【正文】 此外，零部件的結(jié)構(gòu)和形狀的完善對(duì)強(qiáng)度和剛度的提高有很大的影響。本章主要討論機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、步驟和思維方式。 總之，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程是從內(nèi)到外、從重要到次要、從局部到總體、從粗略到精細(xì)，權(quán)衡利弊，反復(fù)檢查，逐步改進(jìn)。外觀不均勻時(shí)造成材料或機(jī)構(gòu)的浪費(fèi)。重視安全與勞保（即勞動(dòng)條件：操作、觀察、調(diào)整是否方便省力、發(fā)生故障時(shí)是否易于排查、噪音等），對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善?？紤]零部件的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化，減少零部件的品種，降低生產(chǎn)成本。 在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行想象和模擬，頭腦中要從各種角度考慮問(wèn)題，想象可能發(fā)生的問(wèn)題，這種假象的深度和廣度對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量起著十分重要的作用。并通過(guò)完善結(jié)構(gòu)使結(jié)構(gòu)更加合理地承受載荷、提高承載能力及工作精度。 人的感覺(jué)和直覺(jué)不是無(wú)道理的，多年在生活、生產(chǎn)中積累的經(jīng)驗(yàn)不自覺(jué)地產(chǎn)生了各種各樣的判斷能力，這種感覺(jué)和直覺(jué)在設(shè)計(jì)中起著較大的作用?？赏ㄟ^(guò)改變工作面的大小、方位、數(shù)量及構(gòu)件材料、表面特性、連接方式，系統(tǒng)地產(chǎn)生新方案。 ，確定最后的結(jié)構(gòu)方案： 綜合過(guò)程是指找出實(shí)現(xiàn)功能目的各種可供選擇的結(jié)構(gòu)的所有工作。圖中應(yīng)表示出零部件的基本形狀，主要尺寸，運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的極限位置，空間限制，安裝尺寸等。 而后，再確定次要的、補(bǔ)充或支持主要部件的部件，如：密封、潤(rùn)滑及維護(hù)保養(yǎng)等。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程是綜合分析、繪圖、計(jì)算三者相結(jié)合的過(guò)程，其過(guò)程大致如下： 、統(tǒng)籌兼顧： 明確待設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)件的主要任務(wù)和限制，將實(shí)現(xiàn)其目的的功能分解成幾個(gè)功能。 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作步驟 不同類(lèi)型的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中各種具體情況的差別很大，沒(méi)有必要以某種步驟按部就班的進(jìn)行。另外，通過(guò)一定的色彩配置可使產(chǎn)品顯得安全、穩(wěn)固。對(duì)于熱環(huán)境用冷色，如淺藍(lán)。這個(gè)趨勢(shì)是漸暖，正黃正綠往往顯得不舒服；強(qiáng)烈的灰色調(diào)顯得壓抑。但在一個(gè)產(chǎn)品上，不同色調(diào)的數(shù)量不宜太多，太多的色彩會(huì)給人一種華而不實(shí)的感覺(jué)。大的特別是運(yùn)動(dòng)構(gòu)件如果只用一種顏色就會(huì)顯得單調(diào)無(wú)層次，一個(gè)小小的附加色塊會(huì)使整個(gè)色調(diào)活躍起來(lái)。恰當(dāng)?shù)纳士墒共僮髡哐劬Φ钠诔潭冉档?，并能提高?duì)設(shè)備顯示信息的辨別能力。 （ 2）形狀簡(jiǎn)單統(tǒng)一 機(jī)械產(chǎn)品的外形通常由各種基本的幾何形體（長(zhǎng)方體、圓柱體、錐體等）組合而成。 外觀設(shè)計(jì)包括三個(gè)方面：造型、顏色和表面處理。從心理學(xué)角度看，人60%的決定取決于第一印象。如圖。因此，應(yīng)將兩定位銷(xiāo)布置在同一側(cè)，或使兩定位銷(xiāo)到螺栓的距離不等。圖（ a）中兩銷(xiāo)釘反向布置，到螺栓的距離相等，裝配時(shí)很可能將支座旋轉(zhuǎn) 180176。 防止裝配錯(cuò)誤。圖 (a)中的零件 A有兩個(gè)端面與零件 B配合，由于制造誤差，不能保證零件 A的正確位置。圖（ a）所示的結(jié)構(gòu)無(wú)徑向定位基準(zhǔn)，裝配時(shí)不能保證兩孔的同軸度；圖（ b）以相配的圓柱面作為定位基準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)合理。 （ 2）使零部件得到正確安裝 保證零件準(zhǔn)確的定位。 裝配是產(chǎn)品制造過(guò)程中的重要工序，零部件的結(jié)構(gòu)對(duì)裝配的質(zhì)量、成本有直接的影響。 實(shí)際中，零部件結(jié)構(gòu)工藝性受到諸多因素的制約，如生產(chǎn)批量的大小會(huì)影響坯件的生成方法；生產(chǎn)設(shè)備的條件可能會(huì)限制工件的尺寸；此外，造型、精度、熱處理、成本等方面都有可能對(duì)零部件結(jié)構(gòu)的工藝性有制約作用。 所謂好的加工工藝指的是零部件的結(jié)構(gòu)易于加工制造，任何一種加工方法都有可能不能制造某些結(jié)構(gòu)的零部件，或生產(chǎn)成本很高，或質(zhì)量受到影響。