机械原理考研(机械原理考研真题)

机械原理考研(机械原理考研真题)

机械原理考研，机械原理考研真题

结构设计是机械设计实体化过程中最为重要的一个环节。由于机械设计是以实体为表达形式的，所以机械设计与软件设计不同，它的最终表现形式决定了它必须对结构给以充分的考虑。实体的表达必然涉及以下几点：

①表现实体的质——材料；

②表现实体的魂——机械机构的构思；

③涉及实体的骨架——结构。

在基本的设计思想被确定以后，结构设计将是满足总体功能设计要求的最终保证。

所有的设计结果都不是凭空产生的，它必然有一定的基础。所以，结构创新都是以现存的可用结构为基础的，而变异则是其最为基本的创新方式。

结构的变异是与结构设计密切相关的几个方面为基础的，如材料、形状等；而每一种基本的变异又有多个子考虑点。除此以外，实施变异的初始出发点可能有所不同：有可能是为了实现某种新功能；为了使操作更为便利，为了使操作者不容易犯错等。但根据创新活动的基本目标，所有的变异最终都是为了提高产品的理想度。下面将对几种常用的结构创新方法作简单的介绍。

一、功能面的变形

机械结构的表现形式为各机械零部件的几何形状以及各部分之间的相互位置关系。机械零件的形状决定于它的表面组合，而在其中起关键作用的就是功能面，也就是与工作介质或其他物体相接触或相互作用的表面。与机构创新类似，结构创新也是在综合考虑下获得的结果。所以功能面的变形通常涉及多个发明原理，将它们与某个原理作直接的对应是比较困难的，这一困难实际上也存在于其他一些常用的机械创新方法中。下面举两例说明功能面变形的实现方式。

表5-3给出了弹簧与压紧面之间的功能变异实例。从图中可以看出，当被压紧面发生变化以后，结构也相应地发生了改变。如对于圆柱面，采用中间件（中介物），既实现了弹簧的导向、定位，也保证了对圆柱面更好地压紧；对于球面，则利用了弹簧座圈的定位效能；而平面-圆柱面组合也不妨看成是圆柱面结构的某种变形。在利用功能面变异获得某种新结构时，必须充分注意结构设计是与具体的功能实现相关的，所以脱离功能而讨论某种结构优于另一种是毫无意义的。在实现某种功能的设计过程中，开拓思路最为重要，拘泥于某种规则，本身就不是创新者应有的态度，而所有的发明原理所给出的只是思考的方向而不是最终的结果。

螺钉的头部、尾部和螺纹面是螺钉的功能面，由于螺钉的螺纹面通常规定为粗牙的，所以在进行功能面变形时，能改动的是它的头部、尾部。图5-25给出了不同螺钉头的功能面变形实例。这些形状上的改变可以看成是维度的改变，也可以认为是局部性能的作用，而头部的不同设计，使得螺钉在具体的使用过程中有了不同的特点。

二、材料的变异

材料的变异是机械创新中常用的方法，与发明原理有着多方位的联系。

在机械设计中，材料选择的改变不但与性能要求有关，而且也与加工方式的选择有关，比如将锻钢改换为铸钢时就意味着将选择铸造工艺获得毛坯；将金属材料改变为塑料时，可能意味着零件将采用塑料模进行成品生产。除此以外，材料的选择也与结构形状的具体设计有关。

弹性联轴器是一种常用的机械部件，其主要作用是改善联轴器的吸振和缓冲功能，并对两轴不对心具有一定的补偿的作用，图5-27给出了几种常见的弹性联轴器的结构。从图中可以发现，不同的材料选择在结构设计中是各不相同的；而同一种材料也可以设计成不同的形状，从而获得不同的性能。

三、弹性结构

弹性结构的合理使用将有效地简化机械结构的复杂程度，同时也将使结构的设计更为灵活，弹性结构可以看成动态化原理在结构设计中的应用，而这一动态化（或柔性化）的获得则是利用了材料的弹性。

图5-28所示为一种快动连接结构，通过引入弹性件将原来用螺纹联接的结构（图5-28a）改为了快动连接结构（图5-28b）。

图5-29所示为几种易装、拆的吊钩结构，其中也利用了材料的弹性。

利用材料的弹性可以获得许多有意思的结构，如塑料件中直接利用塑料的弹性制成弹性铰链等，这里就不一一列举。

四、组合结构

所谓的组合结构就是采用组合的方式将几个分离的零件组合成一个零件，或构成一个组合体。组合结构通常既是构形上的组合，更是功能上的组合。

图5-30所示为一种组合螺钉结构，它将螺钉、垫片和弹簧垫圈的功能集成在一个零件上，既减少了零件的数量，更加便于装配。

图5-31所示为某包装机中的一个支架构件，通过将原设计中用11个零件组成的结构（图5-31a）通过形状组合成为一个零件（图5-31b）。应该说，这种组合使零件的复杂程度大大增加，但由于精密铸造技术的发展，加工难度并不是很大，而当零件的使用量相对较大时，可有效地节省加工时间，也可以有效地降低成本。

图5-32所示为两种自攻螺钉的结构。通过对螺钉的头部进行改变，将攻螺纹和旋入（图5-32a）动作合二为一；或将钻孔、攻螺纹和旋入三种动作组合在一起（图5-32b）。这两种自攻螺钉的结构可以看成是组合原理的应用，也可以看成是局部性能原理的应用。

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