機械設(shè)計基本準(zhǔn)則及常見要點

機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是在總體設(shè)計的基礎(chǔ)上，根據(jù)所確定的原理方案，確定并繪出具體的結(jié)構(gòu)圖，以體現(xiàn)所要求的功能。是將抽象的工作原理具體化為某類構(gòu)件或零部件，具體內(nèi)容為在確定結(jié)構(gòu)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(guān)系等問題。所以，結(jié)構(gòu)設(shè)計的直接產(chǎn)物雖是技術(shù)圖紙，但結(jié)構(gòu)設(shè)計工作不是簡單的機械制圖，圖紙只是表達(dá)設(shè)計方案的語言，綜合技術(shù)的具體化是結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本內(nèi)容。

二 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

機械結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計過程，是機械設(shè)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(shè)計過程中，平均約80%的時間用于結(jié)構(gòu)設(shè)計，對機械設(shè)計的成敗起著舉足輕重的作用。（2）機械結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的多解性，即滿足同一設(shè)計要求的機械結(jié)構(gòu)并不是唯一的。（3）機械結(jié)構(gòu)設(shè)計階段是一個很活躍的設(shè)計環(huán)節(jié)，常常需反復(fù)交叉的進行。為此，在進行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須了解從機器的整體出發(fā)對機械結(jié)構(gòu)的基本要求

三 機械結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)要素和設(shè)計方法

3.1結(jié)構(gòu)件的幾何要素

機械結(jié)構(gòu)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(guān)系實現(xiàn)的。零部件的幾何形狀由它的表面所構(gòu)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(lián)結(jié)部分稱為聯(lián)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(shè)計是零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心問題。描述功能表面的主要幾何參數(shù)有表面的幾何形狀、尺寸大小、表面數(shù)量、位置、順序等。通過對功能表面的變異設(shè)計，可以得到為實現(xiàn)同一技術(shù)功能的多種結(jié)構(gòu)方案。

3.2結(jié)構(gòu)件之間的聯(lián)接

在機器或機械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)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(guān)系。

零件的相關(guān)分為直接相關(guān)和間接相關(guān)兩類。凡兩零件有直接裝配關(guān)系的，成為直接相關(guān)。沒有直接裝配關(guān)系的相關(guān)成為間接相關(guān)。間接相關(guān)又分為位置相關(guān)和運動相關(guān)兩類。位置相關(guān)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(guān)是指一零件的運動軌跡與另一零件有關(guān)，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(dǎo)軌和主軸軸線相平行來保證的，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動相關(guān)。

多數(shù)零件都有兩個或更多的直接相關(guān)零件，故每個零件大都具有兩個或多個部位在結(jié)構(gòu)上與其它零件有關(guān)。在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，兩零件直接相關(guān)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(zhì)量等。同時還必須考慮滿足間接相關(guān)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(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。例如，軸轂聯(lián)接見圖5.1。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計據(jù)結(jié)構(gòu)件的材料及熱處理不同應(yīng)注意的問題

機械設(shè)計中可以選擇的材料眾多，不同的材料具有不同的性質(zhì)，不同的材料對應(yīng)不同的加工工藝，結(jié)構(gòu)設(shè)計中既要根據(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)，只有通過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計才能使所選擇的材料最充分的發(fā)揮優(yōu)勢。

設(shè)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(xué)性能、加工性能、使用成本等信息。結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)根據(jù)所選材料的特性及其所對應(yīng)的加工工藝而遵循不同的設(shè)計原則。

如：鋼材受拉和受壓時的力學(xué)特性基本相同，因此鋼梁結(jié)構(gòu)多為對稱結(jié)構(gòu)。鑄鐵材料的抗壓強度遠(yuǎn)大于抗拉強度，因此承受彎矩的鑄鐵結(jié)構(gòu)截面多為非對稱形狀，以使承載時最大壓應(yīng)力大于最大拉應(yīng)力，圖示5.2為兩種鑄鐵支架比較。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中通常通過加大截面尺寸的方法增大結(jié)構(gòu)的強度和剛度，但是鑄造結(jié)構(gòu)中如果壁厚過大則很難保證鑄造質(zhì)量，所以鑄造結(jié)構(gòu)通常通過加筋板和隔板的方法加強結(jié)構(gòu)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(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。

對于需要熱處理加工的零件，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時的要求有如下幾點：（1）零件的幾何形狀應(yīng)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(nèi)應(yīng)力。（3）避免銳邊尖角結(jié)構(gòu)，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。

