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機械結構設計中的力學原則

1、強度計算和試驗準則


(1)對承受較大負載或扭矩的鈑金位置,強度須經過計算,并安全合格


(2)必要時須有試驗報告和數據。


2、均勻受載準則


(1)通過構件設計,使受力載荷分布均勻,載荷不集中可以保證同等條件下,承受的應力成倍增加。


(2)連續(xù)性和載荷均勻分布的設計可以實現。


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3、力流路徑最短準則


(1)力流優(yōu)先走較短路徑,剛度最大的路徑。


(2)力線連續(xù)。為提高構建剛度,盡量使力流路徑最短,越短則受力區(qū)域越小,累積變形就越小,剛度就提高。


(3)盡量保證力流線路的直線狀態(tài),這時力流路徑最短。


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4、減低缺口效應準則 


缺口效應的原因是力流在截面突變處,被迫急劇改變原有路徑,因而力流搶近道引起近道局部力線擁擠,應力急劇集中上升。


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解決措施:


(1)避免截面突變的設計,尤其是避免力流截面急劇變??;


(2)降低缺口附近的材料鋼度;


(3)加預壓力應力;


(4)避免力流突然轉彎,孔、槽、螺紋、臺肩等缺口處易發(fā)生;判定標準是界面尺寸變化的急劇程度。


5、變形協調準則


在力的傳遞中,構件會發(fā)生變形,變形不對稱、接觸面變形不匹配等都會引起走偏、應力集中等問題。


解決措施: 


在接觸面處,降低構件在力流方向上的剛度,以便減少對另一構件變形的阻礙,使變形同步;如:軸承的軸固定架、天車的導軌。


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6、等強度準則


(1)構件局部的應力和該處的材料許用值相等,省材料降能耗。


(2)注意次要載荷的影響。


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7、附加力自平衡準則

力傳遞中,出現的無用力或力矩,白白增加損耗,通過讓附加力自行平衡或抵消的方法解決。

解決措施:

1.平衡件;

2.對稱安置。


8、空心截面準則 


彎曲和扭轉應力在橫截面越遠離中心越大,橫截面中心很小,同等材料截面積情況下,空心的結構有更好的強度和剛度。



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空心也可以通過其他形式實現,不一定就得是圓管形;空心結構的壁厚不能太薄,否則發(fā)生局部皺折而喪失承載能力。


9、受扭截面凸形封閉準則


受扭轉作用的薄壁構件的截面避免開口形狀,抵抗剪切變形的能力低,扭轉剛度就低。


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10、最佳著力點準則 


力矢量經過橫截面扭轉中心,不會產生附加扭矩;多個力的作用節(jié)點盡量使力矢量交匯于一處,避免附加彎矩,降低應力水平。


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11、受沖擊載荷結構柔性設計


在有沖擊載荷的情況下,加大其柔性,避免沖擊,但快速響應特性會下降。


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柔性準則的措施:


(1)增加等截面桿的長度;


(2)避免截面突變;


(3)安裝緩沖器;


(4)選用彈性模量小的材料。


12、避免長壓桿失穩(wěn)準則


對金屬構件,壓應力是拉應力的多倍,但壓狀態(tài)下,失穩(wěn)破壞會破壞強度,設計上應避免。


注意檢查是否有細長桿受壓結構。


改進措施有:


(1)加大截面慣性矩;


(2)減小壓桿長度;


(3)加強支撐約束性;


(4)截面形狀與約束方式的最優(yōu)組合;


(5)合理選材


處于彈塑階段的中小柔度桿,用高強度鋼;


對大柔度桿,高強度鋼不能提高其穩(wěn)定性,須用普通鋼。


13、熱變形自由準則


使結構因為受熱的變形自由。


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具體措施:

(1)留有熱變形的間隔

(2)加膨脹節(jié)

(3)或將管道做成彎的。