机械结构设计规范剖析

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1、机械结构设计规范,标准件设计准则 薄板件设计准则 防腐蚀设计准则 公差设计准则 焊接件设计准则 可靠性设计准则 力学原理设计准则,机械设计规范 目 录,便于切削设计准则 热应力设计准则 塑胶件设计准则 系统要求设计准则 运动部件设计准则 轴支撑设计准则 铸件设计准则 便于装配设计准则,第一章 标准件设计准则,1.1 优选器件准则 1.2 标准件种类最少准则 1.3 非标件慎用准则 1.4 相同装配相同标准件准则 1.5 腐蚀环境材料同质准则 1.6 外部螺钉特征一致准则 1.7 明显差异或完全相同准则,建立优选器件清单； 制定清单中增加物料的控制流程； 通过流程控制物料种类和规格。,1.1 优

2、选器件准则,标准件种类不超过_种 单一种类中规格不超过_种,1.2 标准件种类最少准则,自行设计和非标螺钉慎用； 若不可避免，考虑系列产品公用的设计,1.3 非标件慎用准则,相同装配要求用相同的标准件。,1.4 相同装配相同标准件准则,1.5 腐蚀环境材料同质准则,在腐蚀性环境下工作的设备，标准件材料与构件材质须相同，如不同，标准件加套管等隔离防护措施，避免腐蚀。,外部螺钉型号、颜色一致,1.6 外部螺钉特征一致准则,1.7 明显差异或完全相同准则,用到的标准件，要么有明显差异，要么完全相同， 有明显差异是为了防止装错，完全相同是为了维修过程的互换性。 检查：维修过程重装时，应没有螺钉装错依然

3、能够装上的情况， 并分析螺钉装错不会造成事故。,2.1 薄板翻边准则 2.2 薄板零件禁攻丝准则 2.3 薄板件判定标准 2.4 形状简单准则 2.5 节省材料准则 2.6 足够强度刚度准则 2.7 避免粘刀准则 2.8 弯曲棱边垂直切割面准则,第二章：薄板件设计准则,2.9平缓弯曲准则 2.10 避免小圆形卷边准则 2.11 槽孔边不弯曲准则 2.12 复杂结构组合制造准则 2.13 避免直线贯通准则 2.14 压槽连通排列准则 2.15 空间压槽准则 2.16 局部松弛准则,2.1 薄板翻边准则,薄板（0.8mm）的零件，安装螺钉过孔位应有折边。,薄板（0.8mm）的零件禁止翻边攻丝,2.

4、2 薄板零件禁攻丝准则,确认是否有薄板件，判定标准：板厚和其长度相比小得多的钢板，特点是横向抗弯能力差,包括三个加工工艺： 1下料包括剪切和冲裁； 2成形包括弯曲、折叠、卷边和深拉； 3连接包括焊接和粘接。,2.3 薄板件判定标准,用直线、圆形等简单形状，便于加工,2.4 形状简单准则,2.5 节省材料准则,明确了解所选用材料的原材料形状 形状设计考虑加工时的自拼接，减少下脚料，尤其是批量大时， 解决方法：1下料排列方法优化；2下脚料再利用,选用材料的原材料形状？,1尖角刚度不足，用钝角代替； 2两孔间距不宜太近，避免切割冲孔时的裂纹； 3细长板条剪裁会产生裂纹，应避免。,2.6 足够强度刚度

5、准则,需要冲裁切割部分作如下处理： 1留有一定坡度； 2切割面连通。,2.7 避免粘刀准则,切割后的薄板如果需要进行弯曲，弯曲棱需垂直于切割面； 不能保证时，应在切割面和弯曲棱边交汇处设计一个r2倍板厚的圆角。否则会有裂纹的危险。,2.8 弯曲棱边垂直切割面准则,对板进行弯折时，弯曲半径不宜太小，外侧会出现裂纹，内侧会出现褶皱。,2.9平缓弯曲准则,2.10 避免小圆形卷边准则,r1.5倍的板厚；不要完全的卷形。加强刚度，避免棱边划伤。,2.11 槽孔边不弯曲准则,弯曲棱边与槽孔的棱边的距离大于弯曲半径+2倍壁厚的距离；或者让槽孔横跨整个弯曲棱边。,将超过二（三）道工序的结构件的结构进行分解，

6、分解成只 由圆形、直线等组成的简单结构，然后焊接在一起。,2.12 复杂结构组合制造准则,2.13 避免直线贯通准则,薄板横向弯曲刚度较差，用加压槽的设计避免。 并且无压槽区域禁止直线贯通，贯通的低刚度无压槽窄带区域易成为板面弯曲失稳的惯性轴。 不规则排列是消除直线贯通的较好方法,压槽终点是薄弱点，通过连通消除终点为佳,2.14 压槽连通排列准则,非单一平面的薄板结构，棱边附近是失稳的薄弱环节，设计压槽不能只在一个平面上设计，需要设计成空间的。,2.15 空间压槽准则,薄板局部变形受阻碍时，会出现皱折， 在皱折附近设几个小的压槽，减少变形阻碍。,2.16 局部松弛准则,第三章：防腐蚀设计准则,

