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第六章機械結構設計機械結構是機械功能的載體，機械結構設計的任務是在功能原理方案設計與總體設計的基礎上，將原理設計方案結構化，確定機械裝置的具體結構與參數(shù)。,,回憶一下《機械設計》課程中學習的軸的結構設計的步驟和內容,軸的結構設計的一般步驟：選擇材料初估軸端直徑考慮軸上零件的布置、定位、固定、裝拆、調整等要求，同時考慮減少軸的應力集中和保證軸的結構工藝性，從而確定軸的結構（軸的形狀和尺寸）剛度、強度等驗算如有問題再做修改,機械結構設計需要確定結構的組成（形式與數(shù)量）及其裝配關系，確定所有零件的材料、熱處理方式、形狀、尺寸及精度。還必須考慮加工工藝、強度、剛度、壽命、可靠性及零件間的相互關系等。所確定的結構不但要保證功能實現(xiàn)的可能性，而且要保證功能實現(xiàn)的可靠性，使得機械裝置在工作中具有足夠的工作能力和工作性能。,兩種結構設計：產品結構方案設計零件結構設計（詳細設計）,功能原理設計決定了產品的先進性、新穎性，結構設計則決定了產品的質量和成本（70％~80％）。結構設計是機械設計過程中內容最具體、涉及問題最多，工作量最大的環(huán)節(jié)。,第一節(jié)零件的功能、相關與結構要素零件是構成機械裝置的基本單元，機械裝置的功能通過零件之間相互作用而實現(xiàn)。一、零件的功能機械零件在機械結構中的基本功能是：承受載荷、傳遞運動和動力，以保證機械裝置實現(xiàn)正確的運動規(guī)律和運動軌跡。,1．傳遞運動和動力擺桿3的作用是把運動和動力傳給滑枕2，以便使刨刀1實現(xiàn)直線住復運動并切下金屬。,2．承受載荷機械裝置在工作中受到多種力的作用，這些力都要由零件承受。這些力包括：機械裝置工作所需的力零件所受的重力由于速度波動使零件受到的慣性力由于做旋轉運動使零件受到的離心力直接接觸的零件之間的摩擦力在介質中運動的零件受到介質的作用力（液壓力、風阻力）對連接結構施加的預緊力(螺紋聯(lián)接、過盈聯(lián)接)由于溫度變化而產生的附加載荷等,如圖6-2所示減速器結構中，齒輪傳動所受到的力通過軸傳遞給軸承，其中的徑向力和切向力通過軸承傳遞給箱體，軸向力經軸承傳遞給端蓋，再經端蓋傳遞給箱體。,承受載荷是使零件發(fā)生失效的重要原因。正確分析結構的受力是進行結構的工作能力設計的基礎。,3.成形在工藝過程中，通過工作頭的形狀、運動方式和作用場，完成對對象物的成形。如切削機床上的刀具，沖壓機床上的模具，鍛壓機床的鍛錘，耕地用的犁等，都是起成形作用的工作頭。4.其它功能起容器作用的零件(如油箱)可以容納物體(原料、燃料、廢棄物等)起引導作用的結構可以引導其他零件的運動(如導軌、螺旋)可以引導流體或松散物體的流動可以引導場的分布，如使光波或聲波發(fā)生反射或折射，影響電場或磁場的分布，引導熱量的流動等,,二、零件的相關在機械裝置中，每一個零件都不是獨立存在的，機械裝置的功能是依靠零部件的形狀、尺寸和相對位置關系實現(xiàn)的。在機械裝置中，必須使零部件之間保持確定的關系，才能保證其功能的實現(xiàn)，才能使零件組成機器。這種零件之間的確定性的關系稱為零件之間的相關。,有些零件之間的相對位置關系是通過零件表面之間的直接接觸實現(xiàn)的。如軸與裝配在軸上的齒輪，通過軸徑圓柱表面確定它們之間的徑向相對位置關系，通過軸肩端面確定它們之間的軸向相對位置關系；相互嚙合的一對齒輪通過齒面間的接觸確定兩輪之間的相對轉角關系（傳動角）。這種通過零件表面直接接觸實現(xiàn)的相關關系稱為直接相關關系。,有些零件之間的某些關系需要通過其他零件之間的一系列的直接相關關系的組合來實現(xiàn)。如軸與裝配在軸上的齒輪之間的周向位置關系是通過各自與鍵的接觸問接實現(xiàn)的，兩軸之間的平行關系是通過軸與軸承之間、軸承與箱體之間的直接相關關系間接實現(xiàn)的。這類相關關系稱為間接相關關系。,三、零件的結構要素零件的形體通常由多個表面構成，這些構成零件形體的表面成為零件的結構要素。一個零件與其他零件形成直接相關關系的結構要素，或與工作介質相接觸的結構要素稱為工作要素(或工作表面)，其他結構要素稱為連接要素(或連接表面)。,每一個零件都有工作表面。零件的工作表面決定著零件的工作能力和工作質量，所以零件工作表面的設計是零件設計的核心問題。每個零件的工作表面都不是孤立存在的，每個工件表面和與之相接觸的表面相互配合，共同起作用，所以零件的工作表面都是成對進行設計，設計中共同考慮材料的選擇搭配，表面的形狀、尺寸，配合公差的分配，熱處理方式的選擇等。例如螺栓和螺母的螺紋工作表面共同設計，滑動軸承與軸的軸頸表面共同設計，主動齒輪和被動齒輪的齒廓表面共同設計。,工作表面,鑒于工作表面對零件工作能力影響的重要性，因而常用零件工作表面的設計計算方法有相應的標準(有些屬于國家標準)，這些標準所規(guī)定的算法嚴格、統(tǒng)一、規(guī)范。,連接表面將各個工作表面連接成為完整形體，并保證零件的工作表面的形狀、尺寸和位置在工作中不被破壞。連接表面的設計方法較為靈活，沒有統(tǒng)一的過程和標準，也不要求有統(tǒng)一的過程和標準，因此零件的連接表面設計是設計人員最能發(fā)揮創(chuàng)造性思維的重要方面。連接表面設計方法雖較靈活，但也應遵守以下的原則：不影響工作表面的功能不影響零件運動不影響操作在不違背以上原則的前提下，還應盡可能兼顧零件的強度、剛度、壽命、工藝性、經濟性、美觀等要素。