利用结构相互关系制订结构方案的优化方法

结构中各种零件的相互关系可以分为三类：静止件与静止件的关系（如螺钉、铆接件、焊接件等）；静止件与运动件的关系（轴与轴承、刀架与导轨等）；运动件与运动件的关系（齿轮与齿轮、连杆与活塞、凸轮与推杆等）。

（1）运动形式的变换 零部件的运动形式主要有平移运动、回转运动和复合运动。通过改变运动形式可以求得实现同一功能的不同结构。如照相机的快门就有平移和回转两种形式。

例如图6-56所示为无心磨床供料装置的运动变换。分别采用平移、旋转和连杆运动三种不同的运动形式，都能实现将工件送入升降机构的功能。

图6-56 无心磨床供料装置的运动变换

【案例6-2】要求某个工作台先正向转动180°，然后再反转180°，最后停止。

解：实现以上要求的结构方案可能有如下几种：

1）可以用电动机的正反转实现。

2）也可以采用离合器来控制传动系统获得正反转。

图6-57 正反转180°的工作台传动机构

3）本例采用如图6-57所示的正反转180°的工作台传动机构。它由一对齿轮和一个连杆机构ABCD组成。当曲柄AB旋转一周时，摇杆CD在角度θ范围内往复摆动一次。如果齿轮的齿数选择恰当，可以得到：θ×Z₁/Z₂=180°。这样便可使得当曲柄AB每转一圈时，齿轮Z₂正好正反各转动180°。如果在工作台上再安装一个开关，能够定点停止电动机的转动，便可用齿轮E带动工作台满足其上述工作要求。(www.xing528.com)

（2）摩擦方式的变换 摩擦方式是指静止件与运动件之间的相互关系。摩擦方式有相互滑动、相互滚动以及混合方式（既滑动又滚动）。图6-58列出了几种典型的摩擦方式变换实例。其中，图a为滑动轴承和滚动轴承；图b为滑动导轨和滚动导轨；图c为滑动丝杠和滚动丝杠。而在啮合传动、摩擦轮传动和凸轮传动中，均存在连滚带滑的混合摩擦方式。此外，还可采用空气垫或油膜隔开相互运动物体的表面。磁场也可作为一种分隔开相互运动物体表面的手段，如磁力轴承或磁悬浮列车的磁力导轨。

图6-58 几种典型的摩擦方式变换实例

图6-59所示为实现工作台上下运动的各种传动方式，可作为结构要素变换法的综合实例。其中，图a采用螺旋和斜面实现工作台的升降。推力大、可作精细调节。但行程较小；图b用凸轮传动，其优点是可容易实现所要求的运动规律，但由于凸轮属于线接触传动，不适用于大载荷条件下工作；图c用连杆传动，可以实现快速的升降，但行程比较小；图d为齿轮与齿条传动，可传递较大的载荷；图e为螺旋传动，也可传递较大的载荷，但上升速度慢；图f为采用钢丝绳吊起工作台的方案，其行程大、起重量大，但结构庞大、且钢丝绳寿命短。此外，还可以采用液压、气动、电磁铁等不同原理的结构方案实现上述工作台的升降功能。

（3）静联接特征的变换 静联接特征变换是指通过改变静联接特征而得到不同的联接形态。静联接特征取决于锁合方式和拆卸方式。锁合方式包括力锁合、形锁合和材料锁合（焊接、铆接、粘接）。力锁合是靠两个零件结合面之间的摩擦力将其联接起来的如过盈配合联接等；形锁合是靠零件外部形状将其联接起来的，如螺纹、花键、销钉等，而拆卸方式包括可拆与不可拆（拆开时会造成零件损坏）。图6-60所示为拉杆与孔的联接变换。

图6-59 实现工作台上下运动的各种传动方式

图6-60 拉杆与孔的联接变换

a）不可拆力锁合（压配合） b）不可拆材料锁合（焊接） c）可拆形锁合（螺纹联接） d）可拆形锁合（拉杆上部有一环槽，可采用弹性锁片定位）