十七章机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) 第十七章机械零部件结构设计综论 1.教学目标 1.掌握在结构设计中提高机械结构性能的途径; 2.掌握轮和轴系结构设计的特点和方法以及提高轴系结构性能的措施; 3.润滑和密封方法综述 4.箱体和导轨设计要点。 2.教学重点和难点 【重点、难点】结构设计的方法以及提高性能的措施; 3.讲授方法:多媒体和演示柜教学 正文 机械结构设计的任务是把原理设计建立的方案具体化、结构化,确定及其各零部件的形状、 尺寸、材料和热处理、加工精度要求等,画出装配图和零件图。我们在前面各章中已经部分提到 了结构设计,为了帮之同学建立完整的结构设计思路,我们本章集中介绍结构设计的主要方法和 原则。 §17.1概述 机械结构设计的作用和步骤 结构设计的作用主要包括以下方面 1)结构是及其功能的物质基础:用户购买一台机器,主要是看中了它具有自己需要的功能, 而这些功能能否实现,质量如何,主要取决于机械结构,没有结构边没有功能。 2)结构是机械设计计算的基础和计算结果的体现:在计算之前必须初步确定结构,如在传
第十七章 机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 294 第十七章 机械零部件结构设计综论 1．教学目标 1．掌握在结构设计中提高机械结构性能的途径； 2．掌握轮和轴系结构设计的特点和方法以及提高轴系结构性能的措施； 3．润滑和密封方法综述； 4．箱体和导轨设计要点。 2．教学重点和难点 【重点、难点】 结构设计的方法以及提高性能的措施； 3．讲授方法：多媒体和演示柜教学 正 文 机械结构设计的任务是把原理设计建立的方案具体化、结构化，确定及其各零部件的形状、 尺寸、材料和热处理、加工精度要求等，画出装配图和零件图。我们在前面各章中已经部分提到 了结构设计，为了帮之同学建立完整的结构设计思路，我们本章集中介绍结构设计的主要方法和 原则。 §17.1 概述 一、机械结构设计的作用和步骤 结构设计的作用主要包括以下方面： 1）结构是及其功能的物质基础：用户购买一台机器，主要是看中了它具有自己需要的功能， 而这些功能能否实现，质量如何，主要取决于机械结构，没有结构边没有功能。 2）结构是机械设计计算的基础和计算结果的体现：在计算之前必须初步确定结构，如在传
十七章机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) 动系统方案设计中决定了要采用齿轮,才会计算齿轮、轴系、轴、轴承、键等的计算是与结构设 计密切相关、交叉进行的,而计算结果一般都对结构设计起指导作用。 3)结构图是加工和装配的依据:机械的装配图和零件图是加工、装配、检验的依据,它在 极大程度上(一般认为是70%~80%)决定了机器的成本。 所以,结构设计在整个机械设计中占有十分重要的地位 结构设计的一般步骤是: 1)在开始结构设计前,必须确定设计任务和制定机器整体方案。此时设计者一般对机械结 构方案已经由初步的考虑,并能够由总体岀发对机械结构提岀要求,如动作要求、运动范围、工 作能力、生产率、传动机构的功率、工作条件、加工装配条件、使用条件等,以及对寿命、成本 等方面的要求。 2)把—个机械系统分为若干个部件,根据初步计算或经验,对每个部件的性能、空间位置、 尺寸、重量等都有一个明确的计划和要求。这样不但便于设计,而且液便于制造、装配修理和 多人分工设计以加快进度。如设计人员过少,则应先设计主要部件,后次要部件。对每个部件一 般先做初步拾角,再作详细的结构设计。 3)设计过程中注意各零件、部件之间的关系尺寸协调,反复进行方案对比,进行必要的修 改。设计者应该不断给自己提出问题,例如 (1)这个零部件起什么作用?所采用地结构能否实现? (2)这个零件能否不要?或用其它更好地方法代替? (3)这个部件承受什么样的载荷?可能地失效形式是什么?所用的结构能否避免这些失 效? (4)在运动时是否会发生干涉或碰撞? (5)每个零件或部件由毛坯生产到加工、装配、检测、运输、使用、修理直到报废回收过
