十七章机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) §17.2在结构设计中提高机械结构性能的途径 提高强度和刚度的结构设计 提高机械零部件的强度和刚度主要途径,一方 面是减小作用在零部件上的载荷,另一方面是提高 承受载荷和抵抗变形的能力 1、载荷分担如图所示,为一滚动轴承组合 结构,向心轴承与推力轴承分别承受径向力荷铀向力,便于设计和调整。 2、载荷均布外载荷由多个零部件分担时,要 尽量做到使各个零件之间的载荷均匀分配。如前面 看到的回转平台,工作台由几十个车轮支承,用该 通过弹簧支承,以使各车轮载荷均匀。如图所示为 一大功率、同轴分流式减速箱,主动小齿轮2经过 两条路径把功率传给大齿轮7。为了使两条路径均 载,采用了挠性轴结构,减小转矩不均匀分配。 3、减小机械零件的应力集中降低表面粗糙 度,采用表面强化处理等措施,提高接触疲劳强度。 减速箱均载结构 4、利用设置肋板的措施提高刚度常用的提1齿式联轴器:2-第一级小齿轮第一级大齿轮4挽性轴 5一齿式联轴器;6—第二级小齿轮;7一第二级大齿轮 高刚度的措施是设置肋板、采用空心结构代替实心 结构。如用空心轴代替实心轴、用钢管、工字钢等钢材作机架 二、提高耐磨性的结枃设计
第十七章 机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 299 §17.2 在结构设计中提高机械结构性能的途径 一、提高强度和刚度的结构设计 提高机械零部件的强度和刚度主要途径，一方 面是减小作用在零部件上的载荷，另一方面是提高 承受载荷和抵抗变形的能力。 1、载荷分担 如图所示，为一滚动轴承组合 结构，向心轴承与推力轴承分别承受径向力荷轴向力，便于设计和调整。 2、载荷均布 外载荷由多个零部件分担时，要 尽量做到使各个零件之间的载荷均匀分配。如前面 看到的回转平台，工作台由几十个车轮支承，用该 通过弹簧支承，以使各车轮载荷均匀。如图所示为 一大功率、同轴分流式减速箱，主动小齿轮 2 经过 两条路径把功率传给大齿轮 7。为了使两条路径均 载，采用了挠性轴结构，减小转矩不均匀分配。 3、减小机械零件的应力集中 降低表面粗糙 度，采用表面强化处理等措施，提高接触疲劳强度。 4、利用设置肋板的措施提高刚度 常用的提 高刚度的措施是设置肋板、采用空心结构代替实心 结构。如用空心轴代替实心轴、用钢管、工字钢等钢材作机架。 二、提高耐磨性的结构设计
十七章机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) 1、改善润滑条件,如采用性能优越的润滑剂,改善润滑方法,合理设计油孔、油沟,控制 机器工作温度,改善润滑剂的循环以降低它的温度等。 2、合理选择摩擦副的材料和热处理。 3、使磨损均匀,避免局部磨损。如图所示将滚子做 成圆柱体,两端局部压力很大,寿命降低。修正轮廓形状∏ 改进滚子耐磨性 可使应力均匀,寿命提高。载下图的蜗杆传动中,蜗轮轮 齿的接触线随啮合位置变化而移动,在不同的接触位置 接触线与蜗杆线速度之间的夹角大小不同,在靠近中间平2 面处(图中b点),夹角最小(接近于0),齿面不易形成 油膜。所以采用b图结构,将蜗轮轮齿靠近中间平面的部 改善蜗轮轮齿结构提高耐磨性 分挖掉,可以有效地提高蜗轮寿命 4、调节或补偿可以把机械零件容易磨损的部分,如机床导轨中间部分,做成有-一些微 小凸起,可以延长其磨损寿命。 