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1、机械结构构设计基基本原则则目 录一、改改善力学学性能的的结构设设计原则则. 2 （一）载载荷分担担原则. 2 （二）均均匀受载载原则（载载荷均布布）. 33 （三）附附加力自自平衡原原则（载载荷平衡衡）. 44 （四）减减小应力力集中. 5 （五）提提高接触触强度原原则. 66 （六）提提高刚度度原则. 7 （七）变变形协调调原则. 8 （八）等等强度原原则. 99 （九）其其它. 99 二、改善善制造工工艺性的的结构设设计原则则. 100 （一）焊焊接件结结构设计计原则. 10 （二）铸铸件结构构设计原原则. 112 （三）切切削件结结构设计计原则. 15 （四）锻锻件结构构设计原原则. 1
2、18 （五）薄薄板件结结构设计计原则. 20 （六）其其它. 223 三、提高高装配质质量的结结构设计计原则. 23 （一）便便于运送送原则. 23 （二）便便于方位位识别原原则. 224 （三）方方便抓取取原则. 24 （四）方方便定位位原则. 25 （五）简简化装配配操作原原则. 225 （六）可可装配原原则. 226 （七）各各装配面面依次装装配原则则. 277 （八）简简单联接接件原则则. 277 （九）便便于拆卸卸原则. 28 四、提高高精度的的结构设设计原则则. 288 （一）阿阿贝（AAbbee）原则则. 288 （二）误误差校正正与补偿偿. 299 （三）误误差均化化. 300
3、 （四）误误差配置置. 311 （五）位位置精确确微调. 32 五、宜人人化结构构设计原原则. 333 （一）减减小操作作者疲劳劳的结构构. 344 （二）易易于发力力的结构构. 355 （三）减减少操作作者观察察错误的的结构. 36 （四）减减少操作作者操作作错误的的结构. 37 （五）考考虑人体体的振动动特性的的结构及及减少操操作环境境噪声的的结构00. 338 （六）减减弱工作作环境光光线照度度的结构构. 399 （七）保保证合适适工作环环境温度度的结构构. 399 六、其它它机械结结构设计计要求简简介. 440 （一）减减轻腐蚀蚀的结构构. 400 （二）符符合材料料热胀冷冷缩性质质的
4、结构构. 422 讨论题. 43 机械结构构设计基基本原则则机械工程程师更好好地适应应现代机机械设计计的要素素之一就就是掌握握丰富的的工程知知识。工工程知识识是连接接基础理理论与实实践经验验的桥梁梁，是现现代工程程师专业业知识结结构的本本质特征征。掌握握一定的的工程知知识是正正确进行行机械结结构设计计的前提提，有些些结构错错误对一一个缺乏乏工程知知识的设设计者来来说是不不易事先先觉察的的。（见见图）这一节从从改善力力学性能能、制造造工艺性性、制造造精度及及装配精精度等方方面来介介绍一些些机械结结构设计计的基本本原则。这这些基本本原则体体现了一一些重要要的机械械结构设设计工程程知识，分分类符合合
5、机械工工程师的的工作特特点，简简捷明了了，具体体生动，操操作性强强，便于于学习。一、改善善力学性性能的结结构设计计原则机械结构构形式千千差万别别，但其其功能的的实现几几乎都与与力（力力矩）的的产生、转转换传递递有关。机机械零件件具有足足够的承承载能力力是保障障机械结结构功能能实现的的先决条条件。所所以在机机械结构构设计中中，根据据力学理理论对零零件的强强度、刚刚度和稳稳定性进进行分析析是必不不可少的的，并在在此基础础上，进进行结构构优化设设计。计算机辅辅助结构构优化设设计已被被广泛应应用于工工程实际际中。但但它所依依赖的力力学模型型与复杂杂的实际际结构及及工况有有差距，力力学模型型的精度度通常
