完美网页版登录入口-完美（中国）-完美（中国）

网站首页（yè）公司简介资质（zhì）荣誉最新资（zī）讯产品展示（shì）成功案例请您留言（yán）联系（xì）我们

完美网页版登录入口和中晟（shèng）采矿软件（jiàn） Autodesk Lumion Altium Adobe Fuzor Cinema4D SketchUp WPS Tekla AVEVA CATIA Ansys Midas Rhino Minitab Microsoft PTC creo IQ-FMEA失（shī）效模式及影响分析 SORPAS-焊接（jiē）模拟（nǐ）仿真软件 MDESIGN-设计（jì）标准化（huà）系（xì）统（tǒng）

您现在的位置（zhì）：沈阳完美网页版登录入口和中晟软件技术有（yǒu）限公司 > 最新资讯

机械结构设计的方法、要求及设计（jì）准则

一、机（jī）械结构件（jiàn）的结构要（yào）素和设计方法

1 结构件的几（jǐ）何要素

机械结构的功能主（zhǔ）要是靠机械零部（bù）件的几何形状及各个（gè）零部件之间的相对位置关（guān）系实现的。零部件的几何（hé）形（xíng）状由它的表面所构成，一个零件（jiàn）通常（cháng）有（yǒu）多个表（biǎo）面，在这些表（biǎo）面中有的与其它零部（bù）件表面直接接触（chù），把（bǎ）这一部分（fèn）表面（miàn）称为功能表面。在功能表面之间的联（lián）结（jié）部分称为联接表面。　

零件的（de）功（gōng）能表面是决（jué）定机械（xiè）功（gōng）能（néng）的重要因素，功能表面的设（shè）计是零部件结构设计（jì）的核心问题。描（miáo）述（shù）功（gōng）能表面的主要（yào）几何参数有表面的几何形状、尺寸（cùn）大小、表面数量、位置、顺序等（děng）。通（tōng）过对功能（néng）表面的变异（yì）设计，可（kě）以得到为实现（xiàn）同一（yī）技术功能的多种结构方案（àn）。

2 结构件之间的联接

在机器或机械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在结构设计中除了（le）研究零件本身的功能（néng）和其它特征外（wài），还必须研究零件之间的相（xiàng）互（hù）关系。

零件的相（xiàng）关分为（wéi）直接相（xiàng）关和（hé）间接相关（guān）两类。凡两零件有直（zhí）接装（zhuāng）配（pèi）关系的，成为直接相关。没有直接装配关（guān）系的相关成为间接（jiē）相（xiàng）关。间接相关又分为位置相关（guān）和运动（dòng）相关两类。位置相（xiàng）关是指两零件在相互位置上（shàng）有要（yào）求（qiú），如减速器中两相邻的传动（dòng）轴，其中（zhōng）心距（jù）必须保（bǎo）证一（yī）定的精度（dù），两轴线（xiàn）必（bì）须平行，以保证齿（chǐ）轮的正（zhèng）常啮（niè）合。运动（dòng）相关是指一零件的运动轨迹与另一零件有（yǒu）关，如（rú）车床刀架的运动轨迹必须平行（háng）于于主轴的中心（xīn）线（xiàn），这（zhè）是靠床身导轨和主轴轴（zhóu）线相平行来（lái）保证的（de），所以，主（zhǔ）轴与（yǔ）导轨之间位置相关；而刀架与主轴之间为运动相关。

多数零件都有两个或更（gèng）多的直接相关（guān）零件，故每个零件大都（dōu）具有（yǒu）两（liǎng）个或多个（gè）部（bù）位在结构上与（yǔ）其它零（líng）件有（yǒu）关。在进行结构设计时，两零件直接相（xiàng）关部位必须（xū）同时考虑，以（yǐ）便合理（lǐ）地选择（zé）材料的（de）热处理方式、形状、尺（chǐ）寸、精度及表面质量等。同时还必须考虑（lǜ）满足间（jiān）接相关（guān）条（tiáo）件，如进行尺（chǐ）寸链和精度计算等。一般来说，若某零件直接相关零件愈多，其结构就愈复杂；零件（jiàn）的（de）间接相关零件愈多，其精度（dù）要求愈（yù）高。