7、3.1 避免大面积叠焊准则 3.2 避免间隙腐蚀准则 3.3 避免局部微观腐蚀环境准则 3.4 防止流体通道淤积原则 3.5 避免大温度和浓度梯度差准则 3.6 防止高速流体准则 3.7 腐蚀裕度准则 3.8 最小比表面积准则 3.9 便利后继措施准则 3.10 良好力学状态准则,3.1 避免大面积叠焊准则,是否存在大面积的叠焊、缝隙中的残留物可能导致零件生锈 确认腐蚀环境条件：两个不同电化学位势的电极分别是什么？两个电极通过何方式实现电接触？浸泡两电极的电解质是什么？如何形成的？ 确定是面腐蚀还是点腐蚀如果是面腐蚀，选择增加板的厚度，按照预期设计寿命留出板厚余量。 选择其中一种防护层工艺方法

8、：电镀、喷涂、浸渍上漆、渗透、滚压、化学转换等,金属浓度不同，间隙内腐蚀产物经水解化作用酸化，氧气扩散困难，发生间隙腐蚀的可能性大得多，例如支承结构、钢架结构、点焊、单侧焊、容器衬板中。 避免间隙结构出现； 将间隙密封，使腐蚀性物质无法进入； 将狭窄空间设计成较大空间，不停的对流使电解质平衡。,3.2 避免间隙腐蚀准则,不同金属是否有电接触？ 通过加绝缘措施使不同金属没有电接触； 有电接触的不同金属，哪是贱金属，哪是贵金属？如有螺栓、螺钉连接的结构 确定贱金属是不是要保护的防腐蚀部件（贱金属充当阳极被腐蚀），如果是则采取系列措施，如果不是，则贵金属是被保护部件，牺牲贱金属（阳极）被腐蚀，保护贵

9、金属（阴极），则不必作技术处理 金属是否被电解质包围；,3.3 避免局部微观腐蚀环境准则,结构上保证停车期间，管道中的介质能空干，否则温度下降，残留介质在器壁上浓缩结壳，再启动后壁受热，粘结在器壁上的结壳成为应力裂纹腐蚀源,3.4 防止流体通道淤积原则,防止大的温度和浓度梯度，否则会引起沉淀物、冷凝物、局部势差； 高温度、高浓度也会加速腐蚀过程； 局部高温引起结壳，结壳反过来加剧局部过热； 局部低温会导致冷凝,3.5 避免大温度和浓度梯度差准则,3.6 防止高速流体准则,常出现在高湍流区；确认结构系统里是否存在高湍流区？ 1、结构改进，增大弯管弯曲半径； 2、过滤和离心分离流体，消除固体粒子和

10、气泡； 3、阴极保护或加防腐剂； 4、在危险壁面电镀或加涂层； 5、选择具有坚硬保护层不易腐蚀的材料。,对腐蚀速率较慢、均匀的面腐蚀适用；腐蚀速率和设备的设计寿命确定壁厚,3.7 腐蚀裕度准则,在容积相等的前提下，使受腐蚀的表面最小，比表面积=表面积/体积 六面体正方体圆柱体椭圆体球体,3.8 最小比表面积准则,某储液罐，10立方米容积，是用一个大罐还是用十个小罐减少腐蚀更好一点？,不能通过结构措施消除的腐蚀损 坏，可设计上为后续更换腐蚀部 件或加防护措施提供便利 1、易于观察腐蚀损坏； 2、易于更换腐蚀严重的构件； 3、易于上涂层，易于电镀,3.9 便利后继措施准则,3.10 良好力学状态准

11、则,类似于焊接件里的强度要求设计规范，让焊缝处于较好的受力状态； 拉应力会加剧腐蚀； 裂纹应力同时存在时，可能产生应力裂纹腐蚀,4.1 关键配合尺寸的加工要求明确准则 4.2 同一道工序准则 4.3 减少刚体转动位移准则 4.4 避免双重配合准则 4.5 最小公称尺寸准则 4.6 避免累积误差准则 4.7 形状简单准则 4.8 最小尺寸数量准则 4.9 采用弹性元件准则 4.10采用调节元件准则,第四章：公差设计准则,关键配合尺寸的加工是否有 粗糙度或形位公差的要求,4.1 关键配合尺寸的加工要求明确准则,GBT 4249公差原则,对有平行、同轴、对中等要求的加工面，设计上尽量使这些有位置精度