,連接表面,在如圖6-4所示的支架零件中，與軸頸表面接觸的孔表面、與箱體接觸的底面和與螺母端面接觸的凸臺上表而為工作表面，其余表面均為連接表面，在不違背連接表面設計原則的前提下，通過改變連接表面的尺寸、位置及連接關系，可將零件結構分別設計成如圖6-5所示的多種結構。,第二節(jié)結構方案設計的基本原則與原理一、結構設計的基本原則確定和選擇結構方案時應遵循三項基本原則：明確、簡單和安全可靠。1．明確(1)功能明確要求對于設計任務規(guī)定實現(xiàn)的每一項功能都必須對應于某些具體的結構要素，同時每一項結構要素要對應于某一項或多項）功能要求。這項原則保證所有的功能要求都能夠實現(xiàn)，同時不存在多余的結構要素。,傳遞轉矩是鍵還是圓錐面，零件的軸向定位是軸的臺階面還是圓錐面，兩者均不明確。這是一種功能不明確的結構。,傳遞轉矩、零件的軸向定位兩種功能都是由圓錐面承擔，是一種好結構。,(2)工作原理明確在功能原理設計中需要通過某種(或某些)物理過程實現(xiàn)給定的功能要求。實際使用的機械裝置在工作中必然同時進行著多種物理過程，例如由于受力引起零部件變形和磨損，由于受熱引起的零部件形狀、尺寸、位置變化等，還有電、磁、光、化學等過程，設計中應充分考慮這些自然過程的進行對機械裝置的工作過程以及對環(huán)境的影響；對可能影響主要功能實現(xiàn)的自然現(xiàn)象要采取必要的應對措施。,設計者原意是滾針軸承承擔徑向力，向心球軸承承受軸向力。實際上，兩個軸承都能承受徑向力，各自受力大小因兩種滾動體不同而不確定，故容易導致某個軸承過載而損壞。,滾針軸承承擔徑向力，推力球軸承承受軸向力，徑向力和軸向力承受者都很清楚，因此功能和作用原理都明確。,（3)工作狀態(tài)明確在結構設計中，零件的材料選擇及工作能力分析均根據(jù)對結構的工作狀態(tài)分析進行。設計中應避免出現(xiàn)可能造成某些要素的工作狀態(tài)不明確的結構。,如圖6—7所示的軸系結構中，軸系工作中會因發(fā)熱使軸伸長，軸承端蓋與滾動軸承外圈應不接觸，否則端蓋可能參與軸向力的傳遞，使工作狀態(tài)不明確。,2．簡單在結構設計中，在同樣可以完成功能要求的條件下，應優(yōu)先選用結構較簡單的方案。結構簡單體現(xiàn)為結構中包含的零部件數(shù)量較少，專用零部件數(shù)量較少，零部件的種類較少，零件的形狀簡單，被加工面數(shù)量較少，所需加工工序較少，結構的裝配關系較簡單。結構簡單通常有利于加工和裝配，有利于縮短制造周期，有利于降低制造與運行成本；簡單的結構還有利于提高裝置的可靠性，有利于提高工作精度。,3．安全可靠要求機械裝置的工作安全可靠包括3個方面的內容：1)設計要求的功能要可靠地實現(xiàn)。2)在工作中，特別是在出現(xiàn)故障的情況下，保證操作機器的人員的安全。3)在工作中，特別是在出現(xiàn)故障的情況下，保證機器設備本身及相關設備的安全。,(1)直接安全技術通過設計，保證裝置在工作中不出現(xiàn)危險，滿足安全性要求的設計技術，稱為直接安全技術，稱為固有安全性。這種方法應保證機械裝置具有足夠的工作能力，不但保證靜強度，而且應保證疲勞強度和壽命，保證結構在發(fā)生磨損、因受力及受熱而發(fā)生變形情況下不失效。當裝置發(fā)生過載時應實現(xiàn)自我保護，使零部件不發(fā)生損壞，過載工況解除后系統(tǒng)可自行恢復正常工作狀。直接安全技術還應避免由于錯誤操作而引起事故，當操作者發(fā)生錯誤操作時，控制裝置能自動關閉設備或使設備無法起動。應用直接安全技術保證機械設備的安全雖然可靠，但在很多情況下這是不經濟的方法，在有些情況下由于技術條件限制，無法應用直接安全技術。,(2)間接安全技術間接全技術使得當系統(tǒng)發(fā)生故障時所造成的損失較小，系統(tǒng)的工作狀態(tài)較容易恢復。間接安全技術可以在傳動鏈中設置安全保護裝置，使得當系統(tǒng)發(fā)生過載時，安全保護裝置中的某些結構損壞，使傳動鏈中斷，保護傳動鏈中的其他零件(特別是重要零件)不受損壞。使得零件損壞造成的影響范圍盡量小。,如圖6-10所示的剪切銷安全離合器就是對傳動鏈起保護作用的安全裝置。設計中使銷的承載能力小于系統(tǒng)中其他零件的承載能力，發(fā)生過載時銷被剪斷，使傳動鏈中斷。通過更換銷可恢復傳動鏈工作。,間接安全技術也可以在裝置中設置冗余工作系統(tǒng)，使得當某些零件因損壞不能完成預定功能時冗余工作系統(tǒng)投入工作，代替原系統(tǒng)功能。這種方法適用于對系統(tǒng)可靠性要求較高，系統(tǒng)功能不允許中斷的情況。這種方法增加了系統(tǒng)的復雜性，同時也提高了成本。例：飛機發(fā)動機的雙驅動、三驅動和副油箱；壓力容器中兩個安全閥；為確保煤礦井下絕對安全，對排水的水泵系統(tǒng)采用兩套或三套配置(一套運轉，一套維修，一套備用)。,(3)提示性安全技術法當由于技術或經濟原因不適合采用前面兩種技術的情況下，可以采用提示性安全技術。當故障發(fā)生時，采用文字、圖像、燈光、聲音等措施提示使用者，或者使其排除故障，或使其避險。提示信息應準確、及時，并盡可能全面。,二、結構設計的原理1.等強度原理等強原理要求設計者確定的結構參數(shù)應使結構的各部分具有相同或相似的承載能力。在機械結構設計中，提高結構的承載能力通常會增加成本。而機械裝置整體的承載能力取決于承載能力最低的結構要素。等強原理在承載能力相等的前提下使總成本最低。根據(jù)等強原理，當結構中某個結構要素的承載能力低于其他結構要素時，通過提高這個薄弱的結構要素的承載能力以提高整個結構的承載能力是最經濟的方法。,注意以下幾點：1)如果在某些結構中追求等強會增大成本，則應放棄等強原理。