3 结构设（shè）计据结构件的材料

机械设计中可以选（xuǎn）择的材（cái）料众（zhòng）多，不同的材料具（jù）有不（bú）同（tóng）的性质，不同的材料对应不同的加工工艺，结构设计中既（jì）要（yào）根据功能要求（qiú）合理（lǐ）地（dì）选择适当的材料，又要（yào）根据材料的（de）种（zhǒng）类确定适当的（de）加工工艺（yì），并（bìng）根据（jù）加工工艺的要求确定适当的结（jié）构，只（zhī）有（yǒu）通过适当的结构设计才能使所选择的材（cái）料最充（chōng）分的发挥（huī）优（yōu）势。

设计者要做到正确地选择（zé）材料就必须充（chōng）分地了解所选材（cái）料的力（lì）学性（xìng）能、加工性能、使（shǐ）用成（chéng）本等（děng）信息。结（jié）构设计（jì）中应根据（jù）所选材料的特（tè）性及其所（suǒ）对应的加工工艺（yì）而遵循不（bú）同的设计原则。

二、机械结构设计（jì）的（de）基本要求

机械产品应（yīng）用（yòng）于各行各业，结构设计的内容（róng）和要求也是千差（chà）万别（bié），但都（dōu）有相同的共性部（bù）分。下面（miàn）就机械结（jié）构设计（jì）的三个不同层次来说（shuō）明对结构（gòu）设计的要求。

1.功能设计满足主（zhǔ）要机械功能要求，在技术上的具体化。如工作原理的实现、工作的可靠性、工艺、材料和装配等方面。

2.质量设（shè）计兼顾（gù）各种要求和限制，提（tí）高产（chǎn）品（pǐn）的质量和性能价格比，它（tā）是现代工程设计的（de）特征。具体为操作、美（měi）观、成本、安全（quán）、环保等（děng）众（zhòng）多其它要（yào）求和限制。在（zài）现代设计中（zhōng），质（zhì）量设计相当重要，往往决定产品的竞争力。那（nà）种只满足主要技术功（gōng）能要求的（de）机（jī）械设计时代已经过去，统筹兼顾各种（zhǒng）要求（qiú），提高（gāo）产品的（de）质量（liàng），是现代（dài）机械（xiè）设计的关键所在。

3.优化（huà）设（shè）计（jì）和创新设计用（yòng）结构设（shè）计变（biàn）元（yuán）等方法（fǎ）系统地（dì）构造优化设计空间，用（yòng）创造（zào）性（xìng）设计思维方（fāng）法和其它科学方（fāng）法（fǎ）进行优选和创新。

三、机（jī）械结构基本设计准则

机械设计的最终结果是以一定的（de）结构（gòu）形式表现出来的，按（àn）所设计的（de）结构进行加工、装配，制造成最（zuì）终的产品。所以，机械（xiè）结（jié）构设计应（yīng）满（mǎn）足作为产品的多方面要求（qiú），基本要求有功能、可靠性、工艺（yì）性、经济性（xìng）和外观造型等方面的（de）要求。此外，还应改善零件的（de）受力（lì），提高强度、刚度、精度和寿命。因（yīn）此，机械结构（gòu）设计是一项综合性的技术工（gōng）作。由于结构设计的错误（wù）或不合理，可能造成零部件不应有的失效，使机器（qì）达不到设（shè）计精度的要求，给装配和维修带来（lái）极（jí）大的（de）不方（fāng）便。机械结构设计过程中应考虑如下的结（jié）构（gòu）设计（jì）准（zhǔn）则（zé）。

1.现预期功能的设计准则（zé）

产品（pǐn）的设计主要目的是为了实现（xiàn）预定的功能（néng）要求（qiú），因此实现（xiàn）预期功能的（de）设计准则（zé）是结构设计首先考虑的问题（tí）。要满足功能要（yào）求，必须做到（dào）以下几（jǐ）点。

(1)明确功能:结构设计是要根据其在（zài）机器（qì）中的功能和与其他零部（bù）件相（xiàng）互（hù）的连接关系，确定参数尺寸和结构形状。零部件（jiàn）主要的功（gōng）能（néng）有（yǒu）承（chéng）受载荷、传递运动和动力，以及保证或保持（chí）有（yǒu）关零件或（huò）部件之间（jiān）的相对位置或运动轨迹（jì）等（děng）。设计的结构应能满足从机（jī）器整体考虑对它的功能要求。

