機械設計必須掌握的知識

 

一、提高強度和剛度的結構設計

1.避免受力點與支持點距離太遠

2.避免懸臂結構或減小懸臂長度

3.勿忽略工作載荷可以產生的有利作用

4.受振動載荷的零件避免用摩擦傳力

5.避免機構中的不平衡力

6.避免只考慮單一的傳力途徑

7.不應忽略在工作時零件變形對于受力分布的影響

8.避免鑄鐵件受大的拉伸應力;

9.避免細桿受彎曲應力

10.受沖擊載荷零件避免剛度過大

11.受變應力零件避免表面過于粗糙或有劃痕

12.受變應力零件表面應避免有殘余拉應力

13.受變載荷零件應避免或減小應力集中

14.避免影響強度的局部結構相距太近

15.避免預變形與工作負載產生的變形方向相同

16.鋼絲繩的滑輪與卷筒直徑不能太小

17.避免鋼絲繩彎曲次數太多，特別注意避免反復彎曲

18.起重時鋼絲繩與卷筒聯接處要留有余量

19.可以不傳力的中間零件應盡量避免受力

20.盡量避免安裝時軸線不對中產生的附加力

21.盡量減小作用在地基上的力

二、提高耐磨性的結構設計

 

1.避免相同材料配成滑動摩擦副

2.避免白合金耐磨層厚度太大

3.避免為提高零件表面耐磨性能而提高對整個零件的要求

4.避免大零件局部磨損而導致整個零件報廢

5.用白合金作軸承襯時，應注意軸瓦材料的選擇和軸瓦結構設計

6.潤滑劑供應充分，布滿工作面

7.潤滑油箱不能太小

8.勿使過濾器濾掉潤滑劑中的添加劑

9.滑動軸承的油溝尺寸、位置、形狀應合理

10.滾動軸承中加入潤滑脂量不宜過多

11.對于零件的易磨損表面增加一定的磨損裕量

12.注意零件磨損后的調整

13.同一接觸面上各點之間的速度、壓力差應該小

14.采用防塵裝置防止磨粒磨損

15.避免形成階梯磨損

16.滑動軸承不能用接觸式油封

17.對易磨損部分應予以保護

18.對易磨損件可以采用自動補償磨損的結構

 

三、提高精度的結構設計

 

1.盡量不采用不符合阿貝原則的結構方案

2.避免磨損量產生誤差的互相疊加

3.避免加工誤差與磨損量互相疊加

4.導軌的驅動力作用點，應作用在兩導軌摩擦力的壓力中心上，使兩條導軌摩擦力產生的力矩互相平衡

5.對于要求精度較高的導軌，不宜用少量滾珠支持

6.要求運動精度的減速傳動鏈中，最后一級傳動比應該取最大值

7.測量用螺旋的螺母扣數不宜太少

8.必須嚴格限制螺旋軸承的軸向竄動

9.避免軸承精度的不合理搭配

10.避免軸承徑向振擺的不合理配置

11.避免緊定螺釘影響滾動導軌的精度

12.當推桿與導路之間間隙太大時，宜采用正弦機構，不宜采用正切機構

13.正弦機構精度比正切機構高

 

四、考慮人機學的結構設計問題

 

1.合理選定操作姿勢

2.設備的工作臺高度與人體尺寸比例應采用合理數值

3.合理安置調整環節以加強設備的適用性

4.機械的操縱、控制與顯示裝置應安排在操作者面前最合理的位置

5.顯示裝置采用合理的形式

6.儀表盤上的刻字應清楚易讀

7.旋鈕大小、形狀要合理

8.按鍵應便于操作

9.操作手柄所需的力和手的活動范圍不宜過大

10.手柄形狀便于操作與發力

11.合理設計坐椅的尺寸和形狀

12.合理設計坐椅的材料和彈性

13.不得在工作環境有過大的噪聲

14.操作場地光照度不得太低

 

五、發熱、腐蝕、噪聲等問題的結構設計

 