例如在滾動軸承軸系結構設計中，同一軸系兩端的兩個軸承通常受力不同，如果要求其工作壽命或承載能力相同，就需要選用不同型號的軸承，這雖然可以降低軸承成本，但是會增大加工軸承孔的工藝成本，所以應放棄等強原理。2)不同結構要素的工作原理不同，承載能力的差別很大，使工作原理不同的結構要素的承載能力相同可能會使結構比例不協(xié)調。例如自行車的車架和軸承、輪胎的承載能力相差較大，這種情況下通常采用多次更換易損零件的方法解決，將承載能力較低的結構零件設計成較易更換的結構。,3)為保護重要零部件，設計中使某個零部件的承載能力較低，通過犧牲廉價易更換零件的方法保護重要零部件。4)有些結構參數(shù)有標準系列值，在按照等強原理進行設計后應按標準系列圓整參數(shù)。,2．變形協(xié)調原理連接結構的功能要求被連接件之間要保持接觸，如果被連接件在預緊力及工作載荷作用下的變形方向不一致，變形規(guī)律不一致，會使被連接件之間發(fā)生相對位移。在連接表面上需要產生附加變形以補償相對位移，使被連接件保持接觸。附加位移使載荷在接觸面間的分布不均勻。在連接結構設計中，應使被連接件的變形方向和變形規(guī)律相一致，使相對位移量較小，以減小附加變形，使載荷在接觸面間均勻分布。,螺栓聯(lián)接預緊后，外螺紋受拉伸長，螺距加大，內螺紋受壓縮短，螺距減小。螺距的變化使螺紋牙產生附加彎曲變形，造成預緊力在螺紋牙之間分布不均勻。圖6-11所示為當螺紋工作圈數(shù)為10圈時的載荷分布情況。由于第一圈螺紋承擔總載荷的三分之一，使總體承載能力降低。,圖6-12a所示為懸置螺母，使內外螺紋在工作中均受拉伸，變形方向相同；圖6-12b所示為環(huán)槽螺母，使原受力最大的幾圈螺紋的內外螺紋變形方向相同。這些措施有利于改善載荷分布不均的工作情況，提高結構的總體承載能力。,3．任務分配原理機械結構的功能依靠所有的零部件及其結構要素協(xié)調工作來實現(xiàn)。機械功能在零部件間的分配關系通常有以下3種可能：1)多個零件共同完成一個功能。2)一個零件完成一個功能。3)一個零件完成多個功能。,設計中要根據(jù)功能要求合理確定功能分配方法。一個零件完成多個功能有利于簡化結構，降低成本。但是多種功能通常對零件提出不同的技術要求，有些要求很難在同一個零件上實現(xiàn)，這種情況下就需要對功能進行分解。一個零件完成一個功能的分配方法有利于分析和優(yōu)化設計。對于有些復雜的功能，要求由多個零件協(xié)作完成通常是必要的。,軸承的密封和定位用同一個結構1來完成，需用圓鋼車成，其制造費用高。,不同的密封和定位結構,密封和定位分別由1擋圈和2軸套承擔，2可用管料車成，節(jié)約材料、減少加工時間。,V帶傳動要求傳動帶材料具有摩擦因數(shù)大、抗拉、耐磨、易彎、價廉的特點，使用單一材料很難同時滿足這些要求，現(xiàn)在普遍采用的傳動帶是通過強力纖維、橡膠和帆布的組合構成的。采用同一種材料制造的零件，可以對零件的不同部位實施不同方式的熱處理，使其具有不同的力學性能。,蝸桿傳動設計中要求蝸輪齒廓表面材料具有較好的抗膠合性，同時要求輪轂材料具有較高的強度，傳遞動力的蝸輪通常采用裝配結構，輪緣采用青銅合金，輪轂采用鋼或鑄鐵。,4．自助原理在結構設計中，通過正確地選擇結構形式及零件之間的連接關系，可以使零件及其結構要素之間形成互相支持的關系，稱為自助。常見的自助原理的應用形式有：自增強自平衡自保護,(1)自加強裝置在初始狀態(tài)下具備某種功能，在工作狀態(tài)下這種功能會有改變，如果在工作狀態(tài)下有用的功能得到強化則稱為自加強。,如圖6-13所示壓力容器，如采用圖6-13a所示結構，工作壓力有利于加強端口密封功能；如采用圖6-13b所示結構，工作壓力對密封功能有損害作用。,自增強作用的密封裝置，壓力P使帶錐面圓盤1更緊密地壓在密封2上，這就是利用主參數(shù)壓力P產生了增強密封的輔助作用。,2)自平衡在機械裝置工作過程中會出現(xiàn)多種物理過程，其中有些過程會對結構產生不利的影響，通過設計選擇結構形式，可以使一些不利因素相互抵消。機械裝置在傳遞工作載荷的同時需要承擔一些不做功的力，由于這些力的作用，使得機械裝置傳遞有用工作載荷的能力降低。在結構設計中，應盡力降低這些不做功的力的作用程度，縮小其作用范圍。,如圖6-7所示斜齒圓柱齒輪軸系結構，齒輪傳動產生的軸向力經齒輪傳遞給軸，再經多個軸上零件和滾動軸承傳遞到箱體，這些零件都要承受軸向力的作用；軸向力的作用會影響滾動軸承承受徑向載荷的能力。在如圖6-15所示的雙斜齒輪軸系結構中，由于兩個斜齒輪動產生的軸向力作用范圍減小，使?jié)L動軸承的工作壽命提高。,圖6-16所示為葉片泵中的葉片受力情況分析。在圖6-16a所示結構中，介質作用力會對葉片根部產生較大的彎曲應力；在圖6-16b所示結構中，將葉片向一側傾斜，使得葉片在高速旋轉中的離心力對葉片根部產生的彎矩與介質作用力產生彎矩方向相反，有抵消作用。,齒輪泵徑向力不平衡。P1與P1’為液壓力，P2與P2’為齒輪嚙合力，P和P’為主動齒輪軸承和被動齒輪軸承所承受的徑向力。P’和P加快了軸承的磨損。,徑向力得到平衡。在泵殼或側板上開有徑向力平衡槽，把高壓油引到低壓區(qū)，把低壓油引到高壓區(qū)，液壓力P1得到平衡，兩個齒輪的徑向力幾乎等于P2，延長了軸承的壽命。,3)自保護當結構出現(xiàn)過載或其他意外情況時可能造成零件損壞。有些結構要素具有防止過載或其他意外情況發(fā)生的作用，可以保護自身及其他零件免受損壞。,各種摩擦傳動(如帶傳動、摩擦離合器、摩擦無級變速器等)均具有過載打滑的特性。