(jù)機(jī)械切削加工機(jī)床的設(shè)備特點(diǎn)，為裝卡過程提供必要的夾持面。夾持面的形狀和位置應(yīng)使零件在切削力的作用下具有足夠的剛度。零件上的被加工面應(yīng)能夠通過盡量少的裝卡次數(shù)得以完成。如果能夠通過一次裝卡對零件上的多個(gè)相關(guān)表面進(jìn)行加工，這將有效地提高加工效率。

例如上圖只有兩個(gè)圓錐表面用，卡盤無法裝卡.增加了兩個(gè)圓柱形表面，這個(gè)表面在零件工作中不起作用,只是為了實(shí)現(xiàn)工藝過程而設(shè)的這種表面稱為工藝表面.

方便加工切削加工所要形成的幾何表面的數(shù)量、種類越多加工所需的工作量就越大。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中盡量減加工表面的數(shù)量和種類是一條重要的設(shè)計(jì)原則。

簡化裝配、調(diào)整和拆卸加工好的零部件要經(jīng)過裝配才能成為完整的機(jī)器。裝配的質(zhì)量直接影響機(jī)器設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量，設(shè)計(jì)中是否考慮裝配過程的需要也直接影響裝配工作的難度.