茶轴为什么是最奢侈的轴

坐进第二排给人的感觉是空间非常宽敞，头部富余一拳三指，腿部有两拳多的距离；而且座椅靠背可以分两段调节，再加上十分平整的地板设计，各种身材乘客都能轻松找到舒适的坐姿。在很多人印象里，后驱和四驱车型由于需要容纳传动轴，所以后排地板会有很大的凸起。但是在这辆四驱版本的CR-V上，地板非常平整，这就说明通过优化设计，传动轴完全可以隐藏在地板下面，从而保证车内空间和实用性。后备箱开口很低，装卸货物非常方便，而且内部十分规整；后座靠背放倒后能与地板形成纯平的状态，是同级最佳的后备箱表现。

机器人第七轴 采用线性滑轨可增加作业空间或在机器人作业区移动工件和工具，如给多台设备或辅助工装，从货盘系列中进行货品组合作业以及在大型部件上作业等等。线性滑轨的控制装置是作为数学耦合轴集成到机器人控制系统的，这样就无需其他控制装置了。

主要特点

第七轴系统的机械手移动小车在直线方向上的移动和定位可通过操作面板和显示屏进行编辑，在直线轴有效行程范围内，可设置多个定位点。位置精度由编码器精确检测，通过伺服系统控制电机重复定位精度在±0.05mm范围之内，移动速度在0-10m/min范围内根据客户操作要求任意设置。第七轴系统与六轴或多轴机器人的信号接口及机床系统接口用数字信号传输，保证相互之间的稳定性及可靠性。具备手动和自动两种运行控制方式，手动方式下可单独操作某一个工作，自动方式下按设定的运行程序自动运行。还有外用钥匙保护开关，急停按钮，软件功能和软硬件接口保证需方需求。

组成结构

机器人第七轴行走轨道系统主要有导轨基座，安装机械手的移动小车，控制系统，安全与防护装置组成。

导轨基座采用优质铸铁铸造而成，长度根据客户的实现需求定制，基座镶入高精度滚轮直线导轨和精密模数齿条，线性轴装有润滑系统，能持续提供自润滑和除尘刮屑系统。

安装机械手的移动小车承载能力3000KG，移动小车与机械手的链接尺寸符合通用机器人。伺服电机为主驱动通过变速器驱动齿轮齿条在导轨上行走。

控制系统有主控制柜、主开关、熔断器、马达过载保护、低电压保护、电源稳压、变压装置、操作面板和显示屏等组成。伺服控制单元可以编程逻辑控制器满足用户的要求。

H 是孔的一种基本偏差代号，表示基准孔；h 是轴的基本偏差代号。H7/h6，是孔与轴非常小的间隙配合方式。

H7是指孔的配合精度是按基本尺寸为第七级的间隙配合。h6是指轴的配合精度是按基本尺寸为第六级的间隙配合。

机械设计的基础含义

是机械工程的重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要的因素。机械设计的努力目标是：在各种限定的条件（如材料、加工能力、理论知识和计算手段等）下设计出最好的机械，即做出优化设计。

优化设计需要综合地考虑许多要求，一般有：最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少环境污染。这些要求常是互相矛盾的，而且它们之间的相对重要性因机械种类和用途的不同而异。

　机械结构设计任务总体设计基础根据所确定原理案确定并绘具体结构图体现所要求功能抽象工作原理具体化某类构件或零部件具体内容确定结构件材料、形状、尺寸、公差、热处理式表面状况同须考虑其加工工艺、强度、刚度、精度及与其零件相互间关系等问题所结构设计直接产物虽技术图纸结构设计工作简单机械制图图纸表达设计案语言综合技术具体化结构设计基本内容

5.1.2机械结构设计特点

　机械结构设计主要特点：（1）集思考、绘图、计算（进行必要实验）于体设计程机械设计涉及问题、具体、工作量工作阶段整机械设计程平均约80%间用于结构设计机械设计败起着举足轻重作用（2）机械结构设计问题解性即满足同设计要求机械结构并唯（3）机械结构设计阶段跃设计环节需反复交叉进行进行机械结构设计必须解机器整体发机械结构基本要求

5.2机械结构件结构要素设计

5.2.1结构件几何要素

机械结构功能主要靠机械零部件几何形状及各零部件间相位置关系实现零部件几何形状由表面所构零件通表面些表面与其零部件表面直接接触部表面称功能表面功能表面间联结部称联接表面

零件功能表面决定机械功能重要素功能表面设计零部件结构设计核问题描述功能表面主要几何参数表面几何形状、尺寸、表面数量、位置、顺序等通功能表面变异设计实现同技术功能种结构案

5.2.2结构件间联接

机器或机械任何零件都孤立存结构设计除研究零件本身功能其特征外必须研究零件间相互关系　

零件相关直接相关间接相关两类凡两零件直接装配关系直接相关没直接装配关系相关间接相关间接相关位置相关运相关两类位置相关指两零件相互位置要求减速器两相邻传轴其距必须保证定精度两轴线必须平行Vこ萋值恼?D龊稀T硕?喙厥侵敢涣慵?脑硕?旒S肓硪涣慵?泄兀?绯荡驳都艿脑硕?旒1匦肫叫杏谟谥髦岬闹行南撸?馐强看采淼脊旌椭髦嶂嵯呦嗥叫欣幢Vさ模??裕?髦嵊氲脊熘?湮恢孟喙兀欢?都苡胫髦嶂?湮?硕?喙亍?BR>

