機械結構設計分析的案例
【機械設計】機械結構優(yōu)化設計之裝配工藝設計注意事項，總結的夠全夠專！
改進后的設計(圖a')可避免產生上述錯誤
(3)采用結構措施補償誤差：圖a'一對圓柱齒輪中的小齒輪比大齒輪稍加寬一些，當有裝配誤差時，仍能保證兩齒沿全齒寬嚙合，這就可在保證安裝要求前提下，降低裝配精度的要求
圖中左右兩邊的軸肩不要分別與零件2和軸承內圈的端面取齊，這樣既保證了安裝要求，也降低了機械加工精度的要求和避免裝配時的修配工作
(4)采用調整零件。如圖所示結構，在軸承外圈與軸承蓋2之間加一環(huán)狀零件1，它的厚度在裝配時根據測量結果配制，組件的軸向尺寸加工時可按自由公差，積累的軸向誤差可用零件1補償，以保證對軸承內外圈的固定要求
如圖所示是裝配精度要求較高的圓錐齒輪機構，要求兩輪的節(jié)圓錐共頂，以保證正確嚙合。因此裝配時要使兩輪能沿各自軸線有控制地移動，以便將兩輪調整到所要求的合適位置。
展開 機械結構可靠性設計與傳統安全系數法機械設計的關系
在機械結構的傳統設計中，產品的設計者主要從滿足產品使用要求和保證機械性能要求出發(fā)進行產品設計。在滿足這兩方面要求的同時，必須利用工程設計經驗，使產品盡可能可靠，這種設計不能回答所涉及產品的可靠程度或發(fā)生故障概率是多少。
當設計者不能確定設計變量和參數時，為了保證所設計的產品的結構安全可靠，一般情況下在設計中引入一個大于1的安全系數，試圖一次來保證機械產品不會發(fā)生故障。所以傳統設計方法一般也稱“安全系數法”。
安全系數法的基本思想是：機械結構在承受外載荷后，計算得到的應力應該小于該結構材料的許用應力。
在傳統設計中，只要安全系數大于某一根據實際使用經驗規(guī)定的數值就認為是安全的。但安全系數本身就實質而言，仍是一個“未知”的系數。安全系數的概念本身包含著一些無法定量表示的影響因素。不同的設計者由于經驗的差異，其設計的結果有可能偏于保守或危險，前者會導致結構尺寸過大，重量過重，費用增加，后者則可能使產品故障頻繁，甚至產生嚴重“機毀人亡”后果。
從可靠性角度考慮，影響機械產品故障的各種因素可概括為“應力”和“強度”。“應力”大于“強度”時，故障發(fā)生。應力包括各種環(huán)境因素，例如：溫度、適度、腐蝕、粒子輻射等。應力使一個受多種因素影響的隨機變量，具有一定的分布規(guī)律。受材料的譏刺惡性能、工藝環(huán)節(jié)的波動和加工精度等的影響，強度也是具有一定分布規(guī)律的隨機變量。在這種情況下，研究機械結構的可靠性問題就是機械概率可靠性設計。
一概率論和樹立統計位理論基礎的可靠性設計方法比常規(guī)的安全系數法更合理，可靠性設計能得到所要求的恰如其分的設計，能得到較小的零件尺寸、體積和重量，從而節(jié)省原材料、加工時間，可以是所設計的零件具有可預測的壽命和失效概率，而安全系數則不能。
展開 【經驗分享】機械結構設計工程師需要什么樣的分析軟件？！
我們需要學習一些分析軟件。什么是分析軟件？用它們干嘛?
舉一個例子，我們要設計一塊有幾個孔的連接板如下圖：
那么我們的問題是，你如何確定這塊板的厚度?這塊板要承受一定的力，你如何知道在力的作用下它的變形不會超過0.1mm？你如何知道在外力的作用下它不會屈服？不會疲勞？你如何選擇材料？你如何確定這塊板的整體結構？
這并不僅僅是一個滿足功能的問題，還需要滿足力學要求。我們希望它在滿足功能，力學的要求的前提下，要質量最輕，那么，你該如何設計這個結構?
