机械零件结构设计（二）

利用功能面的结构设计

实现零件功能的结构方案是多种多样的，其中功能面分析法是机械零部件结构设计中常用的方法bvty。机械零件的结构设计就是将原理设计方案具体化，即构造一个能够满足功能要求的三维实体零部件。构造零件三维实体，需先根据原理方案规定各功能面，由功能面构造零件。功能面是机械中相邻零件的作用表面，例如齿轮间的啮合面、轮毂与轴的配合表面、V带传动的V带与轮槽的作用表面、键连接的工作表面等。零件的基本形状或其功能面要素是与其功能要求相对应的。表（1）列出了零件的基本形状及功能的对应关系。

常用零件的基本形状及其功能（1）

常用零件的基本形状及其功能（1）

利用功能面和形态变换的方法制定结构方案（2）

功能面可用形状、尺寸、数量、位置、排列顺序和不同功能面的连接等参数来描述，改变功能面的参数即可获得多种零件结构和组合变化（参见表2）。

利用功能面和形态变换的方法制定结构方案（2）

利用自由度分析法的零件结构设计

运动副零件结构设计还常采用自由度分析法。因按机械系统的总体要求，每个零件都应具有一定的位置或运动规律，设计时应保证各零件的自由度。表（3）是常见的两零件间的连接形式和自由度的关系。其中自由度简图示意给出了接触零件间的六个自由度的情况。三个坐标轴方向的柱线反映三个方向上的移动自由情况；坐标轴端部的圆圈表示绕各轴线的转动情况；柱线或圆圈涂黑表示该自由度丧失；柱线一半涂黑表示沿该方向可以一边移动。

常见的两零件间的连接形式和自由度的关系（3）

常见的两零件间的连接形式和自由度的关系（3）

以图3所示的齿轮在轴上的固定连接为例：基本的连接形式为圆柱面结合面的连接（表3中的第6种），为保证连接可靠须进一步约束住沿X轴方向移动和绕该轴转动的两个自由度。在图中这两个自由度分别由轴肩/套筒和键/键槽完成对其约束。

图3　齿轮在轴上的固定连接