　 数零件都两或更直接相关零件故每零件都具两或部位结构与其零件关进行结构设计两零件直接相关部位必须同考虑便合理选择材料热处理式、形状、尺寸、精度及表面质量等同必须考虑满足间接相关条件进行尺寸链精度计算等般说若某零件直接相关零件愈其结构愈复杂；零件间接相关零件愈其精度要求愈高例轴毂联接见图5.1

5.2.3结构设计据结构件材料及热处理同应注意问题

　机械设计选择材料众同材料具同性质同材料应同加工工艺结构设计既要根据功能要求合理选择适材料要根据材料种类确定适加工工艺并根据加工工艺要求确定适结构通适结构设计才能使所选择材料充发挥优势

　设计者要做确选择材料必须充解所选材料力性能、加工性能、使用本等信息结构设计应根据所选材料特性及其所应加工工艺遵循同设计原则

　：钢材受拉受压力特性基本相同钢梁结构称结构铸铁材料抗压强度远于抗拉强度承受弯矩铸铁结构截面非称形状使承载压应力于拉应力图示5.2两种铸铁支架比较钢结构设计通通加截面尺寸增结构强度刚度铸造结构壁厚则难保证铸造质量所铸造结构通通加筋板隔板加强结构刚度强度塑料材料由于刚度差铸造冷却均匀造内应力极易引起结构翘曲所塑料结构筋板与壁厚相近并均匀称

　于需要热处理加工零件进行结构设计要求几点：（1）零件几何形状应力求简单、称理想形状球形（2）具等截面零件其截面变化必须平缓避免突变相邻部变化截面冷却均必形内应力（3）避免锐边尖角结构防止锐边尖角处熔化或热般槽或孔边缘切2～3mm倒角（4）避免厚薄悬殊截面厚薄悬殊截面淬火冷却易变形裂倾向较

5.3.1机械结构设计基本要求

　 机械产品应用于各行各业结构设计内容要求千差万别都相同共性部面机械结构设计三同层说明结构设计要求

1.功能设计 满足主要机械功能要求技术具体化工作原理实现、工作靠性、工艺、材料装配等面

2．质量设计 兼顾各种要求限制提高产品质量性能价格比现代工程设计特征具体操作、美观、本、安全、环保等众其要求限制现代设计质量设计相重要往往决定产品竞争力种满足主要技术功能要求机械设计代已经统筹兼顾各种要求提高产品质量现代机械设计关键所与考虑工作原理相比兼顾各种要求似乎设计细节问题细节总质量产品质量问题仅工艺材料问题提高质量应始于设计

3．优化设计创新设计 用结构设计变元等系统构造优化设计空间用创造性设计思维其科进行优选创新

产品质量提高永止境市场竞争趋激烈需求向性化向发展优化设计创新设计现代机械设计作用越越重要未技术产品发竞争焦点

结构设计行结构案般并难机械设计任务众行性案寻求较或案结构优化设计前提要能构造量供优选能性案即构造量优化求解空间结构设计具创造性结构优化设计目前基本仍局限用数理模型描述类问题更具潜力、更效结构优化设计应建立由工艺、材料、联接式、形状、顺序、位、数量、尺寸等结构设计变元所构结构设计解空间基础5.3.2机械结构基本设计准则

机械设计终结定结构形式表现按所设计结构进行加工、装配制造终产品所机械结构设计应满足作产品面要求基本要求功能、靠性、工艺性、经济性外观造型等面要求外应改善零件受力提高强度、刚度、精度寿命机械结构设计项综合性技术工作由于结构设计错误或合理能造零部件应失效使机器达设计精度要求给装配维修带极便机械结构设计程应考虑结构设计准则

1.实现预期功能设计准则

2.满足强度要求设计准则

3.满足刚度结构设计准则

4.考虑加工工艺设计准则

5.考虑装配设计准则

6.考虑造型设计准则

5.3.2机械结构基本设计准则

1. 实现预期功能设计准则

　产品设计主要目实现预定功能要求实现预期功能设计准则结构设计首先考虑问题要满足功能要求必须做几点

(1)明确功能: 结构设计要根据其机器功能与其零部件相互连接关系确定参数尺寸结构形状零部件主要功能承受载荷、传递运力及保证或保持关零件或部件间相位置或运轨迹等设计结构应能满足机器整体考虑功能要求

(2)功能合理配：产品设计根据具体情况通必要任务进行合理配即功能解功能每功能都要确定结构承担各部结构间应具合理、协调联系达总功能实现结构零件承担同功能减轻零件负担延使用寿命V型带截面结构任务合理配例纤维绳用承受拉力；橡胶填充层承受带弯曲拉伸压缩；包布层与带轮轮槽作用产传所需摩擦力例若靠螺栓预紧产摩擦力承受横向载荷使螺栓尺寸增加抗剪元件销、套筒键等担横向载荷解决问题