1.避免采用低效率的機械結構

2.潤滑油箱尺寸應足夠大

3.分流系統的返回流體要經過冷卻

4.避免高壓容器、管道等在烈日下曝曬

5.零件暴露在高溫下的部分忌用橡膠，聚乙烯塑料等制造

6.精密機械的箱體零件內部不宜安排油箱，以免產生熱變形

7.對較長的機械零部件，要考慮因溫度變化產生尺寸變化時，能自由變形

8.淬硬材料工作溫度不能過高

9.避免高壓閥放氣導致的濕氣凝結

10.熱膨脹大的箱體可以在中心支持

11.用螺栓聯接的凸緣作為管道的聯接，當一面受日光照射時由于兩面溫度及伸長不同，產生彎曲

12.與腐蝕性介質接觸的結構應避免有狹縫

13.容器內的液體應能排除干凈

14.注意避免軸與輪轂的接觸面產生機械化學磨損（微動磨損）

15.避免易腐蝕的螺釘結構

16.鋼管與銅管聯接時，易產生電化學腐蝕，可安排一段管定期更換

17.避免采用易被腐蝕的結構

18.注意避免熱交換器管道的沖擊微動磨損

19.減少或避免運動部件的沖擊和碰撞，以減小噪聲

20.高速轉子必須進行平衡

21.受沖擊零件質量不應太小

22.為吸收振動，零件應該有較強的阻尼性

 

六、鑄造結構設計

 

1.分型面力求簡單

2.鑄件表面避免內凹

3.表面凸臺盡量集中

4.大型鑄件外表面不應有小的凸出部分

5.改進妨礙起模的結構

6.避免較大又較薄的水平面

7.避免采用產生較大內應力的形狀

8.防止合型偏差對外觀造成不利影響

9.采用易于脫芯的結構

10.分型面要盡量少

11.鑄件壁厚力求均勻

12.用加強肋使壁厚均勻

13.考慮凝固順序設計鑄件壁厚

14.內壁厚應小于外壁厚

15.鑄件壁厚應逐漸過渡

16.兩壁相交時夾角不宜太小

17.鑄件內腔應使造芯方便

18.不用或少用型芯撐

19.盡量不用型芯

20.鑄件的孔邊應有凸臺

21.鑄件結構應有利于清除芯砂

22.型芯設計應有助于提高鑄件質量

23.鑄件的孔盡可能穿通

24.合理布置加強肋

25.保證鑄件自由收縮，避免產生缺陷

26.注意肋的受力

27.肋的設置要考慮結構穩定性

28.去掉不必要的圓角

29.化大為小，化繁為簡

30.注意鑄件合理傳力和支持

 

七、鍛造和沖壓件結構設計

 

1.自由鍛零件應避免錐形和楔形

2.相貫形體力求簡化

3.避免用肋板

4.自由鍛件不應設計復雜的凸臺

5.自由鍛造的叉形零件內部不應有凸臺

6.模鍛件的分模面尺寸應當是零件的最大尺寸，且分模面應為平面

7.模鍛件形狀應對稱

8.模鍛件應有適當的圓角半徑

9.模鍛件應適于脫模

10.模鍛件形狀應盡量簡單

11.沖壓件的外形應盡可能對稱

12.零件的局部寬度不宜太窄

13.凸臺和孔的深度和形狀應有一定要求

14.沖壓件設計應考慮節料

15.沖壓件外形應避免大的平面

16.彎曲件在彎曲處要避免起皺

17.注意設計斜度

18.防止孔變形

19.簡化展開圖

20.注意支撐不應太薄

21.薄板彎曲件在彎曲處要有切口

22.壓肋能提高剛度但有方向性

23.拉延件外形力求簡單

24.拉延件的凸邊應均勻

25.利用切口工藝可以簡化結構

26.沖壓件標注尺寸應考慮沖模磨損

27.標注沖壓件尺寸要考慮沖壓過程

八、焊接零件毛坯的結構

 

1.合理設計外形

2.減少邊角料

3.采用套料剪裁

4.斷面轉折處不應布置焊縫

5.焊件不能不顧自己特點，簡單模仿鑄件

6.截面形狀應有利于減少變形和應力集中

7.正確選擇焊縫位置

8.不要讓焊接影響區相距太近

9.注意焊縫受力

10.焊縫的加強肋布置要合理

11.減小焊縫的受力

12.減小熱變形

13.合理利用型材，簡化焊接工藝

14.焊縫應避開加工表面

15.考慮氣體擴散

16.可以用沖壓件代替加工件

17.采用板料彎曲件以減少焊縫

 

九、機械加工件結構設計

 