三、提高工艺性的结构设计 机械设计人员在保证产品使用要求的前提下,按既定的生产规模,采用生产率高、材料消耗 少、容易保证质量和产品成本的结构,称为提高产品工艺性的结构。统计表明,改善产品的工艺 性能够使产品成本降低5%~10%,对于个别零部件可能更多。由产品结构工艺性岀发,对产品 有以下基本要求 (1)机器的总体布局和整体结构尽可能简单,并合理地划分为若干个部件 (2)尽可能采用标准件、通用件 (3)按生产类型和制造条件合理选择毛坯,使之尽量接近零件地形状,以减少切削加工量; (4)合理选择材料和热处理方法,并按材料特性和加工工艺特点设计零件形状、标注尺寸、 300
第十七章 机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 300 1、改善润滑条件，如采用性能优越的润滑剂，改善润滑方法，合理设计油孔、油沟，控制 机器工作温度，改善润滑剂的循环以降低它的温度等。 2、合理选择摩擦副的材料和热处理。 3、使磨损均匀，避免局部磨损。如图所示将滚子做 成圆柱体，两端局部压力很大，寿命降低。修正轮廓形状 可使应力均匀，寿命提高。载下图的蜗杆传动中，蜗轮轮 齿的接触线随啮合位置变化而移动，在不同的接触位置， 接触线与蜗杆线速度之间的夹角大小不同，在靠近中间平 面处（图中 b 点），夹角最小（接近于 0º），齿面不易形成 油膜。所以采用 b 图结构，将蜗轮轮齿靠近中间平面的部 分挖掉，可以有效地提高蜗轮寿命。 4、调节或补偿 可以把机械零件容易磨损的部分，如机床导轨中间部分，做成有一些微 小凸起，可以延长其磨损寿命。 三、提高工艺性的结构设计 机械设计人员在保证产品使用要求的前提下，按既定的生产规模，采用生产率高、材料消耗 少、容易保证质量和产品成本的结构，称为提高产品工艺性的结构。统计表明，改善产品的工艺 性能够使产品成本降低 5％～10％，对于个别零部件可能更多。由产品结构工艺性出发，对产品 有以下基本要求： （1）机器的总体布局和整体结构尽可能简单，并合理地划分为若干个部件； （2）尽可能采用标准件、通用件； （3）按生产类型和制造条件合理选择毛坯，使之尽量接近零件地形状，以减少切削加工量； （4）合理选择材料和热处理方法，并按材料特性和加工工艺特点设计零件形状、标注尺寸
十七章机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) 提出公差和技术要求 (5)为了提高整机地可靠性和安全性,设计中尽可能采用经过考验地成熟结构 常见的工艺性问题有以下几种 铸造零件的工艺性 (1)为了防止浇铸不足,铸件壁厚应大于该 零件材料和铸造方法允许的最小值 (2)零件箱壁或肋的交叉处应有过渡圆角, a)不合理 b)合理 因为尖角处容易产生裂纹,但是圆角不可过大, 以避免交点处金属集聚产生疏松; (3)铸件应有明显的分型面,尽量避免采用活块,并有斜度一比那取出模型; (4)铸铁的抗压强度高于抗拉强度,应尽量用于受压零件; 公险召 (5)铸造零件应有足够的刚度,以免在冷时发生变形;=径之 (6)铸造零件应避免大的水平面,避免铁水慢流发生冷隔 二、热处理零件的工艺性 为了避免热处理零件产生裂纹或变形,应避免尖锐边角,圆角半径应大一些;零件形状简单 对称;零件应有足够的刚度,杆状零件长度与直径之比不应太大,板状零件不易太薄。 三、切削加工工艺性 (1)被加工表面的几何形状应尽量简单,尺寸统一,如图所示减速器箱体端面应在一个平 面上,箱体上各轴承孔处各槽 的有关尺寸应保持—致 (2)有相互位置精度的各表面,应该在一次安装中加工 (3)被加工零件应能准确定位,可靠夹紧,加工方便(如便于进刀、退刀),能够保证测量