(3)功能集：简化机械产品结构降低加工本便于安装某些情况由零件或部件承担功能功能集使零件形状更加复杂要度否则反影响加工工艺、增加加工本设计应根据具体情况定

5.3.2机械结构基本设计准则

2.满足强度要求设计准则

(1) 等强度准则

零件截面尺寸变化应与其内应力变化相适应使各截面强度相等按等强度原理设计结构材料充利用减轻重量、降低本悬臂支架、阶梯轴设计等见图5.3

图5.3

(2) 合理力流结构

直观表示力机械构件传递状态力看作犹水构件流些力线汇力流表示力流结构设计考察起着重要作用

　力流构件断任何条力线都突消失必处传入另处传力流另特性倾向于沿短路线传递短路线附近力流密集形高应力区其部位力流稀疏甚至没力流通应力角度讲材料未能充利用若提高构件刚度应该尽能按力流短路线设计零件形状减少承载区域累积变形越提高整构件刚度使材料充利用

　悬臂布置锥齿轮锥齿轮应尽量靠近轴承减悬臂度提高轴弯曲强度图5.4例举几典型实例

(3) 减应力集结构

　力流向急剧转折力流转折处于密集引起应力集设计应结构采取措施使力流转向平缓应力集影响零件疲劳强度重要素结构设计应尽量避免或减应力集其相应章节作介绍增度圆角、采用卸载结构等图5.5

(4) 使载荷平衡结构

　机器工作产些用力惯性力、斜齿轮轴向力等些力增加轴轴衬等零件负荷降低其精度寿命同降低机器传效率所谓载荷平衡指采取结构措施部或全部平衡用力减轻或消除其良影响些结构措施主要采用平衡元件、称布置等

　例同轴两斜齿圆柱齿轮所产轴向力通合理选择轮齿旋向及螺旋角使轴向力相互抵消使轴承负载减图5.6

5.3.2机械结构基本设计准则

3.满足结构刚度设计准则

保证零件使用期限内实现其功能必须使其具足够刚度

5.3.2机械结构基本设计准则

4.考虑加工工艺设计准则

机械零部件结构设计主要目：保证功能实现使产品达要求性能结构设计结产品零部件产本及质量着低估影响结构设计应力求使产品良加工工艺性

所谓加工工艺指零部件结构易于加工制造任何种加工都能能制造某些结构零部件或产本高或质量受影响于设计者认识种加工特点非重要便设计结构尽能扬避短实际零部件结构工艺性受诸素制约产批量影响坯件；产设备条件能限制工件尺寸；外造型、精度、热处理、本等面都能零部件结构工艺性制约作用结构设计应充考虑述素工艺性影响

5.3.2机械结构基本设计准则

5.考虑装配设计准则

　装配产品制造程重要工序零部件结构装配质量、本直接影响关装配结构设计准则简述

（1） 合理划装配单元

　整机应能解若干单独装配单元（部件或组件）实现平行且专业化装配作业缩短装配周期并且便于逐级技术检验维修

（2）使零部件确安装

　-保证零件准确定位图5.7所示两兰盘用普通螺栓连接图（a）所示结构径向定位基准装配能保证两孔同轴度；图（b）相配圆柱面作定位基准结构合理

　-避免双重配合图5.8(a)零件A两端面与零件B配合由于制造误差能保证零件A确位置图5.8（b）结构合理

　-防止装配错误图5.9所示轴承座用两销钉定位图（a）两销钉反向布置螺栓距离相等装配能支座旋转180°安装导致座孔线与轴线位置偏差增应两定位销布置同侧或使两定位销螺栓距离等

图5.9

（2） 使零部件便于装配拆卸

　结构设计应保证足够装配空间扳手空间；避免配合免增加装配难度使配合面擦伤些阶梯轴设计；便于拆卸零件应给安放拆卸工具位置轴承拆卸图5-10

5.3.2机械结构基本设计准则

6.考虑造型设计准则

产品设计仅要满足功能要求且应考虑产品造型美价值使产吸引力理角度看60%决定取决于第印象技术产品社属性商品买市场代产品设计能吸引顾客外观重要设计要求；同造型美观产品使操作者减少精力疲惫产误操作

外观设计包括三面：造型、颜色表面处理

考虑造型应注意述三问题：

（1） 尺寸比例协调

　结构设计应注意保持外形轮廓各部尺寸间均匀协调比例关系应意识应用"黄金割"确定尺寸使产品造型更具美

（2） 形状简单统

　机械产品外形通由各种基本几何形体（体、圆柱体、锥体等）组合结构设计应使些形状配合适基本形状应视觉平衡接近称完全称外形易产倾倒觉；尽量减少形状位置变化避免凌乱；改善加工工艺

