1、設計結構第1章 結構設計導論1.1 結構設計概述1.2 結構設計的特點1.3 結構設計的要求1.4 結構設計的基本原則和步驟結構設計是產品設計中技術設計階段的一個重要環節，它是在總體設計的基礎上，根據選定的原理方案，確定滿足功能要求的零部件材料、熱處理萬式、零部件結構尺寸等。結構設計是涉及問題最多、最具體、工作量最大的工作階段，是一種蘊藏著巨大優化和創新潛力的工作。它要求設計師必須掌握多門基礎理論知識，更要求設計師必須具備豐富的工程知識和實踐經驗?，F代產品結構設計不但要滿足機械設備的基本功能要求，還要兼顧其他技術、經濟和社會要求，并且應系統地設計出盡可能多的可能方案，然后從中優選。結構設計包括

2、4個方面的內容。功能設計滿足并在技術上具體實現產品的主要功能要求。質量設計兼顧其他要求和限制，提高產品的質量和性能價格比。這已成為現代工程設計的特征。1.1 結構設計概述下一頁返回優化設計和創新設計用結構設計變元等創新設計方法系統地構造盡可能大的結構方案解空間，并用創造性設計思維方法和其他科學方法進行優選和創新。CAD技術的應用計算機輔助設計技術應用于產品結構設計的計算、制圖，以及制備技術文件等工作，并為設計師提供豐富的設計信息，提高設計師的空間思維能力和創新能力。1.1 結構設計概述上一頁返回結構設計包括下面4個特點。1.實踐性特點實踐性是結構設計創新的源泉與歸宿。有問題要解決，人們才會千萬

3、百計地想辦法，以滿足自己解決問題的需要，以獲得一個滿意的設計結果。反過來，通過實踐獲得實踐經驗又幫助設計師優化他們的設計。長期以來，機械結構設計依靠的就是機械設計師的實踐經驗。只有通過實踐，創新的思想才能轉化為現實;只有通過不斷實踐，人的創新意識和能力才能得到培養。下面幾個例子就是來源于實踐的設計。如果沒有實踐經驗，就很難發現這些問題。 如圖1-1所示，在設計銷釘定位結構時，必須考慮到銷釘應易于從銷釘孔中拔出，因此就有了把銷釘孔做成通孔的結構、帶螺紋尾的銷釘(有內螺紋和外螺紋)的結構等。對于盲孔，為避免孔中封入空氣引起裝拆困難，還應該有通氣孔。1.2 結構設計的特點下一頁返回如圖1-2所示，采

4、用徑向錐銷和半圓鍵加緊定螺釘的固定軸上零件的方法，在實際應用中都要求配作，在裝配時，進行這些加工效率是比較低的，而采用軸用彈簧卡圈作軸向固定則要好些。如圖1-3所示的考慮節料的沖壓件結構?？梢詫⒘慵O計成能相互嵌入的形狀，這樣既不降低零件的性能，又可以節省很多材料。如圖1-4(a) 所示的零件采用整體鍛造，加工余量大。修改設計后采用鑄鍛焊復合結構，將整體分為兩部分見圖1-4(b)，下半部分為鍛成的腔體，上半部分為鑄鋼制成的頭部，將兩者焊接成一個整體，可使毛坯重量減輕一半，機加工量也減少了40%。 2.細節性特點結構設計是一種細節性設計。與原理方案設計相比，結構設計是通過許多細節設計來兼顧產品的

5、各種要求，細節的總和就是質量，現代技術產品的競爭焦點不是其工作原理，而是產品的技術指標。1.2 結構設計的特點上一頁下一頁返回細節不是無關大局的小節。它的差別能導致整個產品的技術、經濟性能的顯著差異。結構細節決定了產品質量的高低。實際中，絕大多數機械故障和質量問題，不是因為工作原理，而是錯誤的或不合理的結構細節所致。結構上的細節缺陷可能導致整個零件難以甚至無法制造和實現其功能。細節并不簡單，細節的改進也不是唾手可得的，需要設計者掌握相應的專業知識和實踐知識。改進設計是一個需要親自體驗的漸進過程，理解別人的設計和自己親自設計其難易程度是有天壤之別的。如圖1-5所示，為減小零件的加工量、提高配合精

6、度，應盡量減小配合長度。如果必須要有很長的配合面，則可將孔的中間部分加大，這樣中間部分就不必精密加工，加工方便，配合的效果較好。如圖1-6所示，如零件兩部分交接處有直角轉彎，則會在該處產生較大的應力集中。設計時可將直角轉彎改為斜面和圓弧過渡，這樣可以減少應力集中，防止熱裂。 1.2 結構設計的特點上一頁下一頁返回如圖1-7所示的凸緣，用的是先加工成整圓，切去兩邊再加工兩端圓弧的方法。在零件的形狀變化并不影響其使用性能的條件下，在設計時應采用最容易加工的形狀。如圖1-8所示，螺紋孔孔邊如果不倒尾，則螺紋容易被碰壞，碰壞后易產生裝拆困難，但如果將釘孔口倒角可以避免。 3.多樣性特點通過改變零件結構

7、本身的形態形狀、位置、數目、尺寸，零件的材料，零件間的連接方式、運動方式等，可以得到許多不同的機械結構方案。滿足同樣功能的結構的多樣性，得到一個盡可能大的結構設計方案解空間，是進行結構創新設計中的一個不可缺少的環節，是進行結構創新設計和優化設計的重要前提。如圖1-9所示即為改變零件結構本身的形態所得到的不同的滾動導軌結構方案。1.2 結構設計的特點上一頁下一頁返回4.創造性特點市場競爭日益激烈，需求向個性化發展，人們對產品質量的提高永無止境，因此，創新設計在現代產品設計中的作用越來越重要，并將是未來技術產品開發的競爭焦點。 結構創新設計就是要構造出大量可供優選的可能性方法，即構造出大的優化求解

8、空間，為優化設計提供依據，這是結構設計中最具創造性的地方。創新設計是一種創造性的思維活動，運用創造性的思維方法能顯著地提高產品設計師的創造設計能力。在對過去的經驗和知識的分解和綜合基礎之上，充分發揮設計師的創造性能力，將會設計出性能更完善的產品?；谏厦鎸Y構設計特點的分析可知，實踐性特點是結構設計最基本的特點。設計師只有積累了一定的實踐經驗，才能從容地處理一些貌似細節的問題，才能充分理解結構設計的多樣性問題，才能充分發揮設計師的創造能力。1.2 結構設計的特點上一頁返回結構設計過程要統籌兼顧多種技術、經濟和社會的要求，即結構設計有很多實際限制。例如發動機，它不僅要滿足將化學能轉化為機械能這一