(2)功能（néng）合理的分配：产品设计时，根据（jù）具体情况，通常有必要将任务进行合（hé）理（lǐ）的（de）分配，即将一个（gè）功能分解为多个分功（gōng）能。每个分功能都要有确定的结构承担，各部分结构之间应具有合理、协调（diào）的联系（xì），以达到总功能的实现。多结构零件承担同一功（gōng）能可以减轻零件负担，延（yán）长使用寿命。V型带截面的结构（gòu）是任（rèn）务合理分（fèn）配的一个例子（zǐ）。纤维绳用（yòng）来承（chéng）受拉力；橡胶填（tián）充层承受带弯（wān）曲时的拉（lā）伸和压（yā）缩（suō）；包布（bù）层与带轮轮槽作用，产（chǎn）生传动（dòng）所需（xū）的摩擦力。例如，若只靠螺栓预紧产生的摩擦（cā）力来承受横向载荷时，会使螺栓的尺寸过大，可增加抗剪元件，如（rú）销、套筒和键等（děng），以分担横向（xiàng）载荷来解决这一问（wèn）题（tí）。

(3)功能集中（zhōng）：为了简（jiǎn）化机械产品的结构，降低加工成本，便于安装（zhuāng），在某些情况（kuàng）下，可由一个零件或（huò）部件承担多个功能。功能集中会使零件的（de）形状更加复杂（zá），但（dàn）要（yào）有度，否（fǒu）则反而影响加工工（gōng）艺、增加加工成本，设计时应根据具体情况而定。

2.满足强（qiáng）度要求（qiú）的（de）设（shè）计准则

(1) 等强度准则：零件截面尺寸的变化应与其内应力变化相适应，使各（gè）截（jié）面的强度相等。按等（děng）强度（dù）原（yuán）理（lǐ）设（shè）计的（de）结构，材料可以得到充分（fèn）的利用，从而减轻了重量、降低成本。如悬臂支架、阶梯轴的（de）设计（jì）等（děng）。

(2) 合理（lǐ）力流结（jié）构：为了直观地表示力在机械构件中怎样传递的（de）状态，将力看作犹如水在（zài）构件中流动，这些力（lì）线汇成力流（liú）。表示这（zhè）个（gè）力的（de）流（liú）动在结（jié）构设计考察中起（qǐ）着重要的作（zuò）用。力流在构件中（zhōng）不会中断，任何一条（tiáo）力线都（dōu）不（bú）会突然消（xiāo）失，必（bì）然是从一处传（chuán）入，从另一处（chù）传出。力流的另一个（gè）特性是它（tā）倾向于沿最（zuì）短的路线传递，从而在（zài）最（zuì）短（duǎn）路线附近力流密集，形（xíng）成（chéng）高应力（lì）区。其它部位（wèi）力流（liú）稀疏，甚至没有力流通过，从（cóng）应力角度上讲，材料未能充分利用。因此，若为了提高构件的刚度，应该（gāi）尽（jìn）可能按力（lì）流（liú）最短路线来设计零件的形状，减少承载（zǎi）区域，从而累积变形越小，提高（gāo）了整个构（gòu）件的刚度，使材料得到充分（fèn）利（lì）用。

(3) 减（jiǎn）小（xiǎo）应力集中结构：当力流（liú）方向急剧转折时，力流在转折处会过于密集，从而引起应力集中，设计中应（yīng）在结构上（shàng）采取措施，使力（lì）流转向平缓。应（yīng）力集（jí）中是（shì）影响零件疲（pí）劳强度的重要（yào）因素。结（jié）构设计时（shí），应（yīng）尽量避免（miǎn）或减小（xiǎo）应力集中（zhōng）。其方法（fǎ）在（zài）相应（yīng）的章节（jiē）会作介绍，如增（zēng）大过度圆（yuán）角、采用卸（xiè）载结构等。

(4) 使载荷平衡结构：在机器工（gōng）作时，常产生一些无用的力，如惯性力（lì）、斜齿（chǐ）轮轴（zhóu）向力等（děng），这些力（lì）不但增加（jiā）了（le）轴和（hé）轴衬等零件（jiàn）的负荷，降低其精度和寿命，同（tóng）时也（yě）降低了机器的传（chuán）动效（xiào）率。所谓（wèi）载荷平衡（héng）就是指采取结（jié）构措（cuò）施（shī）部分或全部平衡（héng）无用（yòng）力，以减轻或消除其不良（liáng）的影响。这些结构措施主（zhǔ）要采用（yòng）平衡（héng）元件、对称布置等（děng）。　