（3） 色彩、图案支持点缀

　机械产品表面涂漆除具防止腐蚀功能外增强视觉效恰色彩使操作者眼睛疲劳程度降低并能提高设备显示信息辨别能力

　单色使用于构件特别运构件用种颜色显单调层附加色块使整色调跃起颜色并存情况应起主导作用底色底色相应颜色叫比色产品同色调数量宜太太色彩给种华实觉

　舒服色彩约位于浅黄、绿黄棕区域趋势渐暖黄绿往往显舒服；强烈灰色调显压抑于冷环境应用暖色黄、橙黄红于热环境用冷色浅蓝所颜色都应

淡化另外通定色彩配置使产品显安全、稳固形状变化、面积较平面配置浅色运、跃轮廓元件配置深色；深色应安置于机械部浅色置于部

5.4机械结构设计工作步骤

　同类型机械结构设计各种具体情况差别没必要某种步骤按部班进行通确定完既定功能零部件形状、尺寸布局结构设计程综合析、绘图、计算三者相结合程其程致：

1. 理清主、统筹兼顾：明确待设计结构件主要任务限制实现其目功能解几功能实现机器主要功能（指机器实现能量或物料转换起关键作用基本功能）零部件入手通先实现功能结构表面始考虑与其相关零件相互位置、联结关系逐渐同其表面起连接零件再零件与其零件联结部件终组合实现主要功能机器再确定要、补充或支持主要部件部件：密封、润滑及维护保养等

2. 绘制草图：析确定结构同粗略估算结构件主要尺寸并按定比例通绘制草图初定零部件结构图应表示零部件基本形状主要尺寸运构件极限位置空间限制安装尺寸等同结构设计要充注意标准件、用件通用件应用减少设计与制造工作量

3. 初定结构进行综合析确定结构案：综合程指找实现功能目各种供选择结构所工作析程则评价、比较并终确定结构工作通改变工作面、位、数量及构件材料、表面特性、连接式系统产新案另外综合析思维特点更直觉式进行即系统式进行觉直觉道理、产积累经验自觉产各种各判断能力种觉直觉设计起着较作用

4. 结构设计计算与改进：承载零部件结构进行载荷析必要计算其承载强度、刚度、耐磨性等内容并通完善结构使结构更加合理承受载荷、提高承载能力及工作精度同考虑零部件装拆、材料、加工工艺要求结构进行改进实际结构设计设计者应设计内容进行想象模拟脑要各种角度考虑问题想象能发问题种假象深度广度结构设计质量起着十重要作用

5. 结构设计完善：按技术、经济社指标断完善寻找所选案缺陷薄弱环节照各种要求限制反复改进考虑零部件通用化、标准化减少零部件品种降低产本结构草图注标准件外购件重视安全与劳保（即劳条件：操作、观察、调整否便省力、发故障否易于排查、噪音等）结构进行完善

6. 形状平衡与美观：要考虑直观看物体否匀称、美观外观均匀造材料或机构浪费现惯性力失平衡外部干扰力作用能失稳抗应力集疲劳性能弱

总机械结构设计程内外、重要要、局部总体、粗略精细权衡利弊反复检查逐步改进

结

机械结构设计机械设计起着举足轻重作用本章主要讨论机械结构设计特点、步骤思维式机器工作原理及装配设计要求确定零部件结构形状主要素其材料选择、制造工艺面要求使具良工艺性（加工、装配）外零部件结构形状完善强度刚度提高影响

热水泵的扬程  H = SQ^2 ，式中：S——循环管路的总摩阻；循环泵的扬程——循环流量。

对于已选定的水泵和管路，如果管路的总水头损失等于水泵的扬程，则流量  Q = （H/S)^(1/2)

如果管路的总水头损失不等于水泵的扬程，则应由泵的特性方程和管道的特性方程共同确定：

泵   H = Ho-SoQ^2

管   H = SQ^2

联立解得 Q=[Ho/(So+S)]^(1/2)

式中：So——水泵的内摩阻；Ho——水泵当流量为零时的扬程，可由泵的特性曲线查到。H ——泵的扬程或管路的水头损失。

用水点与水泵高度为+10米和-10米时扬程和流量并无区别，但必须注意管路中不能有过大的负水头（负压），避免管路或水泵的气蚀，甚至不能正常工作。

扩展资料：

循环泵的扬程用来克服采暖系统阻力，确保把热媒水送到采暖系统末端；循环泵的流量是为了满足足够量的热媒水到达采暖系统末端。如果忽略了这两个指标，必然会对采暖效果带来影响。

现在市场上各品牌壁挂锅炉所配置的循环泵大多数的功率60W～70W；扬程5M～6M；流量10L/min～0L/min

采暖面积200㎡的两层别墅设定条件

地暖管铺设面积M=200㎡（其中一层100㎡，二层100㎡）。

房间温度设定18℃，热负荷指标q=100Kcal/㎡·h（115W/㎡）。

为了采暖舒适性，热媒水出回水温差为⊿T=15℃。

地暖管采用PE-RT(或者PE-Xa)，DN20*2.0。

干管采用铝塑复合管，DN20*2.5。

平均分成n=10回路（其中一层5回路，二层5回路），每回路地暖管L=100M。

参考资料来源：百度百科——热水循环泵

二、主要学习的内容包括绪论、平面机构的结构分析、平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构、机械的调速 和平衡；连接、挠性传动、啮合传动、轮系、轴、轴承、联轴器、离 合器、制动器、弹簧等章节。

扩展资料：

机械设计基础的意义：

机械设计基础是机械工程的重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要的因素。机械设计的努力目标是：在各种限定的条件（如材料、加工能力、理论知识和计算手段等）下设计出最好的机械，即做出优化设计。