四 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求

機械產(chǎn)品應(yīng)用于各行各業(yè)，結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容和要求也是千差萬別，但都有相同的共性部分。下面就機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的三個不同層次來說明對結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求。

1.功能設(shè)計 滿足主要機械功能要求，在技術(shù)上的具體化。如工作原理的實現(xiàn)、工作的可靠性、工藝、材料和裝配等方面。

2．質(zhì)量設(shè)計 兼顧各種要求和限制，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能價格比，它是現(xiàn)代工程設(shè)計的特征。具體為操作、美觀、成本、安全、環(huán)保等眾多其它要求和限制。在現(xiàn)代設(shè)計中，質(zhì)量設(shè)計相當(dāng)重要，往往決定產(chǎn)品的競爭力。那種只滿足主要技術(shù)功能要求的機械設(shè)計時代已經(jīng)過去，統(tǒng)籌兼顧各種要求，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，是現(xiàn)代機械設(shè)計的關(guān)鍵所在。與考慮工作原理相比，兼顧各種要求似乎只是設(shè)計細(xì)節(jié)上的問題，然而細(xì)節(jié)的總和是質(zhì)量，產(chǎn)品質(zhì)量問題不僅是工藝和材料的問題，提高質(zhì)量應(yīng)始于設(shè)計。

3．優(yōu)化設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計 用結(jié)構(gòu)設(shè)計變元等方法系統(tǒng)地構(gòu)造優(yōu)化設(shè)計空間，用創(chuàng)造性設(shè)計思維方法和其它科學(xué)方法進行優(yōu)選和創(chuàng)新。

對產(chǎn)品質(zhì)量的提高永無止境，市場的競爭日趨激烈，需求向個性化方向發(fā)展。因此，優(yōu)化設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計在現(xiàn)代機械設(shè)計中的作用越來越重要，它們將是未來技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)的競爭焦點。

結(jié)構(gòu)設(shè)計中得到一個可行的結(jié)構(gòu)方案一般并不很難。機械設(shè)計的任務(wù)是在眾多的可行性方案中尋求較好的或是最好的方案。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的前提是要能構(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)計最具創(chuàng)造性的地方。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計目前基本仍局限在用數(shù)理模型描述的那類問題上。而更具有潛力、更有成效的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(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)計變元所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)設(shè)計解空間的基礎(chǔ)上。

五 機械結(jié)構(gòu)基本設(shè)計準(zhǔn)則

機械設(shè)計的最終結(jié)果是以一定的結(jié)構(gòu)形式表現(xiàn)出來的，按所設(shè)計的結(jié)構(gòu)進行加工、裝配，制造成最終的產(chǎn)品。所以，機械結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足作為產(chǎn)品的多方面要求，基本要求有功能、可靠性、工藝性、經(jīng)濟性和外觀造型等方面的要求。此外，還應(yīng)改善零件的受力，提高強度、剛度、精度和壽命。因此，機械結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項綜合性的技術(shù)工作。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計的錯誤或不合理，可能造成零部件不應(yīng)有的失效，使機器達(dá)不到設(shè)計精度的要求，給裝配和維修帶來極大的不方便。機械結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中應(yīng)考慮如下的結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則。

1. 實現(xiàn)預(yù)期功能的設(shè)計準(zhǔn)則

產(chǎn)品的設(shè)計主要目的是為了實現(xiàn)預(yù)定的功能要求，因此實現(xiàn)預(yù)期功能的設(shè)計準(zhǔn)則是結(jié)構(gòu)設(shè)計首先考慮的問題。要滿足功能要求，必須做到以下幾點。

（1）明確功能： 結(jié)構(gòu)設(shè)計是要根據(jù)其在機器中的功能和與其他零部件相互的連接關(guān)系，確定參數(shù)尺寸和結(jié)構(gòu)形狀。零部件主要的功能有承受載荷、傳遞運動和動力，以及保證或保持有關(guān)零件或部件之間的相對位置或運動軌跡等。設(shè)計的結(jié)構(gòu)應(yīng)能滿足從機器整體考慮對它的功能要求。