9、功能要求，而且還要滿足下列諸多要求!較少的制造使用費用、高的效率、較低的噪聲、較低的有害物質排放、長的使用壽命、高的可靠性、小的體積、低的自重、便于制造、便于安裝、便于檢查、便于維護和修理、便于廢品回收、便于資源再利用等。結構設計對上述這些要求的滿足程度決定了該產品的性能和市場競爭能力。這里將結構設計的眾多要求概括為下列幾類：和市場有關的要求、和環境有關的要求、和社會有關的要求、和生產有關的要求、和故障有關的要求。1.和市場有關的要求市場的要求是最高要求，是結構設計、產品開發的最終歸宿。結構設計者首先要弄清楚所設計的產品是為什么樣特定的市場準備的，工業化國家和發展中國家，個人消費和集團消費所要

10、求的重點是不同的。技術現狀、競爭對手狀況和市場需求是市場要求的重點。1.3 結構設計的要求下一頁返回2.和環境有關的要求這一要求有兩方面：其一是產品對環境的影響;其二是環境對產品的干擾。技術產品在生產、使用和報廢的全過程應對環境(人、動物、植物、空氣、水、大地)不產生負擔和損害。產品對環境的影響有噪聲、輻射(熱、光、無線波、放射線)、振動和有害物質排放等。而技術產品遭受的干擾包括物理、化學或生物式的。物理式的干擾有空氣潮濕、灰塵、贓物結垢、光、冷、熱、靜電聚集和重力變化等?；瘜W式的干擾有腐蝕和氧化等。3.和社會有關的要求技術產品是為滿足人類社會的需求而開發生產的，因此它不能和社會的要求相違背。

11、這些要求通常以規范、標準、規定、法律、專利等形式加以確定。產品設計一定要注意這些方面的要求和限制。1.3 結構設計的要求上一頁下一頁返回4.和生產有關的要求技術產品要開發、加工、儲藏、運輸和銷售，這一系列過程中的很多要求必須在設計過程中考慮到。這些要求統稱為生產要求，可分為下列幾個方面：開發要求、加工要求、裝配要求、檢測要求、儲存和運輸要求、使用要求、保養要求、修理要求、回收要求、報廢要求。開發要求指產品開發部門要有對應的能力、經驗和試制手段。加工要求首先指產品可以通過現有的加工方法被加工出來;其次，這種加工方法要方便、可靠，特別是要盡量利用本企業的加工條件。加工要求可進一步分為工藝要求、公差

12、要求和易被加工材料的要求。其中工藝要求又可分為沖壓工藝要求、切削工藝要求、焊接工藝要求、鍛造工藝要求和熱處理工藝要求等。對裝配、檢測、儲存、運輸的要求就是要求結構設計使這些過程成為可能，盡量使這一過程方便。1.3 結構設計的要求上一頁下一頁返回對于使用要求，首先應考慮到任何產品都不是孤立的系統，它必須和其他系統聯系，即有接頭和交接面問題。這種交接面既可能是技術系統之間，也可能是人一機之間。例如，機械連接、插頭、離合器和管道等，功能數據如轉矩、力、轉速、電流強度、電壓和頻率等。使用要求還包括使用方便、食用安全、使用愉快。對于保養修理要求指結構設計應使保養、修理的要求盡量低，即次數少、間隔長，也較

13、方便?；厥請髲U要求是指產品不能作為原用途使用時，還可用于其他要求較低的場合，或其中部分系統可繼續在其他場合利用。在完全喪失了使用功能以后，即報廢以后，其材料應便于回收再利用，毫無利用價值的原材料應便于處理成對環境無負擔的形式。1.3 結構設計的要求上一頁下一頁返回5.和故障有關的要求這一要求是指在結構設計階段，應采用適當的防范措施，避免一些消極因素的產生，至少盡量避免這些消極因素的影響。消極因素包括摩擦、磨損、內應力、材料疲勞、老化、腐蝕、發熱和熱膨脹、蠕變、自振和共振、自重等。這里的關鍵是在結構設計階段要能準確認識到可能發生的故障及其原因，因此，了解該產品的使用經驗和工作環境條件非常有益。1

14、.3 結構設計的要求上一頁返回影響結構的因素較多。完成不同功能的零件結構不一樣，功能相同的零件的結構也千差萬別。機械結構紛繁復雜，因此并沒有一個統一的結構設計標準。下面只是介紹一下結構設計過程的基本原則和基本步驟，這樣可以對結構設計過程有一個大致的了解，當然不能按部就班地按基本步驟進行設計。結構設計過程基本原則是：從內到外、從重要到次要、從局部到總體、從粗略到精細，統籌兼顧，權衡利弊，反復檢查，逐步改進。結構設計的基本步驟：明確結構的主要任務和要求; 熟悉與待設計結構類似的已知結構;估算結構的主要尺寸;選擇結構中相關的標準件、通用件等;1.4 結構設計的基本原則和步驟下一頁返回用創新設計等各種

15、方法系統地產生多個新方案;按技術、經濟和社會指標評價，選擇最佳方案;尋找所選方案中的缺陷和薄弱環節;對照各種要求、限制，從細節上反復改進;校核結構強度、剛度以及其他功能指標;繪制裝配圖及零件工作圖;編寫技術說明書。下面舉一實例來說明結構設計的過程。這里重點突出基本結構草圖的設計過程，其他設計步驟都略去。例:有兩個壁厚分別為的直壁需用螺栓連接，見圖1-10(a)，試設計該螺栓連接結構。解:首先確定螺栓的直徑dod以由螺栓所要承擔的載荷根據計算或經驗確定，一般來說d=1.25，然后確定螺栓離壁外表面的距離。1.4 結構設計的基本原則和步驟上一頁下一頁返回為此，需要先明確螺栓頭的直徑D、壁面和法蘭過

