機械設計原則「機械設計的方法要求和設計準則」 今天小豆培訓網學歷教育小編就來給大家簡單介紹一下。
一、機械結構零件的結構要素和設計方法
1個結構零件的幾何特征
結構的功能主要是通過機械零件的幾何形狀和零件之間的相對位置關系來實現的。零件的幾何形狀由其表面組成。一個零件通常有多個曲面，其中一些曲面與其他零件的曲面直接接觸，這部分曲面稱為功能曲面。功能面之間的結合點稱為結合面。
零件的功能面是決定機械功能的重要因素，功能面的設計是零件結構設計的核心問題。描述功能表面的主要幾何參數包括表面的幾何形狀、尺寸、數量、位置和順序。通過功能曲面的變異設計，可以得到多種結構方案來實現相同的技術功能。
2.結構構件之間的連接
在機器或機械中，沒有任何部件是孤立存在的。因此，在結構設計中，除了研究零件本身的功能和其他特性外，還必須研究零件之間的關系。
零件的相關性可分為直接相關性和間接相關性。當兩個零件之間有直接裝配關系時，它就成為直接相關的。沒有直接組裝關系的關聯就變成了間接關聯。間接相關分為位置相關和運動相關。位置相關是指兩個零件在相互位置上有要求，比如減速器中相鄰兩根傳動軸的中心距必須保證一定的精度，兩軸必須平行才能保證齒輪的正常嚙合。運動關聯是指一部分的運動軌跡與另一部分相關。比如車床刀架的運動軌跡必須與主軸中心線平行，這是通過床身導軌與主軸軸線的平行來保證的。因此，主軸和導軌之間的位置是相關的。而刀架和主軸是運動相關的。
大多數零件都有兩個或更多直接相關的零件，因此每個零件都有兩個或更多在結構上與其他零件相關的零件。在結構設計中，必須同時考慮兩部分直接相關的部分，以便合理選擇材料的熱處理方法、形狀、尺寸、精度和表面質量。同時還要考慮滿足間接相關條件，比如尺寸鏈、精度計算等。一般來說，如果與一個零件直接相關的零件越多，其結構就會越復雜。間接相關的零件越多，精度要求就越高。
3根據結構部件的材料進行結構設計
機械設計中有很多材料可以選擇。不同的材料有不同的性質，不同的材料對應不同的加工工藝。在結構設計中，要根據功能要求合理選擇合適的材料，根據材料類型確定合適的加工工藝，根據加工工藝要求確定合適的結構。只有通過適當的結構設計，所選材料才能充分發揮其優勢。
設計人員要想正確選擇材料，必須充分了解所選材料的力學性能、加工性能、使用成本等信息。在結構設計中應根據所選材料的特點和相應的加工工藝遵循不同的設計原則。二、機械結構設計的基本要求
各行各業都在使用機械產品，結構設計的內容和要求也有很大不同，但都有相同的共通之處。以下三個不同層次的機械結構設計將解釋結構設計的要求。
1.功能設計滿足主要的機械功能要求，并且在技術上是特定的。如工作原理的實現、工作可靠性、工藝、材料和裝配等。
2.質量設計考慮到各種要求和限制，提高產品質量和性能價格比，這是現代工程設計的特點。具體是指操作、美觀、成本、安全、環保等諸多其他要求和限制。在現代設計中，品質設計非常重要，往往決定了產品的競爭力。機械設計只滿足主要技術和功能要求的時代已經過去了。考慮各種要求，提高產品質量是現代機械設計的關鍵。
3.優化設計與創新設計：用結構設計變量等方法系統構建優化設計空間，用創造性設計思維方法等科學方法進行優化創新。
三.機械結構的基本設計準則
機械設計的最終結果以一定的結構形式表現出來，按照設計的結構進行加工裝配，制成最終產品。因此，機械結構設計作為一個產品要滿足各種要求，基本要求包括功能性、可靠性、可制造性、經濟性和外觀性的要求。另外要改善零件的受力，提高強度、剛度、精度和使用壽命。因此，機械結構設計是一項綜合性的技術工作。由于結構設計的錯誤或不合理，可能造成零部件的不應有的失效，使機器達不到設計精度要求，給裝配和維修帶來極大的不便。在機械設計過程中，應考慮以下結構設計標準。