第十七章 机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 295 动系统方案设计中决定了要采用齿轮，才会计算齿轮、轴系、轴、轴承、键等的计算是与结构设 计密切相关、交叉进行的，而计算结果一般都对结构设计起指导作用。 3）结构图是加工和装配的依据：机械的装配图和零件图是加工、装配、检验的依据，它在 极大程度上（一般认为是 70％～80％）决定了机器的成本。 所以，结构设计在整个机械设计中占有十分重要的地位。 结构设计的一般步骤是： 1）在开始结构设计前，必须确定设计任务和制定机器整体方案。此时设计者一般对机械结 构方案已经由初步的考虑，并能够由总体出发对机械结构提出要求，如动作要求、运动范围、工 作能力、生产率、传动机构的功率、工作条件、加工装配条件、使用条件等，以及对寿命、成本 等方面的要求。 2）把一个机械系统分为若干个部件，根据初步计算或经验，对每个部件的性能、空间位置、 尺寸、重量等都有一个明确的计划和要求。这样不但便于设计，而且液便于制造、装配、修理和 多人分工设计以加快进度。如设计人员过少，则应先设计主要部件，后次要部件。对每个部件一 般先做初步拾角，再作详细的结构设计。 3）设计过程中注意各零件、部件之间的关系尺寸协调，反复进行方案对比，进行必要的修 改。设计者应该不断给自己提出问题，例如： （1）这个零部件起什么作用？所采用地结构能否实现？ （2）这个零件能否不要？或用其它更好地方法代替？ （3）这个部件承受什么样的载荷？可能地失效形式是什么？所用的结构能否避免这些失 效？ （4）在运动时是否会发生干涉或碰撞？ （5）每个零件或部件由毛坯生产到加工、装配、检测、运输、使用、修理直到报废回收过
十七章机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) 程会产生什么问题? (6)什么是这一零部件、系统的薄弱环节?损坏后是否会引起严重后果? (7)是否采用了标准件、通用件或能买到的经济适用的成品? (8)材料和热处理是否合适? (9)噪声、振动、腐蚀、潮湿、温度等环境因素是否已经完全考虑过? (10)所采用的方案寿命如何?润滑、维护如何?对环境有无污染? (11)操作是否方便?是否便于学习掌握?安全有无问题? (12)所采用的方案是否经济合理?是否符合有关法律规定? 4)完成图纸以后,必须进行认真的审查,尽量把问题消灭在图纸上。 5)为了保护设计者的权利,应该考虑是否申请专利。 6)在试制、实验、试用、正式投产及使用过程中,进一步发现问题,不断改进设计。 二、机械结构设计的要求 机械结构设计的主要目标是:保证功能、提高质量、降低成本。要求作到明确、简单、安全 可靠 1)明确主要指功能和工作原理明确。毎个零件都由明确的工作任务和势下它所依据的工 作原理,要避免冗余的结构,尽 量不采用静不定结构如图所示 中凸 是大直径旋转工作台的两种结 旋转工作台的两种结构比较 1一电动机;2一减速箱;3一车轮;4一齿轮传动装置 构方案,它要求旋转平稳、低速 转动。图a用50~80个车轮3支承,电动机1经过减速箱2、小齿轮带动大齿轮转动,从而使
