机械设计手册第六版(五.1.2.3.4.5.6.7.8)---结构设计...

五、机械产品结构设计

一、机械结构设计概念

二、提高强度、刚度、延长疲劳寿命的设计准则

三、提高耐磨性的结构设计准则

四、提高抗腐蚀性的结构设计准则

五、提高精度的结构设计准则

六、符合人机工程学的设计准则

七、避免或减少对人损害的结构设计准则

八、绿色设计

一、机械结构设计概念

（一）机械结构设计的内容、应满足的要求和基本条件：表5-1-1，P5-3

（二）机械零件的自由度分析-满足运动要求的结构设计准则

1、机械零件的自由度

A、两零件的连接形式和自由度：表5-1-2，P5-4

2、自由度分析在支承件设计中的应用：表5-1-3，P5-5

3、自由度分析在连接件设计中的应用

A、螺栓组连接的受力情况分析：表5-1-4，P5-6

4、运用自由度方法设计有综合运动方式的组合结构

A、几种组合机构的说明：表5-1-5，P5-7

B、机械零件的各种连接方式及其自由度：表5-1-6，P5-8

（三）机械结构方案设计的技巧

1、利用形态变换的方法制定结构方案

A、利用形态和材料变换的方法指定结构方案：表5-1-7，P5-9

2、由机械结构中的相互关系变换制定结构方案

A、机械结构中的相互关系变换制定结构方案：表5-1-8，P5-10

3、结构方案设计实例：表5-1-9，P5-11

（四）结构方案的选择和评价

1、评价的标准

（1）评价时经常考虑的问题：表5-1-10，P5-13

2、机械产品的技术经济评价：P5-14

（1）传动装置的技术评价：表5-1-11，P5-15

（2）传动装置的经济评价：表5-1-12，P5-16

3、改变功能原理设计新结构：P5-16

4、采用优化设计方法寻求最优方案：P5-16

（1）辊型计算参数值和示意图：表5-1-13，P5-18

至P5-18

二、提高强度、刚度、延长疲劳寿命的设计准则

（一）机械结构合理受力准则：表5-2-1，P5-19

载荷均布准则、载荷分担准则、自平衡准则、力流传递路径最短准则

（二）提高静强度的结构设计准则

（1）静应力下的机械零件的强度计算公式：表5-2-2，P5-22

1、增大界面系数 或

（1）非圆形截面轴的强度、刚度、质量：表5-2-3，P5-22

2、采用空心轴提高强度或刚度

（1）截面积相同的空心轴比实心轴强度和刚度提高的相对值：表5-2-4，P5-22

（2）强度（ ）和刚度（ ）相同时，空心轴比实心轴质量降低的百分比：表5-2-5，P5-23

3、用拉压代替弯曲

（1）三角桁架与悬臂梁的刚度和强度比较：表5-2-6，P5-23

4、避免悬臂梁伸出过长：P5-24

5、等强度设计准则：P5-24

6、弹性强化、塑性强化准则：P5-25

（三）提高疲劳强度的结构设计准则

（1）拉、压、弯曲应力引起的疲劳断裂图形：表5-2-7，P5-26

（2）剪切应力引起的疲劳断裂图形：表5-2-8，P5-26

1、降低应力集中准则：P5-26

2、改善表面状况准则：P5-29

3、采用表面处理提高疲劳强度准则：P5-30

4、降低应力幅准则：P5-30

（四）提高接触强度的设计准则

1、加大接触部分的综合曲率半径：P5-31

2、以面接触代替点线接触：P5-31

3、合理采用材料和热处理

（1）承受接触应力零件的常用材料：表5-2-9，P5-32

4、提高抗冲击强度的结构设计准则：P5-33

（五）提高刚度的结构设计准则

1、选择弹性模量较高的材料：P5-35

2、用拉压代替弯曲的准则：P5-35

（1）三角桁架与悬臂梁的刚度、强度质量比较：表5-2-10，P5-36

3、合理布置支持准则

（1）支承条件对强度和刚度的影响：表5-2-11，P5-37

4、合理确定肋的形状和尺寸

（1）四种断面形式的刚度比较：表5-2-12，P5-38

5、用预变形提高刚度减小工作变形准则：P5-38

6、提高机械零件接触面的接触刚度准则