1.注意減小毛坯尺寸

2.加工面與不加工面不應平齊

3.減小加工面的長度

4.不同加工精度表面要分開

5.將形狀復雜的零件改為組合件以便于加工

6.避免不必要的精度要求

7.刀具容易進入或退出加工面

8.避免加工封閉式空間

9.避免刀具不能接近工件

10.不能采用與刀具形狀不適合的零件結構形狀

11.要考慮到鑄造誤差的影響

12.避免多個零件組合加工

13.復雜加工表面要設計在外表面而不要設計在內表面上

14.避免復雜形狀零件倒角

15.必須避免非圓形零件的止口配合

16.避免不必要的補充加工

17.避免無法夾持的零件結構

18.避免無測量基面的零件結構

19.避免加工中的沖擊和振動

20.避免在斜面上鉆孔

21.通孔的底部不要產生局部未鉆通

22.減少加工同一零件所用刀具數

23.避免加工中的多次固定

24.注意使零件有一次加工多個零件的可能性

 

十、熱處理和表面處理件結構設計

 

1.避免零件各部分壁厚懸殊

2.要求高硬度的零件（整體淬火處理）尺寸不能太大

3.應避免尖角和突然的尺寸改變

4.避免采用不對稱的結構

5.避免開口形零件淬火

6.避免淬火零件結構太復雜

7.避免零件剛度過低，產生淬火變形

8.采用局部淬火以減少變形

9.避免孔距零件邊緣太近

10.高頻淬火齒輪塊兩齒輪間應有一定距離

11.電鍍鋼零件表面不可太粗糙

12.電鍍的相互配合零件在機械加工時應考慮鍍層厚度

13.注意電鍍零件反光不適于某些工作條件

十一、考慮裝配和維修的機械結構設計

 

1.拆卸一個零件時避免必須拆下其他零件

2.避免同時裝入兩個配合面

3.要為拆裝零件留有必要的操作空間

4.避免因錯誤安裝而不能正常工作

5.采用特殊結構避免錯誤安裝

6.采用對稱結構簡化裝配工藝

7.柔性套安裝時要有引導部分

8.難以看到的相配零件，要有引導部分

9.為了便于用機械手安裝，采用卡扣或內部鎖定結構

10.緊固件頭部應具有平滑直邊，以便拾取

11.零件安裝部位應該有必要的倒角

12.自動上料機構供料的零件，應避免纏繞搭接

13.簡化裝配運動方式

14.對一個機械應合理劃分部件

15.盡量減少現場裝配工作量

16.盡量采用標準件

17.零件在損壞后應易于拆下回收材料

十二、螺紋聯接結構設計

 

1.對頂螺母高度不同時，不要裝反

2.防松的方法要確實可靠

3.受彎矩的螺桿結構，應盡量減小螺紋受力

4.避免螺桿受彎曲應力

5.用螺紋件定位

6.螺釘應布置在被聯接件剛度最大的部位

7.避免在擰緊螺母（或螺釘）時，被聯接件產生過大的變形

8.法蘭螺栓不要布置在正下面

9.側蓋的螺栓間距，應考慮密封性能

10.不要使螺孔穿通，以防止泄漏

11.螺紋孔不應穿通兩個焊接件

12.對深的螺孔，應在零件上設計相應的凸臺

13.高速旋轉體的緊固螺栓的頭部不要伸出

14.螺孔要避免相交

15.避免螺栓穿過有溫差變化的腔室

16.靠近基礎混凝土端部不宜布置地腳螺栓

17.受剪螺栓釘桿應有較大的接觸長度

18.考慮螺母擰緊時有足夠的扳手空間

19.法蘭結構的螺栓直徑、間距及聯接處厚度要選擇適當

20.要保證螺栓的安裝與拆卸的空間

21.緊定螺釘只能加在不承受載荷的方向上

22.鋁制墊片不宜在電器設備中使用

23.表面有鍍層的螺釘，鍍前加工尺寸應留鍍層裕量

24.螺孔的孔邊要倒角

25.螺桿頂端螺紋有碰傷的危險時，應有圓柱端以保護螺紋

26.用多個沉頭螺釘固定時，各埋頭不可能都貼緊

十三、定位銷、聯接銷結構設計

 

