机械结构设计概论.ppt

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1、机械结构设计准则机械结构设计准则润滑理论及轴承研究所朱永生2011-112021/9/231内容内容机械结构设计概论机械结构设计概论1提高强度、刚度和延长寿命的结构设计准则提高强度、刚度和延长寿命的结构设计准则2提高精度的结构设计准则提高精度的结构设计准则3符合人机工程学设计准则符合人机工程学设计准则4避免或减小对人类损害的结构设计准则避免或减小对人类损害的结构设计准则5改进零部件结构工艺性的结构设计改进零部件结构工艺性的结构设计62021/9/232西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所内容内容机械结构设计概论机械结构设计概论12021/9/233西安交通大学西安

2、交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所1.结构设计的作用结构设计的作用u机械结构设计是机械设计的重要组成部分，没有机械结构设计是机械设计的重要组成部分，没有结构就没有机器。使用者关注的是产品的性能和结构就没有机器。使用者关注的是产品的性能和功能，而设计和制造者则关心的是机器的机械结功能，而设计和制造者则关心的是机器的机械结构，这套结构能满足使用者所要求的功能和性能。构，这套结构能满足使用者所要求的功能和性能。所以结构是把设计所以结构是把设计制造制造使用者联系起来使用者联系起来的纽带，的纽带，是设计、制造、使用的具体对象，是使是设计、制造、使用的具体对象，是使用性能的物质承担者用性能

3、的物质承担者。2021/9/1.结构设计的作用结构设计的作用u机械结构设计应满足作为产品的多方面要求，基机械结构设计应满足作为产品的多方面要求，基 本要求有本要求有功能、可靠性、工艺性、经济性和外观功能、可靠性、工艺性、经济性和外观造型造型等方面的要求。此外，还等方面的要求。此外，还应改善零件的受力，应改善零件的受力，提高强度、刚度、精度和寿命提高强度、刚度、精度和寿命。因此，机械结构。因此，机械结构设计是一项综合性设计是一项综合性 的技术工作。的技术工作。2021/9/2351.结构设计的作用结构设计的作用v机械结构设计过程中应遵循一定的结构设计机械结构设计过程中应遵循一定的结构设计准则，否

4、则：准则，否则：零部件失效零部件失效机器达不到设计精度的要求机器达不到设计精度的要求给装配和维修带来极大的不方便给装配和维修带来极大的不方便。2021/9/236西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.机械结构设计的任务和工作内容机械结构设计的任务和工作内容v采用各种方法，确定机械零部件所采用的原理、采用各种方法，确定机械零部件所采用的原理、形状、构造、材料、尺寸公差等，并将设计结形状、构造、材料、尺寸公差等，并将设计结果表现为生产图样或生产机械所需的全部技术果表现为生产图样或生产机械所需的全部技术资料。这些工作主要在技术设计阶段。资料。这些工作主要在技术设计阶段

5、。生产销售结构设计2021/9/237西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所3.机械结构设计的基本条件和要求机械结构设计的基本条件和要求v机械系统的功能要求？机械系统的功能要求？l所设计的机械应具有的功能及各个部分应具有的所设计的机械应具有的功能及各个部分应具有的功能、各部分的性能参数（压力、速度、运动范功能、各部分的性能参数（压力、速度、运动范围等）围等）l输入输出的能量、材料或信号的具体要求，如机输入输出的能量、材料或信号的具体要求，如机床的精度、信号的信噪比等床的精度、信号的信噪比等l对机械系统本身的要求，如重量、体积、寿命和对机械系统本身的要求，如重量、体积

6、、寿命和可靠性等。可靠性等。v使用者和环境要求使用者和环境要求l环境影响：如使用环境有无砂石、腐蚀、温度、环境影响：如使用环境有无砂石、腐蚀、温度、气候、辐射等特殊条件和要求。气候、辐射等特殊条件和要求。l物质条件：动力、燃料、原材料、润滑剂等各种物质条件：动力、燃料、原材料、润滑剂等各种设备正常使用中所必须的辅料的供应情况。设备正常使用中所必须的辅料的供应情况。2021/9/238西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所3.机械结构设计的基本条件和要求机械结构设计的基本条件和要求使用者的技术水平：操作者的技术水平和熟练程使用者的技术水平：操作者的技术水平和熟练程度、