12、要求的元素在同一道工序中加工 平行、同轴、对中等要求的加工面，只用一道工序解决,4.2 同一道工序准则,4.3 减少刚体转动位移准则,消除刚体位移； 减小配合面到传动中心的距离；有转动倾向的配合、减小配合面到转动点的距离,禁止两个或更多个配合面,4.4 避免双重配合准则,同样加工精度，构件公称尺寸越小，越容易加工；即构件尺寸越小，加工精度越容易提高； 使较高配合精度要求的工作面的面积和配合距离尽可能小,4.5 最小公称尺寸准则,要尽量避免串联尺寸链上的标注方法，非功能性的尺寸可以不标,4.6 避免累积误差准则,配合面的几何形状应尺量简单， 圆柱面代替圆锥面， 平行、垂直面代替倾斜面,4.7 形

13、状简单准则,4.8 最小尺寸数量准则,配合性能和多个尺寸相关时，误差累积会致配合精度难提高，应尽量使配合面和较少的尺寸相关,导轨、螺纹、绞联、插接有间隙会降低配合精度，过盈摩擦力太大会咬死，这种配合状态用选择公差的方法难实现，用柔度大的弹性体消除间隙,4.9 采用弹性元件准则,螺母或弹性垫片实现,4.10采用调节元件准则,5.1几何连续性原则 5.2避免焊缝重叠 5.3焊缝根部优先受压 5.4避免铆接式结构 5.5避免尖角 5.6便于焊接前后的处理操作和检测准则 5.7对接焊缝强度大及动载荷设计准则 5.8焊接区柔性准则 5.9最少的焊接 5.10材料的可焊性，碳钢中的碳含量 5.11前处理、

14、后处理工艺 5.12焊缝受载形式利于焊接工艺准则,第五章：焊接件设计准则,几何连续性原则，避免在几何突变处设置焊缝，这里应力集中，如果不能避免，则设定过渡结构 焊缝连接的两侧，板厚不一致，不能保证几何形状的连续性，则设定过渡结构,5.1几何连续性原则,5.2避免焊缝重叠,避免焊缝重叠，多条焊缝交汇处刚性大，结构翘曲严重会加大焊缝内应力； 结构多次过热，材料性能下降，应避免 措施有三个： 加辅助结构； 切除部分； 焊缝错开,焊缝根部优先受压，焊缝根部有裂纹，易产生缺口作用 承受拉载荷能力 承受压载荷能力,5.3焊缝根部优先受压,铆接式结构通常用衬板搭接形式，焊缝多，费材料，造价高，且导致力流转折

15、，提高了焊缝处的应力水平,5.4避免铆接式结构,5.5避免尖角,避免尖角，焊接处尖角定位困难，且尖角热容体太小，尖角易被熔化,5.6便于焊接前后的处理操作和检测准则,结构的设计便于焊接前、后的处理、焊接的操作和检测。 1、足够大的操作空间； 2、焊接时易于定位，易于操作，电极不会和周围的板粘结； 3、焊接后便于检查；,5.7对接焊缝强度大及动载荷设计准则,对接焊缝强度较大，尤其动载荷时优先采用,焊接时的热变形在冷却后不能完全消除， 产生残余变形，引起热应力。 解决措施： 热处理工艺降低热应力； 降低焊接区周围的刚性，从根本上减少内应力的产生。,5.8焊接区柔性准则,5.9最少的焊接,最好的焊接

16、是最少的焊接，减少焊缝的数量，减少焊缝的长度。 焊接的强度总会低于母材 焊接过程的热应力总会对材料特性有影响。,5.10材料的可焊性，碳钢中的碳含量,材料的可焊性，碳钢中的碳含量0.22%,前处理、后处理工艺,5.11前处理、后处理工艺,焊缝受载形式利于焊接工艺的进行,5.12焊缝受载形式利于焊接工艺准则,6.1冗余法则 6.2零流准则 6.3可靠的工作原理准则 6.4裕度准则 6.5安全阀准则 6.6简单准则,第六章：可靠性设计准则,6.1冗余法则,重复设置多个功能相同元件，分功能冗余和原理冗余； 功能冗余：原理相同、功能相同的备份；功能冗余针对元件本身而非外界环境因素的失效； 原理冗余：相同功能，不同原理的元件互为备份。原理冗余采取不同的原理器件，比如对锅炉安全阀的监测，可以用电、光、热敏等不同原理的传感器，可避免在某一失效因素下，两个器件不会同时失效。,6.2零流准则,在需要外部构件执行某项功能时，让它不依赖或尽量少依赖外部条件，从而减少可能阻碍其执行功能的外在因素。,6.3可靠的工作原理准则,机械优于电气、电磁、液压系统，工作性能较可靠； 形状联结方式比