第十七章 机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 296 程会产生什么问题？ （6）什么是这一零部件、系统的薄弱环节？损坏后是否会引起严重后果？ （7）是否采用了标准件、通用件或能买到的经济适用的成品？ （8）材料和热处理是否合适？ （9）噪声、振动、腐蚀、潮湿、温度等环境因素是否已经完全考虑过？ （10）所采用的方案寿命如何？润滑、维护如何？对环境有无污染？ （11）操作是否方便？是否便于学习掌握？安全有无问题？ （12）所采用的方案是否经济合理？是否符合有关法律规定？ 4）完成图纸以后，必须进行认真的审查，尽量把问题消灭在图纸上。 5）为了保护设计者的权利，应该考虑是否申请专利。 6）在试制、实验、试用、正式投产及使用过程中，进一步发现问题，不断改进设计。 二、机械结构设计的要求 机械结构设计的主要目标是：保证功能、提高质量、降低成本。要求作到明确、简单、安全 可靠。 1）明确 主要指功能和工作原理明确。每个零件都由明确的工作任务和势下它所依据的工 作原理，要避免冗余的结构，尽 量不采用静不定结构。如图所示 是大直径旋转工作台的两种结 构方案，它要求旋转平稳、低速 转动。图 a 用 50～80 个车轮 3 支承，电动机 1 经过减速箱 2、小齿轮带动大齿轮转动，从而使
十七章机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) 与大齿轮固联的工作台转动。图b支承情况相同,用16组由电动机1、减速箱2组成的传动装 置,直接使车轮3转动,驱动、支承两种功能都靠车轮来实现。设计中发现,方案a两套机构分 工明确,任务分担,结构上矛盾较少。方案b由强度角度考虑,希望车轮所受压力小,但压力不 够,主动车轮的摩擦力小,则车轮的驱动力不足,二者产生矛盾。 2)简单各零部件结构和形状要简单,数量尽可能少;操作简单,容易掌握;包装简单 运输方便;安装调试、维护简便。 3)安全可靠包括机械、操作者、环境三个方面都安全,不受损害 机械结构设计的思考方法 在进行机械结构设计时,需要考虑的问题很多,错综复杂,缺乏统一的规律。通过经验发现, 作为机械设计者应注意运用的思考、分析、解决问题的方法如下,这是工程的总结。 1、结构的是功能的物质基础机械设计师要对使用要求作充分的分析和领会,考虑所设计 的结构是否满足使用者要求的功能。如设计一个手柄,就要考虑操作人员的力量,手柄转动半径、 高度、形状是否符合人手的把握,机器转动时,手柄 是否会随之转动而伤人等。 如图所示的结构都是使工作台上下运动的机构, 但使用的情况不同 图a所示用螺旋和斜面推动工作台运动推力大, 可以精细调节,但效率低,上升行测绘那个很小;图 工作台上下运动的各种传动方式 b是凸轮机构,图c是连杄机构,都可以实现快速上下移动,凸轮还容易实现各种要求的运动规 律,行程都较小;图d是齿轮齿条传动,图e是螺旋传动,都可以实现较大的推动力,行程比连 杆机构和凸轮机构大一些,不适用于快速往复运动;图f是用钢丝绳传动的方案,起重量大,行 程可达几十米,但结构庞大。除此之外,还可以采用液压缸、气动缸、电磁铁等,各有特色,我 297
第十七章 机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 297 与大齿轮固联的工作台转动。图 b 支承情况相同，用 16 组由电动机 1、减速箱 2 组成的传动装 置，直接使车轮 3 转动，驱动、支承两种功能都靠车轮来实现。设计中发现，方案 a 两套机构分 工明确，任务分担，结构上矛盾较少。方案 b 由强度角度考虑，希望车轮所受压力小，但压力不 够，主动车轮的摩擦力小，则车轮的驱动力不足，二者产生矛盾。 2）简单 各零部件结构和形状要简单，数量尽可能少；操作简单，容易掌握；包装简单， 运输方便；安装调试、维护简便。 3）安全可靠 包括机械、操作者、环境三个方面都安全，不受损害。 