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EngineeringGraphics工程图学12.1、机械零件的构形12.2、机械零件的三维表达第十二章机械零件的构形与三维表达1、基本概念1)机械零件构形：确定零件的合理形状称为零件的合理构形，简称构形。合理构形：在满足设计性能要求的前提下，尽可能使零件形状简单、便于制造、结构紧凑、重量轻、成本低。12.1、机械零件的构形轴类轮盘类箱体类叉架类标准件根据零件的作用及其结构,通常分为以下几类：齿轮轴箱体滚动轴承齿轮减速器螺栓2)机械零件端盖组成机器的最小加工单元称为零件齿轮箱盖2、零件与组合体的区别组合体：从实际物体中抽象出来的几何模型，单纯从几何角度考虑问题，分析所包含的基本几何体，组合方式等。零件：具备一定的实际功能，同时要考虑设计、加工、安装、使用等因素。组合体组合体分析举例说明组合体与零件的区别：2）倒角：装配时起导引作用；去毛刺、避免划伤人手。1）铸造圆角：工艺因素。实际零件3）加油孔：润滑。4）螺栓孔：安装。5）、减少机加工面积：降低加工成本。结论：零件不能单纯从几何角度去构形,要考虑零件在机器中的地位和作用。进行零件构形设计必须了解：零件的形状与其加工过程、加工方法有何关系。零件之间通常有哪些装配关系。零件在使用、维护中有哪些因素要考虑等。在零件设计的实际过程中，除了考虑上述问题外，还应考虑强度、刚度和经济性等问题。3、机械零件的构形分析及构造方法:1)零件的组成部分分析尽管零件的形状各式各样，但大体上总可以把它们分成三大组成部分：工作部分：使零件满足一定的功能要求安装部分：与其它零件联接、装配。连接部分：连接工作部分和安装部分。有时连接部分可能发生变形或退化，与其他部分重合。连接部分安装部分工作部分（1）箱体类零件——齿轮泵泵体（2）叉架类零件——支架工作部分安装部分连接部分工作部分连接部分安装部分（3）轮盘类零件——齿轮安装部分（装轴承）（4）轴类零件——齿轮轴工作部分其余可看作连接部分2)零件的构形方法构形时一般考虑的顺序是工作部分安装部分连接部分箱体类零件构形举例：构造齿轮泵泵体齿轮泵：通过泵体内齿轮的转动，把油吸入泵内提高压力后排出泵外。整体设计示意图泵体泵盖压盖主动齿轮主动轴从动齿轮螺钉从动轴密封件垫片压盖螺母(1)工作部分的构形对于任何零件：工作部分是零件的主要部分。工作部分是为实现零件的主要功能而设计的主要结构部分。工作部分形状通常取决于其内部所包容的零件的形状和运动情况。对于这类零件，内腔形状(工作部分)是主要的。工作部分的构形原则：“由内定外”。先对内部形状进行构形；外部形状基本上与内部形状相仿。对于箱体类零件和轮盘类零件：这样构形使得结构紧凑，可达到良好的效果。工工作作部部分分：要求：容纳齿轮以及支承齿轮轴的一端。另一端由泵盖支承。根据“由内定外”的原则，构造泵体中包容齿轮的部分支承从动轴右端（2）安装部分构形：是为实现零件与其它零件间的连接而设计的，构形时要考虑被联结的零件。对于箱体类零件，这一部分常常分成几部分。本例安装部分包含四部分：泵体与进出油管的联接；泵体与泵盖的联接；泵体与基座的联接；泵体与压盖、压盖螺母联接。泵体与进出油管的联接泵体与泵盖的联接泵体与基座的联接泵体与压盖、压盖螺母联接（3）连接部分构形把零件上的“工作部分”与“安装部分”连接起来。形状取决于“工作部分”和“安装部分”的形状。对于大部分箱体零件：其箱体的外形就可看作是“连接部分”，同时有一些结构连接几何上分离的部分。－）－，；’7枯A进一步讨论：问题1：重量厚：重量大改进一：对螺孔进行“内定外”构形。效果：重量减轻，但接触面积减小，影响密封性能。改进二：将与泵盖联接部分减薄。效果：重量减轻，但影响强度、刚度。改进三：整体减薄，局部加厚。