7、维修的情况及技术水平等。度、维修的情况及技术水平等。使用者的经济条件：购置费、维护费、材料和各使用者的经济条件：购置费、维护费、材料和各项开支及使用本系统的经济效果等。项开支及使用本系统的经济效果等。安全条件：人身和健康安全要求，噪声和污染的安全条件：人身和健康安全要求，噪声和污染的允许界限允许界限使用者的特殊条件：某些国家、地区对不同颜色、使用者的特殊条件：某些国家、地区对不同颜色、造型的特殊爱好或禁忌等。造型的特殊爱好或禁忌等。v工艺条件工艺条件加工技术和设备的水平。加工技术和设备的水平。标准化、系列化的情况。标准化、系列化的情况。对保养、维护、修理的要求和得到配件的条件。对保养、维护、修

8、理的要求和得到配件的条件。2021/9/239西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所3.机械机械结结构构设计设计的基本条件和要求的基本条件和要求v市市场及其他情况及其他情况当前市当前市场上有无上有无类似似产品？我品？我们设计、生、生产该产品的品的优势？有无相关有无相关专利？利？对我我们的影响？的影响？当前市当前市场容量和市容量和市场预测，发展展趋势。国家国家对本本产品的使用有什么限制和要求？品的使用有什么限制和要求？设计生生产的的进度要求。度要求。2021/9/2310西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所4.机械结构方案设计的技巧机械结

9、构方案设计的技巧由结构中的相互关系变换而制定结构方案l运动形式的变换l结合方式的变换l锁合的变换l物理原理的变换利用形态变换的方法制定结构方案l形状变换l位置变换l数目变换l尺寸变换结构方案设计 机械结构设计有两个重要步骤：一.结构方案设计，为了实现某一原理方案采用尽可能多的各种结构方案；二.结构方案择优选用。2021/9/4.机械结构方案设计的技巧机械结构方案设计的技巧v要设计一台点钞机，为达到钞票分离的目的，可以采用下图所示要设计一台点钞机，为达到钞票分离的目的，可以采用下图所示的几种功能原理方案。显然，进行原理性构思时首先要考虑应用的几种功能原理方案。显然，进行原理性构思时首先要考虑应用

10、某种某种物理效应物理效应（如图中的摩擦（如图中的摩擦、离心力、气吹等），然后利用、离心力、气吹等），然后利用某种某种作用原理作用原理（如图中的摩擦轮、转动架、气嘴等），最后达（如图中的摩擦轮、转动架、气嘴等），最后达到实现到实现功能目标功能目标的结果。的结果。西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承实验室润滑理论及轴承实验室2021/9/23124.机械结构方案设计的技巧机械结构方案设计的技巧v一一.利用形态变换的方法制定结构方案利用形态变换的方法制定结构方案形状变换形状变换：改变零件的形状，尤其是工作表面：改变零件的形状，尤其是工作表面的形状而得到不同的结构形式。如直齿改为斜的形状而得到不同

11、的结构形式。如直齿改为斜齿，过盈配合改为花键连接等。齿，过盈配合改为花键连接等。将摆动导杆机构中将摆动导杆机构中的直线导槽改为圆的直线导槽改为圆弧导槽，可获得较弧导槽，可获得较长时间的停歇长时间的停歇。槽轮直径变为无穷大，槽数无穷多时，槽轮直径变为无穷大，槽数无穷多时，演变为槽条机构演变为槽条机构滚珠变滚柱，减少变形量滚珠变滚柱，减少变形量行星齿轮大小的变化，导行星齿轮大小的变化，导致滑块的不同运动特性致滑块的不同运动特性2021/9/2313西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所4.机械结构方案设计的技巧机械结构方案设计的技巧v一一.利用形态变换的方法制定结构方案

