第4章 机械系统装配结构设计.ppt
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1、机械设计综合实践课程机械设计综合实践课程第第4章章 机械系统装配结构设计机械系统装配结构设计高高 志志清华大学精密仪器与机械学系清华大学精密仪器与机械学系2021/9/231装配结构设计的过程与方法装配结构设计的过程与方法概述概述机械结构设计的作用机械结构设计的作用结构是功能的物质基础结构是功能的物质基础用户需要的功能依靠结构实现,没有结构就不可用户需要的功能依靠结构实现,没有结构就不可能实现任何功能。能实现任何功能。2021/9/232概述概述机械结构设计的作用机械结构设计的作用结构是功能的物质基础结构是功能的物质基础结构是分析计算的对象结构是分析计算的对象所有的分析、计算都是以某种结构为对
2、象进行的。所有的分析、计算都是以某种结构为对象进行的。装配结构设计的过程与方法装配结构设计的过程与方法2021/9/233概述概述机械结构设计的作用机械结构设计的作用结构是功能的物质基础结构是功能的物质基础结构是分析计算的对象结构是分析计算的对象结构是机械设计的结果结构是机械设计的结果设计中的所有措施必须落实在结构上才能实现设计中的所有措施必须落实在结构上才能实现结构是所有设计行为的最终表现结构是所有设计行为的最终表现装配结构设计的过程与方法装配结构设计的过程与方法2021/9/234概述概述机械结构设计的作用机械结构设计的作用结构是功能的物质基础结构是功能的物质基础结构是分析计算的对象结构是
3、分析计算的对象结构是机械设计的结果结构是机械设计的结果结构表达是制造的依据结构表达是制造的依据机械结构设计的装配图和零件图是加工、装配、机械结构设计的装配图和零件图是加工、装配、调试、检验的依据调试、检验的依据装配结构设计的过程与方法装配结构设计的过程与方法2021/9/235概述概述机械结构设计的作用机械结构设计的作用机械结构设计是机械设计过程中工作量最大的设机械结构设计是机械设计过程中工作量最大的设计环节计环节装配结构设计的过程与方法装配结构设计的过程与方法2021/9/236概述概述机械结构设计的要求机械结构设计的要求机械结构设计的目标是:机械结构设计的目标是:保证功能,提高性能,降低成
4、本;保证功能,提高性能,降低成本;要求做到:明确、简单和安全。要求做到:明确、简单和安全。装配结构设计的过程与方法装配结构设计的过程与方法2021/9/237概述概述机械结构设计的要求机械结构设计的要求(1)明确)明确功能明确功能明确-设计要求实现的每项功能必须对应于某些结构措施(不漏),设计要求实现的每项功能必须对应于某些结构措施(不漏),设计结果中的每个结构要素都对应于某项设计要求(不重),设计结果中的每个结构要素都对应于某项设计要求(不重),装配结构设计的过程与方法装配结构设计的过程与方法2021/9/2382021/9/239概述概述机械结构设计的要求机械结构设计的要求(1)明确)明确
5、原理明确原理明确-设计中应充分考虑装置工作过程中可能发生的各种物理过程,设计中应充分考虑装置工作过程中可能发生的各种物理过程,并对各种过程中的要求采取有效的措施,并对各种过程中的要求采取有效的措施,装配结构设计的过程与方法装配结构设计的过程与方法2021/9/2310同步相机的姿态误差同步相机的姿态误差2021/9/2311调整轴系的游动间隙需要多次装、拆轴承,结构设调整轴系的游动间隙需要多次装、拆轴承,结构设计要保证装、拆方便计要保证装、拆方便2021/9/2312如果端盖止口配合较紧,应设置辅助拆卸结构如果端盖止口配合较紧,应设置辅助拆卸结构2021/9/2313概述概述机械结构设计的要求
6、机械结构设计的要求(1)明确)明确工作状态明确工作状态明确-装置工作中,每个零部件,每个结构要素所处的状态应是装置工作中,每个零部件,每个结构要素所处的状态应是可以明确判断的,设计中的分析计算都是针对机械结构中可以明确判断的,设计中的分析计算都是针对机械结构中确定的工作状态进行的。确定的工作状态进行的。装配结构设计的过程与方法装配结构设计的过程与方法2021/9/2314如果轴承端盖与轴承外圈接触,轴向力的传递路如果轴承端盖与轴承外圈接触,轴向力的传递路线就不明确。线就不明确。2021/9/2315轮缘齿圈与轮毂之间的两个圆柱面中,必须明确轮缘齿圈与轮毂之间的两个圆柱面中,必须明确一个起定位作