优化设计需要综合地考虑许多要求，一般有：最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少环境污染。这些要求常是互相矛盾的，而且它们之间的相对重要性因机械种类和用途的不同而异。

设计者的任务是按具体情况权衡轻重，统筹兼顾，使设计的机械有最优的综合技术经济效果。过去，设计的优化主要依靠设计者的知识、经验和远见。随着机械工程基础理论和价值工程、系统分析等新学科的发展，制造和使用的技术经济数据资料的积累,以及计算机的推广应用,优化逐渐舍弃主观判断而依靠科学计算。

各产业机械的设计，特别是整体和整系统的机械设计，须依附于各有关的产业技术而难于形成独立的学科。因此出现了农业机械设计、矿山机械设计、泵设计、压缩机设计、汽轮机设计、内燃机设计、机床设计等专业性的机械设计分支学科。

　机械结构设计的任务是在总体设计的基础上，根据所确定的原理方案，确定并绘出具体的结构图，以体现所要求的功能。是将抽象的工作原理具体化为某类构件或零部件，具体内容为在确定结构件的材料、形状、尺寸、公差、热处理方式和表面状况的同时，还须考虑其加工工艺、强度、刚度、精度以及与其它零件相互之间关系等问题。所以，结构设计的直接产物虽是技术图纸，但结构设计工作不是简单的机械制图，图纸只是表达设计方案的语言，综合技术的具体化是结构设计的基本内容。

5.1.2机械结构设计特点

　机械结构设计的主要特点有：（1）它是集思考、绘图、计算（有时进行必要的实验）于一体的设计过程，是机械设计中涉及的问题最多、最具体、工作量最大的工作阶段，在整个机械设计过程中，平均约80%的时间用于结构设计，对机械设计的成败起着举足轻重的作用。（2）机械结构设计问题的多解性，即满足同一设计要求的机械结构并不是唯一的。（3）机械结构设计阶段是一个很活跃的设计环节，常常需反复交叉的进行。为此，在进行机械结构设计时，必须了解从机器的整体出发对机械结构的基本要求

5.2机械结构件的结构要素和设计方法

5.2.1结构件的几何要素

机械结构的功能主要是靠机械零部件的几何形状及各个零部件之间的相对位置关系实现的。零部件的几何形状由它的表面所构成，一个零件通常有多个表面，在这些表面中有的与其它零部件表面直接接触，把这一部分表面称为功能表面。在功能表面之间的联结部分称为联接表面。

零件的功能表面是决定机械功能的重要因素，功能表面的设计是零部件结构设计的核心问题。描述功能表面的主要几何参数有表面的几何形状、尺寸大小、表面数量、位置、顺序等。通过对功能表面的变异设计，可以得到为实现同一技术功能的多种结构方案。

5.2.2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研究零件本身的功能和其它特征外，还必须研究零件之间的相互关系。　

零件的相关分为直接相关和间接相关两类。凡两零件有直接装配关系的，成为直接相关。没有直接装配关系的相关成为间接相关。间接相关又分为位置相关和运动相关两类。位置相关是指两零件在相互位置上有要求，如减速器中两相邻的传动轴，其中心距必须保证一定的精度，两轴线必须平行，以Ｖこ萋值恼�Ｄ龊稀Ｔ硕�喙厥侵敢涣慵�脑硕�旒Ｓ肓硪涣慵�泄兀�绯荡驳都艿脑硕�旒１匦肫叫杏谟谥髦岬闹行南撸�馐强看采淼脊旌椭髦嶂嵯呦嗥叫欣幢Ｖさ模��裕�髦嵊氲脊熘�湮恢孟喙兀欢�都苡胫髦嶂�湮�硕�喙亍?BR>

　 多数零件都有两个或更多的直接相关零件，故每个零件大都具有两个或多个部位在结构上与其它零件有关。在进行结构设计时，两零件直接相关部位必须同时考虑，以便合理地选择材料的热处理方式、形状、尺寸、精度及表面质量等。同时还必须考虑满足间接相关条件，如进行尺寸链和精度计算等。一般来说，若某零件直接相关零件愈多，其结构就愈复杂；零件的间接相关零件愈多，其精度要求愈高。例如，轴毂联接见图5.1。

5.2.3结构设计据结构件的材料及热处理不同应注意的问题

　机械设计中可以选择的材料众多，不同的材料具有不同的性质，不同的材料对应不同的加工工艺，结构设计中既要根据功能要求合理地选择适当的材料，又要根据材料的种类确定适当的加工工艺，并根据加工工艺的要求确定适当的结构，只有通过适当的结构设计才能使所选择的材料最充分的发挥优势。

　设计者要做到正确地选择材料就必须充分地了解所选材料的力学性能、加工性能、使用成本等信息。结构设计中应根据所选材料的特性及其所对应的加工工艺而遵循不同的设计原则。

　如：钢材受拉和受压时的力学特性基本相同，因此钢梁结构多为对称结构。铸铁材料的抗压强度远大于抗拉强度，因此承受弯矩的铸铁结构截面多为非对称形状，以使承载时最大压应力大于最大拉应力，图示5.2为两种铸铁支架比较。钢结构设计中通常通过加大截面尺寸的方法增大结构的强度和刚度，但是铸造结构中如果壁厚过大则很难保证铸造质量，所以铸造结构通常通过加筋板和隔板的方法加强结构的刚度和强度。塑料材料由于刚度差，铸造后的冷却不均匀造成的内应力极易引起结构的翘曲，所以塑料结构的筋板与壁厚相近并均匀对称。