效果：重量减轻，、满足强度、刚度、密封要求。问题2：刚度改进：加肋板。上部凸起与下部连通。作用：提高刚度。加工方面考虑：减少加工面积；铸造圆角。加工方面考虑：内腔“8”字形，齿轮接触面。加工方面考虑：退刀槽、刀痕。齿轮泵构形设计的其他形式t可，＠传＼J.!i((;血旦旦旦旦旦坠－2旦边／／少／、，，／撼力／世主2扩笠主f／／／／//H捻员／’主旦／,tr.怜U／且丑单／，／4型.11-1钱／／⑨）-•出轮轴，fl..f?·⑩归，，＠j’贸且应jl'fflbl出F飞主主＼｝＼＼＼4时如岳飞鸟$\虫S唇飞惯唱“南MF协v01a40t且旦军飞E夏毡，＠，t习⑩归，Z•///♂·，．．．4、零件构形相关问题1)与加工相关的问题（1）铸造对零件结构的要求•铸造圆角铸件表面相交处应有圆角，以免铸件冷却时产生缩孔或裂纹，同时防止脱模时砂型落砂缩孔裂纹拔模斜度铸件在内外壁沿起模方向应有斜度,称为拔模斜度。拔模斜度•壁厚均匀缩孔壁厚均匀壁厚不均匀壁厚逐渐过渡内切圆的直径差别不能大于20～25%•退刀槽和砂轮越程槽作用：便于退刀和零件轴向定位。砂轮越程槽退刀槽bbb砂轮90°•钻孔端面作用：避免钻孔偏斜和钻头折断。（2）机械加工对零件结构的影响⑨）扩3:)｛）不正确”’1’(b）正确凸台凹坑凹腔凹槽接触加工面凸台和凹坑作用：减少机械加工量及保证两表面接触良好。⑨）f．’悔噜，．··’-•年JrJ工艺孔中间孔无法加工设计工艺孔，打通后再堵上2）与零件性能、寿命相关的构形问题（1）避免应力集中（2）增强刚度：加肋板（3）减轻零件重量：局部加强与整体减薄方案a:均匀壁厚——重方案b:受力部位加厚，整体加薄——轻去掉多余金属凸台齿轮3）与材料性能相关的问题铸铁悬臂支架：左图方案使铸铁支架的加强肋板受拉力,右图方案发挥了铸铁材料良好的抗压特性.4)延长使用寿命某铝制零件的连接凸缘，经常拆卸，螺纹部分极易损坏，致使整个零件报废。如果在铝制零件上嵌入一钢制螺套，可相应提高整个零件的寿命。三维表达——计算机三维造型12.2、机械零件的三维表达1、概述1、CAD（ComputerAidedDesign）：计算机辅助设计基于特征的参数化、变量化造型计算机辅助绘图ComputerAidedDrafting三维线框模型三维表面模型三维实体模型2、基本造型方法1)基本体素特征：用一组参数定义一族形状相似、大小不同的形体。基本体素：块(Block)圆柱(Cylinder)圆锥(Cone)球(Sphere)2)扫描特征(1)拉伸(ExtrudedBody)（2）旋转(RevolvedBody)（3）沿引导线扫描(SweepAlongGuide)无偏距有偏距（4）管道(Tube)3）成型特征包括孔(Hole)、沟槽(Groove)、键槽(Slot)、型腔(Pocket)、凸台(Boss)、凸垫(Pad)。定义成型特征需要指定其在模型上的放置表面，参考坐标方向并给出定位尺寸。成型特征用于给模型添加细节三种孔(Hole)键槽（Slot）沟槽(Groove)三种型腔(Pocket)Rectangular、CylindricalGeneral凸台(Boss)凸垫(Pad)4）特征操作特征操作类似于零件的精加工。特征操作包括：布尔操作边缘操作面操作复制操作修剪操作……(1)布尔操作并差交差交并(2)边缘操作边缘倒圆(EdgeBlend)边缘倒角(EdgeChemfer)(3)面操作面倒圆(FaceBlend)挖空(Hollow)(4)引用特征(Instance)建立已存在的特征的阵列环形(CircularArray)矩形(RectangularArray)(5)修剪操作圆柱面修剪平面修剪3、零件造型举例1）构形分析圆柱特征凸台特征块特征表面圆角凸台特征布尔操作孔特征环形阵列槽圆角、倒角、渲染