（2）功能合理的分配：產(chǎn)品設(shè)計時，根據(jù)具體情況，通常有必要將任務(wù)進行合理的分配，即將一個功能分解為多個分功能。每個分功能都要有確定的結(jié)構(gòu)承擔(dān)，各部分結(jié)構(gòu)之間應(yīng)具有合理、協(xié)調(diào)的聯(lián)系，以達(dá)到總功能的實現(xiàn)。多結(jié)構(gòu)零件承擔(dān)同一功能可以減輕零件負(fù)擔(dān)，延長使用壽命。V型帶截面的結(jié)構(gòu)是任務(wù)合理分配的一個例子。纖維繩用來承受拉力；橡膠填充層承受帶彎曲時的拉伸和壓縮；包布層與帶輪輪槽作用，產(chǎn)生傳動所需的摩擦力。例如，若只靠螺栓預(yù)緊產(chǎn)生的摩擦力來承受橫向載荷時，會使螺栓的尺寸過大，可增加抗剪元件，如銷、套筒和鍵等，以分擔(dān)橫向載荷來解決這一問題。

（3）功能集中：為了簡化機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，降低加工成本，便于安裝，在某些情況下，可由一個零件或部件承擔(dān)多個功能。功能集中會使零件的形狀更加復(fù)雜，但要有度，否則反而影響加工工藝、增加加工成本，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)具體情況而定。

2.滿足強度要求的設(shè)計準(zhǔn)則

（1） 等強度準(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)，使各截面的強度相等。按等強度原理設(shè)計的結(jié)構(gòu)，材料可以得到充分的利用，從而減輕了重量、降低成本。如懸臂支架、階梯軸的設(shè)計等。見圖1。

圖1

（2） 合理力流結(jié)構(gòu)

為了直觀地表示力在機械構(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，這些力線匯成力流。表示這個力的流動在結(jié)構(gòu)設(shè)計考察中起著重要的作用。

力流在構(gòu)件中不會中斷，任何一條力線都不會突然消失，必然是從一處傳入，從另一處傳出。力流的另一個特性是它傾向于沿最短的路線傳遞，從而在最短路線附近力流密集，形成高應(yīng)力區(qū)。其它部位力流稀疏，甚至沒有力流通過，從應(yīng)力角度上講，材料未能充分利用。因此，若為了提高構(gòu)件的剛度，應(yīng)該盡可能按力流最短路線來設(shè)計零件的形狀，減少承載區(qū)域，從而累積變形越小，提高了整個構(gòu)件的剛度，使材料得到充分利用。

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度，提高軸的彎曲強度。圖5.4例舉幾個典型的實例。

（3） 減小應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)

當(dāng)力流方向急劇轉(zhuǎn)折時，力流在轉(zhuǎn)折處會過于密集，從而引起應(yīng)力集中，設(shè)計中應(yīng)在結(jié)構(gòu)上采取措施，使力流轉(zhuǎn)向平緩。應(yīng)力集中是影響零件疲勞強度的重要因素。結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)盡量避免或減小應(yīng)力集中。其方法在相應(yīng)的章節(jié)會作介紹，如增大過度圓角、采用卸載結(jié)構(gòu)等。如圖5.5。

（4） 使載荷平衡結(jié)構(gòu)

在機器工作時，常產(chǎn)生一些無用的力，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，同時也降低了機器的傳動效率。所謂載荷平衡就是指采取結(jié)構(gòu)措施部分或全部平衡無用力，以減輕或消除其不良的影響。這些結(jié)構(gòu)措施主要采用平衡元件、對稱布置等。

例如，同一軸上的兩個斜齒圓柱齒輪所產(chǎn)生的軸向力，可通過合理選擇輪齒的旋向及螺旋角的大小使軸向力相互抵消，使軸承負(fù)載減小。如圖5.6。

3.滿足結(jié)構(gòu)剛度的設(shè)計準(zhǔn)則

為保證零件在使用期限內(nèi)正常地實現(xiàn)其功能，必須使其具有足夠的剛度。

4.考慮加工工藝的設(shè)計準(zhǔn)則

機械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要目的是：保證功能的實現(xiàn)，使產(chǎn)品達(dá)到要求的性能。但是，結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)果對產(chǎn)品零部件的生產(chǎn)成本及質(zhì)量有著不可低估的影響。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)力求使產(chǎn)品有良好的加工工藝性

