械结构设计与创新

机械结构设计与创新节选自《机械创新设计》，张美麟主编概论•指零件的结构形状及零件间的联接关系的设计。是机械设计的主要组成部分，是涉及问题最多、最具体、工作量最大的工作阶段。结构设计•材料的力学性能，零部件的功能，工作条件，加工工艺，装配，使用，成本，安全，环保等需考虑因素•实践性、细节性、多样性与创造性特点2019/8/222主要内容1.实现零件功能的结构设计与创新2.结构元素的变异与演化3.适应材料性能的结构设计与创新2019/8/2234.方便制造与操作的结构设计与创新第一节实现零件功能的结构设计与创新一、功能分解二、功能组合三、功能移植2019/8/224功能分解意义：每个零件的每个部分各承担着不同的功能，具有不同的工作原理。将零件功能分解、细化，有利于与提高其工作性能，有利于开发新功能，也使零件整体功能更趋于完善。2019/8/225实例：螺钉螺钉头•扳拧功能•支撑功能螺钉体•定位功能螺钉尾•导向2019/8/226功能组合意义：指一个零件可以实现多种功能，这样可以使整个机械系统更趋于简单化，简化制造过程，减少材料消耗，提高工作效率，式结构设计的一个重要途径。一般是在零件原有功能基础上增加新的功能。2019/8/227功能移植意义:指相同的或相似的结构可实现完全不同的功能。这可以通过联想、类比、移植等创新技法获得新功能。2019/8/228实例螺栓联接的摩擦防松轴毂联接第二节结构元素的变异与演化一、轮毂联接的结构元素变异与演化二、离合器的结构元素变异与演化三、棘轮传动的结构变异与演化四、各种槽销结构元素的变异五、新型联轴器的结构特点六、改善工作性能的结构变异2019/8/229第三节适应材料性能的结构设计与创新一、扬长避短二、性能互补三、结构形状变异2019/8/2210扬长避短结构形状要有利于材料性能的发挥。如铸铁的抗压强度比抗拉强度高，因此铸铁就要设计成承受抗压状态，以充分发挥其优势。陶瓷材料承受局部集中载荷的能力差，在与金属件的连接中，应避免其弱点。塑料是常用的加工材料之一，质量轻，成本低，能制成很复杂的形状，但强度、刚度低，易老化。2019/8/2211性能互补将刚性与柔性材料合理搭配，在刚性部件中对某些零件赋予柔性，使其能用接触时的变形不补偿工作表面几何形状的误差。2019/8/2212性能互补对于链传动，由于是非共轭啮合，所以在工作时会产生振动冲击。经分析，确知在链条啮入处引起的冲击、振动最大。为改变这种情况，可在链条或链轮的结构上进行变形设计。2019/8/2213结构形状变异选用不同的材料，往往同时伴随着零部件结构形状的变异。2019/8/2214第四节、方便制造与操作的结构设计与创新一、加工工艺的结构构型二、装配输送的结构构型三、简单结构四、宜人结构2019/8/2215加工工艺的结构构型对于机械加工的零件，在构型上要考虑到使装卡、加工与测量时间比较短，设备维护费用等因素。主要体现在加工面上的形状力求简单，尺寸力求小，位置应方便装卡与刀具的退出，避免在内表面上进行复杂的加工等。2019/8/2216装配输送的结构构型人工装配时，希望装配可以可靠、省力。同时随着装配自动化程度的提高，装配自动化生产线和装配机器人对形状的识别也提出了构形要求。2019/8/2217简单机构精炼的，简单的才是设计的进步，也是设计者的愿望。a）联接机构的简化；b）铰链机构的简化；c）其他简单机构2019/8/2218宜人机构宜人机构是指机械设备的结构形状应该适应人的生理和心理要求，使得操作安全、准确、省力、简便，减少操作的疲劳，提高工作效率。2019/8/2219宜人结构a)减少操作疲劳的结构结构设计与构形应该考虑操作者的施力情况，避免操作者长期保持一种非自然状态下的姿势。2019/8/2220宜人结构b）提高操作能力的结构应考虑人的手与脚的用力方法，使之容易操作。2019/8/2221宜人结构C）减少操作错误的机构操作零件的外形要简单，容易辨认；操作位置要合适，应力求使操作零件位于操作者的手或脚够得着的位置。2019/8/2222宜人结构d）外形与色彩零件的外形除应与功能、材料、加工方便等因素有关外，同时也要考虑适应人的反应。除满足使用功能、加工条件、材料特性外，还要考虑外形的和谐、均衡、稳定。2019/8/22232019/8/2224实例2019/8/2225实例2019/8/2226实例2019/8/2227实例2019/8/2228实例2019/8/2229实例2019/8/2230实例2019/8/2231实例2019/8/2232实例2019/8/2233实例2019/8/2234实例2019/8/2235实例2019/8/22362019/8/2237