三、机械结构设计的思考方法 在进行机械结构设计时，需要考虑的问题很多，错综复杂，缺乏统一的规律。通过经验发现， 作为机械设计者应注意运用的思考、分析、解决问题的方法如下，这是工程的总结。 1、结构的是功能的物质基础 机械设计师要对使用要求作充分的分析和领会，考虑所设计 的结构是否满足使用者要求的功能。如设计一个手柄，就要考虑操作人员的力量，手柄转动半径、 高度、形状是否符合人手的把握，机器转动时，手柄 是否会随之转动而伤人等。 如图所示的结构都是使工作台上下运动的机构， 但使用的情况不同。 图 a 所示用螺旋和斜面推动工作台运动，推力大， 可以精细调节，但效率低，上升行测绘那个很小；图 b 是凸轮机构，图 c 是连杆机构，都可以实现快速上下移动，凸轮还容易实现各种要求的运动规 律，行程都较小；图 d 是齿轮齿条传动，图 e 是螺旋传动，都可以实现较大的推动力，行程比连 杆机构和凸轮机构大一些，不适用于快速往复运动；图 f 是用钢丝绳传动的方案，起重量大，行 程可达几十米，但结构庞大。除此之外，还可以采用液压缸、气动缸、电磁铁等，各有特色，我
十七章机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) 们可以根据需要选择 2、要设计成功,首先要避免机器失效机器不应在使用期内失效,应该有足够的可靠性寿 命,在结构设计时要特别注意加强机械的薄弱环节,必要时应设计安全装置、报警装置等。 3、考虑零部件最不利的工作情况要考虑机械可能遇到的最不利的情况。如设计其中机构 就必须考虑到,在突然停电时,如果重物升在半空,是否会自动下落?滑动轴承在轴承衬磨损后, 手否会发生严重事故? 4、最优设计离不开具体条件许多设计的评价与具体情况密切相关。如材料、热处理、环 境温度、湿度、水质等都与地区情况有很大关系,有些加工方法受到工厂技术和设备水平的限制, 机器的色彩还应考虑各个国家对颜色的不同习惯。因此,许多好的设计是有地区和实践限性的。 设计者必须经常注意客观情况的发展,引用新技术、新材料、新工艺,不断提高产品设计水平。 5、取得第一手资料一些重要的结构或数据对机械设计的成功与否直接相关,设计者必须 进行调查研究或实验。 6、从更多的角度思考设计人员要从使用、毛坯制造、机械加工、检验、装配、实验、修 理等各种接触设计的人员角度进行考虑设计可能遇到的问题,及时解决,必要的时候应该召集有 关人员或同行专家会议,群策群力、集思广益。 7、由利弊中求平衡许多结构有优点也有缺点,如采用高精度的零部件,会在平稳性、精 度、体积、可靠性等方面取得好的结果,但是费用要增加很多。要根据设备的使用需要正确的选 择。 总之,机械设计师必须做到:广泛思考、提出方案、正确判断、从中选优、深入实际、不断 提高、认真细致、仔细校核、努力创新 298
第十七章 机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 298 们可以根据需要选择。 2、要设计成功，首先要避免机器失效 机器不应在使用期内失效，应该有足够的可靠性寿 命，在结构设计时要特别注意加强机械的薄弱环节，必要时应设计安全装置、报警装置等。 3、考虑零部件最不利的工作情况 要考虑机械可能遇到的最不利的情况。如设计其中机构 就必须考虑到，在突然停电时，如果重物升在半空，是否会自动下落？滑动轴承在轴承衬磨损后， 手否会发生严重事故？ 4、最优设计离不开具体条件 许多设计的评价与具体情况密切相关。如材料、热处理、环 境温度、湿度、水质等都与地区情况有很大关系，有些加工方法受到工厂技术和设备水平的限制， 机器的色彩还应考虑各个国家对颜色的不同习惯。因此，许多好的设计是有地区和实践限性的。 