　对于需要热处理加工的零件，在进行结构设计时的要求有如下几点：（1）零件的几何形状应力求简单、对称，理想的形状为球形。（2）具有不等截面的零件，其大小截面的变化必须平缓，避免突变。如果相邻部分的变化过大，大小截面冷却不均，必然形成内应力。（3）避免锐边尖角结构，为了防止锐边尖角处熔化或过热，一般在槽或孔的边缘上切出2～３mm的倒角。（4）避免厚薄悬殊的截面，厚薄悬殊的截面在淬火冷却时易变形，开裂的倾向较大。

5.3.1机械结构设计的基本要求

　 机械产品应用于各行各业，结构设计的内容和要求也是千差万别，但都有相同的共性部分。下面就机械结构设计的三个不同层次来说明对结构设计的要求。

1.功能设计 满足主要机械功能要求，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．质量设计 兼顾各种要求和限制，提高产品的质量和性能价格比，它是现代工程设计的特征。具体为操作、美观、成本、安全、环保等众多其它要求和限制。在现代设计中，质量设计相当重要，往往决定产品的竞争力。那种只满足主要技术功能要求的机械设计时代已经过去，统筹兼顾各种要求，提高产品的质量，是现代机械设计的关键所在。与考虑工作原理相比，兼顾各种要求似乎只是设计细节上的问题，然而细节的总和是质量，产品质量问题不仅是工艺和材料的问题，提高质量应始于设计。

3．优化设计和创新设计 用结构设计变元等方法系统地构造优化设计空间，用创造性设计思维方法和其它科学方法进行优选和创新。

对产品质量的提高永无止境，市场的竞争日趋激烈，需求向个性化方向发展。因此，优化设计和创新设计在现代机械设计中的作用越来越重要，它们将是未来技术产品开发的竞争焦点。

结构设计中得到一个可行的结构方案一般并不很难。机械设计的任务是在众多的可行性方案中寻求较好的或是最好的方案。结构优化设计的前提是要能构造出大量可供优选的可能性方案，即构造出大量的优化求解空间，这也是结构设计最具创造性的地方。结构优化设计目前基本仍局限在用数理模型描述的那类问题上。而更具有潜力、更有成效的结构优化设计应建立在由工艺、材料、联接方式、形状、顺序、方位、数量、尺寸等结构设计变元所构成的结构设计解空间的基础上。5.3.2机械结构基本设计准则

机械设计的最终结果是以一定的结构形式表现出来的，按所设计的结构进行加工、装配，制造成最终的产品。所以，机械结构设计应满足作为产品的多方面要求，基本要求有功能、可靠性、工艺性、经济性和外观造型等方面的要求。此外，还应改善零件的受力，提高强度、刚度、精度和寿命。因此，机械结构设计是一项综合性的技术工作。由于结构设计的错误或不合理，可能造成零部件不应有的失效，使机器达不到设计精度的要求，给装配和维修带来极大的不方便。机械结构设计过程中应考虑如下的结构设计准则。

1.实现预期功能的设计准则

2.满足强度要求的设计准则

3.满足刚度结构的设计准则

4.考虑加工工艺的设计准则

5.考虑装配的设计准则

6.考虑造型设计的准则

5.3.2机械结构基本设计准则

1. 实现预期功能的设计准则

　产品的设计主要目的是为了实现预定的功能要求，因此实现预期功能的设计准则是结构设计首先考虑的问题。要满足功能要求，必须做到以下几点。

(1)明确功能: 结构设计是要根据其在机器中的功能和与其他零部件相互的连接关系，确定参数尺寸和结构形状。零部件主要的功能有承受载荷、传递运动和动力，以及保证或保持有关零件或部件之间的相对位置或运动轨迹等。设计的结构应能满足从机器整体考虑对它的功能要求。

(2)功能合理的分配：产品设计时，根据具体情况，通常有必要将任务进行合理的分配，即将一个功能分解为多个分功能。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、协调的联系，以达到总功能的实现。多结构零件承担同一功能可以减轻零件负担，延长使用寿命。V型带截面的结构是任务合理分配的一个例子。纤维绳用来承受拉力；橡胶填充层承受带弯曲时的拉伸和压缩；包布层与带轮轮槽作用，产生传动所需的摩擦力。例如，若只靠螺栓预紧产生的摩擦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，如销、套筒和键等，以分担横向载荷来解决这一问题。

(3)功能集中：为了简化机械产品的结构，降低加工成本，便于安装，在某些情况下，可由一个零件或部件承担多个功能。功能集中会使零件的形状更加复杂，但要有度，否则反而影响加工工艺、增加加工成本，设计时应根据具体情况而定。