如圖6-17所示摩擦離合器結構，當傳遞載荷達到最大載荷時，在內、外摩擦片之間發(fā)生打滑，使傳動鏈中斷，不但不會造成離合器零件的損壞，而且保護傳動鏈中的其他傳動零件不因過載而損壞；當過載情況消除后，傳動鏈自動恢復。,彈簧工作應力與變形量正比，變形量過大會使彈簧失效。如圖6-18所示的壓縮彈簧結構，當變形達到一定量時彈簧被壓并，無法繼續(xù)變形，對彈簧絲起到保護作用。,5．穩(wěn)定性原理機械裝置工作過程中會有一些干擾因素作用，通過合理的結構設計會使得當這些干擾因素出現(xiàn)時，系統(tǒng)自動產生一種與之作用相反的作用，使系統(tǒng)保持穩(wěn)定狀態(tài)。,對于熱膨脹變形而產生的干擾，需要在結構設計中采取措施，使之消除。圖(a)，圓錐滾子軸承正裝（面對面），由于軸發(fā)熱伸長，使軸承內部的游隙縮小甚至卡死，造成工作不穩(wěn)定；圖(b)，圓錐滾子軸承反裝（背靠背），不會因軸承內部的游隙縮小甚至卡死而造成工作不穩(wěn)定。,圖6-19所示為自行車前輪及轉向部分示意圖，前叉立管延長線與路面交點A位于車輪與路面交點的前面，當前輪因干擾因素偏離向正前方行駛的方向時，路面作用于車輪的向心力(B點)對前叉的力矩使車輪恢復正確方向。,圖6-20所示為汽車前輪轉向示意圖，當前輪由于干擾因素被轉向時，前輪繞主銷轉動，由于主銷相對于路面傾斜(主銷內傾)，發(fā)生轉向時車輪相對于車身的位置下降，車身相對于路面的位置被抬高，總勢能增大，車身有恢復較低勢能狀態(tài)的趨勢，這種作用使前輪恢復向前行駛的正確方向。,圖6-21所示為用于柴油發(fā)動機的調速器示意圖，當發(fā)動機工作中由于干擾因素使發(fā)動機工作轉速升高時，飛球因離心力增大被甩開，推動推力盤及供油拉桿向右移動，使噴油泵柱塞轉動，供油量減小，發(fā)動機恢復正常轉速。,,第三節(jié)結構設計中的強度與剛度問題機械零部件的基本功能之一是承擔載荷。在載荷的作用下零部件可能會因損壞或發(fā)生較大變形而影響機械裝置主要功能的實現(xiàn)。具有足夠的強度和剛度是機械功能對零部件的基本要求。在通常情況下，增大零部件的尺寸和增大材料體積可以提高其強度和剛度。但是這種方法會同時增大裝置的體積，提高成本。本節(jié)討論以較小的零部件尺寸和材料體積獲得較高強度與剛度的設計方法。,,一、提高靜強度的設計方法1．采用合理的截面形狀由于加工工藝的原因，軸類零件多采用實心圓柱形截面。對于承受彎矩或轉矩的軸類零件，由于材料分布距離軸心線較近，對承擔載荷的貢獻較小。如果采用空心軸結構，使較多的材料遠離軸心線，使得軸上因彎矩引起的正應力和由于轉矩引起的切應力的分布更合理，同樣的載荷所引起的最大應力降低，承載能力提高?？招妮S的截面慣性矩和極慣性矩都比實心軸明顯增大，所以空心軸的剛度較大。,表6-1所示為四種不同的齒輪軸結構，其中齒輪結構相同，軸的跨距及支承情況相同，軸兩端均采用深溝球軸承支承，軸的直徑不同，表中列出軸的直徑(D)、質量(m)、軸的強度(W)、強度比(W/m)、剛度(I)、撓度(f)以及滾動軸承壽命（h）之間的關系。由表中數(shù)據(jù)可見，由于采用了空心軸結構，使得軸的強度和剛度顯著提高，其中4號方案與1號方案相比，軸的外徑增大到2.3倍，質量增加到2.2倍，而軸的強度和剛度分別增大到9倍和20倍。,表6-2列出了8種截面積相等而截面形狀不同的受彎矩梁的強度及剛度的比較值。由表中數(shù)值可見，在截面積相同的情況下，分布在遠離中性軸位置的材料越多，梁的強度和剛度都顯著提高。所以，在材料體積相同的條件下，通過合理地選擇截面形狀，可以獲得較大的承載能力。,2．載荷分流對于承受較大載荷或復雜載荷的零件，可以通過將部分載荷分流到其他零件或其他結構的方法降低關鍵零件的危險程度。,圖6-22所示為機床主軸變速箱輸入軸與帶輪連接的兩種結構設計方案。圖6-22a所示將帶輪與輸入軸直接連接，將壓軸力和轉矩直接作用于軸，使軸同時受到彎曲應力和扭轉切應力的作用，交變的彎曲應力成為影響軸強度的主要因素，從而影響結構整體的承載能力。圖6-22b所示將壓軸力通過滾動軸承作用于套筒，套筒具有較大的抗彎截面系數(shù)，作用在套筒上的彎曲應力為靜應力，軸只承受由轉矩產生的扭轉切應力作用，結構整體的承載能力得到提高。,3．載荷均布機械結構中載荷的空間分布通常是不均勻的，結構設計必須使結構中載荷最大的位置、強度最弱的位置滿足強度條件，按強度最弱處的強度確定整個結構的承載能力。通過合理的結構設計，使載荷的空間分布更均勻，降低最危險處的載荷水平，可以有效地提高結構整體的承載能力。,如圖6-23a所示的兩級圓柱齒輪減速器中的齒輪相對于軸承非對稱布置，由于軸的彎曲變形，使得輪齒上的載荷沿齒長方向分布不均。圖6-23b所示的結構中將受載荷較大的低速級齒輪相對于軸承對稱布置，可以消除由于軸彎曲變形造成輪齒上的載荷沿齒長方向分布不均的現(xiàn)象。,在圖6-23a所示的方案中，各軸不但會發(fā)生彎曲變形，而且會發(fā)生扭轉變形，特別是輸入級的小齒輪，受到軸的扭轉變形的影響，也會引起輪齒上的載荷沿齒長方向分布不均。如果將小齒輪放置在靠近輸入端的位置，由于軸的彎曲變形和扭轉變形引起的輪齒上載荷沿齒長方向分布不均的作用會互相疊加。如果將小齒輪放置在遠離輸入端的位置，兩種作用會互主動相(部分)抵消，有利于提高承載能力。,圖6-24所示為一組齒輪端部結構，通過降低輪齒端部的剛度緩解由于齒長方向誤差和及變形造成的輪上載荷沿齒長方向分布不均的現(xiàn)象。,圖6-25所示為兩種吊車梁結構方案。圖6-25a所示結構立柱位于梁的兩端，當?shù)跹b重物位于梁的中部時，梁中部所受彎矩較大。圖6-25b所示方案將立柱向中間靠攏，使得在梁的總長度不變的情況下所受彎矩減小，提高了吊車的承載能力。