12、利用形态变换的方法制定结构方案位置变换位置变换：改变零件的相互位置关系，来使得：改变零件的相互位置关系，来使得零部件的受力、润滑等工况改善。零部件的受力、润滑等工况改善。消除了推杆的轴向力改善了润滑条件2021/9/2314西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所4.机械结构方案设计的技巧机械结构方案设计的技巧v一一.利用形态变换的方法制定结构方案利用形态变换的方法制定结构方案数目变换数目变换：变换零件的数目或相关集合形状的：变换零件的数目或相关集合形状的数量（如平键改为花键连接）。数量（如平键改为花键连接）。尺寸变化尺寸变化：改变零件或表面的尺寸，从而产生：改变零件

13、或表面的尺寸，从而产生形态变换。形态变换。2021/9/2315西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所4.机械结构方案设计的技巧机械结构方案设计的技巧v一一.利用形态变换的方法制定结构方案利用形态变换的方法制定结构方案u实例分析：实例分析：功能要求：设计夹具，用于加紧安装于圆柱形外套2中的汽缸套1，以便加工内孔2021/9/2316西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所4.机械结构方案设计的技巧机械结构方案设计的技巧v一一.利用形态变换的方法制定结构方案利用形态变换的方法制定结构方案u实例分析（实例分析（2）：精密控制工作台）：精密控制工

14、作台功能要求：精密驱动（0.08um）安装于丝杠螺母机构5，6上的工作平台。2021/9/2317西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所4.机械结构方案设计的技巧机械结构方案设计的技巧v二二.由机械结构中的相互关系变换而制定结构由机械结构中的相互关系变换而制定结构方案方案运动形式的变换运动形式的变换正反转正反转180度工作台设计：用电机？机械结构？度工作台设计：用电机？机械结构？2021/9/2318西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所4.机械结构方案设计的技巧机械结构方案设计的技巧v二二.由机械结构中的相互关系变换而制定结构由机械结构

15、中的相互关系变换而制定结构方案方案结合方式的变换：对于静止件和运动件之间的：对于静止件和运动件之间的相互关系称为结合方式。通常采用的是相互滑相互关系称为结合方式。通常采用的是相互滑动和相互滚动（如滑动轴承和滚动轴承）。此动和相互滚动（如滑动轴承和滚动轴承）。此外还可以采用空气垫、磁场或油膜隔开运动物外还可以采用空气垫、磁场或油膜隔开运动物体表面。体表面。2021/9/2319西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所4.机械结构方案设计的技巧机械结构方案设计的技巧v二二.由机械结构中的相互关系变换而制定结构由机械结构中的相互关系变换而制定结构方案方案锁合方式的变换：两个

16、互相连接的零件可以采：两个互相连接的零件可以采用不同的原理把他们连接起来称为锁合。如力用不同的原理把他们连接起来称为锁合。如力锁合（依靠摩擦力，如过盈配合、楔形键）、锁合（依靠摩擦力，如过盈配合、楔形键）、材料锁合（利用中间材料：如焊接）和形状锁材料锁合（利用中间材料：如焊接）和形状锁合（利用形状进行连接：花键、销钉）是三种合（利用形状进行连接：花键、销钉）是三种常用的锁合方式。常用的锁合方式。2021/9/2320西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所4.机械结构方案设计的技巧机械结构方案设计的技巧v二二.由机械结构中的相互关系变换而制定结构由机械结构中的相互关系

17、变换而制定结构方案方案物理原理的变换：利用不同的物理原理实现某：利用不同的物理原理实现某一机构功能。一机构功能。比如对于传动，可依靠几何形状传动（齿轮、凸比如对于传动，可依靠几何形状传动（齿轮、凸轮、斜面、链）；也可靠摩擦力传动；可利用介轮、斜面、链）；也可靠摩擦力传动；可利用介质传动（气动、液动）；依靠磁场；或者利用某质传动（气动、液动）；依靠磁场；或者利用某些材料在电、热、力等物理参量作用下，尺寸的些材料在电、热、力等物理参量作用下，尺寸的改变等原理进行传动。改变等原理进行传动。超声电机超声电机工作原理镜头变焦2021/9/2321西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴

18、承研究所4.机械结构方案设计的技巧机械结构方案设计的技巧v二二.由机械结构中的相互关系变换而制定结构由机械结构中的相互关系变换而制定结构方案方案物理原理的变换：利用不同的物理原理实现某物理原理的变换：利用不同的物理原理实现某一机构功能。一机构功能。2021/9/2322西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所内容内容提高强度、刚度和延长寿命的结构提高强度、刚度和延长寿命的结构设计准则设计准则22021/9/2323西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.1 2.1 机械结构合理受力的准则机械结构合理受力的准则受力受力受力受力强度强度刚度刚

19、度刚度刚度耐磨性耐磨性耐磨性耐磨性立木支千斤千斤不压稍2021/9/2.1 机械结构合理受力的准则机械结构合理受力的准则v一.载荷均布准则：外载荷由多个零件或支撑：外载荷由多个零件或支撑点支持时，应当使它们受力尽量均匀。点支持时，应当使它们受力尽量均匀。轴承受力不均匀轴弯曲导致齿轮接触情况恶化非对称布置，应当使齿轮对远离动力输入端，用扭转变形改善弯曲变形导致的齿轮沿宽度方向载荷分布不均匀2021/9/2325西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.1 机械结构合理受力的准则机械结构合理受力的准则v一.载荷均布准则：外载荷由多个零件或支撑：外载荷由多个零件或支撑点支

20、持时，应当使它们受力尽量均匀。点支持时，应当使它们受力尽量均匀。2021/9/2326西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.1 机械结构合理受力的准则机械结构合理受力的准则v一.载荷均布准则：外载荷由多个零件或支撑：外载荷由多个零件或支撑点支持时，应当使它们受力尽量均匀。点支持时，应当使它们受力尽量均匀。2021/9/2327西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.1 机械结构合理受力的准则机械结构合理受力的准则v一.载荷均布准则：外载荷由多个零件或支撑：外载荷由多个零件或支撑点支持时，应当使它们受力尽量均匀。点支持时，应当使它们受

21、力尽量均匀。2021/9/2328西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.1 机械结构合理受力的准则机械结构合理受力的准则v二.载荷分担准则：即把作用在一个零件上的即把作用在一个零件上的载荷，经采取结构措施，分给两个或更多个载荷，经采取结构措施，分给两个或更多个零件承担。零件承担。2021/9/2329西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.1 机械结构合理受力的准则机械结构合理受力的准则v三.自平衡准则：应使机械结构中的相互作用应使机械结构中的相互作用力相互平衡。力相互平衡。2021/9/2330西安交通大学西安交通大学 润滑理论及

22、轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.1 机械结构合理受力的准则机械结构合理受力的准则v四.自加强准则：在合理设计的前提下，机械在合理设计的前提下，机械装置的外载荷，可成为加强结构功能的因素。装置的外载荷，可成为加强结构功能的因素。2021/9/2331西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.1 机械结构合理受力的准则机械结构合理受力的准则v五.力流路径最短准则：传递力的时候，所涉传递力的时候，所涉及的零部件应尽可能少。及的零部件应尽可能少。厚度40mm,仍有变形厚度20mm,变形很小2021/9/2332西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研

23、究所2.2 提高静强度的结构设计准则提高静强度的结构设计准则2021/9/2333西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.2 提高静强度的结构设计准则提高静强度的结构设计准则v一。一。加大截面系数加大截面系数 或者或者2021/9/2334西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.2 提高静强度的结构设计准则提高静强度的结构设计准则v一。一。加大截面系数加大截面系数 或者或者v案例：案例：铸铁件的抗压强度是抗拉强度的数倍，因此设计中应充分考虑此特性。2021/9/2335西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所

24、2.2 提高静强度的结构设计准则提高静强度的结构设计准则v二。二。采用空心轴提高刚度采用空心轴提高刚度W0(W):空心（实心）轴的截面系数I0(I):空心（实心）轴的惯性矩2021/9/2336西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.2 提高静强度的结构设计准则提高静强度的结构设计准则v三。三。受转矩的截面必须封闭原则受转矩的截面必须封闭原则2021/9/2337西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.2 提高静强度的结构设计准则提高静强度的结构设计准则v四。避免悬臂梁伸出端过长原则四。避免悬臂梁伸出端过长原则2021/9/2338西