5.3.2机械结构基本设计准则

2.满足强度要求的设计准则

(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，使各截面的强度相等。按等强度原理设计的结构，材料可以得到充分的利用，从而减轻了重量、降低成本。如悬臂支架、阶梯轴的设计等。见图5.3。

图5.3

(2) 合理力流结构

为了直观地表示力在机械构件中怎样传递的状态，将力看作犹如水在构件中流动，这些力线汇成力流。表示这个力的流动在结构设计考察中起着重要的作用。

　力流在构件中不会中断，任何一条力线都不会突然消失，必然是从一处传入，从另一处传出。力流的另一个特性是它倾向于沿最短的路线传递，从而在最短路线附近力流密集，形成高应力区。其它部位力流稀疏，甚至没有力流通过，从应力角度上讲，材料未能充分利用。因此，若为了提高构件的刚度，应该尽可能按力流最短路线来设计零件的形状，减少承载区域，从而累积变形越小，提高了整个构件的刚度，使材料得到充分利用。

　如悬臂布置的小锥齿轮，锥齿轮应尽量靠近轴承以减小悬臂长度，提高轴的弯曲强度。图5.4例举几个典型的实例。

(3) 减小应力集中结构

　当力流方向急剧转折时，力流在转折处会过于密集，从而引起应力集中，设计中应在结构上采取措施，使力流转向平缓。应力集中是影响零件疲劳强度的重要因素。结构设计时，应尽量避免或减小应力集中。其方法在相应的章节会作介绍，如增大过度圆角、采用卸载结构等。如图5.5。

(4) 使载荷平衡结构

　在机器工作时，常产生一些无用的力，如惯性力、斜齿轮轴向力等，这些力不但增加了轴和轴衬等零件的负荷，降低其精度和寿命，同时也降低了机器的传动效率。所谓载荷平衡就是指采取结构措施部分或全部平衡无用力，以减轻或消除其不良的影响。这些结构措施主要采用平衡元件、对称布置等。

　例如，同一轴上的两个斜齿圆柱齿轮所产生的轴向力，可通过合理选择轮齿的旋向及螺旋角的大小使轴向力相互抵消，使轴承负载减小。如图5.6。

5.3.2机械结构基本设计准则

3.满足结构刚度的设计准则

为保证零件在使用期限内正常地实现其功能，必须使其具有足够的刚度。

5.3.2机械结构基本设计准则

4.考虑加工工艺的设计准则

机械零部件结构设计的主要目的是：保证功能的实现，使产品达到要求的性能。但是，结构设计的结果对产品零部件的生产成本及质量有着不可低估的影响。因此，在结构设计中应力求使产品有良好的加工工艺性

所谓好的加工工艺指的是零部件的结构易于加工制造，任何一种加工方法都有可能不能制造某些结构的零部件，或生产成本很高，或质量受到影响。因此，对于设计者认识一种加工方法的特点非常重要，以便在设计结构时尽可能的扬长避短。实际中，零部件结构工艺性受到诸多因素的制约，如生产批量的大小会影响坯件的生成方法；生产设备的条件可能会限制工件的尺寸；此外，造型、精度、热处理、成本等方面都有可能对零部件结构的工艺性有制约作用。因此，结构设计中应充分考虑上述因素对工艺性的影响。

5.3.2机械结构基本设计准则

5.考虑装配的设计准则

　装配是产品制造过程中的重要工序，零部件的结构对装配的质量、成本有直接的影响。有关装配的结构设计准则简述如下

（1） 合理划分装配单元

　整机应能分解成若干可单独装配的单元（部件或组件），以实现平行且专业化的装配作业，缩短装配周期，并且便于逐级技术检验和维修。

（2）使零部件得到正确安装

　-保证零件准确的定位。图5.7所示的两法兰盘用普通螺栓连接。图（a）所示的结构无径向定位基准，装配时不能保证两孔的同轴度；图（b）以相配的圆柱面作为定位基准，结构合理。

　-避免双重配合。图5.8(a)中的零件A有两个端面与零件B配合，由于制造误差，不能保证零件A的正确位置。图5.8（b）结构合理。

　-防止装配错误。图5.9所示轴承座用两个销钉定位。图（a）中两销钉反向布置，到螺栓的距离相等，装配时很可能将支座旋转180°安装，导致座孔中心线与轴的中心线位置偏差增大。因此，应将两定位销布置在同一侧，或使两定位销到螺栓的距离不等

图5.9

（2） 使零部件便于装配和拆卸

　结构设计中，应保证有足够的装配空间，如扳手空间；避免过长配合以免增加装配难度，使配合面擦伤，如有些阶梯轴的设计；为便于拆卸零件，应给出安放拆卸工具的位置，如轴承的拆卸。如图5-10。

5.3.2机械结构基本设计准则

6.考虑造型设计的准则

产品的设计不仅要满足功能要求，而且还应考虑产品造型的美学价值，使之对人产生吸引力。从心理学角度看，人60%的决定取决于第一印象。技术产品的社会属性是商品，在买方市场的时代，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；同时造型美观的产品可使操作者减少因精力疲惫而产生的误操作。

