1、机械结构设计创新机械结构设计创新l结构设计：指零件的结构形状及零件间的联接关系的结构设计：指零件的结构形状及零件间的联接关系的设计。是机械设计的主要组成部分，是涉及问题最多、设计。是机械设计的主要组成部分，是涉及问题最多、最具体、工作量最大的工作阶段。据统计，在整个机最具体、工作量最大的工作阶段。据统计，在整个机械设计过程中，平均约械设计过程中，平均约80%的时间用于结构设计。的时间用于结构设计。 l结构设计需要考虑的因素：材料的力学性能，零部件结构设计需要考虑的因素：材料的力学性能，零部件的功能，工作条件，加工工艺，装配，使用，成本，的功能，工作条件，加工工艺，装配，使用，成本，安全，环保等
2、。安全，环保等。 l结构设计的特点是：实践性、细节性、多样性与创造结构设计的特点是：实践性、细节性、多样性与创造性性 l工程知识是从事结构设计的前提，巧妙构型与组合是工程知识是从事结构设计的前提，巧妙构型与组合是结构设计创造性设计的核心。结构设计创造性设计的核心。机械结构设计创新机械结构设计创新l零件的功能分析零件的功能分析l结构的功能组合结构的功能组合l功能移植功能移植l结构元素的变异与演化结构元素的变异与演化l材料特性利用材料特性利用l加工工艺结构构型加工工艺结构构型l联接结构的简化联接结构的简化l宜人结构宜人结构零件的功能分析零件的功能分析l零件在机械中各自承担一定的功能，结构设计零件在
3、机械中各自承担一定的功能，结构设计时需要根据每种零件的功能构造它们的形状。时需要根据每种零件的功能构造它们的形状。 每个零件将把功能分解，零件的每个部分会起每个零件将把功能分解，零件的每个部分会起着不同的作用。着不同的作用。 在进行零件创新设计时，要在进行零件创新设计时，要弄清楚零件的和功能本质，再根据具体情况进弄清楚零件的和功能本质，再根据具体情况进行结构设计。行结构设计。螺钉的功能分析螺钉的功能分析头部：装拆作用尾部：导向作用杆身：受力作用结构的功能组合结构的功能组合l功能组合是指一个零件可以实现多种功能，这功能组合是指一个零件可以实现多种功能，这样可以使机械系统趋于简单化。样可以使机械系
4、统趋于简单化。 功能组合一功能组合一般是在零件原有的基础上增加新的功能。般是在零件原有的基础上增加新的功能。 l 自钻自攻螺钉的尾部齿轮变形补偿轴的变形齿轮变形补偿轴的变形l受力小处齿轮刚度大，受力大处齿轮刚度小功能移植功能移植l指相同或相似的结构可以实现不同的功能。可指相同或相似的结构可以实现不同的功能。可以通过联想、类比、移植等创新技法获得新功以通过联想、类比、移植等创新技法获得新功能。能。 l如通过齿轮的啮合，可以产生齿式联轴器如通过齿轮的啮合，可以产生齿式联轴器 l螺栓的摩擦防松，可以移植产生出星盘联接、螺栓的摩擦防松，可以移植产生出星盘联接、容差环联接、压套联接。容差环联接、压套联接
5、。 l液压传动本来是用于动力传动，若将液压产生液压传动本来是用于动力传动，若将液压产生的动力用于变形就可以移植到联接功能上来。的动力用于变形就可以移植到联接功能上来。功能移植实例功能移植实例结构元素的变异与演化结构元素的变异与演化l结构元素主要是指结构的形状、数量、位置、联接等结构元素主要是指结构的形状、数量、位置、联接等要素。经过变异的结构元素可适应不同的工作要求，要素。经过变异的结构元素可适应不同的工作要求，或比原的结构具有更良好而完善的功能。或比原的结构具有更良好而完善的功能。 l轴毂联接的主要结构是键联接，单健有方键、半圆键，轴毂联接的主要结构是键联接，单健有方键、半圆键，主要靠键的侧
6、面来工作。当传递的转矩较大时，可以主要靠键的侧面来工作。当传递的转矩较大时，可以采用双键联接。如果转矩再大，就要采作花键联接，采用双键联接。如果转矩再大，就要采作花键联接，按照工作要求的不同，花键又有矩形花键、三角形花按照工作要求的不同，花键又有矩形花键、三角形花键、梯形花键。键、梯形花键。 l离合器根据不同的要求也有不同的形式。离合器根据不同的要求也有不同的形式。材料特性利用材料特性利用l结构形状要有利于材料性能的发挥。如铸铁的结构形状要有利于材料性能的发挥。如铸铁的抗压强度比抗拉强度高，因此铸铁就要设计成抗压强度比抗拉强度高，因此铸铁就要设计成承受抗压状态，以充分发挥其优势。承受抗压状态，