1.兩定位銷之間距離應盡可能遠

2.對稱結構的零件，定位銷不宜布置在對稱的位置

3.兩個定位銷不宜布置在兩個零件上

4.相配零件的銷釘孔要同時加工

5.淬火零件的銷釘孔也應配作

6.定位銷要垂直于接合面

7.必須保證銷釘容易拔出

8.在過盈配合面上不宜裝定位銷

9.對不易觀察的銷釘裝配要采用適當措施

10.安裝定位銷不應使零件拆卸困難

11.用銷釘傳力時要避免產生不平衡力

十四、粘接件結構設計

 

1.兩圓柱對接時應加套管或內部加附加連接柱

2.改進粘接接頭結構，減少粘接面受力

3.對剝離力較大部分采用增強措施

4.粘接結構與鑄、焊件有不同特點

5.粘接用于修復時不能簡單地粘合，要加大粘接面積

6.修復重型零件除粘接外，應加波形鍵

7.修復產生裂紋的零件除膠粘外，還應采取其他措施

十五、鍵與花鍵結構設計

 

1.底部圓角半徑應該夠大

2.平鍵兩側應該有較緊密的配合

3.當一個軸上零件用兩個平鍵時，要求較高的加工精度

4.采用兩個斜鍵時要相距90度～120度

5.用兩個半圓鍵時，應在軸向同一母線上

6.軸上用平鍵分別固定兩個零件時，鍵槽應在同一母線上

7.鍵槽不要開在零件的薄弱部位

8.鍵槽長度不宜開到軸的階梯部位

9.鉤頭斜鍵不宜用于高速

10.一面開鍵槽的長軸容易彎曲

11.平鍵加緊定螺釘引起軸上零件偏心

12.錐形軸用平鍵盡可能平行于軸線

13.有幾個零件串在軸上時，不宜分別用鍵聯接

14.花鍵軸端部強度應予以特別注意

15.注意輪毅的剛度分布，不要使扭矩只由部分花鍵傳遞

十六、過盈配合結構設計

 

1.相配零件必須容易裝入

2.過盈配合件應該有明確的定位結構

3.避免同時壓入兩個配合面

4.對過盈配合件應考慮拆卸方便

5.避免同一配合尺寸裝入多個過盈配合件

6.注意工作溫度對過盈配合的影響

7.注意離心力對過盈配合的影響

8.要考慮兩零件用過盈配合裝配后，其他尺寸的變化

9.錐面配合不能用軸肩定位

10.錐面配合的錐度不宜過小

11.在鑄鐵件中嵌裝的小軸容易松動

12.不銹鋼套因溫度影響會使過盈配合松脫

13.過盈配合的軸與輪轂，配合面要有一定長度

14.過盈配合與鍵綜合運用時，應先裝鍵入槽

15.不要令二個同一直徑的孔作過盈配合

16.避免過盈配合的套上有不對稱的切口

十七、撓性傳動結構設計

 

1.帶傳動應注意加大小輪包角

2.兩軸處于上下位置的帶輪應使帶的垂度利于加大包角

3.小帶輪直徑不宜過小

4.帶傳動速度不宜太低或太高

5.帶輪中心距不能太小

6.帶傳動中心距要可以調整

7.帶要容易更換

8.帶過寬時帶輪不宜懸臂安裝

9.靠自重張緊的帶傳動，當自重不夠時要加輔助裝置

10.注意兩軸平行度和帶輪中心位置

11.平帶傳動小帶輪應作成微凸

12.帶輪工作表面應光潔

13.半交叉平帶傳動不能反轉

14.高速帶輪表面應開槽

15.同步帶傳動的安裝要求比普通平帶高

16.同步帶輪應該考慮安裝擋圈

17.增大帶齒頂部和輪齒頂部的圓角半徑

18.同步帶外徑宜采用正偏差

19.鏈傳動應緊邊在上

20.兩鏈輪上下布置時，小鏈輪應在上面

21.不能用一個鏈條帶動一條水平線上多個鏈輪

22.注意撓性傳動拉力變動對軸承負荷的影響

23.鏈條用少量的油潤滑為好

24.鏈傳動的中心距應該能調整

25.鏈條卡簧的方向要與鏈條運行方向適應

26.帶與鏈傳動應加罩

27.繩輪直徑不得任意減小

28.應避免鋼繩反復彎曲

29.設計者必須嚴格規定鋼繩的報廢標準

30.鋼繩必須定期潤滑

31.卷筒表面應該有繩槽

十八、齒輪傳動結構設計

 