16、渡區半徑r。D由d確定，有標準可查。r根據經驗約為一半壁厚。所以螺栓軸心到直壁外表面的距離是 ，見圖1-10(b)。接著確定法蘭厚度h，這里取h=2，這樣便可按標準畫螺栓和螺母，見圖1-10(c)。法蘭寬度根據螺母、螺栓頭大小以及一定的余量f.確定，f主要根據鑄件精度和構件大小而定。螺栓和法蘭之間要留有間隙，具體數值根據規范確定。此外，不要忘記倒角，見圖1一10(d)。在結構設計過程中，常常是先畫特性面(或工作面)草圖，然后在特性面之間添加“材料”，從局部到整體逐步擴展設計。在此過程中，可通過改變特性面的大小、方位，連接件的數量、材料，連接方式等，不斷比較各種可能的結構，選擇最佳方案。1.4

17、結構設計的基本原則和步驟上一頁返回圖1-1返回圖1-2返回圖1-3返回圖1-4返回圖1-5返回圖1-6返回圖1-7返回圖1-8返回圖1-9返回圖1-10返回第2章 結構設計的計算方法2.1 機械結構的計算簡圖2.2 結構承載能力的設計計算方法2.3 許用應力實際的結構一般都很復雜，想要完全按照結構的真實情況去進行分析，往往很難辦到，對于少數問題也許有可能，但從實際觀點來看是沒有必要的。因此，對實際結構進行力學分析時，總是需要做出一些簡化和假設，略去某些次要因素，保留其主要受力特性，從而使計算切實可行。這種把實際結構作適當簡化，用作力學分析的結構圖形，就稱為結構計算簡圖，或叫做結構計算模型。一般

18、說來，在進行結構簡化和假設時，應當符合以下兩條原則：第一，結構計算簡圖必須能夠反映實際結構的主要受力特性，確保計算結果可靠;第二，在滿足計算精度要求的條件下，結構計算簡圖應當盡量簡單，使得計算方便可行。2.1.1結構體系、構件以及構件間聯系的簡化嚴格講，實際的結構都是空間結構，然而，對于絕大多數的空間結構，其主要承重結構和力的傳遞路線，大多是由若干平面組合形成的。由于平面力系的計算要比空間力系簡單得多，所以通?？偸潜M可能地把它簡化為平面結構來計算。2.1 機械結構的計算簡圖下一頁返回對桁架結構，在計算簡圖中桿件通常以其軸線來代表，曲率不大的微曲桿件可以用直的軸線或折線段來代替。結構中各桿件相互

19、之間是通過“結點”連接的，結點本身往往是很復雜的。但在計算時通常都簡化為“鉸結點”和“剛結點”兩種。鉸結點是指連接桿件的節點時光滑無摩擦的理想鉸，各桿可繞此鉸結點作相對轉動，因此鉸結點上的彎矩為零。當然無摩擦的理想鉸在實際結構中是不存在的。但是當桿件的長度與直徑之比較大時，可以將結構中的結點簡化為理想鉸結點，這樣可使計算大大簡化，而所求得的主要內力基本上是符合實際受力情況的。由于真實結點與鉸結點的差異，發生在結點附近的附加彎應力與軸向應力想必是很小的，在一般情況下可忽略不計。1.支座的簡化支座是用來支撐其他部件或零件的結構件。在傳遞力的過程中，支座將承受支反力，同時也阻止所支撐部件在支座方向上

20、的位移。2.1 機械結構的計算簡圖上一頁下一頁返回在工程實際中，支座分為剛性支座和彈性支座，剛性支座又分為3類。(1)活動鉸支座其特點是在支撐部分有一個鉸結構或類似于鉸結構的裝置，其上部結構可以繞鉸點自由轉動，而鉸結構又可沿一個方向自由移動。如橋式起重機橫梁與車輪用軸相接，可以繞輪軸轉動，車輪則可以在軌道上自由滾動如圖2-1(a)引所示。這種支座可以簡化為活動鉸支座如圖2-1 (b)所示，它產生垂直方向的支反力，其作用線沿著支座鏈桿方向。(2)固定鉸支座它與活動鉸支座的區別在于整個支座不能移動，但是被支撐的部件可以繞一固定軸線自由轉動如圖2-2(a)所示，制作簡圖見圖2-2(b)。支座反作用力

21、通過支座鉸點，其大小和方向由作用在所支撐的部件上的載荷所決定。2.1 機械結構的計算簡圖上一頁下一頁返回(3)固定支座這種支座的特點是，當部件或零件用這種支座與基礎或其他部件相連接后，支座所支撐的部件或零件不能轉動或移動。固定支座的實例見圖2-3(a)所示。圖中上部分用焊接方法固接于基礎上，支座簡圖見圖2-3(b)。支座反力除具有支反力外還有支反力矩。以上為剛性支座的3種基本形式，當支座的位移和支反力不處于同一平面時，稱為空間支座。在實際結構中，經常會遇到支座結構在外載荷作用下產生較大的彈性變形，這種情況下的支座稱為彈性支座。同一空間支座，在分解成平面結構進行分析時，支座的形式有可能是不一樣的

22、。如塔式起重機臂架的根部通過轉軸與塔架相連如圖2-4 (a)所示。在臂架起升平面，由于臂架根部可以繞軸O點轉動，不能承受彎矩，這時就可以認為是固定鉸支座。而在回轉平面，由于兩鉸點作用，可以承受繞垂直軸的彎矩，一般可以作為固定端處理，整個臂架就是懸臂梁 如圖2-4(b)所示。 2.1 機械結構的計算簡圖上一頁下一頁返回即使對同一平面的支座，有時針對分析對象的不同，也有可能取兩種支承形式。對于圖2-5(a)龍門起重機，在分析時可以取圖2-5(b)和圖2-5(c)兩種支承形式，它們在實際中都可能出現，結構的內力分布是不一樣的。在圖2-5(b) 的情況下，橫梁的彎矩較大。在圖2-5(c)的情況下，支腿

23、中的彎矩較大。所以對以上兩種情況都應進行計算。 在對結構加約束時，還應該注意分析約束對結構所產生的反力特征。如載重汽車的車架中，與前車輪相連的前懸掛采用縱向滑輪式結構的鋼板彈簧。見圖2-6(a)，前車輪和鋼板彈簧都表現為彈性元件。由于前懸掛的對稱性，A與B處所受垂直反力基本相等。在計算車架時，若簡單地如圖2-6(b)所示在A, B兩點加彈性支座，這樣，A處和B處的垂直反力不可能相等。這時，可以如圖2-6(c)所示加約束，即前懸掛 (鋼板彈簧) 用變截面梁來模擬，輪胎則在垂直方向用彈性支座模擬，縱向與橫向可以用活動鉸支座模擬。2.1 機械結構的計算簡圖上一頁下一頁返回另外，在實際結構中，由于鋼板