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。因此，對于設(shè)計者認(rèn)識一種加工方法的特點非常重要，以便在設(shè)計結(jié)構(gòu)時盡可能的揚長避短。實際中，零部件結(jié)構(gòu)工藝性受到諸多因素的制約，如生產(chǎn)批量的大小會影響坯件的生成方法；生產(chǎn)設(shè)備的條件可能會限制工件的尺寸；此外，造型、精度、熱處理、成本等方面都有可能對零部件結(jié)構(gòu)的工藝性有制約作用。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)充分考慮上述因素對工藝性的影響。

5.考慮裝配的設(shè)計準(zhǔn)則

裝配是產(chǎn)品制造過程中的重要工序，零部件的結(jié)構(gòu)對裝配的質(zhì)量、成本有直接的影響。有關(guān)裝配的結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則簡述如下

（1）合理劃分裝配單元

整機應(yīng)能分解成若干可單獨裝配的單元（部件或組件），以實現(xiàn)平行且專業(yè)化的裝配作業(yè)，縮短裝配周期，并且便于逐級技術(shù)檢驗和維修。

（2）使零部件得到正確安裝

保證零件準(zhǔn)確的定位。圖5.7所示的兩法蘭盤用普通螺栓連接。圖（a）所示的結(jié)構(gòu)無徑向定位基準(zhǔn)，裝配時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。

-避免雙重配合。圖5.8（a）中的零件A有兩個端面與零件B配合，由于制造誤差，不能保證零件A的正確位置。圖5.8（b）結(jié)構(gòu)合理。

-防止裝配錯誤。圖5.9所示軸承座用兩個銷釘定位。圖（a）中兩銷釘反向布置，到螺栓的距離相等，裝配時很可能將支座旋轉(zhuǎn)180°安裝，導(dǎo)致座孔中心線與軸的中心線位置偏差增大。因此，應(yīng)將兩定位銷布置在同一側(cè)，或使兩定位銷到螺栓的距離不等

圖2

（2） 使零部件便于裝配和拆卸

結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)保證有足夠的裝配空間，如扳手空間；避免過長配合以免增加裝配難度，使配合面擦傷，如有些階梯軸的設(shè)計；為便于拆卸零件，應(yīng)給出安放拆卸工具的位置，如軸承的拆卸。

6.考慮維護修理的設(shè)計準(zhǔn)則

1）產(chǎn)品的配置應(yīng)根據(jù)其故障率的高低、維修的難易、尺寸和質(zhì)量的大小以及安裝特點等統(tǒng)籌安排，凡需要維修的零件部件，都應(yīng)具有良好的可達(dá)性；對故障率高而又需要經(jīng)常維修的部位及應(yīng)急開關(guān)，應(yīng)提供最佳的可達(dá)性。

2）產(chǎn)品特別是易損件、常拆件和附加設(shè)備的拆裝要簡便，拆裝時零部件進出的路線最好是直線或平緩的曲線。

3）產(chǎn)品的檢查點、測試點等系統(tǒng)的維護點，都應(yīng)布置在便于接近的位置上。

4）需要維修和拆裝的產(chǎn)品，其周圍要有足夠的操作空間。

5）維修時一般應(yīng)能看見內(nèi)部的操作，其通道除了能容納維修人員的手或臂外，還應(yīng)留有供觀察的適當(dāng)間隙。

7.考慮造型設(shè)計的準(zhǔn)則

產(chǎn)品的設(shè)計不僅要滿足功能要求，而且還應(yīng)考慮產(chǎn)品造型的美學(xué)價值，使之對人產(chǎn)生吸引力。從心理學(xué)角度看，人60%的決定取決于第一印象。技術(shù)產(chǎn)品的社會屬性是商品，在買方市場的時代，為產(chǎn)品設(shè)計一個能吸引顧客的外觀是一個重要的設(shè)計要求；同時造型美觀的產(chǎn)品可使操作者減少因精力疲憊而產(chǎn)生的誤操作。

外觀設(shè)計包括三個方面：造型、顏色和表面處理。

考慮造型時，應(yīng)注意下述三個問題：

（1）尺寸比例協(xié)調(diào)

在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)注意保持外形輪廓各部分尺寸之間均勻協(xié)調(diào)的比例關(guān)系，應(yīng)有意識地應(yīng)用"黃金分割法"來確定尺寸，使產(chǎn)品造型更具美感。

（2）形狀簡單統(tǒng)一

機械產(chǎn)品的外形通常由各種基本的幾何形體（長方體、圓柱體、錐體等）組合而成。結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)使這些形狀配合適當(dāng)，基本形狀應(yīng)在視覺上平衡，接近對稱又不完全對稱的外形易產(chǎn)生傾倒的感覺；盡量減少形狀和位置的變化，避免過分凌亂；改善加工工藝