6、很很难提高高；对稍稍微复杂杂一些的的实际结结构仍然然停留在在零件尺尺寸的优优化上，而而基本结结构一般般还得预预先选定定；只能能针对一一个具体体的实例例得到一一个特定定的数值值解，并并不能给给予方向向性指导导。因此此计算机机辅助结结构优化化设计不不能代替替工程知知识的分分析与总总结，结结合实例例分析，掌掌握提高高结构承承载能力力的结构构设计原原则，并并为结构构的创新新设计提提供可借借鉴的思思路。（一）载载荷分担担原则如果同一一零件上上同时承承担了多多种载荷荷的作用用，则可可考虑将将这些载载荷分别别由不同同的零件件来承担担。采取取一定的的结构形形式，将将载荷分分给两个个或多个个零件来来承担，从从而
7、减轻轻单个零零件的载载荷，这这种方法法称为载载荷分担担。这样样有利于于提高机机械结构构的承载载能力。如图5-10aa所示，轴轴已经承承受了弯弯矩的作作用，如如果齿轮轮再经过过轴将转转矩传递递给卷筒筒，则轴轴为转轴轴，受力力较大。如如果将齿齿轮和卷卷筒改用用螺栓直直接联接接，则轴轴不受转转矩作用用，轴为为转动心心轴，结结构较合合理（见见图5-10bb）。如图5-11所所示，靠靠摩擦传传递横向向载荷的的普通螺螺栓联接接常用销销、套筒筒、键等等抗剪元元件来承承担部分分横向载载荷，提提高螺纹纹联接的的可靠性性。a)b) 图5-110 转轴改改进为心心轴a)较差差结构 b)改进结结构图5-111 螺栓联
8、联接中的的抗剪元元件如图5-12所所示，在在选择轴轴承类型型时，在在轴向载载荷比径径向载荷荷大得多多或要求求轴向变变形较小小的情况况下，可可选用推推力轴承承和径向向接触轴轴承的组组合结构构来分别别承受轴轴向载荷荷和径向向载荷。如图5-13所所示的带带轮结构构，传动动带产生生的轴压压力和传传动带传传递的转转矩分别别通过不不同的路路径传递递。这样样，轴只只承受转转矩，轴轴压力则则直接由由箱体承承担了。 图5-112 推力和和径向轴轴承组合合结构图5-113 带轮结结构（二）均均匀受载载原则（载载荷均布布）在确定工工作载荷荷的大小小的情况况下，可可以考虑虑通过在在结构上上均匀分分布载荷荷的方法法，来
9、提提高结构构承载能能力。尽尽量避免免集中载载荷，尽尽可能地地将载荷荷分散在在结构上上，即为为载荷均均布。如图5-14所所示，经经过简单单的受力力分析可可知，受受集中力力的简支支梁在CC点的受受力比受受分布力力的简支支梁在CC点的受受力大了了一倍，所所以图55-144b简支支梁的强强度要好好于图55-144a。a)b)图5-114 简支梁梁受力分分析a)集中中力 b)分分布力如图5-15所所示的行行星齿轮轮减速器器结构。如如按图aa结构制制造，则则会由于于存在制制造误差差，而使使得行星星轮之间间的载荷荷分配出出现不均均匀的现现象。在在图b中，将将太阳轮轮改为浮浮动，则则可达到到各行星星轮均载载的
10、目的的。如图5-16所所示为改改善齿轮轮轮齿齿齿向载荷荷分布状状态而采采用的桶桶形齿结结构。正正常齿上上，载荷荷分布偏偏于轮齿齿的两端端部分。将将轮齿修修成桶形形齿后，依依靠齿面面受力的的弹性变变形使载载荷沿齿齿宽方向向分布比比较均匀匀。 a)b) a)b)图5-115 行星齿齿轮减速速器a)较差差结构 b)改进结结构 图5-116 桶形齿齿与载荷荷分布a)正常常齿 b)桶桶形齿一般螺栓栓联接受受载后，各各圈螺纹纹牙间的的载荷分分布是不不均匀的的（见图图5-177a）。为为改善螺螺纹牙间间载荷分分配不均均匀的现现象，可可采用悬悬置螺母母、内斜斜螺母、环环槽螺母母等结构构（见图图5-117b、c