（1）螺栓、螺母、压紧的钢制零件压陷量的参考值（VDI2230-2003）：表5-2-13，P5-39

至P5-39

三、提高耐磨性的结构设计准则

（一）降低摩擦面压强准则

1、降低摩擦面压强的途径：P5-40

2、避免局部剧烈磨损准则：P5-40

3、自动调节与补偿准则：P5-41

（二）局部更换易损零件准则：P5-41

（三）润滑设计降低磨损准则：P5-42

至P5-42

四、提高抗腐蚀性的结构设计准则

（一）常见腐蚀分类：表5-4-1，P5-43

裂纹腐蚀、接触腐蚀、振动裂缝腐蚀、应力裂纹腐蚀

（二）在腐蚀工作条件下材料的选用

1、大气腐蚀

（1）一些常用金属在大气中的平均腐蚀速率：表5-4-2，P5-43

2、淡水中的腐蚀率

（1）碳钢在淡水中的平均腐蚀速率：表5-4-3，P5-44

（2）一些常用金属在淡水中的平均腐蚀速率：表5-4-4，P5-44

3、海水中的腐蚀率：P5-44

（三）提高抗腐蚀能力的机械结构：表5-4-5，P5-44

（四）用覆盖保护层减轻或避免腐蚀：P5-47

至P5-47

五、提高精度的结构设计准则

（一）阿贝（Abbe）原则---被测尺寸与读数尺寸共线准则：表5-5-1，P5-48

（二）误差补偿准则

1、用补偿法消除零件的温度误差：P5-49

2、用补偿法消除传动机构的运动误差：P5-50

（三）传动机构误差传递准则：P5-51

（四）误差均化原理---采用多点接触提高精度准则：P5-52

（五）误差合理配置准则：P5-53

（六）消除空回准则：P5-54

（七）选择适当材料准则：P5-55

至P5-55

六、符合人机工程学的设计准则

（一）基于人体形态学的设计准则

1、工作系统设计的人类工效学原则：P5-56

2、我国人体尺寸（GB/T 10000-1988）

（1）我国各区人体尺寸数据特点

A、我国各区人体身高、胸围、体重的均值 和标准差 ：表5-6-1，P5-56

（2）人体主要尺寸：表5-6-2，P5-56

3、在产品设计中应用人体尺寸百分位数的选择（GB/T 12985-1991）

（1）人体尺寸百分位数的选择：表5-6-3，P5-58

（2）产品尺寸设计分类举例：表5-6-4，P5-58

（3）产品尺寸设计的修正量举例：表5-6-5，P5-59

（4）产品功能尺寸设定举例：表5-6-6，P5-59

4、用于机械安全的人类工效学设计

（1）全身进入机械的开口尺寸确定原则

A、全身进入机械的开口尺寸确定：表5-6-7，P5-59

（2）人体局部进入机械的开口尺寸确定

A、人体局部进入机械的开口尺寸计算公式（GB/T 18717.2-2002）：表5-6-8，P5-61

5、人体尺寸（GB/T 18717.3-2002）

（1）工作空间人体尺寸（GB/T 13567-1992）

A、人体尺寸数据：表5-6-9，P5-63

B、立姿人体尺寸百分位数：表5-6-10，P5-64

（2）坐姿人体尺寸

A、坐姿人体尺寸百分数：表5-6-11，P5-64

（3）跪姿、俯卧姿、爬姿人体尺寸

A、跪姿、俯卧姿、爬姿人体尺寸百分位数：表5-6-12，P5-65

（4）使用人体尺寸数据注意事项

需要与GB 10000及GB/T 12985配套使用

6、人体模板设计

（1）二维坐姿人体模板功能设计要求（GB/T 1479-1993）

A、男、女的身高分级：表5-6-13，P5-66

B、人体模板功能尺寸设置（GB/T 14779-1993）：表5-6-14，P5-67

C、人体模板关节角度的调节范围：表5-6-15，P5-68

（2）四个身高等级的模板尺寸

A、人体模板设计和使用要求（GB/T 15759-1995）：表5-6-16，P5-68

B、四个身高等级的模板尺寸（GB/T 15759-1995）：表5-6-17，P5-69

C、人体裸体尺寸着装余量参考表（GB/T 15759-1995）：表5-6-18，P5-70

（二）工作岗位尺寸设计（GB/T 14776-1991）