第十七章 机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 301 提出公差和技术要求； （5）为了提高整机地可靠性和安全性，设计中尽可能采用经过考验地成熟结构。 常见的工艺性问题有以下几种。 一、铸造零件的工艺性 （1）为了防止浇铸不足，铸件壁厚应大于该 零件材料和铸造方法允许的最小值； （2）零件箱壁或肋的交叉处应有过渡圆角， 因为尖角处容易产生裂纹，但是圆角不可过大， 以避免交点处金属集聚产生疏松； （3）铸件应有明显的分型面，尽量避免采用活块，并有斜度一比那取出模型； （4）铸铁的抗压强度高于抗拉强度，应尽量用于受压零件； （5）铸造零件应有足够的刚度，以免在冷却时发生变形； （6）铸造零件应避免大的水平面，避免铁水慢流发生冷隔。 二、热处理零件的工艺性 为了避免热处理零件产生裂纹或变形，应避免尖锐边角，圆角半径应大一些；零件形状简单 对称；零件应有足够的刚度，杆状零件长度与直径之比不应太大，板状零件不易太薄。 三、切削加工工艺性 （1）被加工表面的几何形状应尽量简单，尺寸统一，如图所示减速器箱体端面应在一个平 面上，箱体上各轴承孔处各槽 的有关尺寸应保持一致。 （2）有相互位置精度的各表面，应该在一次安装中加工。 （3）被加工零件应能准确定位，可靠夹紧，加工方便（如便于进刀、退刀），能够保证测量
十七章机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) 精度的要求 (4)尽量减少加工数目。 (5)合理采用组合件或组合表面,如图所示有一半径为r的球面,加工困难,改为在零件 上粘接一个直径d=2r的钢球,加工方便。 四、零件的装配工艺性 (1)避免两配合面同时装入,如图(上图)所示中, c≡d,要求两个轴承同时装入,所以改为如图(下图)所示, C>d,使装配方便 (2)应避免装配时加工,如攻丝、钻孔、研磨等。 (3)装配时应有定位基准面,特别注意要求对中的零 件应该有保证对中的面。 (4)尽量减少装配工作量,如图a所 □*口 示用螺钉联接,可以改为图b所示用塑料直 接插入,减少装配工作量。 四、其它要求 1、提高精度的要求∶考虑温度变化的补偿、磨损的补偿、误差缩小和放大的补偿等 2、减小噪声设计,通过减少和避免零件的冲击碰撞、加大零件体积或厚度、盖上零部件的 阻尼特性、采用隔振材料等 3、提高耐腐蚀性设计,通过减少应力集中、提高表面的光洁程度、避兔零件上的狭缝等
第十七章 机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 302 精度的要求。 （4）尽量减少加工数目。 （5）合理采用组合件或组合表面，如图所示有一半径为 r 的球面，加工困难，改为在零件 上粘接一个直径 d=2r 的钢球，加工方便。 四、零件的装配工艺性 （1）避免两配合面同时装入，如图（上图）所示中， c=d，要求两个轴承同时装入，所以改为如图（下图）所示， c>d，使装配方便。 （2）应避免装配时加工，如攻丝、钻孔、研磨等。 （3）装配时应有定位基准面，特别注意要求对中的零 件应该有保证对中的面。 （4）尽量减少装配工作量，如图 a 所 示用螺钉联接，可以改为图 b 所示用塑料直 接插入，减少装配工作量。 四、其它要求 1、提高精度的要求：考虑温度变化的补偿、磨损的补偿、误差缩小和放大的补偿等。 2、减小噪声设计，通过减少和避免零件的冲击碰撞、加大零件体积或厚度、盖上零部件的 阻尼特性、采用隔振材料等。 3、提高耐腐蚀性设计，通过减少应力集中、提高表面的光洁程度、避免零件上的狭缝等