11、、d）。a)b)c)d)图5-117 改善螺螺纹牙间间载荷分分布a)螺纹纹受载示示意图 b)悬置螺螺母 c)内内斜螺母母 dd)环槽槽螺母（三）附附加力自自平衡原原则（载载荷平衡衡）在力的传传递过程程中，一一些机械械结构常常常不可可避免地地出现不不做功的的附加力力，例如如，斜齿齿轮啮合合的轴向向力，产产生摩擦擦力的正正压力，往往复和旋旋转运动动的惯性性力，流流体机械械叶片上上压力差差引起的的轴向力力等，这这些对结结构功能能毫无作作用的附附加力，加加大了结结构的负负载，降降低了机机械结构构的承载载能力。如如果使其其在同一一零件内内与其它它同类载载荷构成成平衡力力系则其其它零件件不受这这些载荷荷的
12、影响响，有利利于提高高结构的的承载能能力，这这就是载载荷平衡衡原则。力力自平衡衡措施的的措施主主要有：引入平平衡件和和对称安安装。在高速回回转机械械中，必必须靠结结构的措措施及动动平衡的的方法使使旋转惯惯性力降降低到允允许的大大小，这这就要求求回转件件的质量量须尽量量相对与与回转中中心呈对对称分布布。可通通过对回回转件在在动平衡衡机上做做动平衡衡实验，测测出并消消除超出出允许值值的不平平衡质量量。做往复运运动的机机械，如如连杆机机构，也也可在设设计中采采取结构构措施和和动平衡衡的方法法，使其其在运转转时产生生尽可能能小的惯惯性力。如图5-18aa、5-199a所示示的结构构工作时时产生的的轴向
13、力力最终要要影响到到轴的受受力，而而在图55-188b、5-119b中中，由于于引入了了自平衡衡措施，则则可消除除轴向力力对轴的的影响。a)b)图5-118 斜齿轮轮啮合的的自平衡衡方法a)较差差结构 b)改进结结构a)b)图5-119 圆锥式式离合器器的自平平衡方法法a)较差差结构 b)改进结结构（四）减减小应力力集中应力集中中是影响响承受交交变应力力的结构构承载能能力的重重要因素素，结构构设计应应设法缓缓解应力力集中。在在应力集集中的部部位，零零件的疲疲劳强度度将显著著降低。最最大应力力比该截截面上的的平均应应力可以以大25倍以以上。应应力集中中与零件件的局部部变化形形式（见见图5-20）
14、及及零件的的受力状状态（见见图5-21）有有关。降降低应力力集中程程度可以以提高零零件的疲疲劳强度度。图5-220 局部形形状与应应力集中中图5-221 受力状状况与应应力集中中普通螺栓栓联接，存存在严重重的应力力集中现现象。如如图5-22所所示为螺螺栓头与与螺栓杆杆在过渡渡处的应应力集中中情况。从从图中可可以看出出，在螺螺栓头与与杆过渡渡处应力力发生急急剧变化化，应力力集中非非常严重重。一般般可采用用过渡圆圆角结构构来缓解解，但不不够好，图图中列出出了四中中过渡结结构，其其中以dd图结构构的效果果最佳。a)b)c)d)图5-222 螺栓头头杆过渡渡部位应应力分布布图如图5-23所所示，降降低
15、截面面尺寸变变化处附附近的刚刚度，可可以降低低应力集集中的影影响程度度。注意避免免多个应应力集中中源叠加加。如图图5-224所示示的轴结结构中台台阶和键键槽端部部都会引引起轴在在弯矩作作用下的的应力集集中，但但a图结构构的应力力集中状状况比bb图结构构的应力力集中状状况要严严重得多多。 a)b) a)b)图5-223 降低截截面尺寸寸变化处处附近的的刚度a)较差差结构 b)改进结结构 图5-224 避免多多个应力力集中源源叠加a)较差差结构 b)改进结结构（五）提提高接触触强度原原则根据赫兹兹公式，提提高高副副接触强强度有两两条途径径：一是是减小接接触处的的分布载载荷，一一是增大大两接触触零件
16、在在接触部部位的综综合曲率率半径。如图5-25所所示，连连杆机构构的杆11与销2为线接接触，如如在销轴轴处增加加零件33，则变变线接触触为面接接触； c图为为斜面推杆杆机构，零零件6把推杆杆4与斜面面5的点接接触改为为面接触触； ee图增加加了零件件10，也也将点接接触变为为了面接接触；将将零件110改为为零件111，则则可以在在零件99和11之间间产生液液体动压压润滑。这这样就减减小接触触处的分分布载荷荷，降低低了接触触应力，提提高了接接触强度度，而且且还可以以改善润润滑，减减少磨损损。a)b)c)d)e)f)g)图5-225 用面接接触代替替点、线线接触如图5-26所所示的结结构中，从从图