固然有經驗可以做到這一點。但是作為一名年輕的結構設計工程師，你毫無經驗，你該怎么辦呢？你該從哪里開始呢？即便作為一名經驗豐富的結構設計工程師，當我們面對一個全新問題的時候，也會感到棘手。尤其當結構很復雜時，我們更不敢確信自己所設計的結構在實踐中是否有問題。
那么，有什么辦法可以解決上述問題呢?
使用分析軟件。
在結構設計階段就使用分析軟件，幫助我們考察結構的性能。
如果我們在百度中搜索機械分析軟件，我們同樣會陷入到汪洋大海中，分析軟件太多太多了，它們可以做什么?
我應該選擇哪一種？
ADAMS 機械系統動力學自動分析軟件
ADAMS軟件是一款虛擬樣機分析軟件，可以方便對虛擬樣機系統進行動力學、靜力學和運動學方向，輸出速度、位移、加速度等參數曲線，供開發(fā)者判斷是否處于正常范圍。
展開 機械結構設計工程師最需要什么樣的分析軟件？
你如何確定這塊板的整體結構？
這并不僅僅是一個滿足功能的問題，還需要滿足力學要求。我們希望它在滿足功能，力學的要求的前提下，要質量最輕，那么，你該如何設計這個結構？
固然有經驗可以做到這一點。但是作為一名年輕的結構設計工程師，你毫無經驗，你該怎么辦呢？你該從哪里開始呢？即便作為一名經驗豐富的結構設計工程師，當我們面對一個全新問題的時候，也會感到棘手。尤其當結構很復雜時，我們更不敢確信自己所設計的結構在實踐中是否有問題。
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使用分析軟件。
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的確很多。不過對于結構設計工程師而言，筆者推薦使用OPTISTRUCT.
OPTISTRUCT?是個什么東西？大家不都是在談論ANSYS,NASTRAN,ABAQUS,HYPERMESH嗎？怎么沒有怎么聽說這種無名小卒？
這是教育的誤區(qū)。
高校的教師們，習慣使用ANSYS，因為ANSYS在教育系統涉入很多，老師們知道它，從而給學生講授ANSYS,而學生日后成為老師后，也講授ANSYS。但實際上，ANSYS主要做分析，但是對于結構設計的指導性是相對較弱的。
那么ABAQUS? NASTRAN?
它們都是專業(yè)分析軟件，可以做結構的分析，但是很難指導結構的設計。
而對于結構設計工程師而言，我們需要的是，根據分析修改設計。換一句話說，我們需要這樣一種軟件，它是一種基于分析的結構設計軟件。或者說，是一種基于分析的結構優(yōu)化設計軟件。說得更詳細一些，是一種基于有限元分析的結構優(yōu)化設計軟件。
而OPTISTRUCT可以完美的做到這一點。
展開 
機械結構設計工程師最需要什么樣的分析軟件？【轉】
你如何確定這塊板的整體結構？
這并不僅僅是一個滿足功能的問題，還需要滿足力學要求。我們希望它在滿足功能，力學的要求的前提下，要質量最輕，那么，你該如何設計這個結構？
固然有經驗可以做到這一點。但是作為一名年輕的結構設計工程師，你毫無經驗，你該怎么辦呢？你該從哪里開始呢？即便作為一名經驗豐富的結構設計工程師，當我們面對一個全新問題的時候，也會感到棘手。尤其當結構很復雜時，我們更不敢確信自己所設計的結構在實踐中是否有問題。
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這是教育的誤區(qū)。
高校的教師們，習慣使用ANSYS，因為ANSYS在教育系統涉入很多，老師們知道它，從而給學生講授ANSYS,而學生日后成為老師后，也講授ANSYS。但實際上，ANSYS主要做分析，但是對于結構設計的指導性是相對較弱的。
那么ABAQUS? NASTRAN?
