结构设计-大作业 - 图文

结构设计课程论文

滚动轴承与轴和孔的配合较紧，结构设计中要为拆卸留有必要的空间，如图所示为专门用来拆卸滚动轴承的工具。为便于工具的操作，滚动轴承内圈应露出轴肩足够的高度。如果因为某些原因无法为拆卸工具留出应有的高度时，可在轴肩上周向加工三个槽，以备拆卸工具使用。

(三)减少应力集中

构件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突变时，应力不均匀，力线变曲折，缺陷处有高峰应力一应力集中。

降低轴系应力集中的措施主要由以下几种：

1、改善机械零件的几何形状

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1)避免使用尖角，使用圆角，但要考虑加大圆角半径的限度，不能过大，否则会产生害处，圆弧过长也不好。轴通常是在变应力条件下工作的，轴的截面尺寸发生突变处要产生应力集中，轴的疲劳破坏往往在此处发生。为了提高轴的疲劳强度，应尽量减少应力集中源和降低应力集中的程度。为此，轴肩处应采用较大的过渡圆角半径r来降低应力集中。但对定位轴肩，还必须保证零件得到可靠的定位。当靠轴肩定位的零件的圆角半径很小时(滚动轴承内圈的圆角)，为了增大轴肩处的圆角半径，可采用内凹圆角(图15-18a)或加装隔离环(图15-18b)。

2)加卸载槽，并适当提高局部刚度。

车轴、十字轴都可以使用。当轴与轮毂为过盈配合时，配合边缘处会产生较大的应力集中(图15-19a)。为了减小应力集中可在轮毂上或轴上开减载槽(图15-19b,c)，或者加大配合部分的直径(图15-19d)。由于配合的过盈量愈大，引起的应力集中也愈严重，因而在设计中应合理选择零件与轴的配合。

3)采用流线型线

有时在凹口、圆角部分，不用圆弧，而采用降低应力集中系数的特殊的曲面形状更有利。一般认为内部产生的应力比边界上的最小应力还小。在工程实践中往往利用顺次变化曲率半径以降低应力集中系数。 4)采用双曲率型线。

5)适当采用椭圆孔和类椭圆孔。

2、适当选择开孔位置

结构性能上理想的位置并且是避免应力集中最理想的位置，来统筹兼顾选出最佳形状。当应力集中因素的尺寸与物体大小相比不小的情况下，由于应力集中因素的存在会使物体的基

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本应力分布变化，所以此时必须慎重的考虑应力集中。而当应力集中因素的尺寸比物体明显的小时，物体的基本应力分布小会由于应力集中因素的存在而发生很大的变化。

对应力集中的位置，必须考虑两个基本原则： 1)选择开在物体应力低的部位：

2)应力集中因素的存在不会导致与物体的相 互干扰而引起的应力上升 。 a .物体的应力分布应努力避免：将圆孔、凹口等应力集中因素配置 在梁或轴的最大弯矩位置附近。

b .应力集中因素与物体表面的干扰

3)根据载荷情况选择适当的开孔方向

应避免将椭圆孔或长孔的长轴配置在垂直于拉伸或压缩应力的方向上，尽量平行。

4)孔边局部加强。

5)在应力集中附近的低应力部位增开缺口或圆孔。

6)用盘铣刀加工的键槽比用键槽铣刀加工的键槽在过渡处对轴的截面削弱较为平缓，因而应力集中减小。渐开线花键比矩形花键在齿根处的应力集中小，在做轴的结构设计时应多加考虑。此外，由于切制螺纹处的应力集中较大，故应尽可能避免在轴上受载较大的区段切制螺纹。

7)轴上尺寸的突然变化会引起应力集中，应尽量减缓尺寸变化的程度，减小应力集中对轴强度的影响，如图所示的结构可以有效地减轻轴上台阶处地应力集中程度。

在轴上在和较大的轴段处应尽量减小可能削弱轴强度的结构，以及减小对轴强度的削弱程度，如图所示为分别用端铣刀和盘铣刀加工的键槽结构，由于盘铣刀加工键槽端部尺寸变化缓慢，所以当轴受弯矩作用时，键槽端部应力集中较小。

8)应避免多个引起应力集中的结构出现在同一截面处。例如键槽通常不加工到台阶处，以避免键槽端部和轴台阶处所引起的应力集中效应叠加。

9)变形协调原则

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一个零件和另一个零件相接触，当在接触处难以同步变形时，零件间的接触区域里应力会急剧上升，这是应力集中的另一种情况。在接触处降低零件在力流方向上的刚度，尽量使两零件在接触区域里同步变形，降低应力集中的影响，此及为变形协调原则。

变形不协调不仅会导致应力集中，降低机械结构的强度，而且还可能损害机械的功能，如图22a所示，是一起重机行走机构的驱动轴，由于结构及其它条件的制约，轴上齿轮不能安装在轴的中点位置上，这将导致两行走轮因轴变形引起的扭角也不等。这种力矩传递的不同步使得起重机的行走总有自动转弯的趋势。改进的方法是将齿轮两侧的轴的扭转刚度设计相等，如图22b所示。

10)采用“消去法”

为了降低应力集中系数，在机械工程中经常采用“消去法”，即在应力集中区域附近(如 在孔或缺口的附近)“消去” 一定厚度的材料，这样被消去部位的刚度降低，“负担”增加， 则可以分担高应力区的一部分“荷载”而使应力集中系数降低。减小了切削部分的刚度，分散了集中在应力集中区附近的主应力线。

11)焊补法

当圆孔和凹口不需要时，用焊补法将其填补起来，以消除应力集中根源

12)预应力法

正式加载以前，预先加静载使之过载，亦即使结构的一部分或大部分产生超过屈服极限的应力，卸掉载荷后，便产生残余应力，称预应力法。它与结构和载荷情况有关，例如表面挤压硬化法(受内压的圆筒)、拉伸法、弯曲法、扭转法(用于圆孔、凹口等应力集中因素的板或杆的拉伸、弯曲、扭转)、超速转动法(用于旋转物体)。还可利用材料的常温塑性变形来提高屈服极限以降低应力集中的影响。

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