24、彈簧的前端為固定鉸鏈，后端可在支架內縱向移動，所以圖2-6(c)中，模擬鋼板彈簧的變截面梁在A和B兩端的轉動自由度均應釋放，同時在B端的軸向位移自由度也應釋放。這樣處理基本可以反映車架前端的支承情況。確定支承形式后，一般可以直接沿相應的坐標軸方向加約束(包括彈性約束)。但是對與坐標軸不平行的斜支座和彈性斜支座，則不能簡單地用坐標軸方向的約束替代，而應以等效桿單元來模擬。2.載荷的簡化對機械與汽車結構進行分析時，載荷通常是給定的。根據不同的計算工況確定載荷，是保證分析計算結果反映工程結構實際情況的前提。由于計算上的需要，載荷可以按不同的方法分類。根據載荷在結構上的分布情況，可以分為以下兩種。2.

25、1 機械結構的計算簡圖上一頁下一頁返回(1)集中載荷當外載荷作用在結構上的區域很小時，可以認為這種載荷是集中載荷，如龍門起重機的輪壓，塔式起重機臂架上變幅小車的輪壓、吊重，挖掘機的挖掘阻力等。在載重汽車中，發動機的重力也是以集中載荷的形式作用在車架上的。(2)分布載荷如果作用在結構上的載荷，其位置是連續變化的，即載荷作用在一定面積或一定長度上，稱其為分布載荷。如分布載荷的集中度是均勻的，則為均勻載荷。結構的自重、風載荷、由質量引起的慣性力等，通常都作為分布載荷。根據載荷作用隨時間變化的情況，可以分為以下兩類。(1)靜載荷當載荷的大小、方向和作用點不隨時間變化時，稱為靜載荷或固定載荷。如結構自重

26、。2.1 機械結構的計算簡圖上一頁下一頁返回(2)動載荷當載荷的大小、方向和作用點隨時間變化時，稱為動載荷。其中，如僅僅是載荷的作用點隨時間而變時，又常常稱為移動載荷。動載荷作用在結構上時一般都是一個過程，如起重機吊重的離地起升過程。吊重由地面到離地、直到平穩上升，臂架結構將承受一個十分復雜的動載荷。又如汽車在正常行駛過程中突然制動，在制動過程中，汽車結構也將承受很復雜的動載荷。橋式類型起重機的起重小車的移動對主梁而言是典型的移動載荷。機械結構承受的動載荷，其大小與變化情況不僅與施加的載荷本身有關，而且與承受載荷的結構剛度有關。在動載荷作用下的結構分析方法完全不同于靜載荷作用時的分析方法。結構

27、在動載荷作用下，經常發生結構振動現象，因此，動載荷作用下的分析比靜載荷作用時要復雜得多。2.1 機械結構的計算簡圖上一頁下一頁返回在形成計算模型時，計算載荷組合一定要根據相應規范、標準所規定的計算工況來確定。對同一結構進行分析時，可以有多種計算工況，如對汽車起重機車架進行有限元分析時，臂架位置可以位于正側方、正后方和在后支腿上方，這三種工況都應進行計算。因為它們都有可能使車價的應力分布出現最不利情形。對同一結構進行分析時，針對不同部件的考核又有不同的載荷組合。如龍門起重機，在對主梁進行考核時，應把載荷作用在主梁跨中，這時主梁受力最大。而對支腿進行考核時，則應把載荷作用在支腿附近(自然應是小車能

28、夠行駛到的位置)。對這兩種不同的載荷組合都應計算。在確定計算載荷時，除根據不同工況計算實際載荷組合外，也常用單位載荷作用法。其方法是計算出同一工況中不同的載荷在單位值作用時的結果，然后根據實際工況的載荷直接把相應的計算結果加權疊加，從而得出實際工況下的結果。2.1 機械結構的計算簡圖上一頁下一頁返回如對汽車起重機車架進行分析時，首先分別計算在回轉中心作用單位垂直力、繞縱軸的單位彎矩和繞橫軸的單位彎矩時的情形，然后計算出臂架在不同位置時的實際垂直力、繞縱軸彎矩和繞橫軸彎矩，根據它們與單位力的權值把相應點的計算結果加權疊加，就可得出實際位移和應力值。以上是有關形成計算簡圖 (計算模型) 的一般原則

29、。應當指出，一個結構的計算簡圖并非是永遠不變的。一方面，它將隨著人們認識的發展、計算技術的進步以及不斷放寬的簡化要求，使計算簡圖更趨近于結構的實際工作情況。另一方面，也應因需要不同而異，例如，在結構初步設計時，為了粗略估算桿件的截面，可以選用比較簡單的計算簡圖，而在正式設計時，則又采用比較復雜更能反映實際情況的計算簡圖作精確計算。2.1 機械結構的計算簡圖上一頁下一頁返回2.1.2載荷及其組合大多數情況下，產品的結構是承受載荷的。根據載荷的性質可劃分為自重載荷、工作載荷、慣性載荷、沖擊載荷、自然載荷以及其他載荷。根據載荷作用的概率可劃分為基本載荷、附加載荷和特殊載荷。所有載荷并非始終作用在結構

30、上，因此，在設計結構時通常根據各類機械的實際工況，將載荷先組合，然后進行結構計算。1.載荷種類工程機械常見外載荷分為5類。(1)自重載荷自重載荷是指機械的結構、機構和電氣設備等的重力。機械自重及其在各部件的分布在設計之前為未知數。由于結構自重載荷占了機械總重量的很大比例，因此，自重載荷的正確估定和計算十分重要。通常，可參考類型相似、參數相近的機械結構進行估算，或者利用一些經驗公式(查相應設計手冊)初步確定。2.1 機械結構的計算簡圖上一頁下一頁返回有的機械 (如起重運輸機)金屬結構的自重載荷也可根據類似結構的自重表查閱獲取。經過估算或查閱后的自重載荷，在初步設計計算后再作修正。一般要求理論計算