设计者必须经常注意客观情况的发展，引用新技术、新材料、新工艺，不断提高产品设计水平。 5、取得第一手资料 一些重要的结构或数据对机械设计的成功与否直接相关，设计者必须 进行调查研究或实验。 6、从更多的角度思考 设计人员要从使用、毛坯制造、机械加工、检验、装配、实验、修 理等各种接触设计的人员角度进行考虑设计可能遇到的问题，及时解决，必要的时候应该召集有 关人员或同行专家会议，群策群力、集思广益。 7、由利弊中求平衡 许多结构有优点也有缺点，如采用高精度的零部件，会在平稳性、精 度、体积、可靠性等方面取得好的结果，但是费用要增加很多。要根据设备的使用需要正确的选 择。 总之，机械设计师必须做到：广泛思考、提出方案、正确判断、从中选优、深入实际、不断 提高、认真细致、仔细校核、努力创新
十七章机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) §17.2在结构设计中提高机械结构性能的途径 提高强度和刚度的结构设计 提高机械零部件的强度和刚度主要途径,一方 面是减小作用在零部件上的载荷,另一方面是提高 承受载荷和抵抗变形的能力 1、载荷分担如图所示,为一滚动轴承组合 结构,向心轴承与推力轴承分别承受径向力荷铀向力,便于设计和调整。 2、载荷均布外载荷由多个零部件分担时,要 尽量做到使各个零件之间的载荷均匀分配。如前面 看到的回转平台,工作台由几十个车轮支承,用该 通过弹簧支承,以使各车轮载荷均匀。如图所示为 一大功率、同轴分流式减速箱,主动小齿轮2经过 两条路径把功率传给大齿轮7。为了使两条路径均 载,采用了挠性轴结构,减小转矩不均匀分配。 3、减小机械零件的应力集中降低表面粗糙 度,采用表面强化处理等措施,提高接触疲劳强度。 减速箱均载结构 4、利用设置肋板的措施提高刚度常用的提1齿式联轴器:2-第一级小齿轮第一级大齿轮4挽性轴 5一齿式联轴器;6—第二级小齿轮;7一第二级大齿轮 高刚度的措施是设置肋板、采用空心结构代替实心 结构。如用空心轴代替实心轴、用钢管、工字钢等钢材作机架 二、提高耐磨性的结枃设计
第十七章 机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 299 §17.2 在结构设计中提高机械结构性能的途径 一、提高强度和刚度的结构设计 提高机械零部件的强度和刚度主要途径，一方 面是减小作用在零部件上的载荷，另一方面是提高 承受载荷和抵抗变形的能力。 1、载荷分担 如图所示，为一滚动轴承组合 结构，向心轴承与推力轴承分别承受径向力荷轴向力，便于设计和调整。 2、载荷均布 外载荷由多个零部件分担时，要 尽量做到使各个零件之间的载荷均匀分配。如前面 看到的回转平台，工作台由几十个车轮支承，用该 通过弹簧支承，以使各车轮载荷均匀。如图所示为 一大功率、同轴分流式减速箱，主动小齿轮 2 经过 两条路径把功率传给大齿轮 7。为了使两条路径均 载，采用了挠性轴结构，减小转矩不均匀分配。 3、减小机械零件的应力集中 降低表面粗糙 度，采用表面强化处理等措施，提高接触疲劳强度。 4、利用设置肋板的措施提高刚度 常用的提 高刚度的措施是设置肋板、采用空心结构代替实心 结构。如用空心轴代替实心轴、用钢管、工字钢等钢材作机架。 二、提高耐磨性的结构设计