25、安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.2 提高静强度的结构设计准则提高静强度的结构设计准则v五。等强度设计准则五。等强度设计准则2021/9/2339西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.2 提高静强度的结构设计准则提高静强度的结构设计准则v六。弹性强化和塑性强化准则六。弹性强化和塑性强化准则2021/9/2340西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.2 提高静强度的结构设计准则提高静强度的结构设计准则v六。弹性强化和塑性强化准则六。弹性强化和塑性强化准则2021/9/2341西安交通大学西安交通大学

26、 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.2 提高静强度的结构设计准则提高静强度的结构设计准则v六。弹性强化和塑性强化准则六。弹性强化和塑性强化准则利用塑性变形所产生的残余应力来抵消部分工作时的应力。塑性强化的原理适用于塑性材料；载荷方向始终一致2021/9/2342西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.3 提高疲劳强度的结构设计准则提高疲劳强度的结构设计准则v机械零件失效的机械零件失效的80%属于疲劳破坏。因此属于疲劳破坏。因此在机械结构设计中应充分重视提高疲劳强度在机械结构设计中应充分重视提高疲劳强度的措施。的措施。v疲劳破坏是在材料有不一致性的情况下，

27、零疲劳破坏是在材料有不一致性的情况下，零部件内分布不均匀的弹性和塑性变形多次快部件内分布不均匀的弹性和塑性变形多次快速反复交替作用的结果。最先的破坏发生在速反复交替作用的结果。最先的破坏发生在存在相对于作用载荷的方向不利的残余应力存在相对于作用载荷的方向不利的残余应力和局部消弱部分的微观体积内，进而逐渐扩和局部消弱部分的微观体积内，进而逐渐扩展而发生零件整体破坏。展而发生零件整体破坏。v应力集中、螺纹连接中连接件与被连接件之应力集中、螺纹连接中连接件与被连接件之间的相对刚度、零件表面粗糙度、形状及尺间的相对刚度、零件表面粗糙度、形状及尺寸均影响零件的疲劳强度。寸均影响零件的疲劳强度。2021/

28、9/2343西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.3 提高疲劳强度的结构设计准则提高疲劳强度的结构设计准则v一。降低应力集中准则一。降低应力集中准则断面变化急剧，则应力集中严重，反之，则应力集中轻微2021/9/2344西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.3 提高疲劳强度的结构设计准则提高疲劳强度的结构设计准则v一。降低应力集中准则一。降低应力集中准则断面变化急剧，则应力集中严重，反之，则应力集中轻微2021/9/2345西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.3 提高疲劳强度的结构设计准则提高疲劳

29、强度的结构设计准则v一。降低应力集中准则一。降低应力集中准则2021/9/2346西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.3 提高疲劳强度的结构设计准则提高疲劳强度的结构设计准则v一。降低应力集中准则一。降低应力集中准则2021/9/2347西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.3 提高疲劳强度的结构设计准则提高疲劳强度的结构设计准则v一。降低应力集中准则一。降低应力集中准则2021/9/2348西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.3 提高疲劳强度的结构设计准则提高疲劳强度的结构设计准则v二。连接件

30、与被连接件刚度合理匹配准则二。连接件与被连接件刚度合理匹配准则u在具有预紧力的螺栓连接中，如果工作载荷是脉动的，则在具有预紧力的螺栓连接中，如果工作载荷是脉动的，则螺栓与被连接件所受的拉力和压力都是非对称循环变化的。螺栓与被连接件所受的拉力和压力都是非对称循环变化的。u螺栓与被连接件相对刚度螺栓与被连接件相对刚度和和连接的预紧力与工作载荷的比连接的预紧力与工作载荷的比值值，决定了螺栓和被连接件所受载荷的波动程度决定了螺栓和被连接件所受载荷的波动程度。u在一定预紧力的前提下，适当选择螺栓与被连接件的刚度，在一定预紧力的前提下，适当选择螺栓与被连接件的刚度，可减少螺栓及被连接件受力的波动程度，从而