31、值與實際重量誤差小于柑10%，若誤差較大必須復算。自重的分布根據結構形式而定。通常，板梁實體結構的自重視為均布載荷，桁架結構的自重可假定為均勻分布作用在桁架的結點上，機械裝置及電氣設備等的自重視為集中載荷作用在相應部位上。機械非作業時，自重載荷為靜態。當機械作業時，因結構振動自重載荷將產生動載效應。在結構設計時習慣上計入動載系統來考慮，即自重載荷乘上相應的載荷增長系數以反映自重載荷的動載效應。動載系數根據各種機械作業時振動狀況而定，由相應機械設計手冊查取。(2)工作載荷機械結構在工作狀態中承受的載荷稱為工作載荷。工作載荷是結構主要承受的載荷。2.1 機械結構的計算簡圖上一頁下一頁返回比如起重機

32、的起升載荷、挖掘機的挖掘阻力和物料重量、裝載機的鏟裝阻力和物料重量等。由于機械作業時都存在較大振動，使結構產生附加的動應力，因此，在計算工作載荷時往往應考慮動載效應。比如，起重機械的起升載荷，在起重質量突然離地起升或下降制動時，結構將產生沖擊振動，從而增大了起升載荷的靜力值。計算時常用一個大于1的動載系數乘以起升載荷靜值來表示，該動載系數可由理論計算和試驗研究獲得。(3) 質性載荷和沖擊載荷機械的慣性載荷和沖擊載荷均屬于動力載荷。慣性載荷又稱慣性力。通常包括機械的變幅機構非穩定運動時作變速運動的質量慣性力、回轉機構工作時回轉質量的法向慣性力和回轉機構非穩定運動時回轉質量的切向慣性力、機械自身質

33、量等的水平慣性力。沖擊載荷是指運行機構沿道路或軌道行駛時，由于道路不平或軌道接頭的影響，對結構產生的垂直方向的最大振動慣性力。2.1 機械結構的計算簡圖上一頁下一頁返回慣性載荷和沖擊載荷均計入相應的動力系數，動力系數的確定根據各類機械的不同而不同。(4)自然載荷自然載荷是指結構受自然環境因素影響所造成的載荷，如風、雪、冰、溫度變化和地震等載荷。上述載荷中除風載荷外，其余載荷對于常用機械而言，如用戶無特殊要求，機構設計中一般不考慮。風載荷是自然載荷中的重要載荷，這是因為工程機械大多在露天作業，尤其是一些機械 (如塔式起重機、龍門起重機等)高達幾十米，受風載影響很大。因此，對起重機等類工程機械必須

34、考慮風載荷的作用。風載荷是大小和方向均為隨機的水平力，由風壓和受風物體的體型尺寸所確定。風壓與風速和空氣密度有關。風速變化不大的陣風視為靜風壓，用于一般起重運輸機械設備的結構計算。對于高聳起重機結構，還應計入風壓脈動引起的結構風振。2.1 機械結構的計算簡圖上一頁下一頁返回(5)其他載荷其他荷載包括結構在運輸或安裝過程中產生的震動沖擊力、捆扎力、吊裝力等特殊載荷;機械偏斜運行時，軌道作用在車載上的水平測向力;機械試驗時的試驗載荷等。2.載荷組合上述載荷都是隨機變量，對結構的作用也是隨機過程。根據這些載荷的不同特點以及載荷出現的頻率程度，可分為3類。(1) 基本載荷始終和經常作用在結構上的載荷，

35、包括自重載荷、工作載荷、慣性載荷和沖擊載荷;(2) 附加載荷機械在正常工作狀態下結構所受到的非經常性作用的載荷，包括工作狀態下作用在結構上的最大風載荷、機械運行過程中引起的水平側向力等;2.1 機械結構的計算簡圖上一頁下一頁返回(3)特殊載荷機械處于非工作狀態或試驗狀態下的載荷，包括非工作狀態下最大風載荷、安裝載荷、試驗載荷、碰撞載荷和濕度載荷等。所有的各種載荷，不可能同時作用于結構上，因此，在結構設計時，應根據各種機械的實際工況，將可能同時作用在機械結構上的載荷進行合理組合，然后進行結構計算。各類工程機械的載荷組合是不同的。如按起重機設計規范要求，起重機械結構分為3類載荷組合。(1) 第一類

36、載荷組合第一類載荷組合僅考慮基本載荷。這一組組合是起重機最多有兩個機構同時處于非穩定狀態。該組合用于對結構進行疲勞計算。2.1 機械結構的計算簡圖上一頁下一頁返回(2)第二類載荷組合第二類載荷組合考慮基本載荷和附加載荷同時作用。這一組合是起重機結構正常工作狀態下具有可靠的強度和穩定性的重要設計載荷。該組合用于對構件和機構零件進行強度、穩定性和剛度計算。(3) 第三類載荷組合第三類載荷組合考慮基本載荷和特殊載荷同時作用，或基本、附加與特殊載荷同時作用。產生此類載荷組合時，起重機是處于非作業狀態。該組合用于驗算露天作業的起重機結構的最大靜強度、彈性穩定性和整機傾覆穩定性。2.1 機械結構的計算簡圖

37、上一頁返回結構計算的目的是保證結構在載荷作用下安全可靠地工作，既要滿足強度、穩定性、剛度等條件，又要符合經濟要求。根據計算中安全系數處理方法的不同，結構的計算方法分為許用應力法和極限狀態法兩種。2.2.1許用應力法機械結構直接承受變化很大的動載荷和反復載荷。一般情況下，不考慮鋼材的塑性變形，即以鋼材彈性階段為計算依據，結構的極限應力不得超過屈服極限。 結構設計時，考慮到計算載荷大小與實際承受載荷之間、鋼材機械性能的取值與材料的實際數值之間、鋼材的規格與實際尺寸之間、設計計算的截面尺寸與實際加工尺寸之間以及計算簡圖與真實結構之間都可能存在一定的差異，為了保證安全，結構的計算必須留有余地，有一定的

38、安全儲備。為此，在設計中引入安全系數。2.2 結構承載能力的設計計算方法下一頁返回目前廣泛采用的是許用應力法，其設計準則是：結構在任一類組合載荷的作用下，所求出的構件或連接件的計算應力不得大于相應的許用應力。許用應力是構件或連接件的屈服極限s與相應的安全系數K的商。安全系數包括載荷系數K1(反映實際載荷可能超過標準載荷)、材料系數K2(反映材料的變異情況)、調整系數K3(考慮結構的重要性程度)，計算表達式為式中， 在外載荷作用下產生的內力組合; S構件的幾何特性。2.2 結構承載能力的設計計算方法上一頁下一頁返回許用應力法采用了單一系數K來考慮結構的安全度。由于K中的載荷系數K1對各類載荷都取

