结构设计是机械设计的基本内容之一,也是设计过程中花费时间最多的一个工作环节。在产品形成过程中,起着十分重要的作用。
如果把设计过程视为一个数据处理过程,那末,以一个零件为例,工作能力设计只为人们提供了极为有限的数据,尽管这少量数据对于设计很重要,而零件的最终几何形状,包括每一个结构的细节和所有尺寸的确定等大量工作均需在结构设计阶段完成。其次,因为零件的构形与其用途以及其它“相邻”零件有关,为了能使各零件之间彼此“适应”,一般一个零件不能抛开其余相关零件而孤立地进行构形。因此,设计者总是需要同时构形较多的相关零件(或部件)。此外,在结构设计中,人们还需更多地考虑如何使产品尽可能做到外形美观、使用性能优良、成本低、加工制造容易、维修简单、方便运输以及对环境无不良影响等等。因此可以说,结构设计具有“全方位”和“多目标”的工作特点。
一个零件、部件或产品,为要实现某种技术功能,往往可以采用不同的构形方案,而目前这项工作又大都是凭着设计者的“直觉”进行的,所以结构设计具有灵活多变和工作结果多样性等特点。
对于一个产品来说,往往从不同的角度提出许多要求或限制条件,而这些要求或限制条件常常是彼此对立的。例如:高性能与低成本的要求,结构紧凑与避免干涉或足够调整空间的要求,在接触式密封中既要密封可靠又要运动阻力小的要求,以及零件既要加工简单又要装配方便的要求等等。结构设计必须面对这些要求与限制条件,并需根据各种要求与限制条件的重要程度去寻求某种“折衷”,求得对立中的统一。 结构设计是机械设计的基本内容之一,也是设计过程中花费时间最多的一个工作环节。在产品形成过程中,起着十分重要的作用。
如果把设计过程视为一个数据处理过程,那末,以一个零件为例,工作能力设计只为人们提供了极为有限的数据,尽管这少量数据对于设计很重要,而零件的最终几何形状,包括每一个结构的细节和所有尺寸的确定等大量工作均需在结构设计阶段完成。其次,因为零件的构形与其用途以及其它“相邻”零件有关,为了能使各零件之间彼此“适应”,一般一个零件不能抛开其余相关零件而孤立地进行构形。因此,设计者总是需要同时构形较多的相关零件(或部件)。此外,在结构设计中,人们还需更多地考虑如何使产品尽可能做到外形美观、使用性能优良、成本低、加工制造容易、维修简单、方便运输以及对环境无不良影响等等。因此可以说,结构设计具有“全方位”和“多目标”的工作特点。
一个零件、部件或产品,为要实现某种技术功能,往往可以采用不同的构形方案,而目前这项工作又大都是凭着设计者的“直觉”进行的,所以结构设计具有灵活多变和工作结果多样性等特点。
对于一个产品来说,往往从不同的角度提出许多要求或限制条件,而这些要求或限制条件常常是彼此对立的。例如:高性能与低成本的要求,结构紧凑与避免干涉或足够调整空间的要求,在接触式密封中既要密封可靠又要运动阻力小的要求,以及零件既要加工简单又要装配方便的要求等等。结构设计必须面对这些要求与限制条件,并需根据各种要求与限制条件的重要程度去寻求某种“折衷”,求得对立中的统一。
结构设计一般步骤
结构设计的首要问题按照什么样的规律或者步骤设计出一个零件、部件和复杂系统。
一般说,结构设计应当从分析零件的“功能表面”开始,然后通过功能表面的“连接”而构思具有一定形体的零件,再由零件组合成部件、机器。当然,最终功能表面还是通过物体(零件)的形体实现的。现通过一个简单的例子说明个过程。如图25-1a所示:要求设计某“支承结构”,使系统1支承在系统2上,即令系统1的力F传给系统2。
按照前面所说从分析功能表面求索零件的顺序,首先想到的是必须有两个功能表面Ⅰ和Ⅱ,通过与系统1、2分别接触而起作用,并且需要一个“连接部分”Ⅲ将功能表面Ⅰ、Ⅱ连接起来,如图b所示。由此而构思物体(“支承件”)的形状,于是们自然地想到了如图c所示的矩形结构。它由一个零件构成,是这个问题的“整体结构”解。当然,人们也可能想到其他的结构形式,例如图d、e或f等等。它们不是由一个而是有多个零件组成的“分体结构”解。 现在,由于人们掌握了许多常用零、部件的功能和作用,因此结构设计往往并不总是按照上面所说的工作顺序(即从功能表面而零件,再由零件而部件或机器)进行,而是从常用零、部件开始,直接进行机器或更复杂系统的设计。但是,为要研究结构设计中一般课题(包括那些非常规的、人们并不熟知的课题)的求解,为寻求获得更多构形方案的方法、从而在更大范围内寻求最佳解,我们有必要从寻求构形的功能表面解入手,探讨结构设计的一般规律。
08、06、06