1、在生产区域内工作岗位尺寸的人类工效学设计的原则及其数值：P5-71

2、术语和符号：表5-6-19，P5-71

3、工作岗位尺寸

（1）与作业无关的工作岗位尺寸：表5-6-20，P5-72

（2）与作业有关的工作岗位尺寸

A、坐姿和立姿工作岗位高度：表5-6-21，P5-73

B、大腿和小腿空间高度的限值：表5-6-22，P5-74

4、坐姿工作岗位和坐立姿交替工作岗位尺寸设计举例：P5-74

（三）工作座椅工效学设计（GB/T 14774-1993）

1、工作座椅的基本要求：表5-6-23，P5-76

2、工作座椅的主要参数：表5-6-24，P5-77

（四）操纵器的工效学设计准则（GB/T 14775-1993）

（1）操纵器的分类和选用：表5-6-25，P5-78

（2）操纵器的一般工效学要求：表5-6-26，P5-78

（3）操纵器的尺寸要求：表5-6-27，P5-79

（4）操纵器的配置要求：表5-6-28，P5-80

（5）操纵器的作用力要求：表5-6-29，P5-81

1、操纵器的操纵依托支点要求：P5-82

2、体立搬运质量限值（GB/T 12330-1990）：表5-6-30，P5-83

（五）基于人体感觉器官要求的设计准则

1、满足视觉要求的设计准则：表5-6-31，P5-83

2、满足听觉要求的设计准则：表5-6-32，P5-85

3、满足触觉要求的设计准则：表5-6-33，P5-86

（六）按美学造型要求的人机学设计准则：表5-6-34，P5-86

尺寸比例适当、造型舒适美观、色彩协调

至P5-87

七、避免或减少对人损害的结构设计准则

（一）机械结构设计的安全准则

1、人机隔离准则

（1）低风险越过防护结构可及的安全距离：表5-7-1，P5-88

（2）高风险越过防护结构可及的安全距离：表5-7-2，P5-89

（3）弧形可及的安全距离：表5-7-3，P5-89

（4）适用于14岁及以上人的规则开口尺寸和安全距离：表5-7-4，P5-89

2、避免人体各部位挤压的最小间距（GB/T 12665.3-1997）：表5-7-6，P5-90

3、避免误操作造成伤害准则：P5-91

4、安全标志与警告类标志

A、安全标志牌的尺寸：表5-7-7，P5-91

B、禁止类标志（红框红杠白底黑图）：表5-7-8，P5-91

C、警告类标志（黄底黑框）：表5-7-9，P5-91

D、命令类标志（蓝底白图）：表5-7-10，P5-92

E、提示类标志：表5-7-11，P5-92

（二）减小机械噪声的结构设计准则

1、噪声的限制值

（1）在不同噪声环境下工作40年后耳聋的发病率：表5-7-12，P5-92

（2）城市5类区域环境噪声标准值（GB/T 3096-1993）：表5-7-13，P5-92

（3）工业企业厂界噪声标准值（GB/T 12348-1990）：表5-7-14，P5-93

（4）工业企业噪声标准值：表5-7-15，P5-93

（5）建筑施工厂界标准值（GB/T 12348-1990）：表5-7-16，P5-93

2、减小噪声的设计准则：表5-7-17，P5-93

3、减小机械零件噪声的结构设计：表5-7-18，P5-94

至P5-94

八、绿色设计

（一）绿色设计及产品绿色设计常用关键技术：表5-8-1，P5-95

（二）绿色设计的材料选择

1、常用材料可回收的难易程度：表5-8-2，P5-96

（三）拆卸回收、快速方便、零件完好率高的产品绿色设计：表5-8-3，P5-96

（四）节能的绿色产品设计：P5-97

（五）绿色设计举例：表5-8-4，P5-97

（六）具有创新的两例

1、新型非零变位锥齿轮传动

A、与现代各国锥齿轮对比表（同制造精度、材质、模数下）：表5-8-5，P5-98

2、摆动活齿减速带轮：P5-100

至P5-101

图片实拍

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