3.满足结构刚（gāng）度的设（shè）计准（zhǔn）则

为保证零件在使（shǐ）用（yòng）期限内（nèi）正常地实现其（qí）功能（néng），必须使其（qí）具有足够的（de）刚度。

4.考虑加工工艺的设计准则

机（jī）械零部件（jiàn）结构设（shè）计的主要目的（de）是：保证（zhèng）功能的（de）实（shí）现，使产品达到要求的（de）性能。但是，结（jié）构设计（jì）的结果对产品零部件（jiàn）的生产成本及质量有（yǒu）着不可（kě）低估的影响。因（yīn）此，在结构（gòu）设计中应力求使（shǐ）产（chǎn）品有良好（hǎo）的加工工艺性。所谓好的加工（gōng）工（gōng）艺指的是零部件的（de）结（jié）构易于加工制造，任何（hé）一种（zhǒng）加工方法（fǎ）都有可能（néng）不能制造某（mǒu）些结构的零部件，或生（shēng）产成本很高，或质量（liàng）受到影响。因（yīn）此，对于设计者（zhě）认识一种加工方法的特点非常重要，以便在设计（jì）结构时尽可能的扬长（zhǎng）避短。实际（jì）中，零部件结构工艺性受到诸多因素的制（zhì）约，如生产批量的大小会（huì）影响（xiǎng）坯件的生成方法；生产（chǎn）设备的条（tiáo）件可（kě）能会限制工件的（de）尺（chǐ）寸；此外，造型、精度、热处理、成本等方面（miàn）都有可能对零部件结构的工艺性有制约作用（yòng）。因此，结构设（shè）计中应充分考虑上（shàng）述因素对工艺性的影响。

5.考虑装配的设计准则

装（zhuāng）配是产（chǎn）品制造过（guò）程中的重（chóng）要（yào）工（gōng）序，零部件的结（jié）构对装配的（de）质量、成本（běn）有直（zhí）接的影响（xiǎng）。有（yǒu）关装配的结构设计准则简述如（rú）下（xià）：

（1）合（hé）理划分装配单元：整（zhěng）机应能分（fèn）解成若干可单独（dú）装配（pèi）的单元（部件或组件），以实现平行且（qiě）专业化的装配作业，缩短（duǎn）装配周期，并（bìng）且便于逐级技术检验（yàn）和维修（xiū）。

（2）使零部（bù）件得到正（zhèng）确安装：保证零件准确的（de）定位、避免双重配合、防止装配错误。

（3）使零（líng）部件便于装配和拆（chāi）卸：结构设计（jì）中，应保（bǎo）证（zhèng）有（yǒu）足够的装配空间，如扳（bān）手（shǒu）空间；避免过长（zhǎng）配合以免增加装配（pèi）难度，使（shǐ）配合面擦伤，如（rú）有些阶梯轴的设（shè）计；为便于拆卸零件，应给出安（ān）放拆卸工具的位（wèi）置，如轴承的（de）拆卸。

6.考虑（lǜ）维护（hù）修理的设计准则

（1) 产品的配置应根据其故障率的高低、维修的（de）难易、尺寸和质量的大小以及安装特点（diǎn）等统筹安排，凡需（xū）要维修的（de）零件部件，都应具有（yǒu）良（liáng）好的（de）可达性；对（duì）故障率高而又需要（yào）经常维（wéi）修的部（bù）位（wèi）及应急（jí）开关，应提供最佳（jiā）的可达性（xìng）。

（2) 产品（pǐn）特别是易损件、常（cháng）拆件和附加设备的拆装要简便，拆装时零部件进出的路线最好是直线或平缓（huǎn）的曲线。

（3) 产品的检查点、测试点（diǎn）等系统的维护点，都应布置在（zài）便于接近的位置上（shàng）。

（4) 需要（yào）维（wéi）修和拆装的产品，其周围（wéi）要有（yǒu）足（zú）够的操作空间。

（5) 维修时一般（bān）应能看见内（nèi）部（bù）的操作，其通道除了能容纳维修（xiū）人员的（de）手（shǒu）或臂外，还应（yīng）留有供观察的（de）适当间隙。