,4．改善軸系支撐結構軸系結構的形式是影響軸及軸上零件承載能力的重要因素。例如對于懸臂支撐的軸系結構，設法通過結構設計縮短懸臂長度，可以有效地降低軸和軸承的載荷。,圖6-26所示為錐齒輪軸系結構的兩種設計方案。圖6-26a中的錐齒輪輪轂向支點內側延伸，使得齒輪傳動力作用點位置遠離支承點，使懸臂加長。圖6-26b中的錐齒輪輪轂則向支點外側延伸，使得齒輪傳動力作用點位置靠近支承點，使懸臂縮短從而提高了承載能力。,圖6-27所示為錐齒輪軸系支承方式的兩種設計方案。圖6-27a中兩軸承采用正安裝(面對面)方式，而圖6-27b中兩軸承采用反安裝(背靠背)方式，由于支承位置相對于軸承的幾何中心更偏向于支點外側，使得實際懸臂長度變小，軸和軸承承載能力都得到提高。,圖6-28所示的小錐齒輪軸系結構在原懸臂端增加了輔助支承，既提高了軸系結構的強度，同時也提高了剛度。,5．充分發(fā)揮材料特性不同的材料具有不同的力學特性，結構設計中應根據(jù)所選用材料的特性，合理地確定適當?shù)慕Y構，最大限度地發(fā)揮材料的承載能力。例如鑄鐵材料的抗壓強度遠高于抗拉強度，所以選用鑄鐵材料制作抗彎結構時通常將截面設計為非對稱結構，使零件結構的最大壓應力大于最大拉應力。,如圖6-29所示結構中，將肋板非對稱設置，其中圖6-29a所示肋板的最大拉應力大于最大壓應力，而圖6-29b所示肋板的最大拉應力小于最大壓應力，與材料自身的力學特性相吻合，充分發(fā)揮材料特性，具有更高的承載能力。,當材料為鋼材時，應盡量使其承受拉、壓應力，這樣會比承受彎曲應力的結構更有利。如圖6-30所示的結構中，圖6-30b用桁架結構代替了圖6-30a的簡支梁結構，在跨距L和載荷F不變的情況下，可以使結構參數(shù)d遠小于D，節(jié)省了材料，降低了質量。,6．合理強化如果在結構承受工作載荷之前對其施加與工作載荷相反方向的載荷，使得結構由于預加載荷產生的應力與工作載荷產生的應力可以部分地互相抵消，使結構的最高應力水平降低，具有承受較大的工作載荷的能力。這種通過預加載荷的方式提高結構承載能力的方法稱為結構強化。如果預加載荷只使材料發(fā)生彈性變形，則稱為彈性強化；如果預加載荷使材料發(fā)生塑性變形，則稱為塑性強化。,圖6-31所示梁在承受彎曲載荷之前用高強度螺桿對其施加預應力，預應力的方向與工作應力方向相反，有利于提高梁的承載能力。,可以通過多種不同方法施加預應力。圖6-32所示結構通過過盈配合的方法對厚壁筒施加預應力。承受高壓的厚壁筒未施加預應力時周向應力如圖6-32a所示。為了施加預應力，將厚壁筒改為雙層套裝結構，層間為過盈配合，使內、外層產生周向預應力，如圖6-32b所示。在預應力的基礎上施加工作載荷，工作載荷所產生的應力分布如圖6-32c所示。由于原最大應力位置(內表面)的預應力與工作應力方向相反，使得最大應力降低，如圖6-32d所示。,圖6-33所示為對梁進行塑性強化對其所受應力的影響。圖6-33a所示為如果梁完全工作在彈性范圍內的彎曲應力分布情況。圖6-33b所示為當預加載荷產生的最大應力超過材料的屈服極限時的應力分布情況。在梁發(fā)生塑性變形后卸載，殘余應力如圖6-33c所示。在殘余應力的基礎上施加工作載荷，如圖6-33d所示。由于在原最大應力位置的殘余應力與工作應力部分抵消，使實際的最大應力水平降低，如圖6-33e所示。,以上的設計方法在提高靜強度的同時，對提高疲勞強度和剛度也是有益的。,二、提高靜剛度的設計方法剛度是機械結構性能的重要指標。機械結構依靠零部件之間形狀、尺寸、位置關系實現(xiàn)其功能。剛度是表示零部件受力后形狀變化程度的指標，形狀變化過大可能會威脅到預定功能的實現(xiàn)以及實現(xiàn)的質量。,1．采用桁架結構由于桁架結構中的桿件只受拉、壓，所以強度和剛度都較高。在機械結構中，合理采用桁架結構可以有效地提高結構的強度和剛度。,表6-3所示為桁架結構與懸臂粱的強度、剛度比較。在懸伸長度、桿件直徑及載荷相同的條件下，懸臂梁的撓度是桁架結構的9000倍，最大應力是懸臂梁的550倍。與桁架結構最大應力相同的懸臂梁直徑為桁架桿件直徑的8倍多。與桁架結構撓度相同的懸臂梁直徑為桁架桿件直徑的10倍。,2．合理布置支承軸系結構支承參數(shù)(跨距、懸伸長度)對軸系的剛度有重要的影響。例如：跨距對主軸前端位移的影響存在極值點，合理選擇跨距可以使主軸獲得最佳剛度。3．合理布置隔板與肋板基礎件的主體結構多為板式框架結構。在主體結構中添加隔板是提高結構剛度的有效方法。布置隔板需要根據(jù)載荷的形式，合理地確定隔板的位置、數(shù)量和方向。當主體結構不同位置處的變形量不同時，應將隔板布置在變形量較大的位置。由于隔板自身為薄板結構，應使其受拉、壓或沿剛度較大的方向受彎曲，避免隔板受扭或沿剛度較小的方向受彎曲。,圖6-35所示框架結構中添加的隔板都沿抗彎截面系數(shù)較大的方向承受彎矩。圖6-35a結構如果沿虛線方向布置隔板，則隔板的抗彎截面系數(shù)較小，對提高結構的剛度貢獻較小。圖6-35b所示結構如果沿虛線方向布置隔板，則隔板受扭矩。,圖6-36所示為平置矩形截面及加肋矩形截面的形狀及其幾何參數(shù)。為平置截面添加肋板總能使剛度得到提高，但是截面的強度隨著肋板相對高度的增大首先減低達到最小值后開始增大，只有在肋板相對高度大于某一數(shù)值后，才能使截面的強度和剛度同時得到提高。所以在選擇使用肋板加強結構的局部剛度時應使肋板具有必要的高度。,三、提高疲勞強度的設計方法大量的零件承受交變載荷作用，疲勞失效是這些零件的主要失效方式，這些零件的設計要考慮交變應力作用的特點，提高抗疲勞強度。1．