機械結構設計中的力學(xué)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(jīng)過(guò)計算,并安全合格 (2)必要時(shí)須有試驗報告和數據。
2、均勻受載準則
(1)通過(guò)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)連續性和載荷均勻分布的設計可以實(shí)現。
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(xiàn)連續。為提高構建剛度,盡量使力流路徑最短,越短則受力區域越小,累積變形就越小,剛度就提高。
(3)盡量保證力流線(xiàn)路的直線(xiàn)狀態(tài),這時(shí)力流路徑最短。
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(xiàn)擁擠,應力急劇集中上升。
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(xié)調準則
在力的傳遞中,構件會(huì )發(fā)生變形,變形不對稱(chēng)、接觸面變形不匹配等都會(huì )引起走偏、應力集中等問(wèn)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(chē)的導軌。
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。
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(guò)其他形式實(shí)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(kāi)口形狀,抵抗剪切變形的能力低,扭轉剛度就低。
10、最佳著(zhù)力點(diǎn)準則
力矢量經(jīng)過(guò)橫截面扭轉中心,不會(huì )產(chǎn)生附加扭矩;多個(gè)力的作用節點(diǎn)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(huì )下降。
柔性準則的措施:
(1)增加等截面桿的長(cháng)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(cháng)壓桿失穩準則 對金屬構件,壓應力是拉應力的多倍,但壓狀態(tài)下,失穩破壞會(huì )破壞強度,設計上應避免。 注意檢查是否有細長(cháng)桿受壓結構。 改進(jìn)措施有: (1)加大截面慣性矩; (2)減小壓桿長(cháng)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。