十七章机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) 1、改善润滑条件,如采用性能优越的润滑剂,改善润滑方法,合理设计油孔、油沟,控制 机器工作温度,改善润滑剂的循环以降低它的温度等。 2、合理选择摩擦副的材料和热处理。 3、使磨损均匀,避免局部磨损。如图所示将滚子做 成圆柱体,两端局部压力很大,寿命降低。修正轮廓形状∏ 改进滚子耐磨性 可使应力均匀,寿命提高。载下图的蜗杆传动中,蜗轮轮 齿的接触线随啮合位置变化而移动,在不同的接触位置 接触线与蜗杆线速度之间的夹角大小不同,在靠近中间平2 面处(图中b点),夹角最小(接近于0),齿面不易形成 油膜。所以采用b图结构,将蜗轮轮齿靠近中间平面的部 改善蜗轮轮齿结构提高耐磨性 分挖掉,可以有效地提高蜗轮寿命 4、调节或补偿可以把机械零件容易磨损的部分,如机床导轨中间部分,做成有-一些微 小凸起,可以延长其磨损寿命。 三、提高工艺性的结构设计 机械设计人员在保证产品使用要求的前提下,按既定的生产规模,采用生产率高、材料消耗 少、容易保证质量和产品成本的结构,称为提高产品工艺性的结构。统计表明,改善产品的工艺 性能够使产品成本降低5%~10%,对于个别零部件可能更多。由产品结构工艺性岀发,对产品 有以下基本要求 (1)机器的总体布局和整体结构尽可能简单,并合理地划分为若干个部件 (2)尽可能采用标准件、通用件 (3)按生产类型和制造条件合理选择毛坯,使之尽量接近零件地形状,以减少切削加工量; (4)合理选择材料和热处理方法,并按材料特性和加工工艺特点设计零件形状、标注尺寸、 300
第十七章 机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 300 1、改善润滑条件，如采用性能优越的润滑剂，改善润滑方法，合理设计油孔、油沟，控制 机器工作温度，改善润滑剂的循环以降低它的温度等。 2、合理选择摩擦副的材料和热处理。 3、使磨损均匀，避免局部磨损。如图所示将滚子做 成圆柱体，两端局部压力很大，寿命降低。修正轮廓形状 可使应力均匀，寿命提高。载下图的蜗杆传动中，蜗轮轮 齿的接触线随啮合位置变化而移动，在不同的接触位置， 接触线与蜗杆线速度之间的夹角大小不同，在靠近中间平 面处（图中 b 点），夹角最小（接近于 0º），齿面不易形成 油膜。所以采用 b 图结构，将蜗轮轮齿靠近中间平面的部 分挖掉，可以有效地提高蜗轮寿命。 4、调节或补偿 可以把机械零件容易磨损的部分，如机床导轨中间部分，做成有一些微 小凸起，可以延长其磨损寿命。 三、提高工艺性的结构设计 机械设计人员在保证产品使用要求的前提下，按既定的生产规模，采用生产率高、材料消耗 少、容易保证质量和产品成本的结构，称为提高产品工艺性的结构。统计表明，改善产品的工艺 性能够使产品成本降低 5％～10％，对于个别零部件可能更多。由产品结构工艺性出发，对产品 有以下基本要求： （1）机器的总体布局和整体结构尽可能简单，并合理地划分为若干个部件； （2）尽可能采用标准件、通用件； （3）按生产类型和制造条件合理选择毛坯，使之尽量接近零件地形状，以减少切削加工量； （4）合理选择材料和热处理方法，并按材料特性和加工工艺特点设计零件形状、标注尺寸
十七章机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) 提出公差和技术要求 (5)为了提高整机地可靠性和安全性,设计中尽可能采用经过考验地成熟结构 常见的工艺性问题有以下几种 铸造零件的工艺性 (1)为了防止浇铸不足,铸件壁厚应大于该 零件材料和铸造方法允许的最小值 (2)零件箱壁或肋的交叉处应有过渡圆角, a)不合理 b)合理 因为尖角处容易产生裂纹,但是圆角不可过大, 以避免交点处金属集聚产生疏松; (3)铸件应有明显的分型面,尽量避免采用活块,并有斜度一比那取出模型; (4)铸铁的抗压强度高于抗拉强度,应尽量用于受压零件; 公险召 (5)铸造零件应有足够的刚度,以免在冷时发生变形;=径之 (6)铸造零件应避免大的水平面,避免铁水慢流发生冷隔 二、热处理零件的工艺性 为了避免热处理零件产生裂纹或变形,应避免尖锐边角,圆角半径应大一些;零件形状简单 对称;零件应有足够的刚度,杆状零件长度与直径之比不应太大,板状零件不易太薄。 三、切削加工工艺性 (1)被加工表面的几何形状应尽量简单,尺寸统一,如图所示减速器箱体端面应在一个平 面上,箱体上各轴承孔处各槽 的有关尺寸应保持—致 (2)有相互位置精度的各表面,应该在一次安装中加工 (3)被加工零件应能准确定位,可靠夹紧,加工方便(如便于进刀、退刀),能够保证测量