緩解應力集中應力集中是影響承受變應力的零件承載能力的重要因素。在零件截面形狀發(fā)生變化處的材料內部力流會發(fā)生變化。,如圖6-38所示，局部力流密度的增加造成應力集中。零件截面形狀的變化越突然，應力集中就越嚴重，結構設計中應盡力避免應力較大處的零件形狀急劇變化，以減小應力集中對強度的影響。,零件受力變形時，不同位置的變形阻力(剛度)不相同也會引起應力集中。通過降低應力集中處附近的局部剛度可以有效地降低應力集中。例如圖6-39a所示過盈連接在輪轂端部應力集中嚴重，圖6-39b、c、d所示結構通過降低軸或輪轂相應部位的局部剛度使應力集中得到有效緩解。,2．避免應力集中源的聚集由于功能的需要，在零件結構中可能存在多種形狀變化，這些變化都會引起零件中的應力集中；如果多種變化出現(xiàn)在同一位置或過于接近，將引起應力集中的加劇。,如圖6-40所示的軸結構中，臺階和鍵槽端部都會引起軸的應力集中。圖6-40a的結構將兩個應力集中源設計到同一截面處，加劇了局部的應力集中；圖6-40b結構使鍵槽長度略短于軸段長度，避免了應力集中源的聚集。,3．降低應力幅對于承受變載荷作用的零件，應力幅對疲勞強度的影響遠大于平均應力的影響。例如承受軸向變載荷作用的普通螺栓組聯(lián)接，預緊力影響螺栓的平均應力，工作載荷影響應力幅；通過改變螺栓與墊片的相對剛度，可以降低螺栓桿上的應力幅。,四、提高接觸強度與接觸剛度的設計方法高副接觸零件的接觸點處表層會出現(xiàn)較大的接觸應力和接觸變形，接觸點的綜合曲率半徑和接觸元素的數(shù)量是影響接觸應力和接觸變形的重要因素。1．增大綜合曲率半徑根據(jù)接觸理論，接觸應力與綜合曲率半徑成反比關系。例如在漸開線齒輪傳動設計中，通過采用正變位，使工作齒廓遠離基圓，使綜合曲率半徑增大，可以有效地提高齒輪傳動的承載能力。,如圖6-42所示的球面接觸結構中，將其中一個接觸表面改為平面或凹面(圖6-42b或c)，對于提高接觸強度和接觸剛度都是有益的。,2．增加接觸元素數(shù)量接觸元素數(shù)量的增加可以降低單個接觸元素所承受的載荷。在齒輪傳動設計中，設法增大重合度，增加同時參與承載的輪齒數(shù)量，可以降低單個齒所承受的載荷。在圖6-43所示行星輪系設計中，增加行星輪的數(shù)量，也可以降低單個輪齒的實際承載量。,3．用低副低替高副在圖6-44所示的結構中，用低副(面接觸)零件代替高副(點、線接觸)零件，可以有效地提高結構的強度和剛度。但是高副與低副對運動自由度的限制不同，為保證在用低副代替高副的轉變中保持自由度不變，需要在原有結構中增加其他零件。,4．通過預緊提高接觸剛度預緊是施加一個與工作載荷方向相同的預加載荷，使零件產生一定的與工作時同方向的彈性變形、以減少工作時的進一步變形，從而提高剛度。例如多數(shù)彈簧都預加了一個初載荷，使其產生—定的初始變形，以保證其具有足夠的剛度和工作彈力。螺栓在裝配時產生的拉力實際上也是預加載荷，工作時承受拉力的較長螺栓必須有足夠的預緊力才能保證被聯(lián)接件的聯(lián)接剛度。預緊的特點是預加載荷與工作載荷方向相同，工作時不撤出，因此，工作應力不是抵消而是疊加，其目的是提高剛度，而不是減少應力，故預應力應不超過一定限度。,對滾動軸承軸系的預緊是指在軸系承受工作載荷之前對其施加預加載荷。滾動軸承在安裝時預加一個約等于徑向載荷20~30％的軸向力，彈性變形增加了接觸面積，各滾子受力也趨于均勻，從而提向了軸承的剛度。,通過預緊提高剛度的同時增大了滾動軸承承受的載荷。這種方法只應用在以軸系剛度及精度為主要設計目標的情況下。由于預緊所引起的軸承受力對預緊量很敏感，預緊過程中對預緊量要精確控制。,第四節(jié)結構設計中的精度問題機械裝置主要通過零部件的形狀、尺寸、相對位置關系實現(xiàn)其預定功能。所以零部件的形狀、尺寸及相對位置的準確程度，直接關系著機械裝置所實現(xiàn)的預定功能的質量。傳動零件精度的提高有利于提高所傳遞運動的規(guī)律的準確性和運動的平穩(wěn)性，不但有利于降低噪聲，減輕振動，而且有利于提高傳動系統(tǒng)的承載能力。零部件的形狀及尺寸精度與加工過程密切相關。零部件的加工精度越高，對提高機械裝置的工作質量越有利。但是加工精度的提高會使成本提高。正確的結構設計可以在同樣的成本條件下獲得較高的系統(tǒng)精度。,一、誤差分類按引起誤差的原因可將誤差作如下分類：1．原始誤差在零部件加工、安裝、調整過程中產生的誤差。2．原理誤差由于采用近似的工作原理所產生的誤差。3．工作誤差在機械裝置工作中由于零部件受力、受熱、磨損等原因造成零件的形狀變化，這種由于工作中的形狀變化所引起的誤差稱為工作誤差。4．回程誤差由于運動副之間存在間隙，當運動方向改變時由運動副間隙引起的誤差。,二、提高精度的設計方法1．有利于減少原始誤差的結構設計措施（1）在相同的加工條件下，通常較小的公稱尺寸、較小的測量范圍，更容易實現(xiàn)較高的精度。在結構設計中，對有精度要求的結構要素，應在保證結構功能的前提下盡量減小其公稱尺寸，減小精度約束的范圍。,如圖6-47所示的軸系結構中，與齒輪配合的軸頸和與右側軸承內圈配合的軸頸有較高的尺寸精度和表面粗糙度要求，而與氈圈密封配合的軸段對尺寸精度要求較低，所以如圖6-47a所示將其沿長度方向分為不同直徑的3個軸段。如果如圖6-47b所示，將這3個軸段加以合并，則使軸段的長度方向尺寸增大，實現(xiàn)相同精度要求的難度也就加大，因此這種方案不宜采用。,（2）如果某個作用尺寸由多個尺寸元素構成，則該尺寸的公差為組成它的各尺寸元素的公差之和，組成元素越多，作用尺寸的精度越低，所以對要求精度較高的尺寸應減少其組成元素數(shù)量，盡量使其可以直接得到。