但是，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果對(duì)產(chǎn)品零部件的生產(chǎn)成本及質(zhì)量有著不可低估的影響。如圖 為保證零件在使用期限內(nèi)正常地實(shí)現(xiàn)其功能，必須使其具有足夠的剛度。這些結(jié)構(gòu)措施主要采用平衡元件、對(duì)稱(chēng)布置等。如圖 4)使載荷平衡結(jié)構(gòu) 在機(jī)器工作時(shí)，常產(chǎn)生一些無(wú)用的力，如慣性力、斜齒輪軸向力等，這些力不但增加了軸和軸襯等零件的負(fù)荷，降低其精度和壽命，同時(shí)也降低了機(jī)器的傳動(dòng)效率。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免或減小應(yīng)力集中。 (3)減小應(yīng)力集中結(jié)構(gòu) 當(dāng)力流方向急劇轉(zhuǎn)折時(shí)，力流在轉(zhuǎn)折處會(huì)過(guò)于密集，從而引起應(yīng)力集中，設(shè)計(jì)中應(yīng)在結(jié)構(gòu)上采取措施，使力流轉(zhuǎn)向平緩。 如懸臂布置的小錐齒輪，錐齒輪應(yīng)盡量靠近軸承以減小懸臂長(zhǎng)度，提高軸的彎曲強(qiáng)度。其它部位力流稀疏，甚至沒(méi)有力流通過(guò)，從應(yīng)力角度上講，材料未能充分利用。 力流在構(gòu)件中不會(huì)中斷，任何一條力線都不會(huì)突然消失，必然是從一處傳入，從另一處傳出。 (2)合理力流結(jié)構(gòu) 為了直觀地表示力在機(jī)械構(gòu)件中怎樣傳遞的狀態(tài)，將力看作猶如水在構(gòu)件中流動(dòng)，這些力線匯成力流。如懸臂支架、階梯軸的設(shè)計(jì)等。 (1)等強(qiáng)度準(zhǔn)則 零件截面尺寸的變化應(yīng)與其內(nèi)應(yīng)力變化相適應(yīng)，使各截面的強(qiáng)度相等。 (3)功能集中： 為了簡(jiǎn)化機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，降低加工成本，便于安裝，在某些情況下，可由一個(gè)零件或部件承擔(dān)多個(gè)功能。纖維繩用來(lái)承受拉力；橡膠填充層承受帶彎曲時(shí)的拉伸和壓縮；包布層與帶輪輪槽作用，產(chǎn)生傳動(dòng)所需的摩擦力。多結(jié)構(gòu)零件承擔(dān)同一功能可以減輕零件負(fù)擔(dān)，延長(zhǎng)使用壽命。 (2)功能合理的分配： 產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)具體情況，通常有必要將任務(wù)進(jìn)行合理的分配，即將一個(gè)功能分解為多個(gè)分功能。零部件主要的功能有承受載荷、傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，以及保證或保持有關(guān)零件或部件之間的相對(duì)位置或運(yùn)動(dòng)軌跡等。要滿(mǎn)足功能要求，必須做到以下幾點(diǎn)。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮如下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。因此，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)工作。所以，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足作為產(chǎn)品的多方面要求，基本要求有功能、可靠性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性和外觀造型等方面的要求。而更具有潛力、更有成效的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)建立在由工藝、材料、聯(lián)接方式、形狀、順序、方位、數(shù)量、尺寸等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變?cè)鶚?gòu)成的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)解空間的基礎(chǔ)上。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提是要能構(gòu)造出大量可供優(yōu)選的可能性方案，即構(gòu)造出大量的優(yōu)化求解空間，這也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最具創(chuàng)造性的地方。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到一個(gè)可行的結(jié)構(gòu)方案一般并不很難。 對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的提高永無(wú)止境，市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，需求向個(gè)性化方向發(fā)展。與考慮工作原理相比，兼顧各種要求似乎只是設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上的問(wèn)題，然而細(xì)節(jié)的總和是質(zhì)量，產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題不僅是工藝和材料的問(wèn)題，提高質(zhì)量應(yīng)始于設(shè)計(jì)。 