第十七章 机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 301 提出公差和技术要求； （5）为了提高整机地可靠性和安全性，设计中尽可能采用经过考验地成熟结构。 常见的工艺性问题有以下几种。 一、铸造零件的工艺性 （1）为了防止浇铸不足，铸件壁厚应大于该 零件材料和铸造方法允许的最小值； （2）零件箱壁或肋的交叉处应有过渡圆角， 因为尖角处容易产生裂纹，但是圆角不可过大， 以避免交点处金属集聚产生疏松； （3）铸件应有明显的分型面，尽量避免采用活块，并有斜度一比那取出模型； （4）铸铁的抗压强度高于抗拉强度，应尽量用于受压零件； （5）铸造零件应有足够的刚度，以免在冷却时发生变形； （6）铸造零件应避免大的水平面，避免铁水慢流发生冷隔。 二、热处理零件的工艺性 为了避免热处理零件产生裂纹或变形，应避免尖锐边角，圆角半径应大一些；零件形状简单 对称；零件应有足够的刚度，杆状零件长度与直径之比不应太大，板状零件不易太薄。 三、切削加工工艺性 （1）被加工表面的几何形状应尽量简单，尺寸统一，如图所示减速器箱体端面应在一个平 面上，箱体上各轴承孔处各槽 的有关尺寸应保持一致。 （2）有相互位置精度的各表面，应该在一次安装中加工。 （3）被加工零件应能准确定位，可靠夹紧，加工方便（如便于进刀、退刀），能够保证测量
十七章机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) 精度的要求 (4)尽量减少加工数目。 (5)合理采用组合件或组合表面,如图所示有一半径为r的球面,加工困难,改为在零件 上粘接一个直径d=2r的钢球,加工方便。 四、零件的装配工艺性 (1)避免两配合面同时装入,如图(上图)所示中, c≡d,要求两个轴承同时装入,所以改为如图(下图)所示, C>d,使装配方便 (2)应避免装配时加工,如攻丝、钻孔、研磨等。 (3)装配时应有定位基准面,特别注意要求对中的零 件应该有保证对中的面。 (4)尽量减少装配工作量,如图a所 □*口 示用螺钉联接,可以改为图b所示用塑料直 接插入,减少装配工作量。 四、其它要求 1、提高精度的要求∶考虑温度变化的补偿、磨损的补偿、误差缩小和放大的补偿等 2、减小噪声设计,通过减少和避免零件的冲击碰撞、加大零件体积或厚度、盖上零部件的 阻尼特性、采用隔振材料等 3、提高耐腐蚀性设计,通过减少应力集中、提高表面的光洁程度、避兔零件上的狭缝等
第十七章 机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 302 精度的要求。 （4）尽量减少加工数目。 （5）合理采用组合件或组合表面，如图所示有一半径为 r 的球面，加工困难，改为在零件 上粘接一个直径 d=2r 的钢球，加工方便。 四、零件的装配工艺性 （1）避免两配合面同时装入，如图（上图）所示中， c=d，要求两个轴承同时装入，所以改为如图（下图）所示， c>d，使装配方便。 （2）应避免装配时加工，如攻丝、钻孔、研磨等。 （3）装配时应有定位基准面，特别注意要求对中的零 件应该有保证对中的面。 （4）尽量减少装配工作量，如图 a 所 示用螺钉联接，可以改为图 b 所示用塑料直 接插入，减少装配工作量。 四、其它要求 1、提高精度的要求：考虑温度变化的补偿、磨损的补偿、误差缩小和放大的补偿等。 2、减小噪声设计，通过减少和避免零件的冲击碰撞、加大零件体积或厚度、盖上零部件的 阻尼特性、采用隔振材料等。 3、提高耐腐蚀性设计，通过减少应力集中、提高表面的光洁程度、避免零件上的狭缝等