1.預期功能的設計標準。
產品設計的主要目的是實現預定的功能要求，因此實現預期功能的設計準則是結構設計中首先要考慮的。為了滿足功能需求，您必須執行以下操作。
(1)明確功能：的結構設計是根據其在機器中的作用以及與其他部件的相互聯系來確定參數大小和結構形狀。零部件的主要功能是承受載荷，傳遞運動和動力，保證或維持相關零部件之間的相對位置或運動軌跡。設計的結構應能滿足機器整體的功能要求。
(2)合理分配功能：在產品設計中，通常需要根據具體情況合理分配任務，即將一項功能分解為多個子功能。每個子功能要有明確的結構承諾，各部分的結構要有合理協調的聯系，才能實現整體功能。具有相同功能的多結構零件可以減輕零件負擔，延長使用壽命。橫截面為V形的結構是合理分配任務的一個例子。纖維繩是用來承受拉力的；橡膠層承受皮帶彎曲時的拉力和壓力；布層與滑輪槽共同作用，產生傳動所需的摩擦力。例如，如果僅由螺栓預緊產生的摩擦力來承受側向載荷，螺栓的尺寸會過大，可以增加銷釘、套筒、鍵等抗剪元件來分擔側向載荷來解決這一問題。(3)功能集中：為了簡化機械產品的結構，降低加工成本，便于安裝，在某些情況下，一個零件或部件可以承擔多種功能。功能集中化會使零件形狀更加復雜，但要合理，否則會影響加工工藝，增加加工成本，設計時要根據具體情況。
2.滿足強度要求的設計標準
(1)等強度準則：零件截面尺寸的變化應與其內應力的變化相適應，使各截面的強度相等。按照等強度原則設計的結構可以充分利用材料，從而減輕重量，降低成本。比如懸臂支架和階梯軸的設計。
(2)合理的力流結構：為了直觀地展示力在機械構件中是如何傳遞的，把力看成是在構件中流動的水，這些力線匯聚成力流。這意味著這種力的流動在結構設計研究中起著重要的作用。構件內的流動不會中斷，任何一條力線都不會突然消失，必須從一個地方引入，從另一個地方傳遞。力流的另一個特點是傾向于沿最短路徑傳遞，使力流在最短路徑附近密集，形成高應力區。其他部位的力流稀疏，甚至沒有力流通過。從受力角度看，材料不能得到充分利用。因此，為了提高構件的剛度，構件的形狀應盡可能按照力流的最短路徑來設計，減少承載面積，使累積變形更小，提高整個構件的剛度，充分利用材料。
(3)減少應力集中結構：當力流方向急轉彎時，力流在轉折處會過于密集，導致應力集中，所以在設計中應采取結構措施，使力流通暢。應力集中是影響零件疲勞強度的重要因素。在設計結構時，應盡可能避免或減少應力集中。這些方法將在相應的章節中介紹，如增加多余的圓角和采用卸荷結構。
(4)負載平衡結構：機器工作時，往往會產生一些無用的力，如慣性力、斜齒輪的軸向力等。這些力不僅增加了軸、軸套等零件的負荷，而且降低了它們的精度和使用壽命，同時也降低了機器的傳動效率。所謂負荷平衡，就是采取結構性措施，部分或全部平衡不用力，以減少或消除其不利影響。這些結構措施主要采用平衡元件和對稱布置。
3.滿足結構剛度的設計標準。
為了保證零件在使用壽命內的正常功能，必須使其具有足夠的剛度。
4.考慮加工技術的設計標準。
機械零件結構設計的主要目的是保證功能的實現，使產品滿足所需的性能。然而，結構設計的結果對產品零件的生產成本和質量有重要影響。因此，在結構設計上，要盡量使產品具有良好的加工工藝。所謂好的加工工藝，就是零件的結構容易加工制造，任何加工方法都不一定能制造出一定結構的零件，或者生產成本高，或者質量受影響。因此，對于設計人員來說，了解一種加工方法的特點是非常重要的，以便在設計結構時揚長避短。在實際中，零件的結構可制造性受到許多因素的制約，如生產批量的大小會影響毛坯生成方法；設備條件可能會限制工件的尺寸；此外，建模、精度、熱處理、成本等方面都可能制約零部件的可制造性。因此，在結構設計中應充分考慮上述因素對工藝性的影響。5.考慮裝配的設計標準