在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中，質(zhì)量設(shè)計(jì)相當(dāng)重要，往往決定產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。 2．質(zhì)量設(shè)計(jì) 兼顧各種要求和限制，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能價(jià)格比，它是現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)的特征。 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求 1．功能設(shè)計(jì) 滿(mǎn)足主要機(jī)械功能要求，在技術(shù)上的具體化。 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求 2機(jī)械結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 機(jī)械產(chǎn)品應(yīng)用于各行各業(yè)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求也是千差萬(wàn)別，但都有相同的共性部分。 （ 3）避免銳邊尖角結(jié)構(gòu)，為了防止銳邊尖角處熔化或過(guò)熱，一般在槽或孔的邊緣上切出 2～３ mm的倒角。 （ 2）具有不等截面的零件，其大小截面的變化必須平緩，避免突變。塑料材料由于剛度差，鑄造后的冷卻不均勻造成的內(nèi)應(yīng)力極易引起結(jié)構(gòu)的翹曲，所以塑料結(jié)構(gòu)的筋板與壁厚相近并均勻?qū)ΨQ(chēng)。鑄鐵材料的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度，因此承受彎矩的鑄鐵結(jié)構(gòu)截面多為非對(duì)稱(chēng)形狀，以使承載時(shí)最大壓應(yīng)力大于最大拉應(yīng)力，圖示為兩種鑄鐵支架比較。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)所選材料的特性及其所對(duì)應(yīng)的加工工藝而遵循不同的設(shè)計(jì)原則。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)據(jù)結(jié)構(gòu)件的材料及熱處理不同應(yīng)注意的問(wèn)題 機(jī)械設(shè)計(jì)中可以選擇的材料眾多，不同的材料具有不同的性質(zhì)，不同的材料對(duì)應(yīng)不同的加工工藝，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中既要根據(jù)功能要求合理地選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，又要根?jù)材料的種類(lèi)確定適當(dāng)?shù)募庸すに嚕⒏鶕?jù)加工工藝的要求確定適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，只有通過(guò)適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)才能使所選擇的材料最充分的發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。一般來(lái)說(shuō)，若某零件直接相關(guān)零件愈多，其結(jié)構(gòu)就愈復(fù)雜；零件的間接相關(guān)零件愈多，其精度要求愈高。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，兩零件直接相關(guān)部位必須同時(shí)考慮，以便合理地選擇材料的熱處理方式、形狀、尺寸、精度及表面質(zhì)量等。運(yùn)動(dòng)相關(guān)是指一零件的運(yùn)動(dòng)軌跡與另一零件有關(guān)，如車(chē)床刀架的運(yùn)動(dòng)軌跡必須平行于于主軸的中心線，這是靠床身導(dǎo)軌和主軸軸線相平行來(lái)保證的，所以，主軸與導(dǎo)軌之間位置相關(guān)；而刀架與主軸之間為運(yùn)動(dòng)相關(guān)。間接相關(guān)又分為位置相關(guān)和運(yùn)動(dòng)相關(guān)兩類(lèi)。凡兩零件有直接裝配關(guān)系的，成為直接相關(guān)。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中除了研究零件本身的功能和其它特征外，還必須研究零件之間的相互關(guān)系。通過(guò)對(duì)功能表面的變異設(shè)計(jì)，可以得到為實(shí)現(xiàn)同一技術(shù)功能的多種結(jié)構(gòu)方案。 零件的功能表面是決定機(jī)械功能的重要因素，功能表面的設(shè)計(jì)是零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題。零部件的幾何形狀由它的表面所構(gòu)成，一個(gè)零件通常有多個(gè)表面，在這些表面中有的與其它零部件表面直接接觸，把這一部分表面稱(chēng)為功能表面。（ 3）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段是一個(gè)很活躍的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，常常需反復(fù)交叉的進(jìn)行。 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn) 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)有