1.齒輪布置應考慮有利于軸和軸承受力

2.人字齒輪的兩方向齒結合點（A）應先進入嚙合

3.齒輪直徑較小時應作成齒輪軸

4.齒輪根圓直徑可以小于軸直徑

5.小齒輪寬度要大于大齒輪寬度

6.齒輪塊要考慮加工齒輪時刀具切出的距離

7.齒輪與軸的聯接要減少裝配時的加工

8.注意保證沿齒寬齒輪剛度一致

9.利用齒輪的不均勻變形補償軸的變形

10.剖分式大齒輪應在無輪輻處分開

11.輪齒表面硬化層不應間斷

12.錐齒輪軸必須雙向固定

13.大小錐齒輪軸都應能作軸向調整

14.組合錐齒輪結構中螺栓要不受拉力

十九、蝸桿傳動結構設計

 

1.蝸桿自鎖不可靠

2.冷卻用風扇宜裝在蝸桿上

3.蝸桿減速器外面散熱片的方向與冷卻方法有關

4.蝸桿受發熱影響比蝸輪嚴重

5.蝸桿位置與轉速有關

6.蝸桿剛度不僅決定于工作時受力

7.蝸桿傳動受力復雜影響精密機械精度

8.蝸桿傳動的作用力影響轉動靈活性

二十、減速器和變速器結構設計

 

1.傳動裝置應力求組成一個組件

2.一級傳動的傳動比不可太大或太小

3.傳遞大功率宜采用分流傳動

4.盡量避免采用立式減速器

5.注意減速箱內外壓力平衡

6.箱面不宜用墊片

7.立式箱體應防止剖分面漏油

8.箱中應有足夠的油并及時更換

9.行星齒輪減速箱應有均載裝置

10.變速箱移動齒輪要有空檔位置

11.變速箱齒輪要圓齒

12.摩擦輪和摩擦無級變速器應避免幾何滑動

13.主動摩擦輪用軟材料

14.圓錐摩擦輪傳動，壓緊彈簧應裝在小圓錐摩擦輪上

15.設計應設法增加傳力途徑，并把壓緊力化作內力

16.無級變速器的機械特性應與工作機和原動機相匹配

17.帶無級變速器的帶輪工作錐面的母線不是直線

二十一、傳動系統結構設計

 

1.避免鉸鏈四桿機構的運動不確定現象

2.注意機構的死點

3.避免導軌受側推力

4.限位開關應設置在連桿機構中行程較大的構件上

5.注意傳動角不得過小

6.擺動從動件圓柱凸輪的擺桿不宜太短

7.正確安排偏置從動件盤形凸輪移動從動件的導軌位置

8.平面連桿機構的平衡

9.設計間歇運動機構應考慮運動系數

10.利用瞬停節分析鎖緊裝置的可靠性

11.選擇齒輪傳動類型，首先考慮用圓柱齒輪

12.機械要求反轉時，一般可考慮電動機反轉

13.必須考慮原動機的起動性能

14.起重機的起重機構中不得采用摩擦傳動

15.對于要求慢速移動的機構，螺旋優于齒條

16.采用大傳動比的標準減速箱代替散裝的傳動裝置

17.用減速電動機代替原動機和傳動裝置

18.采用軸裝式減速器

二十二、聯軸器離合器結構設計

 

1.合理選擇聯軸器類型

2.聯軸器的平衡

3.有滑動摩擦的聯軸器要注意保持良好的潤滑條件

4.高速旋轉的聯軸器不能有突出在外的突起物

5.使用有凸肩和凹槽對中的聯軸器，要考慮軸的拆裝

6.軸的兩端傳動件要求同步轉動時，不宜使用有彈性元件的撓性聯軸

7.中間軸無軸承支承時，兩端不要采用十字滑塊聯軸器

8.單萬向聯軸器不能實現兩軸間的同步轉動

9.不要利用齒輪聯軸器的外套做制動輪

10.注意齒輪聯軸器的潤滑

11.關于尼龍繩聯軸器的注意事項

12.關于剪切銷式安全離合器的注意事項

13.分離迅速的場合不要采用油潤滑的摩擦盤式離合器

14.在高溫工作的情況下不宜采用多盤式摩擦離合器

15.離合器操縱環應安裝在與從動軸相聯的半離合器