31、提高螺栓连可减少螺栓及被连接件受力的波动程度，从而提高螺栓连接的疲劳刚度（但同时还需要考虑连接的密合性）。接的疲劳刚度（但同时还需要考虑连接的密合性）。螺栓刚度系数被连接件的刚度系数2021/9/2349西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.3 提高疲劳强度的结构设计准则提高疲劳强度的结构设计准则v二。连接件与被连接件刚度合理匹配准则二。连接件与被连接件刚度合理匹配准则u螺栓刚度改变方法：减小（或增大）螺栓的直径改变螺栓的长度u被连接件刚度改变方法：加大或减少被连接件的截面积采用弹性原件2021/9/2350西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论

32、及轴承研究所2.3 提高疲劳强度的结构设计准则提高疲劳强度的结构设计准则v三。改善表面状况准则降低表面粗糙度准则降低表面粗糙度准则：表面粗糙时，零件受力后会产表面粗糙时，零件受力后会产生应力集中。若零件受力后最大应力发生在表面（弯曲），生应力集中。若零件受力后最大应力发生在表面（弯曲），则表面容易成为疲劳裂纹的起始点。则表面容易成为疲劳裂纹的起始点。强度越高，对应力集中越敏感。强度越高，对应力集中越敏感。2021/9/2351西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.3 提高疲劳强度的结构设计准则提高疲劳强度的结构设计准则v三。改善表面状况准则表面处理提高疲劳强度准

33、则表面处理提高疲劳强度准则：采用滚压、喷丸、碳化、采用滚压、喷丸、碳化、氮化等方法强化表面层，可在表面形成残余压应力，从而氮化等方法强化表面层，可在表面形成残余压应力，从而可以部分抵消工作时的拉应力，提高疲劳强度。可以部分抵消工作时的拉应力，提高疲劳强度。2021/9/2352西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所v三。改善表面状况准则2.3 提高疲劳强度的结构设计准则提高疲劳强度的结构设计准则2021/9/2353西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.3 提高疲劳强度的结构设计准则提高疲劳强度的结构设计准则v四。案例分析2021/9

34、/2354西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.3 提高疲劳强度的结构设计准则提高疲劳强度的结构设计准则v四。案例分析2021/9/2355西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.4 提高接触强度的结构设计准则提高接触强度的结构设计准则v一。增大综合曲率半径原则2021/9/2356西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.4 提高接触强度的结构设计准则提高接触强度的结构设计准则v二。以面接触代替线接触原则2021/9/2357西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.5 提高

35、抗冲击强度的结构设计准则提高抗冲击强度的结构设计准则2021/9/2358西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所v一。适当减小刚度原则2.5 提高抗冲击强度的结构设计准则提高抗冲击强度的结构设计准则2021/9/2359西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所v二。在冲击部位设立减震器2.5 提高抗冲击强度的结构设计准则提高抗冲击强度的结构设计准则2021/9/2360西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所v三。在冲击部位设立减震器v四。提高材料冲击韧度2.5 提高抗冲击强度的结构设计准则提高抗冲击强度的结构设计

36、准则2021/9/2361西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.6 提高刚度的结构设计准则提高刚度的结构设计准则2021/9/2362西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所v一。用拉压代替弯曲原则2.6 提高刚度的结构设计准则提高刚度的结构设计准则2021/9/2363西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所v二。合理布置支撑结构2.6 提高刚度的结构设计准则提高刚度的结构设计准则2021/9/2364西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所v二。合理布置支撑结构2.6 提高刚度的结

37、构设计准则提高刚度的结构设计准则昆明机床THM46100精密镗床采用3点支撑2021/9/2365西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.6 提高刚度的结构设计准则提高刚度的结构设计准则v三。合理设计断面形状v四。用肋板或隔板增强强度准则抗弯抗扭刚度均比较小抗弯刚度好抗扭刚度好抗弯抗扭刚度均较好2021/9/2366西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.6 提高刚度的结构设计准则提高刚度的结构设计准则v三。用预变形补偿有害变形原则TK4200双柱坐标镗床2021/9/2367西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴

38、承研究所2.7 提高耐磨性的结构设计准则提高耐磨性的结构设计准则v一。降低摩擦面压强原则重型滑座机械卸荷装置2021/9/2368西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.7 提高耐磨性的结构设计准则提高耐磨性的结构设计准则v二。避免局部剧烈磨损原则鼓形齿轮鼓形齿轮2021/9/2369西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所2.7 提高耐磨性的结构设计准则提高耐磨性的结构设计准则v三。自动补偿与调节装置2021/9/2370西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所提高精度的结构设提高精度的结构设计准则计准则320

39、21/9/2371西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所3.1 概述概述v1.误差产生的原因误差产生的原因原理误差：由于设计中在原理上产生原理误差：由于设计中在原理上产生的误差。的误差。手轮上用线性刻度表示角度手轮上用线性刻度表示角度Theta的值。的值。原始误差：由于加工、装配、调整产原始误差：由于加工、装配、调整产生的误差以及使用中的磨损、弹性变生的误差以及使用中的磨损、弹性变形等产生的误差。形等产生的误差。2021/9/2372西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所3.2 阿贝（阿贝（Abbe）原则）原则被测尺寸被测尺寸与读数尺共线

40、原则与读数尺共线原则vAbbe原则：若使量仪给出正确的测量结果，原则：若使量仪给出正确的测量结果，必须将一起的读数线尺安放在被测尺寸的延必须将一起的读数线尺安放在被测尺寸的延长线上。长线上。u假定由于制造误差，工作台沿圆弧移动，导致工作台的移动距离和工件不同u如果以丝杆移动的长度来衡量工件长度，则产生误差：2021/9/2373西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所3.2 阿贝（阿贝（Abbe）原则）原则2021/9/2374西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所3.3 误差补偿准则误差补偿准则 在误差可计算（大小、方向）条件下，可采用各

41、种补偿方法减小误差。v（1）温度补偿）温度补偿原理：用膨胀系数大的材料和膨胀系数小的材料的组合，补偿膨胀系数为中间值的材料的温度变形或应力。2021/9/2375西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所3.3 误差补偿准则误差补偿准则v（2）加工误差补偿）加工误差补偿依据丝杠螺母的制造误差制作校正尺曲线，使得在每一点上螺母的运动附加一个校正的转动，从而补偿螺距误差。2021/9/2376西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所3.3 误差补偿准则误差补偿准则v（3）磨损量互相补偿装置）磨损量互相补偿装置图a:图b:2021/9/2377西安交

42、通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所3.4 传动机构误差传递准则传动机构误差传递准则v（1）减速机构末端传动比应）减速机构末端传动比应最大、精度应最高原则最大、精度应最高原则v增速机构第一级精度应最增速机构第一级精度应最高准则高准则2021/9/2378西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所3.5 误差均化原理误差均化原理-多点接触提高精度多点接触提高精度准则准则v误差均化原理误差均化原理：在机构中如果有多个连接点：在机构中如果有多个连接点同时对一种运动起限制作用，则运动件的运同时对一种运动起限制作用，则运动件的运动误差决定于各连接点的综合影

43、响，其运动动误差决定于各连接点的综合影响，其运动精度通常比一个连接点起限制作用时为高。精度通常比一个连接点起限制作用时为高。2021/9/2379西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所3.5 误差均化原理误差均化原理-多点接触提高精度多点接触提高精度准则准则v误差均化原理误差均化原理2021/9/2380西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所3.5 误差均化原理误差均化原理-多点接触提高精度多点接触提高精度准则准则v误差均化原理误差均化原理2021/9/2381西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所3.6 误差

