機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入門：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的力學(xué)原則
機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入門：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的力學(xué)原則
關(guān)于“機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入門”這個(gè)話題，相信很多工科小伙伴都非常有興趣了解，因?yàn)檫@個(gè)話題也是大男孩們有興趣了解的。男人天生擁有機(jī)械情結(jié)，或許是因?yàn)闄C(jī)械帶著一種紳士或是氣息，把男人的自我與時(shí)計(jì)捆綁在每一個(gè)機(jī)械構(gòu)件上。就像小男孩永遠(yuǎn)對(duì)玩具汽車、飛機(jī)、火車充滿著好奇。那么既然大家都想知道機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入門：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的力學(xué)原則，100唯爾教育機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)訓(xùn)課程小編便從網(wǎng)上搜集了一些機(jī)械設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)工作中都需要注意的力學(xué)原則相關(guān)的信息，下面分享給大家一起了解一下這些原則吧!
機(jī)械結(jié)構(gòu)的功能主要是靠機(jī)械零部件的1653幾何形狀及各個(gè)零部件之間的相對(duì)位置關(guān)系實(shí)現(xiàn)的。零部件的幾何形狀由它的表面所構(gòu)成，一個(gè)零件通常有多個(gè)表面，在這些表面中有的與其它零部件表面直接接觸，把這一部分表面稱為功能表面。在功能表面之間的聯(lián)結(jié)部分稱為聯(lián)接表面。
零件的功能表面是決定機(jī)械功能的重要因素，功能表面的設(shè)計(jì)是零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心問題。描述功能表面的主要幾何參數(shù)有表面的幾何形狀、尺寸大小、表面數(shù)量、位置、順序等。通過對(duì)功能表面的變異設(shè)計(jì)，可以得到為實(shí)現(xiàn)同一技術(shù)功能的多種結(jié)構(gòu)方案。
01強(qiáng)度計(jì)算和試驗(yàn)準(zhǔn)則
對(duì)承受較大負(fù)載或扭矩的鈑金位置，強(qiáng)度須經(jīng)過計(jì)算，并安全合格。
必要時(shí)須有試驗(yàn)報(bào)告和數(shù)據(jù)。
02均勻受載準(zhǔn)則
通過構(gòu)件設(shè)計(jì)，使受力載荷分布均勻，載荷不集中可以保證同等條件下，承受的應(yīng)力成倍增加。
連續(xù)性和載荷均勻分布的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)。
03力流路徑最短準(zhǔn)則
力流優(yōu)先走較短路徑，剛度最大的路徑。
力線連續(xù)。為提高構(gòu)建剛度，盡量使力流路徑最短，越短則受力區(qū)域越小，累積變形就越小，剛度就提高。
盡量保證力流線路的直線狀態(tài)，這時(shí)力流路徑最短。
04減低缺口效應(yīng)準(zhǔn)則
缺口效應(yīng)的原因是力流在截面突變處，被迫急劇改變?cè)新窂?，因而力流搶近道引起近道局部力線擁擠，應(yīng)力急劇集中上升。
解決措施：
避免截面突變的設(shè)計(jì)，尤其是避免力流截面急劇變小;
降低缺口附近的材料鋼度;
加預(yù)壓力應(yīng)力;
避免力流突然轉(zhuǎn)彎;
孔、槽、螺紋、臺(tái)肩等缺口處易發(fā)生，判定標(biāo)準(zhǔn)是界面尺寸變化的急劇程度。
05變形協(xié)調(diào)準(zhǔn)則
在力的傳遞中，構(gòu)件會(huì)發(fā)生變形，變形不對(duì)稱、接觸面變形不匹配等都會(huì)引起走偏、應(yīng)力集中等問題。
解決措施：
在接觸面處，降低構(gòu)件在力流方向上的剛度，以便減少對(duì)另一構(gòu)件變形的阻礙，使變形同步。如軸承的軸固定架、天車的導(dǎo)軌。
06等強(qiáng)度準(zhǔn)則
構(gòu)件局部的應(yīng)力和該處的材料許用值相等。
省材料、降能耗。
注意次要載荷的影響。
07附加力自平衡準(zhǔn)則
力傳遞中，出現(xiàn)的無用力或力矩，白白增加損耗，通過讓附加力自行平衡或抵消的方法解決。
解決措施：
平衡件;
對(duì)稱安置。
08空心截面準(zhǔn)則
彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力在橫截面越遠(yuǎn)離中心越大，橫截面中心很小，同等材料截面積情況下，空心的結(jié)構(gòu)有更好的強(qiáng)度和剛度。
空心也可以通過其他形式實(shí)現(xiàn)，不一定就得是圓管形?？招慕Y(jié)構(gòu)的壁厚不能太薄，否則發(fā)生局部皺折而喪失承載能力。
09受扭截面凸形封閉準(zhǔn)則
受扭轉(zhuǎn)作用的薄壁構(gòu)件的截面避免開口形狀，抵抗剪切變形的能力低，扭轉(zhuǎn)剛度就低。
10最佳著力點(diǎn)準(zhǔn)則
力矢量經(jīng)過橫截面扭轉(zhuǎn)中心，不會(huì)產(chǎn)生附加扭矩。
多個(gè)力的作用節(jié)點(diǎn)盡量使力矢量交匯于一處，避免附加彎矩，降低應(yīng)力水平。
11受沖擊載荷結(jié)構(gòu)柔性設(shè)計(jì)
在有沖擊載荷的情況下，加大其柔性，避免沖擊，但快速響應(yīng)特性會(huì)下降。
柔性準(zhǔn)則的措施：
增加等截面桿的長度;
避免截面突變;
安裝緩沖器;
選用彈性模量小的材料。
12.避免長壓桿失穩(wěn)準(zhǔn)則
對(duì)金屬構(gòu)件，壓應(yīng)力是拉應(yīng)力的多倍，但受壓狀態(tài)下，失穩(wěn)破壞會(huì)破壞強(qiáng)度，設(shè)計(jì)上應(yīng)避免。應(yīng)注意檢查是否有細(xì)長桿受壓結(jié)構(gòu)。
改進(jìn)措施：
加大截面慣性矩;
減小壓桿長度;
加強(qiáng)支撐約束性;
截面形狀與約束方式的最優(yōu)組合;
合理選材。處于彈塑階段的中小柔度桿，用高強(qiáng)度鋼;對(duì)大柔度桿，高強(qiáng)度鋼不能提高其穩(wěn)定性，須用普通鋼。
13.熱變形自由準(zhǔn)則
使結(jié)構(gòu)因?yàn)槭軣岬淖冃巫杂伞?/span>
具體措施：
留有熱變形的間隔;
加膨脹節(jié)或?qū)⒐艿雷龀蓮澋摹?/span>
一般來說，若某零件直接相關(guān)零件愈多，其結(jié)構(gòu)就愈復(fù)雜；零件的間接相關(guān)零件愈多，其精度要求愈高。
文章來源：機(jī)械工程師微信公眾號(hào)(ID：MechanicalEngineers)
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