十七章机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) §17.3轴系结构设计综述 轴系结构由轴及轴上零件组成,轴系结构在工作中应使轴及轴上零件能够实现正确的运动, 在工作载荷的作用下能够保证正确的形状和相对位置关系,使轴上零件得到良好的润滑。 轴系结构设计主要要解决轴的结构,轴上零件的组成、结构、尺寸、位置及固定方法,轴上 的支承零件与机架的固定方式,轴上零件的润滑与密封方式,定位与调整方式等问题。轴上零件 除包括轴上传动零件意外还包括支承零件、紧固零件、调整零件、润滑零件、密封零件等。轴系 结构设计要依据轴的受力情况、转动要求、轴上传动零件和支承零件的位置等因素进行,设计中 要综合考虑轴及轴上零件的强度、刚度、振动、寿命、可靠性、精度、润滑、密封、工艺性、经 济性等技术经济问题 一、滚动轴承的轴系结构设计 由于影响轴系结构设计的因素很多,而很多因素对结构设计的影响是互相制约的,设计时应 根据设计要求对具体问题作具体分析。轴系的工作要求多种多样,轴系结构 设计的方法液具有较大的灵活性。下面我们以具体的示例来说明轴系设计的风 方法 如图所示为一两级直齿圆柱齿轮减速器,由于低速级齿轮载荷较大,斜 齿圆柱齿轮由较大的轴向力,轴系支点应选用具有较大承载能力的角接触轴 承或囻锥滚子轴承。为了使轴系结构简化,采用将角接触轴承面对面(轴承 传递给轴的轴向力指向中间)安装的结构方式。齿轮的左侧通过轴环实现轴向定位,右侧则通过 套筒定位。为了保证套筒与齿轮端面可靠接触,应使与齿轮配合的轴端长度略短于齿轮轮毂宽度。 联轴器的右端通过轴肩定位,左端通过 轴端挡圈定位。由于轴承只承受单方向 ∠B
第十七章 机械零部件设计综论 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 303 §17.3 轴系结构设计综述 轴系结构由轴及轴上零件组成，轴系结构在工作中应使轴及轴上零件能够实现正确的运动， 在工作载荷的作用下能够保证正确的形状和相对位置关系，使轴上零件得到良好的润滑。 轴系结构设计主要要解决轴的结构，轴上零件的组成、结构、尺寸、位置及固定方法，轴上 的支承零件与机架的固定方式，轴上零件的润滑与密封方式，定位与调整方式等问题。轴上零件 除包括轴上传动零件意外还包括支承零件、紧固零件、调整零件、润滑零件、密封零件等。轴系 结构设计要依据轴的受力情况、转动要求、轴上传动零件和支承零件的位置等因素进行，设计中 要综合考虑轴及轴上零件的强度、刚度、振动、寿命、可靠性、精度、润滑、密封、工艺性、经 济性等技术经济问题。 一、滚动轴承的轴系结构设计 由于影响轴系结构设计的因素很多，而很多因素对结构设计的影响是互相制约的，设计时应 根据设计要求对具体问题作具体分析。轴系的工作要求多种多样，轴系结构 设计的方法液具有较大的灵活性。下面我们以具体的示例来说明轴系设计的 方法。 如图所示为一两级直齿圆柱齿轮减速器，由于低速级齿轮载荷较大，斜 齿圆柱齿轮由较大的轴向力，轴系支点应选用具有较大承载能力的角接触轴 承或圆锥滚子轴承。为了使轴系结构简化，采用将角接触轴承面对面（轴承 传递给轴的轴向力指向中间）安装的结构方式。齿轮的左侧通过轴环实现轴向定位，右侧则通过 套筒定位。为了保证套筒与齿轮端面可靠接触，应使与齿轮配合的轴端长度略短于齿轮轮毂宽度。 联轴器的右端通过轴肩定位，左端通过 轴端挡圈定位。由于轴承只承受单方向