外观设计包括三个方面：造型、颜色和表面处理。

考虑造型时，应注意下述三个问题：

（1） 尺寸比例协调

　在结构设计时，应注意保持外形轮廓各部分尺寸之间均匀协调的比例关系，应有意识地应用"黄金分割法"来确定尺寸，使产品造型更具美感。

（2） 形状简单统一

　机械产品的外形通常由各种基本的几何形体（长方体、圆柱体、锥体等）组合而成。结构设计时，应使这些形状配合适当，基本形状应在视觉上平衡，接近对称又不完全对称的外形易产生倾倒的感觉；尽量减少形状和位置的变化，避免过分凌乱；改善加工工艺

（3） 色彩、图案的支持和点缀

　在机械产品表面涂漆，除具有防止腐蚀的功能外，还可增强视觉效果。恰当的色彩可使操作者眼睛的疲劳程度降低，并能提高对设备显示信息的辨别能力。

　单色只使用于小构件。大的特别是运动构件如果只用一种颜色就会显得单调无层次，一个小小的附加色块会使整个色调活跃起来。在多个颜色并存的情况下，应有一个起主导作用的底色，和底色相对应的颜色叫对比色。但在一个产品上，不同色调的数量不宜太多，太多的色彩会给人一种华而不实的感觉。

　舒服的色彩大约位于从浅黄、绿黄到棕的区域。这个趋势是渐暖，正黄正绿往往显得不舒服；强烈的灰色调显得压抑。对于冷环境应用暖色，如黄、橙黄和红。对于热环境用冷色，如浅蓝。所有颜色都应

淡化。另外，通过一定的色彩配置可使产品显得安全、稳固。将形状变化小的、面积较大的平面配置浅色，而将运动、活跃轮廓的元件配置深色；深色应安置于机械的下部，浅色置于上部。

5.4机械结构设计的工作步骤

　不同类型的机械结构设计中各种具体情况的差别很大，没有必要以某种步骤按部就班的进行。通常是确定完成既定功能零部件的形状、尺寸和布局。结构设计过程是综合分析、绘图、计算三者相结合的过程，其过程大致如下：

1. 理清主次、统筹兼顾：明确待设计结构件的主要任务和限制，将实现其目的的功能分解成几个功能。然后从实现机器主要功能（指机器中对实现能量或物料转换起关键作用的基本功能）的零部件入手，通常先从实现功能的结构表面开始，考虑与其他相关零件的相互位置、联结关系，逐渐同其它表面一起连接成一个零件，再将这个零件与其它零件联结成部件，最终组合成实现主要功能的机器。而后，再确定次要的、补充或支持主要部件的部件，如：密封、润滑及维护保养等。

2. 绘制草图：在分析确定结构的同时，粗略估算结构件的主要尺寸并按一定的比例，通过绘制草图，初定零部件的结构。图中应表示出零部件的基本形状，主要尺寸，运动构件的极限位置，空间限制，安装尺寸等。同时结构设计中要充分注意标准件、常用件和通用件的应用，以减少设计与制造的工作量。

3. 对初定的结构进行综合分析，确定最后的结构方案：综合过程是指找出实现功能目的各种可供选择的结构的所有工作。分析过程则是评价、比较并最终确定结构的工作。可通过改变工作面的大小、方位、数量及构件材料、表面特性、连接方式，系统地产生新方案。另外，综合分析的思维特点更多的是以直觉方式进行的，即不是以系统的方式进行的。人的感觉和直觉不是无道理的，多年在生活、生产中积累的经验不自觉地产生了各种各样的判断能力，这种感觉和直觉在设计中起着较大的作用。

4. 结构设计的计算与改进：对承载零部件的结构进行载荷分析，必要时计算其承载强度、刚度、耐磨性等内容。并通过完善结构使结构更加合理地承受载荷、提高承载能力及工作精度。同时考虑零部件装拆、材料、加工工艺的要求，对结构进行改进。在实际的结构设计中，设计者应对设计内容进行想象和模拟，头脑中要从各种角度考虑问题，想象可能发生的问题，这种假象的深度和广度对结构设计的质量起着十分重要的作用。

5. 结构设计的完善：按技术、经济和社会指标不断完善，寻找所选方案中的缺陷和薄弱环节，对照各种要求和限制，反复改进。考虑零部件的通用化、标准化，减少零部件的品种，降低生产成本。在结构草图中注出标准件和外购件。重视安全与劳保（即劳动条件：操作、观察、调整是否方便省力、发生故障时是否易于排查、噪音等），对结构进行完善。

6. 形状的平衡与美观：要考虑直观上看物体是否匀称、美观。外观不均匀时造成材料或机构的浪费。出现惯性力时会失去平衡，很小的外部干扰力作用就可能失稳，抗应力集中和疲劳的性能也弱。

总之，机械结构设计的过程是从内到外、从重要到次要、从局部到总体、从粗略到精细，权衡利弊，反复检查，逐步改进。

小结

机械结构设计在机械设计中起着举足轻重的作用。本章主要讨论机械结构设计的特点、步骤和思维方式。机器工作原理及装配的设计要求是确定零部件结构和形状的主要因素，其次是材料的选择、制造工艺方面的要求，使之具有良好的工艺性（加工、装配）。此外，零部件的结构和形状的完善对强度和刚度的提高有很大的影响。

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