7.考（kǎo）虑造（zào）型设计（jì）的准则

产品的设计（jì）不（bú）仅要（yào）满（mǎn）足功能要求，而且还应考虑产（chǎn）品造型的美学价值（zhí），使之对人（rén）产生吸引力。从心理学（xué）角度看，人60%的决定取决于第一印象。技术产品的社会属性（xìng）是商品，在买（mǎi）方市场的时代，为产品设计一个能吸引顾客的外观是一个重要的设计要求；同时造型美观的产（chǎn）品（pǐn）可使操作者减少因精（jīng）力疲惫而产（chǎn）生的误操作。

外观（guān）设计包括三个（gè）方（fāng）面：造（zào）型、颜色和表面处理（lǐ）。

考虑造型时，应注意尺寸比（bǐ）例协调、形状简单统（tǒng）一以及色彩（cǎi）、图案的支（zhī）持和（hé）点（diǎn）缀（zhuì）。　

单（dān）色只使用于小构（gòu）件（jiàn）。大的（de）特别是（shì）运动构件如果只用一种颜色就会显得单调（diào）无（wú）层次，一个小（xiǎo）小的附加色块会使整个色调活跃起（qǐ）来。在多个颜（yán）色并存的情况下，应有一个起主导作用的底色，和底色相对应的（de）颜色叫对比色。但在一个产品上（shàng），不（bú）同色调（diào）的数量不宜太多（duō），太多的色彩会给人一种华而不实的感（gǎn）觉。

舒服的（de）色彩（cǎi）大约（yuē）位于（yú）从浅黄、绿黄到（dào）棕的区域。这个趋势是（shì）渐（jiàn）暖，正黄正绿往往显得不舒服；强烈的灰（huī）色调显得压抑（yì）。对于冷环境应用暖色，如黄（huáng）、橙黄和（hé）红。对于热环境用冷色，如浅蓝。所有（yǒu）颜色都（dōu）应淡化。另外，通过一（yī）定（dìng）的色彩配置可使产品（pǐn）显得安全、稳固。将形（xíng）状变（biàn）化小的、面积较（jiào）大的平面配置浅（qiǎn）色，而将运动、活跃轮（lún）廓的（de）元件配置深色；深色应安置于机（jī）械的下部，浅色置（zhì）于上部。

8.考（kǎo）虑成本的设计准（zhǔn）则

设计时（shí）应（yīng）简化产品及维修（xiū）操作：

（1）设（shè）计时，要对产品（pǐn）功能进行分（fèn）析权衡，合并相同（tóng）或相似（sì）功能，消除不必要的（de）功能（néng），以简化产品和维修（xiū）操作。

（2）设计时，应在（zài）满足规定功能要求（qiú）的（de）条件下（xià），使其构造简单，尽（jìn）可能减（jiǎn）少产品层次和组成单（dān）元的数量，并简化零件的形状。

（3）产（chǎn）品应尽量设计简便而可（kě）靠的调整机构，以便于排除（chú）因磨损或飘移等原因（yīn）引起的常（cháng）见故障。对（duì）易（yì）发生局（jú）部耗损的贵（guì）重件，应设计成可（kě）调整或（huò）可拆卸的组合件，以便（biàn）于局（jú）部更换或修复。避免或减少（shǎo）互相（xiàng）牵（qiān）连的（de）反复调校（xiào）。

（4）要（yào）合理安（ān）排各组成部分的（de）位置，减少连接（jiē）件、固定（dìng）件、使（shǐ）其检测、换件等维修操作简单方便，尽可能做到在维修（xiū）任（rèn）一部分（fèn）时，不拆卸、不移动或少（shǎo）拆卸、少移动其（qí）他（tā）部分，以降低对维修人员技能水（shuǐ）平的要求（qiú）和工作量。

版权（quán）所有：沈阳（yáng）中（zhōng）晟软件技术（shù）有限公司技术（shù）支持：完美网页版登录入口和中晟（shèng）软件 [完美网页版登录入口和中晟软件] ICP备（bèi）案编号（hào）：辽ICP备2021008617号（hào）

完美网页版登录入口-完美（中国）-完美（中国）

完美网页版登录入口-完美（中国）-完美（中国）

相关信息