（3）色彩、圖案的支持和點綴

在機械產(chǎn)品表面涂漆，除具有防止腐蝕的功能外，還可增強視覺效果。恰當(dāng)?shù)纳士墒共僮髡哐劬Φ钠诔潭冉档?，并能提高對設(shè)備顯示信息的辨別能力。

單色只使用于小構(gòu)件。大的特別是運動構(gòu)件如果只用一種顏色就會顯得單調(diào)無層次，一個小小的附加色塊會使整個色調(diào)活躍起來。在多個顏色并存的情況下，應(yīng)有一個起主導(dǎo)作用的底色，和底色相對應(yīng)的顏色叫對比色。但在一個產(chǎn)品上，不同色調(diào)的數(shù)量不宜太多，太多的色彩會給人一種華而不實的感覺。

舒服的色彩大約位于從淺黃、綠黃到棕的區(qū)域。這個趨勢是漸暖，正黃正綠往往顯得不舒服；強烈的灰色調(diào)顯得壓抑。對于冷環(huán)境應(yīng)用暖色，如黃、橙黃和紅。對于熱環(huán)境用冷色，如淺藍(lán)。所有顏色都應(yīng)淡化。另外，通過一定的色彩配置可使產(chǎn)品顯得安全、穩(wěn)固。將形狀變化小的、面積較大的平面配置淺色，而將運動、活躍輪廓的元件配置深色；深色應(yīng)安置于機械的下部，淺色置于上部。

8.考慮成本的設(shè)計準(zhǔn)則

簡化產(chǎn)品及維修操作

（1）設(shè)計時，要對產(chǎn)品功能進行分析權(quán)衡，合并相同或相似功能，消除不必要的功能，以簡化產(chǎn)品和維修操作。

（2）設(shè)計時，應(yīng)在滿足規(guī)定功能要求的條件下，使其構(gòu)造簡單，盡可能減少產(chǎn)品層次和組成單元的數(shù)量，并簡化零件的形狀。

（3） 產(chǎn)品應(yīng)盡量設(shè)計簡便而可靠的調(diào)整機構(gòu)，以便于排除因磨損或飄移等原因引起的常見故障。對易發(fā)生局部耗損的貴重件，應(yīng)設(shè)計成可調(diào)整或可拆卸的組合件，以便于局部更換或修復(fù)。避免或減少互相牽連的反復(fù)調(diào)校。

（4）要合理安排各組成部分的位置，減少連接件、固定件、使其檢測、換件等維修操作簡單方便，盡可能做到在維修任一部分時，不拆卸、不移動或少拆卸、少移動其他部分，以降低對維修人員技能水平的要求和工作量。

提高標(biāo)準(zhǔn)化、互換性程度

（1）優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品

設(shè)計時應(yīng)優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備、元器件、零部件和工具等產(chǎn)品，并盡量減少其品種、規(guī)格。

（2）提高互換性和通用化程度

①在不同的裝備中最大限度地采用通用的組件、元器件、零部件，并盡量減少其品種。元器件、零部件及其附件、工具應(yīng)盡量選用滿足或稍加改動即可滿足使用要求的通用品。

②設(shè)計時，必須使故障率高、容易損壞、關(guān)鍵性的零部件或單元具有良好的互換性和通用性。

③能安裝互換的產(chǎn)品，必須能功能互換。能功能互換的產(chǎn)品，也應(yīng)實現(xiàn)安裝互換，必要時可另采用連接裝置來達(dá)到安裝互換。

④采用不同工廠生產(chǎn)的相同型號成品件必須能安裝互換和功能互換。

⑤功能相同且對稱安裝的部、組、零件，應(yīng)設(shè)計成可互換的。

⑥修改零部件或單元的設(shè)計時，不要任意更改安裝的結(jié)構(gòu)要素，破環(huán)互換性。

⑦產(chǎn)品需作某些更改或改進時，要盡量做到新老產(chǎn)品之間能夠互換使用。

采用模塊化設(shè)計

a）產(chǎn)品應(yīng)按其功能設(shè)計成若干個具有互換性的模塊（或模件），其數(shù)量根據(jù)實際需要而定。需要在現(xiàn)場更換的部件更應(yīng)模塊（件）化。

b）模塊（件）從產(chǎn)品上卸下來以后，應(yīng)便于單獨進行測試、調(diào)整。在更換模塊（件）后，一般應(yīng)不需要進行調(diào)整；若必須調(diào)整時，應(yīng)簡便易行。

c）模塊（件）的尺寸與質(zhì)量應(yīng)便于拆裝、攜帶或搬運。質(zhì)量超過 4kg 不便握持的模塊（件）應(yīng)設(shè)有人力搬運的把手。必須用機械提升的模件，應(yīng)設(shè)有相應(yīng)的吊孔或吊環(huán)。