裝配是產品制造過程中的一個重要環節，零部件的結構直接影響裝配的質量和成本。組件的結構設計標準簡述如下：
(1)合理劃分裝配單元：整機應能劃分成若干個可單獨裝配的單元(零件或部件)，以實現并行化、專業化的裝配作業，縮短裝配周期，便于分步進行技術檢查和維修。
(2)零件的正確安裝：保證零件的準確定位，避免雙重配合，防止裝配誤差。
(3)使部件易于裝拆：在結構設計上，要有足夠的裝配空間，如扳手空間；避免過長的配合，以免增加裝配難度，劃傷配合面，比如一些階梯軸的設計；為了便于拆卸零件，應給出拆卸工具的位置，如軸承拆卸。
6.考慮維護和修理的設計標準
(1)產品配置應根據其故障率、維修難度、尺寸質量、安裝特點等進行安排。所有需要維修的零部件應具有良好的可達性；對于需要經常維護和緊急開關的高故障率部件，應提供最佳的可達性。
(2)產品的拆裝，特別是易損件、經常拆卸的零件和附加設備的拆裝應簡單，拆裝時零件進出的路線應是直線或平緩的曲線。
(3)產品檢驗點、測試點等系統維護點應布置在易接近的位置。
(4)需要維修和拆卸的產品周圍應有足夠的操作空間。
(5)維修時，一般應該能看到內部的運行情況。除了容納維修人員的手或手臂外，還應有適當的間隙供觀察。
7.考慮設計標準。
產品設計不僅要滿足功能要求，還要考慮產品造型的美學價值，使其對人具有吸引力。從心理學的角度來說，人的決定有60%取決于第一印象。技術的社會屬性是商品。在買方市場時代，設計出一個能吸引顧客的產品是一個重要的設計要求。同時，外形美觀的產品可以減少操作人員因精力耗盡而導致的誤操作。
外觀設計包括造型、色彩、表面處理三個方面。
在考慮造型時，要注意大小比例的協調，造型的簡潔統一，色彩和圖案的支撐和點綴。
單色僅用于小部件。大型構件，尤其是運動構件，如果只用一種顏色會顯得單調無層次感，一個小小的附加色塊會讓整個色調活躍起來。當多種顏色并存時，應該有一種占主導地位的背景色，與背景色相對應的顏色稱為對比色。但在一個產品中，不同色調的數量不宜過多，過多的顏色會給人浮華的感覺。
舒適的顏色位于從淺黃、綠黃到棕色的區域。這種趨勢越來越熱，黃變綠的時候經常不舒服。強烈的灰色調讓人壓抑。將黃色、橙色和紅色等暖色應用于寒冷的環境。對于炎熱的環境，使用冷色，如淺藍色。所有的顏色都應該褪色。另外，通過一定的顏色配置，產品可以安全穩定。形狀變化小、面積大的平面配置淺色，運動、活動輪廓的構件配置深色；深色應該放在機器的下部，淺色放在上部。8.考慮成本的設計標準
設計應簡化產品和維護操作：
(1)在設計時，應對產品功能進行分析和權衡，將相同或相似的功能組合起來，剔除不必要的功能，以簡化產品和維護操作。
(2)設計時，結構要簡單，在滿足規定功能要求的情況下，盡可能減少產品層次和部件單元的數量，簡化零件形狀。
(3)產品應盡可能設計簡單可靠的調節機構，以消除因磨損或漂移引起的常見故障。易于局部磨損的貴重零件應設計成可調節或可拆卸的組件，以便于局部更換或維修。或者避免相互牽連的反復調整。
(4)要合理安排各部件的位置，減少連接件和固定件的數量，使檢查、更換等維修操作簡單方便，在維修任何一個零件時，盡量不拆、不動或少拆、少動其他零件，以降低對維修人員技能水平的要求和工作量。