44、合理配置准则误差合理配置准则v前轴承精度应比后轴承高前轴承精度应比后轴承高v两个轴承的最大径向振摆方向应相同两个轴承的最大径向振摆方向应相同2021/9/2382西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所3.7 消除空回原则消除空回原则2021/9/2383西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所3.7 消除空回原则消除空回原则2021/9/2384西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所3.7 消除空回原则消除空回原则双导程蜗杆传动，可以通过轴向移动蜗杆来消除反向传动的间隙，双导程蜗杆其左右两齿面的模数不同，因此形成

45、两齿面的螺旋升角不同，从而带来齿厚逐渐增厚(向安装电机的反方向增厚)，如果蜗轮付传动有间隙时，可修磨垫圈来调整。2021/9/2385西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所3.7 消除空回原则消除空回原则机床双驱消间隙：采用两个力矩电机，通过电气控制，使得齿圈在启动和换向的过程中始终受到偏置力矩的作用两个小齿轮分别贴紧齿圈的两个相反的啮合面，使其不能在齿轮间隙中来回摆动，从而达到消除间隙，提高系统精度的目的。2021/9/2386西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所符合人机工程学设计准则符合人机工程学设计准则42021/9/2387西安

46、交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所v人机学研究的主要目的人机学研究的主要目的设计机器时必须考虑人的心理和生理的各种因素；设计机器时必须考虑人的心理和生理的各种因素；使及其操作简便、省力、准确。使及其操作简便、省力、准确。使操作者的工作环境安全、舒适、减轻疲劳；使操作者的工作环境安全、舒适、减轻疲劳；有最高的工作效率有最高的工作效率v人机学研究的主要内容人机学研究的主要内容考虑人体的尺寸、动作特点、感觉器官的要求、考虑人体的尺寸、动作特点、感觉器官的要求、人体力学的要求、美学要求（形状、尺寸、颜色人体力学的要求、美学要求（形状、尺寸、颜色等）和习惯要求。等）和习惯要求

47、。2021/9/2388西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所v笔记本电脑桌2021/9/2389西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所4.1 基于人体形态学的设计准则基于人体形态学的设计准则A:工作台；工作台；B:书写位置；书写位置；C:调节与显示最佳区域；调节与显示最佳区域；D:次要调节与次要调节与显示区域；显示区域；E:重要显示区域与不太重要的调节区域；重要显示区域与不太重要的调节区域；F:次要显示的次要显示的辅助区域辅助区域2021/9/2390西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所4.2 基于人体感觉

48、器官要求的设计准基于人体感觉器官要求的设计准则则2021/9/2391西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所4.2 基于人体感觉器官要求的设计准基于人体感觉器官要求的设计准则则对比度要求：对比度要求：2021/9/2392西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所4.2 基于人体感觉器官要求的设计准基于人体感觉器官要求的设计准则则2021/9/2393西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所4.2 基于人体感觉器官要求的设计准基于人体感觉器官要求的设计准则则适于观察准则：适于观察准则：2021/9/2394西安交通大

49、学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所4.2 基于人体感觉器官要求的设计准基于人体感觉器官要求的设计准则则2021/9/2395西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所4.2 基于人体感觉器官要求的设计准基于人体感觉器官要求的设计准则则2021/9/2396西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所4.2 基于人体感觉器官要求的设计准基于人体感觉器官要求的设计准则则v满足听觉要求的设计准则满足听觉要求的设计准则发声强度足够发声强度足够声音适当选择准则声音适当选择准则发声方法适当选择准则发声方法适当选择准则v满足触觉要求的设计准

50、则满足触觉要求的设计准则零件表面形状设计应适合人的操作要求零件表面形状设计应适合人的操作要求与人接触的零件表面性质选择准则。（比如手轮与人接触的零件表面性质选择准则。（比如手轮手柄等，应该有适当的粗糙度和硬度；刹车踏板手柄等，应该有适当的粗糙度和硬度；刹车踏板应该有足够的摩擦力。）应该有足够的摩擦力。）2021/9/2397西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所4.3 基于人体力学的设计准则基于人体力学的设计准则2021/9/2398西安交通大学西安交通大学 润滑理论及轴承研究所润滑理论及轴承研究所4.3 基于人体力学的设计准则基于人体力学的设计准则v操作力不超过极