它們都是專業(yè)分析軟件，可以做結構的分析，但是很難指導結構的設計。
而對于結構設計工程師而言，我們需要的是，根據分析修改設計。換一句話說，我們需要這樣一種軟件，它是一種基于分析的結構設計軟件。或者說，是一種基于分析的結構優(yōu)化設計軟件。說得更詳細一些，是一種基于有限元分析的結構優(yōu)化設計軟件。
而OPTISTRUCT可以完美的做到這一點。
下篇博文，筆者將用通俗易懂的方式闡述該軟件的功能。
展開 基于SolidWorks的機械人工心臟瓣膜結構設計與有限元分析
人工機械心臟瓣膜是自然心臟瓣膜的替代物，隨著對人工心臟瓣膜血流動力學認識的深入，新材料的應用，人工機械心臟瓣膜計算機模擬、測試手段的提高，使得人工機械心臟瓣膜研究成為國內外新興研究的熱點之一。通過SolidWorks及其分析軟件COSMOSWorks進行新型三葉瓣的研究開發(fā)，分析機械心臟瓣膜的結構組成及設計要求進行瓣葉與瓣環(huán)的結構設計。對瓣葉選擇合適的網格化分，用COSMOSWorks軟件自帶求解器進行應力與應變分析。為進一步研制新型人工機械心臟瓣膜提供了一種參考方法
基于SolidWorks的機械人工心臟瓣膜結構設計與有限元分析.pdf
展開 工程機械設計中的整體結構有限元分析技術
摘要：本文綜述了以北京航空制造工程研究所為技術依托單位的BQCIMS工程的整體結構分析技術，包括：工程背景與需求，基于ANSYS/APDL平臺的結構模型參數化技術，整體結構的子結構分析與自動化分析流程。最后，整體結構分析在汽車起重機與礦用重型汽車設計中的成功應用，證明了這種技術的實用性。
1 工程背景與需求
以北京航空制造工程研究所為技術依托單位的北京起重機器廠CIMS 工程(簡稱BQCIMS工程)，是國家863CIMS工程資助的北京市信息技術推廣示范項目之一。其中，汽車起重機與礦用重型汽車設計中的工程分析是該項目的核心創(chuàng)新技術與提高企業(yè)市場快速反映能力的重要手段。北京航空制造工程研究所推廣應用航空結構設計中的先進分析技術與方法[1]，以國際上先進的工程分析平臺—ANSYS系統[2]為基礎，與北京起重機器廠的工程師們緊密合作，利用ANSYS/APDL語言進行二次開發(fā)，建立了適應汽車起重機[3]與礦用重型汽車[4]設計的整體結構工程分析方法。
汽車起重機與礦用重型汽車，作為一類“大力神”產品，具有其特殊的作業(yè)環(huán)境，要求良好的力學性能，包括剛度、應力水平、變形、抗干擾性能等。對于工程設計人員來說，零件、結構件及整機的力學性能如何？會不會因強度不夠造成破壞事故？這些都是他們必須關心和回答的問題。
對于結構件設計來說，一般地說，它是零部件的組合設計。汽車起重機的主要承力結構件是吊臂、轉臺、車架。礦用重型汽車的主要承力骨架是整體車架，它又是許多結構件的組合，包括支撐架、前車架、中車架、尾架及若干子構件。結構件有限元分析是產品設計的基礎性分析。最基本的分析是進行線性應力分析；對于有些結構件，例如吊臂與車架，還要進行穩(wěn)定性分析，研究結構件失穩(wěn)(屈曲)的條件。
對于整體結構設計來說，整體分析是工程師面臨的最直接、最重要的問題。
展開 【機械設計】工程師的奇思妙想——簡單卻巧妙的機械結構
01 SD卡的“PUSH-PUSH”結構
我們日常生活中常用的手機存儲卡卡槽機構，機構簡單但是相當經典，該機構是對彈簧及“迷宮槽”的經典應用：
