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机械结构设计入门：机械结构设计中的力学原则

　　机械结构设计入门：机械结构设计中的力学原则

　　

　　关于“机械结构设计入门”这个话题，相信很多工科小伙伴都非常有兴趣了解，因为这个话题也是大男孩们有兴趣了解的。男人天生拥有机械情结，或许是因为机械带着一种绅士或是气息，把男人的自我与时计捆绑在每一个机械构件上。就像小男孩永远对玩具汽车、飞机、火车充满着好奇。那么既然大家都想知道机械结构设计入门：机械结构设计中的力学原则，100唯尔教育机械结构实训课程小编便从网上搜集了一些机械设计师在设计工作中都需要注意的力学原则相关的信息，下面分享给大家一起了解一下这些原则吧!

　　机械结构的功能主要是靠机械零部件的1653几何形状及各个零部件之间的相对位置关系实现的。零部件的几何形状由它的表面所构成，一个零件通常有多个表面，在这些表面中有的与其它零部件表面直接接触，把这一部分表面称为功能表面。在功能表面之间的联结部分称为联接表面。

　　零件的功能表面是决定机械功能的重要因素，功能表面的设计是零部件结构设计的核心问题。描述功能表面的主要几何参数有表面的几何形状、尺寸大小、表面数量、位置、顺序等。通过对功能表面的变异设计，可以得到为实现同一技术功能的多种结构方案。

　　01强度计算和试验准则

　　对承受较大负载或扭矩的钣金位置，强度须经过计算，并安全合格。

　　必要时须有试验报告和数据。

　　02均匀受载准则

　　通过构件设计，使受力载荷分布均匀，载荷不集中可以保证同等条件下，承受的应力成倍增加。

　　连续性和载荷均匀分布的设计可以实现。

　　

　　03力流路径最短准则

　　力流优先走较短路径，刚度最大的路径。

　　力线连续。为提高构建刚度，尽量使力流路径最短，越短则受力区域越小，累积变形就越小，刚度就提高。

　　尽量保证力流线路的直线状态，这时力流路径最短。

　　

　　04减低缺口效应准则

　　缺口效应的原因是力流在截面突变处，被迫急剧改变原有路径，因而力流抢近道引起近道局部力线拥挤，应力急剧集中上升。

　　

　　解决措施：

　　避免截面突变的设计，尤其是避免力流截面急剧变小;

　　降低缺口附近的材料钢度;

　　加预压力应力;

　　避免力流突然转弯;

　　孔、槽、螺纹、台肩等缺口处易发生，判定标准是界面尺寸变化的急剧程度。

　　05变形协调准则

　　在力的传递中，构件会发生变形，变形不对称、接触面变形不匹配等都会引起走偏、应力集中等问题。

　　解决措施：

　　在接触面处，降低构件在力流方向上的刚度，以便减少对另一构件变形的阻碍，使变形同步。如轴承的轴固定架、天车的导轨。

　　

　　06等强度准则

　　构件局部的应力和该处的材料许用值相等。

　　省材料、降能耗。

　　注意次要载荷的影响。

　　

　　07附加力自平衡准则

　　力传递中，出现的无用力或力矩，白白增加损耗，通过让附加力自行平衡或抵消的方法解决。

　　解决措施：

　　平衡件;

　　对称安置。

　　08空心截面准则

　　弯曲和扭转应力在横截面越远离中心越大，横截面中心很小，同等材料截面积情况下，空心的结构有更好的强度和刚度。

　　

　　空心也可以通过其他形式实现，不一定就得是圆管形。空心结构的壁厚不能太薄，否则发生局部皱折而丧失承载能力。

　　09受扭截面凸形封闭准则

　　受扭转作用的薄壁构件的截面避免开口形状，抵抗剪切变形的能力低，扭转刚度就低。

　　

　　10最佳着力点准则

　　力矢量经过横截面扭转中心，不会产生附加扭矩。

　　多个力的作用节点尽量使力矢量交汇于一处，避免附加弯矩，降低应力水平。

　　

　　11受冲击载荷结构柔性设计

　　在有冲击载荷的情况下，加大其柔性，避免冲击，但快速响应特性会下降。

　　

　　柔性准则的措施：

　　增加等截面杆的长度;

　　避免截面突变;

　　安装缓冲器;

　　选用弹性模量小的材料。

　　12.避免长压杆失稳准则

　　对金属构件，压应力是拉应力的多倍，但受压状态下，失稳破坏会破坏强度，设计上应避免。应注意检查是否有细长杆受压结构。

　　改进措施：

　　加大截面惯性矩;

　　减小压杆长度;

　　加强支撑约束性;

　　截面形状与约束方式的最优组合;

　　合理选材。处于弹塑阶段的中小柔度杆，用高强度钢;对大柔度杆，高强度钢不能提高其稳定性，须用普通钢。

　　13.热变形自由准则

　　使结构因为受热的变形自由。

　　

　　具体措施：

　　留有热变形的间隔;

　　加膨胀节或将管道做成弯的。

　　一般来说，若某零件直接相关零件愈多，其结构就愈复杂；零件的间接相关零件愈多，其精度要求愈高。

文章来源：机械工程师微信公众号(ID：MechanicalEngineers)