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提高性能的結構創(chuàng)新設計方法

機械產(chǎn)品的性能不但與原理設計有關結構設計的質(zhì)量也直接影響產(chǎn)品的性能，甚至影響產(chǎn)品功能的實現(xiàn)。下面分別分析為提高結構的強度、剛度、精度、工藝性等方面性能常采用的設計方法和設計原則.強度和剛度是結構設計的基本問題通過正確的結構設計可以減小單位載荷所引起的材料應力和變形量,提高結構的承載能力。

2.1

強度和剛度都與結構受力有關

在外載荷不變的情況下降低結構受力是提高強度和剛度的有效措施。

1）載荷分擔載荷引起結構受力

如果多種載荷作用在同一結構上就可能引起局部應力過大，結構設計中應將載荷由多個結構分別承擔。這樣有利于降低危險結構處的應力，從而提高結構的承載能力這，這種方法稱為載荷分擔。公眾號：solidworks非標機械設計

載荷分擔彎矩和扭矩同時作用會在軸上引起較大應力。結構中增加了一個支承套帶輪通過端蓋將扭矩傳給軸，通過軸承將壓軸力傳給支承套。

2）載荷平衡：

在機械傳動中有些做功的力必須使其沿傳動鏈傳遞，有些不做功的力應盡可能使其傳遞路線變短。如果使其在同一零件內(nèi)與其他同類載荷構成平衡力系則其他零件不受這些載荷的影響利于提高結構的承載能力。

3）減小應力集中

應力集中是影響承受交變應力的結構承載能力的重要因素。結構設計應設法緩解應力集中。在零件的截面形狀發(fā)生變化處力流會發(fā)生變化，局部力流密度的增加引起應力集中。減小應力集中零件截面形狀的變化越突然應力集中就越嚴重,結構設計中應盡力避免使結構受力較大處的零件形狀突然變化，以減小應力集中對強度的影響。零件受力變形時不同位置的變形阻力（剛度)不相同也會引起應力集中。設計中通過降低應力集中處附近的局部剛度可以有效地降低應力集中。由于結構定位等功能的需要在絕大部分結構中不可避免地會出現(xiàn)結構尺寸及形狀的變化這些變化都會引起應力集中。如果多種變化出現(xiàn)在同一結構截面處將引起嚴重的應力集中，所以結構設計中應盡力避免這種情況。

2.2

提高機械精度設計

通過結構設計可以減小由于制造、安裝等原因產(chǎn)生的原始誤差；減小由于溫度磨損、構件變形等原因產(chǎn)生的工作誤差；減小執(zhí)行機構對各項誤差的敏感程度從而提高產(chǎn)品的精度。制造和安裝過程中產(chǎn)生的誤差是不可避免的,通過適當?shù)慕Y構設計可以在原始誤差不變的情況下使執(zhí)行機構的誤差較小。試驗證明螺旋傳動的誤差可以小于螺桿本身的螺距誤差。千分尺的累積測量誤差千分尺螺桿的螺距累積誤差.

1）誤差均化機械精度的均化原理

在機構中如果有多個聯(lián)接點同時對一種運動起限制作用則運動件的運動誤差決定于各聯(lián)接點的綜合影響其運動精度高于一個聯(lián)接點的限制作用。在一定條件下增加螺旋傳動中起作用的螺紋圈數(shù)使多圈螺紋同時起作用。不但可以提高螺旋傳動的承載能力和耐磨性，而且可以提高傳動精度.

2.3

提高工藝性

結構設計要根據(jù)機械切削加工機床的設備特點，為裝卡過程提供必要的夾持面。夾持面的形狀和位置應使零件在切削力的作用下具有足夠的剛度。零件上的被加工面應能夠通過盡量少的裝卡次數(shù)得以完成。如果能夠通過一次裝卡對零件上的多個相關表面進行加工，這將有效地提高加工效率。

例如上圖只有兩個圓錐表面用，卡盤無法裝卡.增加了兩個圓柱形表面，這個表面在零件工作中不起作用,只是為了實現(xiàn)工藝過程而設的這種表面稱為工藝表面.

方便加工切削加工所要形成的幾何表面的數(shù)量、種類越多加工所需的工作量就越大。結構設計中盡量減加工表面的數(shù)量和種類是一條重要的設計原則。

簡化裝配、調(diào)整和拆卸加工好的零部件要經(jīng)過裝配才能成為完整的機器。裝配的質(zhì)量直接影響機器設備的運行質(zhì)量，設計中是否考慮裝配過程的需要也直接影響裝配工作的難度.