它里面是一個滑槽，在滑槽的上部有一個分離塊，當卡片進入是帶動那個塑料件下移的時候，原來位于槽內的兩頭帶鉤的鋼絲開始向上移動，在到達頂部的時候因為分離塊的緣故，鋼絲變斜了，等過了那個位置，鋼絲因為彈性的原因往中間移動，正好移到了這個分離塊上部的小凹角內，這樣就忘成了按壓的第一步；當再次被按下的時候，鋼絲又被移向了另一側，這一側可以保證鋼絲順利回到底部，這樣就完成了另一個按壓退出的動作。
該機構是對彈簧及“迷宮槽”的經典應用，做的很巧：
每個轉彎處都設計有臺階，以至于拉桿只能沿著特定的軌跡運動而不能逆行。這種PUSH-PUSH結構的原理和圓珠筆差不多：
如上圖所示，這種機構由三個零件組成，分別為黑色的頂桿，黃色的轉盤，藍色的滑槽，紅色為滑槽的局部截圖，還有輔助的彈簧沒有示意出來，只需要了解轉盤一直有一個向上的力壓緊它。當給頂桿施加壓力時，頂桿沿滑槽運動壓迫轉盤向下運動，當轉盤與滑槽的嚙合處脫離時，頂桿頭部的幾道尖尖的特征部分在與轉盤的斜面接觸處產生的徑向力強迫轉盤旋轉，使轉盤與滑槽再次嚙合。當再次按壓頂桿時，重復以上動作。轉盤與滑槽的嚙合有兩種狀態(tài)，一種嚙合后轉盤嵌入滑槽如圖8所示，一種如圖4所示，兩種狀態(tài)交替分布，依次表現為筆芯的縮回和伸出。
02 老式自行車鈴鐺
老式自行車鈴鐺足以稱之為鈴鐺界的驕傲，把鈴鐺桿壓下時，鈴鐺桿會利用齒輪的旋轉來帶動砝碼，將砝碼向外拋出。
展開 【機械原理】機械設計的好案例，經典模具結構原理圖
機械設計是一個即簡單又復雜的工作，簡單是因為設計原理都通俗易懂，甚至很多非機械專業(yè)的人也可以很輕松的去從事機械相關的工作。復雜來說，是因為其實真正的設計是對簡單原理的復雜應用，即用簡單的原理實現復雜的連續(xù)動作，并兼具制造、裝配、維修的可行性與經濟性。所以，無論多么精巧的設計，體現的都是基本原理，無論多么簡單的原理，其應用場景及所能實現的功能都是無限的。
今天給大家分享一批模具結構圖，模具結構因為合模定位及脫模頂出等動作需要，一般都需要比較精巧的機構設計實現連續(xù)有邏輯的多個動作。是機械設計原理應用的絕佳體現形式，也是大家學習提升的上好的案例。希望大家能根據動作原理舉一反三，能更多的應用到自己的設計中。
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展開 【機械設計】模具滑塊（行位）結構，搞懂了輕松做設計
所以用出模角分析是否在行位出模方向是否有倒扣。倒扣為多少？如果是三幾個C的看產品公差是否抵消。
為了防止產品粘前模所以設計行位延時開模，前后模已打開一部分但是行位還沒有滑動，通過行位把產品夾住(有扣位)保證產品在后模。產品柱子大部分在行位上，所以行位要設計運水冷卻！
案例4：
案例5：
頂針不可以在兩個工件一邊一半鉆孔頂出運動!!，在它外面加流道頂針套子或流道鑲件。否則由于兩工件可能錯位夾住頂針易插燒。
推板先頂空一段才到產品底已延時頂出產品，因為推板與產品有一段空間所以推頂空一段才頂到產品，但是水口頂針與水口料沒有此情況頂針板一動立刻把水口頂向上但是產品還沒有動，達到水口與產品不同步，自動分離。
推板頂針上表面要用螺絲鎖緊，所以上螺絲時為不讓頂針也跟著轉動頂針頭要做定位。
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展開 【機械設計】軸類零件加工的結構設計原則都有哪些？你了解嗎？
軸是組成機械結構的重要零件之一。軸類零件加工認準鈦浩，它是軸系零件中的主要零件，也是支撐軸上零件、傳遞運動和動力的關鍵部件。為了保證安裝在軸上的零件能正確地定位和固定，滿足軸的加工和裝配的要求，必須合理地定出軸各部分形狀和結構尺寸，即進行結構設計。
