机械零件的结构设计
v 有时有经验的设计工作者，在设计某些零件时， 虽然已经具备进行设计计算的条件，但是，为了 简化计算手续，也常根据有关资料或粗略估计， 直接进行结构设计，然后采用校核计算。
v 由于理论设计是在阐明了材料性能及应力分布 规律的基础上所进行的设计，因而它是比较科学 和先进的方法。它是在大量的感性知识的基础上 总结出来的设计规律。所以，对于一切重要的零 件，都应尽可能地采用理论设计。
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v （3）.模型实验设计---对于一些巨大的、结构复 杂而重要的零件和部件，现有的理论知识尚不足 以进行详尽分析，采用模型实验设计的方法。也 就是说，将初步设计的零件或部件做出模型，经 过实验，再根据实验结果加以修改，这样的过程 叫模型实验设计。这种设计方法是借助于实验来 弥补理论的不足，同时，也消除了经验设计中不 够科学的成分。它用于大型重要的零件或部件。
v 虽然经验设计没有详尽的理论化的科学分析作为 依据，但经验公式的形成，已经具有一定的科学 统计性。因此，具有很大的实用价值。另外，由 于它也是由实践中总结出来的经验关系，因而它 也能经得起实践的考验，在实践中证明是正确的。
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v 通常用于外形复杂、载荷情况不明而目前尚不能 用理论分析的零件设计中。例如，机架、变速箱 体的设计等。经验设计正是用在理论设计薄弱的 地方，并且是理论设计的前身。此外，对一些价 值不高的零件也通常采用经验设计的方法。
其潜力是很大的。每个设计者在设计机器及零件 时，都应千方百计地使所设计的结构在满足使用 及工艺要求的情况下尽可能的少用材料。 v 从零件的结构设计方面节约材料的途径： v ①合理地减小各种零件的尺寸，尤其是传动零件 的外廓尺寸，这是最基本的措施； v ②尽可能地使用薄壁铸件，在不受力的地方以板 材冲压件来代替沉重的铸件；
v 刚度可分为两种，一种是由于两个零件接合间有 间隙，在载荷作用后，两个零件的相互位置和设 计的相互位置发生偏差，这种叫做接触刚度；另 一种是零件本身在载荷作用下发生的伸长、缩短、 挠曲和扭转等弹性变形，叫做变形刚度。
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v （3）.寿命---此要求与强度有一定的联系。零件 开始工作时，虽能满足强度的要求，但是，工作 一定时期后，却可能丧失强度。这个要求通常是 针对有相对运动的零件，或在工作时产生变应力 的零件提出的。
状组成，并且各面最好相互平行或垂直，避免特 殊的几何形状及相互倾斜的加工面。 v ③改善零件的结构，使其简化加工工序（如图53）。
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v ④零件必须具有足够的刚度，以免加工变形（如 图5-4）。
v ⑤零件加工工具难以达到的部位（如图5-5）。
图5-4
图5-5
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v ⑥在车、磨、铣等表面上，要留下足够的退刀槽和 退出砂轮槽（如图5-6）。
v （5）.重量小---减轻机械零件和机器的重量有两 方面的好处：一是可以节约材料；二是对运动的 零件，可以减小惯性，减小机器的启动功率。
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3.设计与设计的方法：
v 设计---应用正确的基本原理和已有的实践经验来 创造发展新事物或改造旧事物。机器或机械零件 的设计也符合这一概念。常用的设计机械零件的 方法有以下几种：
常要拆卸检修的部件，其零件结构的合理设计尤 其重要。举例说明（如图5-9，图5-10，图511）。
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v ②装置螺栓处要留出足够的可供扳手活动的空间 （如图5-12）。
v ③零件设计必须使能完全避免安装时的错误（如图 5-13）。
图5-12
图5-13
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v 影响零件工作寿命的主要因素有：一是零件的磨 损；二是零件材料的疲劳；三是高温时零件材料 的蠕变。
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v （4）.工艺性---机械零件要具有良好的工艺性， 是指那些在即定的生产条件下，能用最少的资金 消耗，制造出能满足使用及技术要求的零件。花 钱少、制造容易、满足使用及技术要求是零件工 艺性的三个方面。
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v ②改善零件受力及应力状态。其办法： A.长杆尽可能设计成受拉伸载荷，避免压缩载荷。 B.使零件受力对称及均匀，减少偏心力矩的作用。
v ③降低应力集中因素，采用圆角及卸载槽等办法。
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v （6）从结构设计方面节约零件材料的措施--v 从合理地设计零件的结构形状方面来节约材料，
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5. 机械零件的结构工艺性：
v 在机械零件及整台机器的设计过程中，设计计算 只占一部分工作量，很重要的另外一部分工作量 就是零件及整台机器的结构设计。结构设计就是 要决定零件及机器的各个部分的形状、尺寸、尺 寸的配合及制造精度等，并绘制图纸。计算工作 是从使用要求出发，通过计算保证了零件的强度、 刚度及寿命等要求；结构设计主要是从经济、
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2020/11/18
机械零件的结构设计
1.机器设计的基本原则：