7、用的圆柱面。一个起定位作用的圆柱面。2021/9/2316概述概述机械结构设计的要求机械结构设计的要求(2)简单)简单在能够实现同样功能,具有同样性能的设计方案中,应优在能够实现同样功能,具有同样性能的设计方案中,应优先选择结构简单的方案。先选择结构简单的方案。结构简单有利于降低成本、提高精度、提高可靠性。结构简单有利于降低成本、提高精度、提高可靠性。装配结构设计的过程与方法装配结构设计的过程与方法2021/9/2317概述概述机械结构设计的要求机械结构设计的要求(2)简单)简单结构简单包括以下内容:结构简单包括以下内容:(1)较少的零件数量)较少的零件数量 (2)较少的零件种类)较少的零件种
8、类 (3)较少的被加工面数量)较少的被加工面数量 (4)较少的加工工序)较少的加工工序 (5)较简单的装配关系)较简单的装配关系装配结构设计的过程与方法装配结构设计的过程与方法2021/9/2318将多个零件的结构功能集合到一个零件上,减少零将多个零件的结构功能集合到一个零件上,减少零件数量,方便装配件数量,方便装配2021/9/2319普通自行车后轮制动系统普通自行车后轮制动系统2021/9/2320不合理不合理合理合理结构设计应根据合理的工艺确定非工作表面的特征结构设计应根据合理的工艺确定非工作表面的特征2021/9/2321减少加工表面的种类和数量,有利于提高加工效率和质量,减少加工表面
9、的种类和数量,有利于提高加工效率和质量,降低成本降低成本2021/9/2322概述概述机械结构设计的要求机械结构设计的要求(3)安全)安全 安全的内容:安全的内容:1.给定的功能安全可靠地实现,给定的功能安全可靠地实现,2.保证操作和使用机器的人员安全保证操作和使用机器的人员安全 3.保证机器本身的安全保证机器本身的安全装配结构设计的过程与方法装配结构设计的过程与方法2021/9/2323概述概述机械结构设计的要求机械结构设计的要求(3)安全)安全实现安全可靠的设计方法:实现安全可靠的设计方法:1.直接安全技术(保证机器不失效)直接安全技术(保证机器不失效)2.间接安全技术(使发生失效时损失最
10、小)间接安全技术(使发生失效时损失最小)3.提示安全技术(危险出现前明确提示)提示安全技术(危险出现前明确提示)装配结构设计的过程与方法装配结构设计的过程与方法2021/9/2324概述概述机械结构设计的要求机械结构设计的要求(3)安全)安全 直接安全技术(保证机器不失效)直接安全技术(保证机器不失效)1.使装置具有足够的工作能力和寿命,在正常工使装置具有足够的工作能力和寿命,在正常工作范围内不失效。作范围内不失效。2.当操作者发生错误操作时控制装置自动关闭设当操作者发生错误操作时控制装置自动关闭设备或使设备无法启动。备或使设备无法启动。3.工作原理保证最危险的事故不会发生。工作原理保证最危险
11、的事故不会发生。装配结构设计的过程与方法装配结构设计的过程与方法2021/9/2325概述概述机械结构设计的要求机械结构设计的要求(3)安全)安全间接安全技术(使发生失效时损失最小)间接安全技术(使发生失效时损失最小)1.有限损坏方法有限损坏方法 一旦发生失效使其发生在不重要的零件上,使损一旦发生失效使其发生在不重要的零件上,使损坏造成的影响范围最小,容易恢复。坏造成的影响范围最小,容易恢复。2.冗余配置方法冗余配置方法 使用多套装置起到一套装置的作用。使用多套装置起到一套装置的作用。装配结构设计的过程与方法装配结构设计的过程与方法2021/9/23262021/9/23272021/9/23
12、28客机设置多于工作能力需要的发动机数量,通过冗客机设置多于工作能力需要的发动机数量,通过冗余设计保证飞行安全余设计保证飞行安全2021/9/2329概述概述机械结构设计的要求机械结构设计的要求(3)安全)安全 提示安全技术(危险出现前明确提示)提示安全技术(危险出现前明确提示)当由于技术或经济原因不适合采用前面两种技当由于技术或经济原因不适合采用前面两种技术时,可以采用提示性安全技术。当故障发生时,术时,可以采用提示性安全技术。当故障发生时,采用文字,图像,灯光,声音等措施提示使用者,采用文字,图像,灯光,声音等措施提示使用者,或使其排除故障,或使其避险。或使其排除故障,或使其避险。提示信息
13、应准确,及时,并尽可能全面。提示信息应准确,及时,并尽可能全面。装配结构设计的过程与方法装配结构设计的过程与方法2021/9/2330装配结构设计方法装配结构设计方法(1)功能)功能约束方法约束方法结构设计需要同时处理多个结构要素,综合考虑多结构设计需要同时处理多个结构要素,综合考虑多种设计要求,协调多项技术冲突,难以直接确定满种设计要求,协调多项技术冲突,难以直接确定满足各项设计要求的完整解。足各项设计要求的完整解。结构设计中通常从核心功能入手,首先确定用以实结构设计中通常从核心功能入手,首先确定用以实现核心功能的结构要素,然后根据其他功能要求,现核心功能的结构要素,然后根据其他功能要求,逐