一、軸類零件加工的概述
軸是穿在軸承中間或車輪中間或齒輪中間的圓柱形物件，但也有少部分是方型的。軸是支承轉動零件并與之一起回轉以傳遞運動、扭矩或彎矩的機械零件。一般為金屬圓桿狀，各段可以有不同的直徑。機器中作回轉運動的零件就裝在軸上。根據軸線形狀的不同，軸可以分為曲軸和直軸兩類。根據軸的承載情況，又可分為：轉軸、心軸、傳動軸。軸類零件加工認準鈦浩機械，品質保障，軸的結構設計是確定軸的合理外形和全部結構尺寸，為軸設計的重要步驟。它由軸上安裝零件類型、尺寸及其位置、零件的固定方式，載荷的性質、方向、大小及分布情況，軸承的類型與尺寸，軸的毛坯、制造和裝配工藝、安裝及運輸，對軸的變形等因素有關。設計者可根據軸的具體要求進行設計，必要時可做幾個方案進行比較，以便選出最佳設計方案。
以下是一般軸結構設計原則：
1、軸的設計主要包括材料、結構設計、性能設計與精度設計等。軸的設計內容是確定軸的合理外形和全部尺寸。由于軸、軸上零部件（包括支承軸承）等構成了軸系組件，故軸的結構設計需同時考慮軸上零部件的定位、固定、調整、裝拆等功能需求。軸的性能設計主要包括強度設計、剛度設計。軸的性能設計首先需進行其力學模型的簡化（根據其支承方式簡化為簡支梁和懸臂梁）；
其次根據其承載類型和工況確定其可能的失效形式，進而選用相應的設計準則進行性能設計。軸的性能設計準則包括強度準則和剛度準則。高速軸常需要進行振動穩(wěn)定性設計。軸的振動穩(wěn)定性設計主要目的是避免軸振動過大，特別是發(fā)生共振。軸的精度設計，包括其尺寸公差和幾何公差。
展開 
總結太全面了：機械設計中的結構要素、設計要求準則
機械結構設計的任務是依據設計任務在總體設計構想的基礎上，確定的原理方案，繪制出具體的結構圖，以實現設計所要求的功能。
設計的過程是將抽象的工作原理具體化為某類構件或零部件，包含確定結構件的材料、形狀、尺寸、公差、熱處理方式和表面處理等，還須考慮其加工工藝、強度、剛度、精度以及與其它零件相互之間關系等問題。所以結構設計的直接產物雖是技術圖紙，但工作不是簡單的機械制圖，圖紙只是表達設計方案的工程語言，運用機構設計的各種技術將設計構想具體化是結構設計的基本內容。
1 機械結構件的結構要素和設計方法
1.1 結構件的幾何要素
機械結構的功能主要是靠機械零部件的幾何形狀及各個零部件之間的相對位置關系實現的。零部件的幾何形狀由它的表面所構成，一個零件通常有多個表面，在這些表面中有的與其它零部件表面直接接觸，把這一部分表面稱為功能表面。在功能表面之間的聯結部分稱為聯接表面。零件的功能表面是決定機械功能的重要因素，功能表面的設計是零部件結構設計的核心。描述功能表面的主要幾何參數有表面的幾何形狀、尺寸大小、表面數量、位置、順序等。通過對功能表面的不同設計，可以得到為實現同一技術功能的多種結構方案。
1.2 結構件之間的關聯
在機器或機械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在結構設計中除了研究零件本身的功能和相關特征外，還必須研究零件之間的相互關系。零件之間的相互關系分為直接相關和間接相關兩類。兩個零件有直接裝配關系的成為直接相關。沒有直接裝配關系的成為間接相關。間接相關又分為位置相關和運動相關兩類。位置相關是指兩零件在相互位置上有要求，如減速器中兩相鄰的傳動軸，其中心距必須保證一定的精度，兩軸線必須平行，以保證齒輪的正常嚙合。
展開 【專業(yè)知識】機械結構設計基礎知識講解，方法、要求及設計準則