十七章机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) §17.3轴系结构设计综述 轴系结构由轴及轴上零件组成,轴系结构在工作中应使轴及轴上零件能够实现正确的运动, 在工作载荷的作用下能够保证正确的形状和相对位置关系,使轴上零件得到良好的润滑。 轴系结构设计主要要解决轴的结构,轴上零件的组成、结构、尺寸、位置及固定方法,轴上 的支承零件与机架的固定方式,轴上零件的润滑与密封方式,定位与调整方式等问题。轴上零件 除包括轴上传动零件意外还包括支承零件、紧固零件、调整零件、润滑零件、密封零件等。轴系 结构设计要依据轴的受力情况、转动要求、轴上传动零件和支承零件的位置等因素进行,设计中 要综合考虑轴及轴上零件的强度、刚度、振动、寿命、可靠性、精度、润滑、密封、工艺性、经 济性等技术经济问题 一、滚动轴承的轴系结构设计 由于影响轴系结构设计的因素很多,而很多因素对结构设计的影响是互相制约的,设计时应 根据设计要求对具体问题作具体分析。轴系的工作要求多种多样,轴系结构 设计的方法液具有较大的灵活性。下面我们以具体的示例来说明轴系设计的风 方法 如图所示为一两级直齿圆柱齿轮减速器,由于低速级齿轮载荷较大,斜 齿圆柱齿轮由较大的轴向力,轴系支点应选用具有较大承载能力的角接触轴 承或囻锥滚子轴承。为了使轴系结构简化,采用将角接触轴承面对面(轴承 传递给轴的轴向力指向中间)安装的结构方式。齿轮的左侧通过轴环实现轴向定位,右侧则通过 套筒定位。为了保证套筒与齿轮端面可靠接触,应使与齿轮配合的轴端长度略短于齿轮轮毂宽度。 联轴器的右端通过轴肩定位,左端通过 轴端挡圈定位。由于轴承只承受单方向 ∠B
第十七章 机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 303 §17.3 轴系结构设计综述 轴系结构由轴及轴上零件组成，轴系结构在工作中应使轴及轴上零件能够实现正确的运动， 在工作载荷的作用下能够保证正确的形状和相对位置关系，使轴上零件得到良好的润滑。 轴系结构设计主要要解决轴的结构，轴上零件的组成、结构、尺寸、位置及固定方法，轴上 的支承零件与机架的固定方式，轴上零件的润滑与密封方式，定位与调整方式等问题。轴上零件 除包括轴上传动零件意外还包括支承零件、紧固零件、调整零件、润滑零件、密封零件等。轴系 结构设计要依据轴的受力情况、转动要求、轴上传动零件和支承零件的位置等因素进行，设计中 要综合考虑轴及轴上零件的强度、刚度、振动、寿命、可靠性、精度、润滑、密封、工艺性、经 济性等技术经济问题。 一、滚动轴承的轴系结构设计 由于影响轴系结构设计的因素很多，而很多因素对结构设计的影响是互相制约的，设计时应 根据设计要求对具体问题作具体分析。轴系的工作要求多种多样，轴系结构 设计的方法液具有较大的灵活性。下面我们以具体的示例来说明轴系设计的 方法。 如图所示为一两级直齿圆柱齿轮减速器，由于低速级齿轮载荷较大，斜 齿圆柱齿轮由较大的轴向力，轴系支点应选用具有较大承载能力的角接触轴 承或圆锥滚子轴承。为了使轴系结构简化，采用将角接触轴承面对面（轴承 传递给轴的轴向力指向中间）安装的结构方式。齿轮的左侧通过轴环实现轴向定位，右侧则通过 套筒定位。为了保证套筒与齿轮端面可靠接触，应使与齿轮配合的轴端长度略短于齿轮轮毂宽度。 联轴器的右端通过轴肩定位，左端通过 轴端挡圈定位。由于轴承只承受单方向