任务分配的原理及优化策略

根据功能要求选择功能载体时如何合理地分配任务，是结构设计首先需要考虑的问题。有三种可能的分配方式。

（1）以一个载体承担多种功能 其优点是可以简化结构、降低成本。如用向心推力滚子轴承可以同时承担径向力、轴向力以及定心等多项功能。用铰制孔螺栓结构可以同时承担联接功能和抗剪切力的两种功能。用管道法兰联接可实现管道的联接、分离、密封功能，还可以承受管道中可能出现的各种附加力或力矩等。

图6-16 某种支架组件及其集成结构的对比

图6-16所示为某种支架组件及其集成结构的对比。图a为原先的结构，由11个零件组成，结构与加工复杂、成本高；而图b所示方案为采用铸件整体集成结构，既降低了成本，又提高了可靠性。

但将多种功能集中到一个零件往往会受到某种限制，且容易造成结构过于复杂、加工装配困难等缺陷。

（2）以一个载体承担一种功能 其优点是功能明确、安全可靠，有利于针对每种功能进行准确计算和结构优化。而且可应用局部品质原则，在一个零件中的不同部位使用不同材料分别承担不同功能。如图6-17为某种V形带的断面结构。其中，强力纤维用于承受拉力；橡胶填充层用于承受弯曲时的拉伸和压缩应力；而利用外围的包布层与带轮槽之摩擦力传递动力。

又如图6-18所示为利用抗剪切元件承受转矩，不仅安全可靠，而且可以减小联接螺栓的尺寸和结构总质量。

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图6-17 某种V形带的断面结构

图6-18 利用抗剪切元件承受转矩

（3）以多个载体承担一种功能 对于某些复杂功能，往往需要以多个载体同时完成，以减轻每个载体的负荷，延长寿命。

图6-19 三种不同的密封和定位结构

如当传递功率增大时，使用多根V带的并行传动，不仅有利于减小带轮的径向尺寸，而且可以提高V带寿命。图6-19所示为三种不同的密封和定位结构。其中，图a为用一个零件1完成密封和定位两种功能。由于该零件需要用圆钢车成，不仅材料浪费，且制造费用高；图b的密封与定位功能分别由挡圈1和轴套2分担，可改用管料车成，节约了材料和费用；图c将密封件1改为冲压件（该零件未剖开），属于无屑工艺，既确保了密封，又大大节约了材料和工时，为最佳方案。又如在蜗轮传动中，当要求蜗轮齿廓具有较高的抗胶合性能，又要求蜗轮轮毂有较高的强度。此时采用组装蜗轮结构是一种较佳的选择。即蜗轮的轮缘采用具有较高的抗胶合性能的青铜合金，而轮毂则采用强度较高的铸铁或钢。再如对于同种材料组成的零件，可以对其不同部位实施不同种类的热处理，使其具有不同的性能。最典型的实例就是齿轮，对于中碳钢或中碳合金钢齿轮体进行正火或调质热处理以提高其强度和韧性；而对于其轮齿表面则进行感应淬火处理，以提高齿轮表面硬度和接触强度。