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一 機械結構設計的任務

機械結構設計的任務是在總體設計的基礎上，根據所確定的原理方案，確定并繪出具體的結構圖，以體現所要求的功能。是將抽象的工作原理具體化為某類構件或零部件，具體內容為在確定結構件的材料、形狀、尺寸、公差、熱處理方式和表面狀況的同時，還須考慮其加工工藝、強度、剛度、精度以及與其它零件相互之間關系等問題。所以，結構設計的直接產物雖是技術圖紙，但結構設計工作不是簡單的機械制圖，圖紙只是表達設計方案的語言，綜合技術的具體化是結構設計的基本內容。

二 機械結構設計特點

機械結構設計的主要特點有：（1）它是集思考、繪圖、計算（有時進行必要的實驗）于一體的設計過程，是機械設計中涉及的問題最多、最具體、工作量最大的工作階段，在整個機械設計過程中，平均約80%的時間用于結構設計，對機械設計的成敗起著舉足輕重的作用。（2）機械結構設計問題的多解性，即滿足同一設計要求的機械結構并不是唯一的。（3）機械結構設計階段是一個很活躍的設計環節，常常需反復交叉的進行。為此，在進行機械結構設計時，必須了解從機器的整體出發對機械結構的基本要求

三 機械結構件的結構要素和設計方法

3.1結構件的幾何要素

機械結構的功能主要是靠機械零部件的幾何形狀及各個零部件之間的相對位置關系實現的。零部件的幾何形狀由它的表面所構成，一個零件通常有多個表面，在這些表面中有的與其它零部件表面直接接觸，把這一部分表面稱為功能表面。在功能表面之間的聯結部分稱為聯接表面。

零件的功能表面是決定機械功能的重要因素，功能表面的設計是零部件結構設計的核心問題。描述功能表面的主要幾何參數有表面的幾何形狀、尺寸大小、表面數量、位置、順序等。通過對功能表面的變異設計，可以得到為實現同一技術功能的多種結構方案。

3.2結構件之間的聯接

在機器或機械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在結構設計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系。

零件的相關分為直接相關和間接相關兩類。凡兩零件有直接裝配關系的，成為直接相關。沒有直接裝配關系的相關成為間接相關。間接相關又分為位置相關和運動相關兩類。位置相關是指兩零件在相互位置上有要求，如減速器中兩相鄰的傳動軸，其中心距必須保證一定的精度，兩軸線必須平行，以保證齒輪的正常嚙合。運動相關是指一零件的運動軌跡與另一零件有關，如車床刀架的運動軌跡必須平行于于主軸的中心線，這是靠床身導軌和主軸軸線相平行來保證的，所以，主軸與導軌之間位置相關；而刀架與主軸之間為運動相關。

多數零件都有兩個或更多的直接相關零件，故每個零件大都具有兩個或多個部位在結構上與其它零件有關。在進行結構設計時，兩零件直接相關部位必須同時考慮，以便合理地選擇材料的熱處理方式、形狀、尺寸、精度及表面質量等。同時還必須考慮滿足間接相關條件，如進行尺寸鏈和精度計算等。一般來說，若某零件直接相關零件愈多，其結構就愈復雜；零件的間接相關零件愈多，其精度要求愈高。例如，軸轂聯接見圖5.1。

3.3 結構設計據結構件的材料及熱處理不同應注意的問題

機械設計中可以選擇的材料眾多，不同的材料具有不同的性質，不同的材料對應不同的加工工藝，結構設計中既要根據功能要求合理地選擇適當的材料，又要根據材料的種類確定適當的加工工藝，并根據加工工藝的要求確定適當的結構，只有通過適當的結構設計才能使所選擇的材料最充分的發揮優勢。

設計者要做到正確地選擇材料就必須充分地了解所選材料的力學性能、加工性能、使用成本等信息。結構設計中應根據所選材料的特性及其所對應的加工工藝而遵循不同的設計原則。

如：鋼材受拉和受壓時的力學特性基本相同，因此鋼梁結構多為對稱結構。鑄鐵材料的抗壓強度遠大于抗拉強度，因此承受彎矩的鑄鐵結構截面多為非對稱形狀，以使承載時最大壓應力大于最大拉應力，圖示5.2為兩種鑄鐵支架比較。鋼結構設計中通常通過加大截面尺寸的方法增大結構的強度和剛度，但是鑄造結構中如果壁厚過大則很難保證鑄造質量，所以鑄造結構通常通過加筋板和隔板的方法加強結構的剛度和強度。塑料材料由于剛度差，成型后的冷卻不均勻造成的內應力極易引起結構的翹曲，所以塑料結構的筋板與壁厚相近并均勻對稱。

對于需要熱處理加工的零件，在進行結構設計時的要求有如下幾點：（1）零件的幾何形狀應力求簡單、對稱，理想的形狀為球形。（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。如果相鄰部分的變化過大，大小截面冷卻不均，必然形成內應力。（3）避免銳邊尖角結構，為了防止銳邊尖角處熔化或過熱，一般在槽或孔的邊緣上切出2～３mm的倒角。（4）避免厚薄懸殊的截面，厚薄懸殊的截面在淬火冷卻時易變形，開裂的傾向較大。