,如圖6-48所示的結構中，標注“120”的尺寸為作用尺寸，如果按照圖6-48b所示的方法標注，則該尺寸由3個基本尺寸組成，累積誤差較大；如果按照圖6-48c所示的方法標注，則該尺寸可以直接得到，容易獲得較高的精度。,（3）有些作用尺寸對精度要求較高，但是由于結構的關系，不可避免地由較多的尺寸元素構成。在這種情況下，可以在組成該尺寸的各尺寸元素中設置一個可調整尺寸環(huán)節(jié)，以便在裝配工序中可根據(jù)實際需要，通過調整這個尺寸實現(xiàn)對作用尺寸的精度要求。,如圖所示的軸系結構中，滾動軸承的軸向間隙對精度要求較高，并且由較多的尺寸元素組成，通過提高所有這些尺寸元素的精度實現(xiàn)對軸向間隙的精度要求是不經濟的方法。圖示結構中位于軸承端蓋與箱體之間的墊片厚度具有可調整尺寸，由于調整墊片的存在，可以降低對構成軸承間隙的其他尺寸元素的精度要求。,2．補償系統(tǒng)誤差（1）對于已知影響因素的系統(tǒng)誤差，可以根據(jù)引起誤差的原因，采取相應的措施加以補償。螺紋加工機床的加工精度與機床本身絲杠的螺紋精度有重要關系，為提高機床的加工精度，可以通過螺距校正裝置糾正由于基準絲杠螺距誤差引起的加工誤差。首先通過測量得到基準絲杠的螺距誤差隨長度變化的規(guī)律(螺距誤差曲線)，將誤差曲線按需要的比例放大，得到校正曲線，并做成凸輪(校正板)。在刀架移動過程中，校正板推動挺桿，挺桿將運動傳遞給螺母，使螺母作微小的轉動；螺母的轉動使得螺旋傳動的從動件產生附加移動，補償由于絲杠的螺距誤差造成的運動誤差。,（2）零件接觸表面的磨損使零件的形狀和尺寸發(fā)生變化。設計中如果使得多個相關零件的磨損對執(zhí)行零件的作用互相抵消，則可以提高執(zhí)行零件的動作精度。,圖6-50a所示的凸輪機構中，凸輪與擺桿之間的接觸點及擺桿與執(zhí)行零件之間的接觸點的磨損量對執(zhí)行零件的工作位置的影響互相疊加，而圖6-50b所示機構中這兩點的磨損量對執(zhí)行零件的工作位置的影響互相抵消，使執(zhí)行零件的動作精度得到提高。,（3）如果無法使磨損的影響互相抵消，可以在結構中設置調整環(huán)節(jié)，當磨損量累積到一定程度時，通過調整使系統(tǒng)恢復正確的工作狀態(tài)。,圖6-51所示為滾動軸承軸系的軸向間隙調整結構，當由于磨損使軸系的軸向間隙增大到一定程度時，通過調整端蓋上的螺釘使軸承外圈向右移動，恢復正確的軸向間隙。,3．誤差均化在機構中如果有多個作用點對同一個構件的運動起限制作用，則構件的運動精度高于任何一個作用點單獨作用時的精度。圖6—53所示的雙蝸桿驅動機構由兩個相同參數(shù)的蝸桿共同驅動同一個蝸輪，由于均化作用，蝸輪的運動誤差小于任何一個蝸桿單獨驅動的誤差。,4．利用誤差傳遞規(guī)律由多級傳動機構組成的傳動系統(tǒng)在將輸入運動傳遞到輸出級的同時，也將各級傳動機構所產生的誤差向后續(xù)機構傳遞。,圖6-54所示為由三級機械傳動組成的減速專動系統(tǒng)，第一級輸入角速度w1，輸出角速度除包括對w1的變換以外，還包括本級傳動所產生的誤差。,在輸出角速度中，包含了各級傳動所產生的誤差的疊加，但是各級誤差對輸出誤差的影響不相同。如果合理地分配各級的傳動比，合理選擇各級傳動件精度，可以較經濟地實現(xiàn)合理的精度。通過分析誤差的構成可以發(fā)現(xiàn)，如果為多級傳動的最后一級選擇較大的傳動比，則使前面各級傳動所產生的誤差對最后的運動輸出基本不起作用，只要為最后一級傳動零件選擇較高精度，即可提高整個傳動系統(tǒng)的傳動精度。對降速系統(tǒng)而言，末級傳動對精度影響最大，故精密傳動最末級往往采用傳動比很大的精密蝸輪副，以此控制系統(tǒng)運動的精度。,5．合理配置精度機械系統(tǒng)的精度受系統(tǒng)內各環(huán)節(jié)精度的綜合影響，但是不同環(huán)節(jié)對工作精度的影響程度不相同，在結構設計中應為不同位置設置不同的精度，為敏感位置設置較高精度，這樣做可以通過較經濟的方法獲得合理的工作精度。在機床主軸結構設計中，提高主軸前端的旋轉精度是重要的設計目標。主軸前支點軸承和主軸后支點軸承的精度都會影響主軸前端的旋轉精度，但影響的程度不同。,由圖6-55可見，前支點誤差所引起的主軸前端誤差為:,顯然前支點的誤差對主軸前端的精度影響較大。所以在主軸結構設計中，通常為前支點設置具有較高精度的軸承。,6．選擇較好的近似機構有些應用中為簡化機構而采用近似機構，這會引入原理誤差，在條件允許時應優(yōu)先采用近似性較好的近似機構以減小原理誤差。7．采用有利于施工的結構（1）機械裝置的原始精度是通過一系列的工藝過程實現(xiàn)的。如果設計中充分考慮工藝過程的善耍，采用有利于工藝過程實施的結構，就可以較容易地實現(xiàn)較高的精度。,如圖6-57所示零件要求兩端軸徑同軸，在同一次裝卡中完成對兩個軸徑的加工是保證同軸度的最簡單的方法。但是圖6-57a所示的結構不容易實現(xiàn)這一點，圖6-57b所示在原結構的一端增加了一個工藝性軸段，通過這個軸段可以實現(xiàn)在同一次裝卡中完成對兩個軸徑的加工，保證同軸度精度的實現(xiàn)。,（2）一項精度要求如果無法檢驗，或無法提供相應精度的檢驗方法，則無法保證精度要求的實現(xiàn)。在結構設計中要充分考慮檢驗工具和檢驗工藝的要求，使得所提出的每一項要求都可被檢驗。,圖6-59表示鍵槽深度參數(shù)中只有A1是可以直接測量的參數(shù)。,（3）加工后滿足精度要求的零件在裝配中由于裝配力的作用，也可能發(fā)生變形，影響工作精度。