机械结构与创新设计.pdf

2013/11/51机械结构与创新设计机械结构与创新设计机械结构与创新设计机械结构与创新设计谭援强一、机械结构设计的概念与基本要求 机械创新一般的思维过程：机械创新一般的思维过程：功能机构结构功能机构结构 机械结构设计：将原理方案设计结构化机械结构设计：将原理方案设计结构化机构系统实体系统机构系统实体系统机械结构设计过程中，要考虑的问题机械结构设计过程中，要考虑的问题：1.功能要求1.功能要求机械结构设计就是将原理设计方案具体化功能要求是结构设计的主要依据和必要满足的要求。机械结构设计就是将原理设计方案具体化功能要求是结构设计的主要依据和必要满足的要求。2.使用要求2.使用要求结构受力合理，降低应力，减少变形，节省材料，以利于提高零件的强度、刚度和延长使用寿命。结构受力合理，降低应力，减少变形，节省材料，以利于提高零件的强度、刚度和延长使用寿命。3.结构工艺性要求3.结构工艺性要求1)应使零件形状简单合理2)适应生产条件和规模3)合理使用毛坯类型4)便于切削加工5)便于装配和拆卸6)易于维护和修理1)应使零件形状简单合理2)适应生产条件和规模3)合理使用毛坯类型4)便于切削加工5)便于装配和拆卸6)易于维护和修理4.人机学要求4.人机学要求使用和安全问题优先采用具有直接（本身）安全作用的结构方案结构造型美观操作舒适有利于环境保护。使用和安全问题优先采用具有直接（本身）安全作用的结构方案结构造型美观操作舒适有利于环境保护。二、转动副的结构与创新 对转动副结构的基本要求两个构件之间的相对运动是转动对转动副结构的基本要求两个构件之间的相对运动是转动12B1A2a)b)转动副转动副构件1和构件2用销轴联接）结构化b)a 2013/11/52 轴承用于转动副轴承用于转动副滑动轴承滚动轴承滑动轴承滚动轴承 滑动轴承的特点滑动轴承结构简单，使用于高速或低速重载以及结构上要求剖分等场合滑动轴承的特点滑动轴承结构简单，使用于高速或低速重载以及结构上要求剖分等场合 滑动轴承润滑状态可分为：非液体润滑状态和液体润滑状态滑动轴承润滑状态可分为：非液体润滑状态和液体润滑状态 滑动轴承的基本结构形式整体式、剖分式、调心式滑动轴承的基本结构形式整体式、剖分式、调心式整体式整体式剖分式剖分式调心式调心式 径向滑动轴承的轴瓦结构径向滑动轴承的轴瓦结构整体式轴瓦对开式轴瓦整体式轴瓦对开式轴瓦 轴瓦的定位轴瓦与轴承之间不能有相对移动轴瓦的定位轴瓦与轴承之间不能有相对移动销钉固定轴瓦销钉固定轴瓦 轴瓦中油孔及油槽的开设轴瓦中油孔及油槽的开设开设的原则：1）油槽的轴向长度应比轴瓦长度短，不能完全开通，以免润滑油大量流失；2）液体润滑轴承油孔及油槽应开在非承载区，以免破坏承载区润滑油膜的连续性，降低轴承的承载能力。开设的原则：1）油槽的轴向长度应比轴瓦长度短，不能完全开通，以免润滑油大量流失；2）液体润滑轴承油孔及油槽应开在非承载区，以免破坏承载区润滑油膜的连续性，降低轴承的承载能力。常见的油孔、油槽形式常见的油孔、油槽形式2013/11/53 其他结构形式的滑动轴承其他结构形式的滑动轴承液体静压径向轴承原理结构图液体静压径向轴承原理结构图 其他结构形式的滑动轴承其他结构形式的滑动轴承间隙可调式滑动轴承间隙可调式滑动轴承a）三油叶轴承）三油叶轴承b）四油叶轴承）四油叶轴承 滚动轴承的特点摩擦阻力小、起动灵活、效率高、润滑简便易于互换滚动轴承的特点摩擦阻力小、起动灵活、效率高、润滑简便易于互换可以通过预紧提高刚度和旋转精度可以通过预紧提高刚度和旋转精度抗冲击能力较差、高速时有噪声、径向尺寸较大、工作寿命不及液体摩擦的滑动轴承。