14、项添加结构要素,直到实现所有功能要求。逐项添加结构要素,直到实现所有功能要求。装配结构设计的过程与方法装配结构设计的过程与方法2021/9/2331装配结构设计方法装配结构设计方法(1)功能)功能约束方法约束方法结构设计除必须考虑功能要求以外,必须考虑工艺结构设计除必须考虑功能要求以外,必须考虑工艺性要求和经济性要求。性要求和经济性要求。在结构设计中应首先考虑功能要求,在满足功能要在结构设计中应首先考虑功能要求,在满足功能要求的前提下追求工艺最简单和成本最低。求的前提下追求工艺最简单和成本最低。装配结构设计的过程与方法装配结构设计的过程与方法2021/9/2332装配结构设计方法装配结构设计方
15、法(1)功能)功能约束方法约束方法以铰链设计问题为例以铰链设计问题为例装配结构设计的过程与方法装配结构设计的过程与方法2021/9/2333在两个杆之间设计一套铰链结构在两个杆之间设计一套铰链结构2021/9/2334铰链结构的主要功能是在两个杆之间建立一组约束,使两铰链结构的主要功能是在两个杆之间建立一组约束,使两杆之间只具有绕铰链轴心线旋转的自由度。杆之间只具有绕铰链轴心线旋转的自由度。2021/9/2335只要使两杆通过一个圆柱面接触,就可以使两杆相对只要使两杆通过一个圆柱面接触,就可以使两杆相对于圆柱面中心线转动。于圆柱面中心线转动。如果两个杆之间只通过圆柱面接触,杆有可能从圆柱如果两
16、个杆之间只通过圆柱面接触,杆有可能从圆柱面上脱落。面上脱落。2021/9/2336为了使杆不从圆柱面上脱落,可以将外圆柱面加长为了使杆不从圆柱面上脱落,可以将外圆柱面加长2021/9/2337为了使杆不从圆柱面上脱落,可以将外圆柱面加长,并在为了使杆不从圆柱面上脱落,可以将外圆柱面加长,并在端部做成台阶,即可防止杆脱落,但是无法装配。端部做成台阶,即可防止杆脱落,但是无法装配。2021/9/2338为了使防脱落功能更可靠,应在内、外圆柱面间设置轴向为了使防脱落功能更可靠,应在内、外圆柱面间设置轴向固定结构,如果轴向力较小,或无轴向力,可以采用弹性固定结构,如果轴向力较小,或无轴向力,可以采用弹
17、性挡圈结构。挡圈结构。2021/9/2339如果轴向力较大,可以采用螺纹结构。如果轴向力较大,可以采用螺纹结构。2021/9/2340也可以采用开口销结构。也可以采用开口销结构。2021/9/2341或采用轴端挡圈结构。或采用轴端挡圈结构。这种在一个杆上做出外圆柱面,在另一个杆上做出内圆柱这种在一个杆上做出外圆柱面,在另一个杆上做出内圆柱面的结构对于以去除材料为主要手段的切削加工方法很不面的结构对于以去除材料为主要手段的切削加工方法很不方便。方便。2021/9/2342或采用轴端挡圈结构。或采用轴端挡圈结构。这种在一个杆上做出外圆柱面,在另一个杆上做出内圆柱这种在一个杆上做出外圆柱面,在另一个
18、杆上做出内圆柱面的结构对于以去除材料为主要手段的切削加工方法很不面的结构对于以去除材料为主要手段的切削加工方法很不方便。方便。2021/9/2343通常采用在两个杆上均加工内圆柱面(圆柱孔),然后装通常采用在两个杆上均加工内圆柱面(圆柱孔),然后装入圆柱形销(轴)的方法构造铰链结构。入圆柱形销(轴)的方法构造铰链结构。2021/9/2344销轴两端均设防脱落结构(限制轴向移动自由度)销轴两端均设防脱落结构(限制轴向移动自由度)2021/9/2345通常在销轴一端做出台阶,另一端根据需要可采用不同的通常在销轴一端做出台阶,另一端根据需要可采用不同的轴向固定结构。轴向固定结构。2021/9/234
19、6为减小两杆之间的摩擦力臂,可在两杆之间添加垫片。为减小两杆之间的摩擦力臂,可在两杆之间添加垫片。2021/9/2347为降低销轴与杆之间的摩擦,减小磨损,可在杆孔内添加为降低销轴与杆之间的摩擦,减小磨损,可在杆孔内添加滑动轴承(铜套)。滑动轴承(铜套)。2021/9/2348为了在滑动轴承与销轴之间添加润滑剂,可在杆端作出注为了在滑动轴承与销轴之间添加润滑剂,可在杆端作出注油孔。油孔。2021/9/2349为防止灰尘、水和其他杂质进入滑动轴承,为方便添加润为防止灰尘、水和其他杂质进入滑动轴承,为方便添加润滑剂,可在润滑油孔上加装油杯。滑剂,可在润滑油孔上加装油杯。2021/9/2350由于销
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- 第4章 机械系统装配结构设计 机械 系统 装配 结构设计
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