,圖6-60a所示導軌結構，如果安裝表面(下表面)不平，在裝配中施加的裝配力會造成尋軌工作表面(上表面)變形；如將結構改為圖6-60b所示，裝配力對結構變形的影響較小，有利于提高導軌精度。,8．阿貝原則1890年，阿貝(Abbe)提出關于量儀設計的原則：“欲使量儀給出正確的測量結果，必須將儀器的讀數(shù)線尺安放在被測尺寸的延長線上?！卑⒇愒瓌t是指導測量儀器及其他精密儀器設計重要的指導性原則。,9.減小回程誤差為保證運動副正常工作，很多運動副(如齒輪、螺旋)，需要必要的間隙。但是由于間隙的存在使得被動零件的運動方向改變滯后于主動件，產生回程誤差?；爻陶`差是由于間隙引起的。而間隙是運動副正常工作的必要條件，而且，間隙會隨著磨損而增大。減小運動副的間隙可以減少回程誤差。,圖6-63所示為可以消除齒側間隙的齒輪機構。結構中將原有齒輪沿齒寬方向切分，兩半齒輪可相對轉動，兩半齒輪通過彈簧連接，由于彈簧的作用，使得兩半齒輪分別與相嚙合的齒輪的不同齒側相接觸，彈簧的作用消除了嚙合間隙，并可以及時補償由于磨損造成的間隙變化。這種齒輪傳動機構由于實際作用齒寬減小，承載能力減小，故通常用于以傳遞運動為主要設計目標的傳動裝置中。,第五節(jié)結構設計中的工藝問題設計完成的零件結構需要通過工藝過程實現(xiàn)，結構設計必須考慮工藝過程的可能性和方便度，降低工藝過程的難度和成本。一、毛坯加工的工藝性鑄造毛坯適用于鑄造形狀復雜的結構，由于模具成本較高，適用于較大批量生產。設計鑄造毛坯的工藝原則。焊接結構設計除應注意正確選擇焊縫形式以外，還應注意一些焊接工藝性問題。二、切削加工的工藝性,三、裝配工藝性1．緊配合面不宜過長緊配合工作面如果過長會增加裝配難度。2．多個緊配合面不宜同時裝入3．減少裝配差錯,（1）由于裝配中有方向要求，增加了裝配工作量和難度。圖6-66a所示的滑動軸承右側有一個與箱體連通的注油孔，如果裝配中將滑動軸承的方向裝錯，會使滑動軸承和與之配合的軸得不到潤滑。改為圖6-66b結構，則零件成為對稱結構，雖然不會發(fā)生裝配錯誤，但是總有一個孔實際不起作用。若改為圖6-66c所示的結構，增加環(huán)狀儲油區(qū)，則使所有的油孔都能發(fā)揮作用。,（2）不同的零件應有容易辨別的明顯差別，否則裝配中容易造成錯誤。如圖6-67a所示兩個零件外形相同，材料不同，裝配中很難區(qū)別。為了在裝配中容易分辨，應采用圖6-67b的設計，使相似的零件有明顯的差異。,4．復雜結構允許分塊集中裝配如果所有的結構必須在同一場地上裝配，必然會延長裝配時間。如果結構允許各部分分別裝配后再進行部件組裝，則會提高裝配效率，有利于大批量生產的進行。,四、調整、維修、拆卸工藝性1．不同工作參數(shù)的調整應互相獨立在同一結構中，可能存在多個參數(shù)需要通過調整確定其最終值。如果這些參數(shù)的調整過程互相嵌套，則會增加調整的難度和工作量。2．易損零件應便于拆卸結構中有些零件的壽命遠低于設備的工作壽命。在工作中需要多次更換失效的零件，結構設計應為這些零件的方便更換創(chuàng)造條件。,如圖6-68所示的彈性套柱銷聯(lián)軸器中的彈性套是易損零件，結構設計應保證在更換彈性套時不必同時拆卸和移動更多的零件，應為彈性套及相關零件的拆下和裝入留有必要的空間。,3．裝配關系應互相獨立機械設計中有很多參數(shù)需要依靠調整實現(xiàn)，當進行維修時，要破壞某些經過調整的裝配關系，維修后需要重新調整這些參數(shù)，這就增加了維修工作的難度和工作量。結構設計中應使這些結構各部分的裝配關系互相獨立，減少維修工作中必須對已有裝配關系的破壞程度，使維修更容易。,圖6-69a所示軸承座結構的裝配關系不獨立，更換軸承時不但需要破壞軸承蓋與軸承座的裝配關系，而且還要破壞軸承座與機體的裝配關系。圖6-69b所示的結構中，軸承座與機體的裝配關系和軸承蓋與軸承座的裝配關系互相獨立，更換軸承時不需要破壞軸承座與機體的裝配關系，而軸承蓋與軸承座之間有止口定位，裝配后不需要調整，使維修中更換易損件更方便。,4．為需要拆卸的緊配合設置輔助拆卸結構對于需要反復拆、裝的緊配合結構，應為拆卸工藝和拆卸工具設置必要的結構，預留必要的操作空間。,圖6-70表示了為拆卸滾動軸承的工具的操作，應在定位端面留有操作空間。,圖6-71表示圓錐面過盈連接的輔助拆卸結構，可以在拆卸時通過油孔向內徑環(huán)槽內加入高壓油，有助于拆卸。,第六節(jié)材料的選擇一、材料選擇應注意的主要問題對于從事機械設計與制造的工程技術人員，在材料工程方面的基本要求是能夠掌握各種工程材料的特性，正確選擇和使用材料，并能初步分析在機器及零件使用過程中出現(xiàn)的各種有關材料的問題。,針對具體的應用條件選擇合適的機械零件材料時，需要考慮的主要問題有三：①所選材料的特性和在承載或溫度或其他環(huán)境因素變化條件下的行為，能否滿足零件在工作時所遇到的各種情況下的要求，包括使用壽命方面的要求，這是材料的工作能力，常常表現(xiàn)為承載能力的問題；②所選材料是否容易加工，是否適合所設計零件可能的加工條件，這是材料的加工工藝性能問題；③用所選材料制成的零件，其材料費和由材料引出的加工費是否較低而在零件成本中占的百分數(shù)比較合理，這是材料的經濟性問題。,作業(yè)：1、確定總體參數(shù)是總體設計的重要內容。請問產品的總體參數(shù)主要有哪些？2、結構設計應該遵循哪些基本原則？3、結構設計應該遵循自助原理。請對自助原理進行說明。4、簡述誤差傳遞規(guī)律，并舉例說明結構設計中如何應用誤差傳遞規(guī)律。5、“強化”（包括彈性強化和塑性強化）與“預緊”是結構設計中的有效措施。請對強化和預緊作出比較說明。,