2.質量設計兼顧各種要求和限制，提高產品的質量和性能價格比，它是現代工程設計的特征。具體為操作、美觀、成本、安全、環(huán)保等眾多其它要求和限制。在現代設計中，質量設計相當重要，往往決定產品的競爭力。那種只滿足主要技術功能要求的機械設計時代已經過去，統籌兼顧各種要求，提高產品的質量，是現代機械設計的關鍵所在。
3.優(yōu)化設計和創(chuàng)新設計用結構設計變元等方法系統地構造優(yōu)化設計空間，用創(chuàng)造性設計思維方法和其它科學方法進行優(yōu)選和創(chuàng)新。
三、機械結構基本設計準則
機械設計的最終結果是以一定的結構形式表現出來的，按所設計的結構進行加工、裝配，制造成最終的產品。所以，機械結構設計應滿足作為產品的多方面要求，基本要求有功能、可靠性、工藝性、經濟性和外觀造型等方面的要求。此外，還應改善零件的受力，提高強度、剛度、精度和壽命。因此，機械結構設計是一項綜合性的技術工作。由于結構設計的錯誤或不合理，可能造成零部件不應有的失效，使機器達不到設計精度的要求，給裝配和維修帶來極大的不方便。機械結構設計過程中應考慮如下的結構設計準則。
1.現預期功能的設計準則
產品的設計主要目的是為了實現預定的功能要求，因此實現預期功能的設計準則是結構設計首先考慮的問題。
展開 基于SolidWorks的自動裝卸機械結構設計
整 體結構的設計能夠實現功能需求，在裝卸作業(yè)中使用可降低成 本，還能夠提高裝卸工作效率。
參考文獻
［1］譚瀚禹，王成，徐東亮，等.璃鋼管道纏繞芯玻模自動存取機的設計 與研究［J］.起重運輸機械，2020（8）：32-38.
［2］蔡玉強，趙闖，朱佳歡.基于 SolidWorks 和 Workbench 下肢康復機器 人結構設計與分析［J］.華北理工大學學報（自然科學版），2020，42（1）： 77-83.
［3］尹帥帥，石更強，孫旭陽，等.基于 SolidWorks Simulation 軟件的旋 壓式制粒機的結構設計與有限元分析［J］.中國醫(yī)學物理學雜志，2021， 38（2）：96-101.
［4］栗偉，孫超，李萬剛.基于 SolidWorks Simulation 的壓力容器受壓元 件建模及應力分析設計［J］.制冷與空調，2021，35（5）：695-698.
文章來源：設備管理與維修
展開 機械結構設計中的力學原則
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。
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。
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。
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。
柔性準則的措施：
增加等截面桿的長度；
避免截面突變；
安裝緩沖器；
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，但受壓狀態(tài)下，失穩(wěn)破壞會破壞強度，設計上應避免。應注意檢查是否有細長桿受壓結構。
改進措施：
加大截面慣性矩；
減小壓桿長度；
加強支撐約束性；
截面形狀與約束方式的最優(yōu)組合；
合理選材。
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