抗冲击能力较差、高速时有噪声、径向尺寸较大、工作寿命不及液体摩擦的滑动轴承。滚动轴承的基本结构滚动轴承的基本结构滚动轴承的基本结构滚动轴承的基本结构a）深沟球轴承）深沟球轴承b）圆柱滚子轴承）圆柱滚子轴承1-内圈2-外圈3-滚动体4-保持架三、移动副的结构与创新设计 对移动副结构的基本要求导向和运动精度高、刚度大、耐磨性高及结构工艺性好等。对移动副结构的基本要求导向和运动精度高、刚度大、耐磨性高及结构工艺性好等。滑动导轨的特点滑动导轨的动、静导轨面直接接触滑动导轨的特点滑动导轨的动、静导轨面直接接触优点优点：结构简单，接触刚度大。：结构简单，接触刚度大。缺点缺点：摩擦阻力大，磨损快，低速运动时易产生爬行现象。：摩擦阻力大，磨损快，低速运动时易产生爬行现象。2013/11/54 滑动导轨常见结构形式滑动导轨常见结构形式 常用滑动导轨的组合形式常用滑动导轨的组合形式1）双）双V形组合形组合2）V形和平面形组合形和平面形组合3）矩形和平面形组合）矩形和平面形组合4）双矩形组合）双矩形组合5）燕尾形和矩形组合）燕尾形和矩形组合6）V形和燕尾形组合形和燕尾形组合7）双圆形组合）双圆形组合8）圆形和矩形组合）圆形和矩形组合 滚动导轨的特点滚动导轨的特点1）摩擦系数小，并且静、动摩擦系数之差很小2）导向和定位精度高，且精度保持性好3）磨损较小，寿命长，润滑简便4）结构较为复杂，加工比较困难，成本较高5）对脏物及导轨面的误差比较敏感1）摩擦系数小，并且静、动摩擦系数之差很小2）导向和定位精度高，且精度保持性好3）磨损较小，寿命长，润滑简便4）结构较为复杂，加工比较困难，成本较高5）对脏物及导轨面的误差比较敏感 滚动导轨的结构形式滚动导轨的结构形式四、构件的结构与创新设计 杆类构件杆状结构构造简单，加工方便。杆类构件杆状结构构造简单，加工方便。杆类构件的结构形式杆类构件的结构形式杆状构件杆类构件端部结构形式杆状构件杆类构件端部结构形式2013/11/55 杆类构件的结构形式杆类构件的结构形式盘状的杆件盘状的杆件 可调节杆长的结构可调节杆长的结构曲柄长度的调节连杆长度的调节曲柄长度的调节连杆长度的调节 盘类结构此类构件大多作定轴转动，中心毂孔与轴联接后与轴承形成转动副。包括：盘状凸轮、齿轮、涡轮、链轮、带轮、棘轮、槽轮等。盘类结构此类构件大多作定轴转动，中心毂孔与轴联接后与轴承形成转动副。包括：盘状凸轮、齿轮、涡轮、链轮、带轮、棘轮、槽轮等。盘类构件的结构形式盘类构件的结构形式盘状凸轮结构齿轮结构盘状凸轮结构齿轮结构 盘类构件的结构形式盘类构件的结构形式涡轮结构链轮结构涡轮结构链轮结构 轴类结构轴的主要作用是支撑回转零件其结构设计主要是保证轴上零件的连接、定位以及满足加工、装配工艺性的要求。轴类结构轴的主要作用是支撑回转零件其结构设计主要是保证轴上零件的连接、定位以及满足加工、装配工艺性的要求。2013/11/56 轴类构件的结构形式轴类构件的结构形式凸轮轴齿轮轴凸轮轴齿轮轴曲轴曲轴 轴类构件的结构形式轴类构件的结构形式蜗杆轴偏心轴蜗杆轴偏心轴 执行机构的执行构件执行构件是执行系统中直接完成工作任务的构件。