39、同一數值，因此無法區分各載荷不同的超載情況。另外，安全系數是用數理統計方法，結合工程實踐經驗而確定的平均數值，盡管一般都偏于保守，卻也難以保證每個構件的安全度。但由于許用應力法簡便、可靠，易于掌握，因此，目前國內外仍廣泛采用這種方法進行結構設計計算。2.2.2極限狀態法為了更好地反映出結構的實際安全度，包括我國在內的許多國家制訂的(鋼結構設計規范)均采用了極限狀態計算法。該計算法的設計準則是：結構在任一類包含了載荷系數K1和調整系數K3的組合載荷作用下，所求得的構件或連接件的計算應力不得大于相應的極限應力。極限應力是構件或連接件的屈服極限S與材料系數K2的商。計算表達式為2.2 結構承載能力的

40、設計計算方法上一頁下一頁返回式中， 在考慮了載荷系數和調整系數的外載荷作用下產生的內力組合。由于極限狀態法采用分項系數來考慮結構的安全度，將載荷系數和調整系數歸入了載荷項內，因此不僅適合幾何線性結構體系，還適用于幾何非線性的結構體系。這種計算法顯然能真實反映結構構件或連接件的實際安全度，計算比較精確合理，從而保證了設計的可靠性。 由此可見，極限狀態法與許用應力法的主要區別在于安全系數的采用，前者是根據具體結構對所承受的載荷、結構的材料和工作情況分別選取不同的系數，因此必須提供各項系數的數據。但是，在工程機械設計中，目前還缺乏適用于機械結構的各分項系數的可靠統計數據，因此，我國以及大多數國家至今

41、尚未采用極限狀態法來設計結構。2.2 結構承載能力的設計計算方法上一頁返回工程機械金屬結構的安全系數和許用應力，是經過大量試驗和根據工程實踐而確定的。以起重機械為例，在結構設計時，按照三類載荷組合情況分別取用不同的許用應力。按第一類載荷組合對重級和特重級工作類型的結構進行疲勞計算時，取疲勞許用應力，按有關設計手冊中計算公式確定。按第二類載荷組合進行結構強度和穩定性計算時，鋼材的許用應力根據表2-1的尺寸分組后，按表2-2取用。這是因為鋼材的屈服極限隨其厚度增加而降低，在確定許用應力值時需考慮這一特點。按第三類載荷組合進行結構強度和穩定性計算時，可根據具體情況適當提高許用應力。對于起重機金屬結構

42、材料的安全系數n和許用應力，按(起重機設計規范)規定，結構和連接件材料的拉伸、壓縮、彎曲許用應力以及剪切、端面承壓許用應力按相應載荷組合而定，可從表2-3中選取。2.3 許用應力下一頁返回在確定許用應力時，需考慮到鋼材隨著屈服極限S與抗拉強度b的比值增大，其屈服后的強度儲備相應會減小，脆性破壞的危險性會增大，因此，當比值大于0.7時，為了確定材料安全，應按下式確定其許用應力。式中，n為與表2-3中載荷組合相應的安全系數。2.3 許用應力上一頁返回圖2-1返回圖2-2返回圖2-3返回圖2-4返回圖2-5返回圖2-6返回表2-1返回表2-2返回表2-3返回第3章 典型零件的結構設計3.1 殼體、箱

43、體結構設計3.2 支撐件的結構設計3.3 連接件的結構設計3.4 密封件的結構設計3.5 傳動件的結構設計各種工業產品的構成材料、結構、外觀造型等可能千差萬別，但在構成上大多有外殼，如殼體、箱體 (儀器、工具及設備或構成部件等的外殼)。一般殼體、箱體暴露在產品外部，其內部裝置有產品的構成功能零部件。3.1.1 殼體、箱體功能與作用殼體與箱體沒有本質上的區別，殼體是從產品構造和結構特點上的習慣稱謂，具有包容內部組成部件且厚度較薄的特征，如電視機殼、手機殼等；箱體更多是從零部件功能和結構特征方面的定義，特點是具有包容、支撐等結構功能且相對封閉，如汽車變速箱、計算機主機箱等。盡管各種產品的功能、用途

44、及構成產品外殼的殼體、箱體的構造、材料不盡相同，但產品外殼的主要功能與作用大致類似。以吸塵器為例(如圖3-1所示)，殼體、箱體的主要功能歸納如下。容納、包容：將產品構成的功能部件容納于內。定位、支撐：支撐、確定產品構成各零部件的位置。3.1 殼體、箱體結構設計下一頁返回防護、保護：防止構成產品的零部件受環境的影響、破壞或其對使用者與操作者造成危險與侵害。裝飾、美化：這正是工業造型設計主要關注的問題。其他：依產品的功能和使用目的不同而定，如汽車的車廂、音響系統的音箱等。3.1.2殼體、箱體的結構的特點與設計要求作為產品或其外殼的殼體或箱體，在滿足強度、剛度等設計要求的基礎上，通常采用薄壁結構，并

45、設置有容納、固定其他零部件的結構和方便安裝、拆卸的結構。在具體結構設計上，除考慮其主要功能、作用外，還應考慮以下幾個要素。定位零部件。固定的零部件和運動的零部件在結構上需有不同的考慮，如圖3-2所示的照相機的鏡頭。 便于拆、裝?？紤]產品的組裝、拆卸和維修、維護，殼體、箱體多設計成分體結構，各部分通過螺絲、鎖扣等進行組合連接。3.1 殼體、箱體結構設計上一頁下一頁返回對于長久使用或可能多次拆卸的產品，需考慮采用便于拆卸、耐用的結構，如在塑料殼上內嵌金屬螺紋件；對經常拆卸的產品，需考慮采用便于快速拆卸、組裝的結構，如殼體上采用的彈性鎖扣和打火機機芯與外殼的組裝等，如圖3-3,圖3-4所示。值得指出

46、，某些產品設計上只考慮產品出廠時的組裝，不需要考慮使用過程的拆裝問題，如一次性產品和極少考慮拆卸維修的產品，如圖3-5所示的手機電池和小電子產品。 材料及加工、生產方式。產品的功能和使用目的決定了產品外殼采用的材料，考慮產品的生產批量和成本等因素，又決定了其加工、生產方式，進而又決定了殼體、箱體的結構設計。如鑄造件結構、沖壓件結構、模塑結構在設計上考慮的因素和結構特點是不同的，詳見后面的有關介紹。裝飾與造型。裝飾與造型的設計應結合產品的功能、構件的材料及加工、生產方式進行。3.1 殼體、箱體結構設計上一頁下一頁返回如照相機鏡頭調焦環表面的紋飾和機身上的皮質貼面，既起到了裝飾、美化作用，又在功能

