機械構造部品の構造要素と設計方法

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構造部品の幾何学的要素
機械的構造の機能は、主に機械部品の幾何学的形状とさまざまな部品間の相対的な位置関係によって実現されます。パーツのジオメトリは、そのサーフェスで構成されています。通常、パーツには複数のサーフェスがあり、これらのサーフェスの一部は他のパーツのサーフェスと直接接触しています。サーフェスのこの部分は、機能サーフェスと呼ばれます。機能面間の接続部分を接続面と呼びます。
部品の機能面は機械的機能を決定する重要な要素であり、機能面の設計は部品の構造設計の中心的な問題です。機能面を説明する主な幾何学的パラメータには、面の幾何学的形状、サイズ、面の数、位置、順序などが含まれます。機能面のバリエーションデザインにより、同じ技術機能を実現するためのさまざまな構造スキームを得ることができます。
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構造間のリンク
1つまたは複数の機械では、部品が孤立して存在することはありません。したがって、部品自体の機能やその他の特徴を研究することに加えて、構造設計では部品間の相互関係も研究する必要があります。
パーツの相関は、直接相関と間接相関の2つのタイプに分けられます。2つの部品が直接組み立て関係にある場合、それらは直接関連します。直接的なアセンブリ関係を持たない相関は、間接的な相関になります。間接相関は、位置相関と運動相関の2種類に分けられます。位置相関とは、2つの部分に相互の位置に関する要件があることを意味します。たとえば、減速機の2つの隣接するトランスミッションシャフトの中心距離は一定の精度を保証する必要があり、ギアの通常の噛み合いを保証するために2つの軸は平行である必要があります。モーション相関とは、あるパーツのモーション軌跡が別のパーツに関連していることを意味します。たとえば、旋盤刃物台の運動軌道は、主軸の中心線と平行でなければなりません。これは、ベッドガイドレールとスピンドルの軸の平行性によって保証されます。したがって、スピンドルとガイドレールの間の位置は関連しています。刃物台と主軸は動きに関係しています。
ほとんどのパーツには2つ以上の直接関連するパーツがあるため、各パーツには、他のパーツと構造的に関連する2つ以上のパーツがあります。構造設計では、材料の熱処理方法、形状、サイズ、精度、表面品質を合理的に選択するために、2つの部品の直接関連する部品を同時に考慮する必要があります。同時に、次元チェーンや精度計算などの間接的な関連条件を満たすことも考慮する必要があります。一般的に言えば、パーツのより直接的に関連するパーツがある場合、その構造はより複雑になります。部品の間接的に関連する部品が多いほど、精度要件は高くなります

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構造設計で注意すべき問題
機械設計で選択できる材料はたくさんあります。材料が異なれば、特性も異なります。異なる材料は異なる処理技術に対応します。構造設計では、機能要件に応じて適切な材料を合理的に選択し、材料の種類に応じて適切な材料を決定する必要があります。加工技術、および加工技術の要件に従って適切な構造を決定する場合、適切な構造設計によってのみ、選択された材料がその利点を十分に発揮することができます。
材料を正しく選択するために、設計者は、選択した材料の機械的特性、処理性能、およびコストを完全に理解する必要があります。構造設計では、選択した材料の特性と対応する処理技術に応じて、さまざまな設計原則に従う必要があります。
たとえば、引張と圧縮下の鋼の機械的特性は基本的に同じであるため、鋼の梁構造はほとんど対称です。鋳鉄材料の圧縮強度は、引張強度よりもはるかに大きくなります。したがって、曲げモーメントを受ける鋳鉄構造の断面はほとんど非対称であるため、荷重時の最大圧縮応力は最大引張応力よりも大きくなります。図5.2は、2つの鋳鉄製ブラケットの比較です。鉄骨構造の設計では、通常、断面サイズを大きくすることで構造の強度と剛性が向上します。ただし、鋳造構造物の壁厚が厚すぎると、鋳造品質を確保することが困難になるため、通常、鋳造構造物は補強されたプレートと仕切りで補強されます。構造の剛性と強度。プラスチック材料の剛性が低いため、成形後の不均一な冷却によって生じる内部応力は、構造的な反りを引き起こしやすくなります。したがって、リブの厚さとプラスチック構造の壁は類似しており、均一で対称的です。
熱処理が必要な部品の場合、構造設計の要件は次のとおりです。(1)部品の幾何学的形状は単純で対称的であり、理想的な形状は球形である必要があります。(2)断面積が等しくない部品の場合、急激な変化を避けるために、サイズと断面積の変化は穏やかでなければなりません。隣接する部品の変化が大きすぎると、大小の部分が不均一に冷却され、必然的に内部応力が発生します。(3)鋭いエッジや鋭いコーナーは避けてください。鋭いエッジや鋭い角が溶けたり過熱したりするのを防ぐために、スロットまたは穴のエッジには通常2〜3mmの面取りが施されています。(4)厚さの差が大きく、変形しやすく、焼入れ・冷却時に割れやすい部分は避けてください。

 


投稿時間:10月8日-2021年