例如：挖掘机的铲斗，推土机的刀架，起重机的吊钩，铣床的铣刀，工业机器人的手爪等。执行机构的执行构件执行构件是执行系统中直接完成工作任务的构件。例如：挖掘机的铲斗，推土机的刀架，起重机的吊钩，铣床的铣刀，工业机器人的手爪等。机械手结构机械手结构齿轮式自锁性抓取机构斜楔杠杆式夹持器齿轮式自锁性抓取机构斜楔杠杆式夹持器1-弹簧弹簧 2滚子滚子 3-斜楔斜楔4-手爪手爪 5-工件工件 泵结构泵结构曲柄摇块机构型摆缸式活塞泵曲柄摇块机构型摆缸式活塞泵1-曲柄曲柄2-摆缸摆缸3-活塞杆活塞杆 颚式破碎机颚式破碎机颚式破碎机颚式破碎机1-带轮带轮 2-偏心轮偏心轮 3-调整块调整块 4-摇杆摇杆 5-动颚板动颚板 6-定颚板定颚板 7-物料物料2013/11/57机架的结构与创新设计 机架的分类梁型、板型、框型、箱型机架的分类梁型、板型、框型、箱型 保证机架功能的结构措施保证机架功能的结构措施1）合理确定截面的形状和尺寸2）合理布置隔板和加强肋3）合理开孔和加盖4）提高局部刚度和接触刚度5）增加阻尼以提高抗振性6）材料的选择7）结构工艺性1）合理确定截面的形状和尺寸2）合理布置隔板和加强肋3）合理开孔和加盖4）提高局部刚度和接触刚度5）增加阻尼以提高抗振性6）材料的选择7）结构工艺性机械零件结构的集成化与创新设计机械结构的集成化设计是指一个构件实现多个功能的结构设计。机械结构的集成化设计是指一个构件实现多个功能的结构设计。集成化的优点：集成化的优点：1）简化产品开发周期，降低开发成本）简化产品开发周期，降低开发成本2）提高系统性能和可靠性）提高系统性能和可靠性3）减少重量，节约材料和成本）减少重量，节约材料和成本4）减少零件数量，简化程序）减少零件数量，简化程序集成化的缺点：制造复杂集成化的缺点：制造复杂 集成化应用螺钉头的扳拧结构螺钉头的扳拧结构法兰面螺钉头自攻自锁螺钉法兰面螺钉头自攻自锁螺钉机械产品的模块化与创新设计 模块化设计始于上世纪初，模块化设计始于上世纪初，1920年左右开始用于机床设计。年左右开始用于机床设计。模块化设计模块化设计是在对产品进行市场预测、功能分析的基础上，划分并设计出一系列通用的功能模块，根据用户的要求，对这些模块进行选择和组合，就可以构成不同功能，或功能相同但性能不同、规格不同的产品。是在对产品进行市场预测、功能分析的基础上，划分并设计出一系列通用的功能模块，根据用户的要求，对这些模块进行选择和组合，就可以构成不同功能，或功能相同但性能不同、规格不同的产品。数控车厂模块化部件数控车厂模块化部件2013/11/58 模块化设计的优点1）为产品的市场竞争提供了有力手段2）有利于开发新技术3）有利于组织大生产4）提高了产品的可靠性5）提高了产品的可维修性6）使得复杂的产品分区、分道建造、调试成为可能7）易于简历分布式组织机构并精心分布式控制，易于进行异地设计、生产和调度。模块化设计的优点1）为产品的市场竞争提供了有力手段2）有利于开发新技术3）有利于组织大生产4）提高了产品的可靠性5）提高了产品的可维修性6）使得复杂的产品分区、分道建造、调试成为可能7）易于简历分布式组织机构并精心分布式控制，易于进行异地设计、生产和调度。模块化设计实例模块化设计实例 模块化设计实例模块化设计实例作业：五轴联动数控机床有哪些结构形式？