47、上起到防滑作用。材料與加工方式反過來又影響外觀造型，如模塑殼體比沖壓殼體的造型變化能力要豐富得多。3.1.3殼體、箱體的設計程序殼體、箱體的結構設計主要應保證剛度、強度、穩定性及加工性，在需要時進行相應的理論計算和實驗。對于工業設計師而言，這方面的工作通常需要結構工程師配合，故在此不詳細介紹。1.剛度對于承受較大載荷及作為支撐并對其他零部件進行定位的殼體和箱體，剛度是主要設計準則。如齒輪減速器、變速箱，箱體的剛度決定了齒輪的嚙合情況和工作性能。打印機的殼體及機架剛度直接影響運動部件的運動精度，進而影響打印質量和精度。3.1 殼體、箱體結構設計上一頁下一頁返回2.強度強度是考慮殼體、箱體的防護和

48、保護性能進行設計的基本準則。一般情況下，需考慮搬運過程及意外沖擊載荷造成的外殼強度破壞。如電視機、洗衣機等的外殼設計。3.穩定性受壓及受壓彎結構都存在失穩問題，特別是薄壁腹部還存在局部失穩問題，必須校核。4.加工性鑄造、注塑構件應考慮液體的流動性、填充性和脫模，沖壓件應考慮材料延展性和拉伸能力，并作相應計算。殼體、箱體的通常設計步驟與程序如下。初步確定形狀、主要結構和尺寸。考慮安裝在內部與外部的零部件形狀、尺寸、配置及安裝與拆卸等要求，綜合加工工藝、所承受的載荷、運動等情況，利用經驗公式或參考同類產品，初步擬定。3.1 殼體、箱體結構設計上一頁下一頁返回常規計算。利用材料力學、彈性力學等固體力

49、學理論和計算公式，進行強度、剛度和穩定性等方面的校核，修改設計以滿足設計要求。靜動態分析、模型實物試驗及優化分析。通常對于復雜和要求高的產品要進行此步驟，并據此對設計進行修改和優化。制造工藝性和經濟性分析。詳細結構設計。值得指出的是，由于現代計算機技術及相應設計工具的普及應用，上述設計程序與內容已呈一體化和交叉進行的趨勢，即在造型與結構設計的同時，交叉進行有關計算、校核、分析與優化。3.1.4不同制造方法的結構特點1.鑄造殼體、箱體鑄造是將熔融金屬澆注、壓射或吸入鑄型型腔，冷卻凝固后獲得一定形狀和性能的零件或毛坯的金屬成型工藝。3.1 殼體、箱體結構設計上一頁下一頁返回金屬鑄造成型的原理和方法

50、已被廣泛借鑒、應用于高分子材料、陶瓷及復合材料的成型。鑄造外殼構件常用于對剛度、強度有較高要求及造型內部結構比較復雜的產品。鑄造殼體、箱體具有以下特點。(1) 有較高的剛度和強度鑄造構件一般壁厚較大，適合于對剛度、強度要求較高的產品外殼，如機床、汽車的變速箱、齒輪減速器等；除作為外殼，可在鑄件上制作部分其他結構部件，如汽車、摩托車發動機將活塞缸體直接制作在殼體上，液壓泵殼體也是泵的封閉構件，可以作為整個產品的底座或支架。(2)造型適應性強可制作比較復雜和變化不規則的外形，在生產難度和成本上增加不大，如帶有散熱片的鑄造暖氣片、帶有散熱結構的摩托車缸體 (如圖3-6所示)；3.1 殼體、箱體結構設

51、計上一頁下一頁返回適于內腔形狀復雜或不規則、不便加工的產品結構，如水龍頭、水暖件等。(3)表面粗糙、尺寸精度低一般在鑄件的一些關鍵部位、局部需采用機加工保證精度。現代鑄造隨著技術的進步，也已能夠達到較高的制造精度。(4)封閉性好廣泛用于氣體、液體傳輸和密閉構件，如發動機缸體、壓縮機殼體及自來水水表等，如圖3-7所示。(5)工藝靈活性大、成本低對于各種成分、尺寸、形狀和重量，鑄件幾乎都能適應，特別是在機器制造業中應用極其廣泛。(6)其他鑄鐵材料具有減振、抗振性能和耐磨、潤滑性能。3.1 殼體、箱體結構設計上一頁下一頁返回作為高速運動部件的殼體能起到一定的減振、降噪作用，如發動機、壓縮機；作為運動

52、部件的支撐，能起到減少摩擦、磨損作用，如機床的導軌。鑄造成型的主要缺點有：鑄造組織的晶粒比較粗大，且內部常有縮孔、縮松、氣孔砂眼等缺陷，力學性能一般不如鍛件；鑄造生產工序繁多，工藝過程較難控制，廢品率較高；工作條件較差，勞動強度比較大。2.焊接殼體、箱體焊接是制造產品外殼的一種主要方法。焊接殼體、箱體一般采用機加工或壓力加工預制好的備件經焊接組裝成型，壁厚較大的產品殼體、箱體多采用機加工預制件，薄壁預制件常用壓力加工方法成型。焊接方法主要用于金屬鋼板外殼，也適于有色金屬及其合金外殼。焊接殼體、箱體有以下特點。3.1 殼體、箱體結構設計上一頁下一頁返回(1) 適用范圍廣適用不同材料、尺寸、形狀、

53、厚度及生產批量的產品，如船體、汽車外殼、計算機主機箱及家用電器機殼等。(2)使用靈活焊接方法多樣，適于不同用途，可單獨使用，也可與其他成型方法結合或作為其他成型方法的補充及最終組合成型。如汽車外殼、車門主要是采用壓力加工方法成型的，通過焊接進行組裝，而油箱等密閉容器利用焊接方法進行密封。(3)生產周期短焊接需要的工裝比較簡單，焊接組件也常采用現成的板材、型材等預制件。(4)強度高通常認為，焊接組合的連接部位易出現開焊、開裂等現象，事實上，焊接部位的強度要比組件本體強度高。3.1 殼體、箱體結構設計上一頁下一頁返回焊接的主要缺點是造型能力較差，需借助組件的造型；加工精度較低，需借助一定的工裝設備

