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7.1 机械结构设计的基本要求
• 7.1.1满足设计功能要求
• 机械结构设计就是将原理设计方案具体 化，即构造一个能够满足功能要求的三维 实体的零部件及其装配关系。各种零件的 结构功能主要有承受载荷、传递运动和动 力，以及保证或保持有关零部件之间的相 对位置或运动轨迹关系等。
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7.1.2满足工作可靠性要求
• 为了保证零件在规定的使用期限内可正 常地实现其功能，在结构设计中应使零部 件的结构受力合理，节省材料，降低危险 截面应力，减少变形，采用可提高零件的 强度、刚度的结构形式，延长使用寿命， 满足工作的可靠性要求。
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7.1.3结构工艺性要求
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刮鱼鳞刀，9－砍斧
自行车专用扳手
测电笔 瑞士军刀
带照明灯的改锥 双万向联轴器
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7.2.3、功能移植 指相似或相同的结构可用于不同的功能
各类弹性垫圈结构
轴毂联接 的结构
星盘联接
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压套联接
容差环联接
液压涨套联接
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蜗杆卡子
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行走轮支承模块
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7.6.2. 结构复用
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组合式改锥
改锥组合包
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当控制器与显示器配合使用时，还要考虑
它们之间的位置关系，即使操作者容易辨认。 有人进行这样的试验，在灶台上放置4副灶
具，在控制面板上放置4副控制开关，当灶具与 开关以不同方式摆放时，使用者出现的操作错 误次数统计如下：每种方案进行1200次试验。
（1）方案误操作次数为零；（2）方案误操作次数为 76次；（3）方案误操作次数为116次；（4）方案误操
7.3 结构元素的变异与演化
结构元素：指形状、数量、位置、联接、尺寸等
7.3.1元素的变异
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7.3.2 轴榖联接的结构元素变异与演化
平键
花键
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花键
滚珠花键
成型轴毂
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弹性环联接
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7.3.3. 离合器的结构元素变异与演化
作次数为129次。实验还反映了操作时间与误操作 次数具有同样的顺序关系。
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7.6 用模块拼接与结构复用进行结构的创新
7.6.1. 模块拼接
• 在结构创新过程中，通常先有一个构思 雏形，然后再把这个构思用实物表现出 来。对于很多构件或构件组合，若加工成 实物，则费用较高，所以用模块拼接的方 法来构成实物，不失为一种简洁经济的结 构创新方法。
自攻自锁螺钉
带 轮 飞 轮 组 合
组合功能轴承
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齿轮与卷筒的组合
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齿轮
卷筒
轴既承受弯矩又承 受转矩
齿轮
卷筒
轴只承受弯矩
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（a） 弹簧垫圈防松
（b） 收口螺母防松
多功能菜刀
图中，1-刀柄，2－刀身，3－刀刃，4 －插片、插条、插粗细丝板，5－铁盒罐头起 子，6－玻璃瓶罐头起子，7－瓶盖起子，8－
• 1. 应使零件形状简单合理，并与所采用的加工方 法相适应；
• 2. 适应已有的生产条件和批量大小； • 3. 合理选用毛坯类型； • 4. 便于切削加工和保证满足热处理的要求； • 5. 满足标准零部件安装的尺寸要求； • 6. 便于装配和拆卸，易于维护和修理。
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7.1.4人机学要求
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形状变异
数量变异
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7.3.4棘轮传动的结构元素变异
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形状变异
位置变异
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7.3.5各种槽销结构元素的变异
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槽的位置变化
各种槽销的应用
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7.3.6 新型联轴器的结构特点
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联结方式的变化
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新型联轴器、
浮动盘环片联轴器 ： 利用弹性变形补偿两轴 的相对偏移
结构设计是机械设计中涉及问题最多、最具 体、 工作量最大的阶段。
它具有实践性，细节性，多样性特点
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7.1 机械结构设计的基本要求 7.2 实现零件功能的结构设计与创新 7.3 结构元素的变异与演化 7.4 适应材料性能的结构设计与创新 7.5 方便制造与操作的结构设计与创新 7.6 用模块拼接与结构复用进行结构的创 新
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第7章 机械结构设计与创新
机械结构设计就是将原理方案进行 结构化,包括确定结构中构件的材料、 形状、尺寸、组成零件数量、加工方 法、装配方法等。
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第七章 机械结构设计与创新
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第七章 机械结构设计与创新
关于零部件的结构元素的变异设计
其目的除实现方案功能原理所要求实现的工艺 动 作外，还应满足零部件的强度、刚度、精度、稳 定性、工艺、可靠性、寿命等要求。
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球铰柱塞式联轴器：引入移动 副，增大轴向移动补偿量，提高 联接刚度
浮动弹簧片
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7.3.7 弹簧
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7.3.8 改善工作性能的结构变异
高速带与带轮结构
摆杆与推杆球面位置的变换
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调心滑动轴承
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玉环
金属
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弹性胶体 玉环
金属
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玉
弹性胶体
金属
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V带结构
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7.4.3结构形状变异
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7.5 方便制造与操作的结构设计与创新
7.5.1加工工艺的结构构形
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不同工艺时的结构形式
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7.5.2装配输送的结构构型
塑料联接的替代
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点焊链接
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7.4.2、性能互补
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带弹性外圈的滚子轴承
带弹性元件的铰链
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减振链轮
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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安全性能：两米高处落下奖牌完好
在奥运会期间，运动员在获得奖牌后处于兴 奋状态，有可能将奖牌抛向空中。为了提高奖牌 的抗冲击性能，提高强度，奖牌设计修改完善小 组对奖牌金属和玉结合的工艺技术以及安全性等 进行了多次技术测试。实验证明，将奖牌从两米 高空下落做自由落体运动，落地时奖牌完好无 损。
• 在结构设计中必须考虑使用和安全问 题，应优先采用具有直接(本身)安全作用 的结构方案。此外应使结构造型美观，操 作舒适，有利于环境保护。
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7.2 实现零件功能的结构设计与创新
指根据零件的功能来构造其形状、位置、数量以 及连接方式等结构要素
7.2.1功能分解：
指每个零件的每个部位都承担着不同的功能， 具有不同的工作原理，若将其分解，细化则会 更有利于发挥其功能，开发新功能
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方便输送
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7.5.3简单结构
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7.5.4宜人结构
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脚 的 力 量 分 布
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旋钮结构尺寸建议
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以螺钉为例
螺钉头：板拧与支撑
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螺钉体：定位与联结
螺钉尾：导向与保护
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钉子分解
平头 沉头
柱头
双头
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尖尾 柱尾 鸭嘴尾
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齿轮分解
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轮齿：传动功能 轮体：支撑功能 轮毂：联接功能
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7.2.2、功能组合 指一个零件可以实现多种功能
修正双曲线形飞轮
是飞轮各处应力分布 合理，提高飞轮储藏 能量的能力
带膝垫的新型座椅
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轴承
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• (a)
(b)
• 图7.41 粘接结构
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7.4 适应材料性能的结构设计与创新
7.4.1、扬长避短
铸铁基座
陶瓷联接
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金属螺纹
塑料螺纹