具有完善的防差錯措施及識別標(biāo)志

機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的工作步驟

不同類型的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中各種具體情況的差別很大，沒有必要以某種步驟按部就班的進行。通常是確定完成既定功能零部件的形狀、尺寸和布局。結(jié)構(gòu)設(shè)計過程是綜合分析、繪圖、計算三者相結(jié)合的過程，其過程大致如下：

1. 理清主次、統(tǒng)籌兼顧：明確待設(shè)計結(jié)構(gòu)件的主要任務(wù)和限制，將實現(xiàn)其目的的功能分解成幾個功能。然后從實現(xiàn)機器主要功能（指機器中對實現(xiàn)能量或物料轉(zhuǎn)換起關(guān)鍵作用的基本功能）的零部件入手，通常先從實現(xiàn)功能的結(jié)構(gòu)表面開始，考慮與其他相關(guān)零件的相互位置、聯(lián)結(jié)關(guān)系，逐漸同其它表面一起連接成一個零件，再將這個零件與其它零件聯(lián)結(jié)成部件，最終組合成實現(xiàn)主要功能的機器。而后，再確定次要的、補充或支持主要部件的部件，如：密封、潤滑及維護保養(yǎng)等。

2. 繪制草圖：在分析確定結(jié)構(gòu)的同時，粗略估算結(jié)構(gòu)件的主要尺寸并按一定的比例，通過繪制草圖，初定零部件的結(jié)構(gòu)。圖中應(yīng)表示出零部件的基本形狀，主要尺寸，運動構(gòu)件的極限位置，空間限制，安裝尺寸等。同時結(jié)構(gòu)設(shè)計中要充分注意標(biāo)準(zhǔn)件、常用件和通用件的應(yīng)用，以減少設(shè)計與制造的工作量。

3. 對初定的結(jié)構(gòu)進行綜合分析，確定最后的結(jié)構(gòu)方案：綜合過程是指找出實現(xiàn)功能目的各種可供選擇的結(jié)構(gòu)的所有工作。分析過程則是評價、比較并最終確定結(jié)構(gòu)的工作?？赏ㄟ^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。另外，綜合分析的思維特點更多的是以直覺方式進行的，即不是以系統(tǒng)的方式進行的。人的感覺和直覺不是無道理的，多年在生活、生產(chǎn)中積累的經(jīng)驗不自覺地產(chǎn)生了各種各樣的判斷能力，這種感覺和直覺在設(shè)計中起著較大的作用。

4. 結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算與改進：對承載零部件的結(jié)構(gòu)進行載荷分析，必要時計算其承載強度、剛度、耐磨性等內(nèi)容。并通過完善結(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。同時考慮零部件裝拆、材料、加工工藝的要求，對結(jié)構(gòu)進行改進。在實際的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計者應(yīng)對設(shè)計內(nèi)容進行想象和模擬，頭腦中要從各種角度考慮問題，想象可能發(fā)生的問題，這種假象的深度和廣度對結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量起著十分重要的作用。

5. 結(jié)構(gòu)設(shè)計的完善：按技術(shù)、經(jīng)濟和社會指標(biāo)不斷完善，尋找所選方案中的缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，對照各種要求和限制，反復(fù)改進?？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。在結(jié)構(gòu)草圖中注出標(biāo)準(zhǔn)件和外購件。重視安全與勞保（即勞動條件：操作、觀察、調(diào)整是否方便省力、發(fā)生故障時是否易于排查、噪音等），對結(jié)構(gòu)進行完善。

6. 形狀的平衡與美觀：要考慮直觀上看物體是否勻稱、美觀。外觀不均勻時造成材料或機構(gòu)的浪費。出現(xiàn)慣性力時會失去平衡，很小的外部干擾力作用就可能失穩(wěn)，抗應(yīng)力集中和疲勞的性能也弱。

總之，機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程是從內(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。