54、保證或在焊接后進行機加工；焊接部位表面質量通常較差，需進行后處理；焊接產生一定的內應力，造成成品的變形。3.沖壓殼體沖壓是利用沖模在壓力機上對板料施加壓力使其變形分離，從而獲得一定形狀、尺寸的零件的加工萬法。板料沖壓通常是在常溫下進行，又稱冷沖壓，當板厚超過8一10 mm時，采用熱沖壓。沖壓是薄壁金屬外殼的一種主要制造方法。沖壓既可加工儀表上的小零件，也能加工汽車車身等大型制件。廣泛用于汽車、拖拉機、電器、航空、儀表及日常生活用品等制造行業。板料沖壓制造產品殼體具有下列特點。(1) 生產率高、操作簡單生產過程只是簡單的重復。3.1 殼體、箱體結構設計上一頁下一頁返回(2)產品質量好尺寸精度和表

55、面質量較高，互換性好。(3)材料利用率高按殼體的設計壁厚選擇板材，有效利用材料；可采用組合沖壓等方法，合理利用板材，產生的廢料少。(4)造型能力強可制造復雜的曲面零件，復雜性僅反映在模具的設計和制作上，與生產加工關系不大。 (5)適用廣泛制作殼體的材料可以是鋼板，也可以是有色金屬及其他合金板材，且適于較寬的尺寸范圍。使用沖壓方法生產制造產品殼體的主要缺點集中在模具方面。沖模設計、制造復雜，成本較高，且一件一模，局部更改也要更換模具。3.1 殼體、箱體結構設計上一頁下一頁返回因此，只有在大批量生產的條件下，才能顯示出優越性。當然在特殊情況下，從產品的要求出發，小批量生產也可使用，但成本較高。4.

56、注塑殼體、箱體塑料殼體、箱體及塑料零件在現代工業產品中已得到廣泛應用，如各種儀器、儀表、家電產品、電器工具、玩具及生活用品等。塑料殼體、箱體一般多采用注塑成型工藝制造，可選擇的塑料材料種類很多，可根據具體產品要求確定。注塑殼體、箱體具有以下特點。生產周期短，生產效率高，易于實現大批量、自動化生產?？墒褂貌牧县S富，適應性強。產品質量較高，一致性好、互換性強，成本低。幾何造型能力強，可產生形狀、結構復雜的產品。功能性與裝飾性結合好。3.1 殼體、箱體結構設計上一頁下一頁返回塑料材料具有很多優良的特性，相應地也反映在注塑殼體、箱體上。例如，通常塑料具有良好的絕緣性，制作電器產品、工具的外殼非常合適；

57、很多塑料具有良好的透明性，透明產品外殼可觀察到產品內部的狀況；在塑料殼體表面可以使用噴、涂、鍍等裝飾工藝，制成不同材質、裝飾效果。注塑殼體、箱體也存在一些明顯的缺點。主要有：注塑模具成本較高，不適于單件、小批量生產；強度、表面硬度較低，抗沖擊、磨損性能差，局部細小結構在維修過程中易損壞；材料存在老化問題，耐久性差。3.1 殼體、箱體結構設計上一頁返回3.2.1滑動軸承支撐滑動軸承是轉動連接的重要和常用支承結構形式，在具體產品中形式多樣，應用靈活?；镜幕瑒虞S承結構形式如圖3-8所示，軸承設計為套筒狀，并安裝、固定在軸承座或機架上，軸轉動時與軸承之間的滑動摩擦產生的運動阻力大、滑動零件易磨損、要

58、求加工和安裝精度較高?；瑒虞S承連接結構在設計上應重點考慮軸承運動間隙、摩擦面的潤滑、連接相關結構的固定及裝拆等問題。軸承的運動間隙取決于運動精度和運動狀況要求。間隙大，運動阻力小、摩擦磨損小、裝拆容易，但運動精度、剛度低；間隙小，可達到較高的運動精度、剛度，但代價是運動阻力大，對潤滑條件要求高，運動摩擦大、易發熱。對于運動速度低、運動載荷小、運動阻力影響小或運動精度要求不高及不便采用滾動軸承等場合，滑動軸承連接結構可采用更簡單的形式，3.2 支撐件的結構設計下一頁返回直接在機殼或零件體上制孔作為軸承。例如，鉗子、剪刀等常用的工具，門窗合葉、鎖具等小五金，由于結構摩擦小、轉動要求低，可采用簡單的

59、定期潤滑等措施保證運轉靈活性，有的甚至不考慮潤滑。圖3-9為機械照相機的自拍機構，也是將部件機架上的孔直接作為軸承使用。與之類似的鐘表結構，由于零部件轉動要求高，考慮零件磨損等因素，常在孔上鑲嵌紅寶石等特殊材料的套筒作為軸承。作為滑動軸承的材料，潤滑和耐磨性是設計上主要考慮的兩個因素，而這兩個因素不是彼此孤立的，潤滑狀況好，則摩擦、磨損小。通常，在機械結構設計時，軸的表面硬度較高，耐磨。同種類材料接觸摩擦，發熱后易產生粘連，特別是高速運轉時更突出。因此，軸承盡可能選擇與軸不同的材料。常用滑動軸承材料包括各種鑄鐵、青銅、含油粉末冶金、尼龍、塑料及橡膠等。鑄鐵材料內的石墨有輔助潤滑作用，屬于自潤滑

60、材料；粉末冶金材料內的空隙能保存油脂，作為軸承，潤滑結構簡單且有很好的效果；3.2 支撐件的結構設計上一頁下一頁返回尼龍、塑料材料質輕、摩擦系數小、疲勞強度高，但加工、安裝容易，在機械設備上經常采用。特別是采用各種塑料材質外殼的一些小電器產品，如圖3-10所示的電子詞典和手機，轉動結構(軸承)直接設計在殼體上，結構簡單且工作可靠。 滑動軸承的潤滑主要取決于運動狀況，對高速運轉和重要的結構，需在軸承上設計潤滑結構(潤滑溝槽、潤滑孔等)及相應的潤滑裝置。軸在旋轉時，由軸承內壁油膜支承轉軸，使之不與軸承內壁接觸，以減小摩擦阻力及磨損。通過軸旋轉時在軸承內壁形成楔狀間隙，間隙中的油膜產生動壓力支承轉軸