7、以充分发挥其优势。 l陶瓷材料承受局部集中载荷的能力差，在与金陶瓷材料承受局部集中载荷的能力差，在与金属件的连接中，应避免其弱点。属件的连接中，应避免其弱点。 l塑料是常用的加工材料之一，质量轻，成本低，塑料是常用的加工材料之一，质量轻，成本低，能制成很复杂的形状，但强度、刚度低，易老能制成很复杂的形状，但强度、刚度低，易老化。化。材料的性能互补材料的性能互补l将刚性与柔性材料合理搭配，在刚性部件中对将刚性与柔性材料合理搭配，在刚性部件中对某些零件赋予柔性，使其能用接触时的变形不某些零件赋予柔性，使其能用接触时的变形不补偿工作表面几何形状的误差。补偿工作表面几何形状的误差。 为提高材料为提高材
8、料的耐磨性，常采用铜合金，白合金等耐磨性好的耐磨性，常采用铜合金，白合金等耐磨性好的材料，但它们的价格较贵，而且强度低。因的材料，但它们的价格较贵，而且强度低。因此一般只把它们粘附有零件的表面。此一般只把它们粘附有零件的表面。形状适应不同的材料形状适应不同的材料l选用不同的材料，往往会有不同的结构形状。选用不同的材料，往往会有不同的结构形状。如夹子，分别是木材、塑料与金属时的形状。如夹子，分别是木材、塑料与金属时的形状。加工工艺结构构型加工工艺结构构型l对于机械加工的零件，在构型上要考虑到使装卡、加对于机械加工的零件，在构型上要考虑到使装卡、加工与测量时间比较短，设备费用低等因素。工与测量时间
9、比较短，设备费用低等因素。 加工面加工面的形状力求简单，尺寸尽量小，位置就方便装卡与刀的形状力求简单，尺寸尽量小，位置就方便装卡与刀具的退出，避免在斜面上钻孔，避免在内表面上进行具的退出，避免在斜面上钻孔，避免在内表面上进行复杂的加工等。复杂的加工等。 对于复杂的零件，加工工序增加，对于复杂的零件，加工工序增加，材料浪费、成本将增加。为改变这样的结构可采用组材料浪费、成本将增加。为改变这样的结构可采用组合来实现同瓢泼大雨的功能。合来实现同瓢泼大雨的功能。结构构型实例结构构型实例安装方便，便于运输安装方便，便于运输联接结构的简化联接结构的简化l只有精炼的，简单的才是设计的进步，也是设只有精炼的，
10、简单的才是设计的进步，也是设计者的愿望。计者的愿望。 联接结构中，可以充分利用塑联接结构中，可以充分利用塑料零件的弹性变形，使搭钩与凹槽实现联接，料零件的弹性变形，使搭钩与凹槽实现联接，装配过程简单、准确、操作方便。装配过程简单、准确、操作方便。 金属缺点金属缺点成的铰链结构复杂，对于常用的载荷很少的铰成的铰链结构复杂，对于常用的载荷很少的铰链结构，若用塑料制作就可以将结构大大简化。链结构，若用塑料制作就可以将结构大大简化。宜人结构宜人结构l宜人结构是指机械设备的结构形状应该适合人的生理和心宜人结构是指机械设备的结构形状应该适合人的生理和心理要求，使得操作安全，准确、省力、简便、减轻操作的理要
11、求，使得操作安全，准确、省力、简便、减轻操作的疲劳，提高工作效率。疲劳，提高工作效率。 l减少操作疲劳的结构应使操作者保持一种自然状态。减少操作疲劳的结构应使操作者保持一种自然状态。 l提高操作能力结构，应考虑人的手与脚的用力方法，使之提高操作能力结构，应考虑人的手与脚的用力方法，使之容易操作。容易操作。 l减少操作错误的结构：操作零件的外形要简单，容易辨认；减少操作错误的结构：操作零件的外形要简单，容易辨认；操作位置要合适，应力求使操作零件位于操作者的手或脚操作位置要合适，应力求使操作零件位于操作者的手或脚够得着的位置。够得着的位置。 l零件的外形除应与功能、材料、加工方便等因素有关外，零件的外形除应与功能、材料、加工方便等因素有关外，还可考虑适应人的反映。还可考虑适应人的反映。