v 机械零件是组成机器的基本要素，研究机械零 件的设计，就要简络地讨论机器的基本设计原 则。虽然机器的分类很多，但设计所遵循的原 则是相同的。
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v （1）.必须满足对机器提出的使用要求：首先， 设计的机器应能有效地完成预定的使用目的；其 次，必须使设计的机器能可靠地工作，就要求机 械零件的设计必须满足基本的强度、刚度、寿命、 精确度及稳定性等。
v ⑤要尽可能地避免使造型发 生困难的死角（如图5-2）。
图5-2
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v ⑥为了增加铸造零件的刚度，常采用加强肋。肋的 厚度取为所固连的壁厚的80～100%。
v ⑦设计受弯曲应力的铸铁件时，应使剖面的中性轴 靠近受拉伸的一边，以充分发挥铸铁的压缩强度高 于拉伸强度的特点。
v ⑧铸造零件内腔的壁，由于冷却较慢，故应做得薄 些。通常将其壁厚较外壁减少15～20%。
v （1）.理论设计---是根据人们已经掌握了的合乎 客观规律的理论及实践知识所进行的设计，使用 理论力学、材料力学、机械原理、金属学等课程 的知识。理论设计的计算过程分为：
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v A.设计计算——在零件尺寸尚未决定之前，根据 载荷情况，由计算公式直接求出零件的几何尺寸 的过程叫设计计算。
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v （2）.锻造及冲压零件结构设计要点--v 锻造零件的结构必须很简单，没有很深的沟槽。
利用锻模时，零件上要有适当的斜度及圆角。 v 冲压零件上的弯边大小须在材料韧性所允许的限
度以内。此外，零件的形状必须以最充分地利用 板材为原则。
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v （3）.机械加工对零件结构的影响--v 机械加工对零件结构提出如下要求： v ①尽可能减小加工面积，以缩短机械加工工时。 v ②零件尽可能用圆柱、圆锥及平面等简单几何形
v （5）.从结构设计方面提高零件强度的措施--v 原则上讲，从结构上保证降低作用在零件上的力,
改善零件的受力状态，以及降低由于零件形状而 引起的应力集中因素等，是从改善零件的结构设 计来提高零件强度的重要途径。 v ①减轻作用力。改变零件 结构形式以降低作用力， 如图5-14所示，改变皮带 轮的结构就可以降低作用 在轴上的弯矩。
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v 模型实验设计能够决定复杂零件中工作应力的分 布实况和零件的极限承受能力，能较经验设计而 设计出来的结构更加合理，这个方法是使经验设 计转化为理论设计的途径之一。
v 必须强调，设计方法是理论和实践相结合的具 体体现，设计工作是创造性的工作，必须和科学 分析紧密结合。任何脱离实际或是忽视理论的设 计，都会给工作带来不良的影响，甚至带来不可 弥补的损失。
图5-6
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v ⑦要保证刀具能有最方便的工作条件，以便提高生 产率（如图5-7）。
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v ⑧如果可能，在同一零件上应采用最少的尺寸种类 及标准种类（如图5-8）。
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v （4）.装配工艺对零件结构的影响--v ①要保证零件能方便迅速地安装及拆卸；对于经
v （4）.有便于运输的要求；对 水泵有长期保持性能的要求等。
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2.设计机械零件时应满足的基本要求：
v （1）.强度---零件必须具有足够的强度，强度是 设计一切机械零件及机器的最基本的要求。当机 器工作时，零件承受载荷后，即不能发生任何形 式的断裂，也不能出现超过容许限度的残余变形。
v 设计时原则上可以采用以下措施：采用强度性能 高的材料；使零件具有足够的剖面尺寸；合理地 设计剖面形状；采用热处理等工艺方法以提高材 料的强度特性；提高运动零件的精度，以降低动 载荷；合理设计零件的结构，以降低载荷集中和 应力集中等。
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v （2）.刚度---零件承受载荷时抵抗产生弹性变形 的能力。实践证明，凡是能满足刚度要求的零件， 强度一般是没有问题的。这是由于按刚度计算的 零件剖面尺寸，往往大于按强度计算所得的尺寸。
v 随着科技的发展，理论设计的方法不断改善和 变化。但是，理论设计还会有不完善的地方，所 以，也不应当将书本的理论设计方法看作是绝对 完善的方法。
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v （2）.经验设计---根据某类零件已有的设计与使 用经验而总结出来的经验公式，或根据设计者本 人的设计经验，采用类比的办法所进行的设计叫 经验设计。
v 设计计算的必要条件是：载荷情况、材料性能、 和零件工作情况，以及应力分布规律，同时，这 个规律在实际设计中，一般表现为简单的数学关 系。如：在计算受拉伸载荷的直杆剖面面积时， 可直接引用材料力学公式：F≥P/〔σ〕p
v 式中：F——直杆的剖面面积； P——直杆承受拉伸载荷； 〔σ〕p——直杆材料的许用拉伸应力。
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v ③用棒料做成的零件应尽可能地做成小直径的， 如图5-15所示；
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