01

結構件的幾何要素

機械結構的功能主要是靠機械零部件的幾何形狀及各個(gè)零部件之間的相對位置關(guān)系實(shí)現的。零部件的幾何形狀由它的表面所構成，一個(gè)零件通常有多個(gè)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(chēng)為功能表面。在功能表面之間的聯(lián)結部分稱(chēng)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，功能表面的設計是零部件結構設計的核心問(wèn)題。描述功能表面的主要幾何參數有表面的幾何形狀、尺寸大小、表面數量、位置、順序等。通過(guò)對功能表面的變異設計，可以得到為實(shí)現同一技術(shù)功能的多種結構方案。

02

結構之間的鏈接

在機器或機械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在結構設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(lèi)。凡兩零件有直接裝配關(guān)系的，成為直接相關(guān)。沒(méi)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(dòng)相關(guān)兩類(lèi)。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(dòng)軸，其中心距必須保證一定的精度，兩軸線(xiàn)必須平行，以保證齒輪的正常嚙合。運動(dòng)相關(guān)是指一零件的運動(dòng)軌跡與另一零件有關(guān)，如車(chē)床刀架的運動(dòng)軌跡必須平行于于主軸的中心線(xiàn)，這是靠床身導軌和主軸軸線(xiàn)相平行來(lái)保證的，所以，主軸與導軌之間位置相關(guān)；而刀架與主軸之間為運動(dòng)相關(guān)。 多數零件都有兩個(gè)或更多的直接相關(guān)零件，故每個(gè)零件大都具有兩個(gè)或多個(gè)部位在結構上與其它零件有關(guān)。在進(jìn)行結構設計時(shí)，兩零件直接相關(guān)部位必須同時(shí)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(shí)還必須考慮滿(mǎn)足間接相關(guān)條件，如進(jìn)行尺寸鏈和精度計算等。一般來(lái)說(shuō)，若某零件直接相關(guān)零件愈多，其結構就愈復雜；零件的間接相關(guān)零件愈多，其精度要求愈高。

03

結構設計應注意的問(wèn)題

機械設計中可以選擇的材料眾多，不同的材料具有不同的性質(zhì)，不同的材料對應不同的加工工藝，結構設計中既要根據功能要求合理地選擇適當的材料，又要根據材料的種類(lèi)確定適當的加工工藝，并根據加工工藝的要求確定適當的結構，只有通過(guò)適當的結構設計才能使所選擇的材料最充分的發(fā)揮優(yōu)勢。 設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。結構設計中應根據所選材料的特性及其所對應的加工工藝而遵循不同的設計原則。 如：鋼材受拉和受壓時(shí)的力學(xué)特性基本相同，因此鋼梁結構多為對稱(chēng)結構。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構截面多為非對稱(chēng)形狀，以使承載時(shí)最大壓應力大于最大拉應力，圖示5.2為兩種鑄鐵支架比較。鋼結構設計中通常通過(guò)加大截面尺寸的方法增大結構的強度和剛度，但是鑄造結構中如果壁厚過(guò)大則很難保證鑄造質(zhì)量，所以鑄造結構通常通過(guò)加筋板和隔板的方法加強結構的剛度和強度。塑料材料由于剛度差，成型后的冷卻不均勻造成的內應力極易引起結構的翹曲，所以塑料結構的筋板與壁厚相近并均勻對稱(chēng)。 對于需要熱處理加工的零件，在進(jìn)行結構設計時(shí)的要求有如下幾點(diǎn)：（1）零件的幾何形狀應力求簡(jiǎn)單、對稱(chēng)，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(guò)大，大小截面冷卻不均，必然形成內應力。（3）避免銳邊尖角結構，為了防止銳邊尖角處熔化或過(guò)熱，一般在槽或孔的邊緣上切出2～３mm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(shí)易變形，開(kāi)裂的傾向較大。。