17、a到图c的高副副接触中中综合曲曲率半径径依次增增大，这这样接触触应力依依次减小小，因此此结构cc有利于于改善球球面支承承的接触触强度和和刚度。a)b)c)图5-226 增大接接触处的的综合曲曲率半径径（六）提提高刚度度原则在进行结结构设计计时，在在不增加加零件质质量的前前提下，要要尽量提提高零件件结构的的刚度。对对于不同同类型的的零件，应应根据其其结构特特点采用用相应的的措施。但但总的来来说要注注意以下下几点：1. 用受受压、拉拉零件替替代受弯弯曲零件件；2. 合理理布置受受弯曲零零件支承承（见图图5-227）；3. 合理理设计受受弯曲零零件的截截面形状状；4. 合理理采用筋筋板，尽尽可能使使
18、筋板受受压；5. 采用用预变形形方法。比如三角角形桁架架代替受受弯曲的的悬臂梁梁，刚度度就要好好得多。如图5-28所所示，选选择不同同类型的的轴承对对系统刚刚度也有有明显的的影响，且且常与对对弯曲强强度的影影响同时时存在。a)b)a)b)图5-227 铸造支支承结构构a)较差差结构 b)改进结结构图5-228 轴承类类型的影影响（七）变变形协调调原则一个零件件和另一一个零件件相接触触，当在在接触处处难以同同步变形形时，零零件间的的接触区区域里应应力会急急剧上升升，这是是应力集集中的另另一种情情况。在在接触处处降低零零件在力力流方向向上的刚刚度，尽尽量使两两零件在在接触区区域里同同步变形形，降低
19、低应力集集中的影影响，此此及为变变形协调调原则。如图5-29所所示，过过盈配合合联接结结构在轮轮毂端部部应力集集中严重重，可通通过降低低轴或轮轮毂相应应部位的的局部刚刚度使应应力集中中得到有有效缓解解。a)b)c)d)图5-229 过盈配配合的联联接结构构如图5-30所所示，受受弯曲载载荷作用用的轴在在滑动轴轴承端面面常常出出现边缘缘挤压，从从而引起起轴承的的失效，其其原因即即为轴承承不能随随着轴的的变形而而变形。因因此滑动动轴承轴轴承座的的结构设设计应该该使轴承承在轴受受载荷作作用时能能和轴协协调变形形。a)b)图5-330 轴承座座的结构构a)较差差结构 b)改进结结构变形不协协调不仅仅会
20、导致致应力集集中，降降低机械械结构的的强度，而而且还可可能损害害机械的的功能，如如图5-311a所示示，是一一起重机机行走机机构的驱驱动轴，由由于结构构及其它它条件的的制约，轴轴上齿轮轮不能安安装在轴轴的中点点位置上上，这将将导致两两行走轮轮因轴变变形引起起的扭角角也不等等。这种种力矩传传递的不不同步使使得起重重机的行行走总有有自动转转弯的趋趋势。改改进的方方法是将将齿轮两两侧的轴轴的扭转转刚度设设计相等等，如图图5-331b所所示。a)b)图5-331 轴承座座的结构构a)较差差结构 b)改进结结构（八）等等强度原原则一般，机机械设计计中的强强度要求求是通过过零件中中最大工工作应力力等于或或
21、小于材材料许用用应力来来满足，这这样材料料并为得得到充分分利用。最最理想的的设计是是应力处处处相等等，同时时达到材材料的许许用应力力值。工程中大大量出现现的变截截面梁就就是按照照等强度度原则来来设计的的。比如如，摇臂臂钻的横横臂ABB，汽车车用的板板簧和阶阶梯轴等等（见图图5-332）。按照等强强度原则则设计时时要注意意两点：其一应应用等强强度原则则的前提提是要方方便制造造；其二二是要注注意次要要载荷的的影响。a)b)c)图5-332 满足等等强度原原则的结结构a) 摇摇臂钻的的横臂 b) 车用用的板簧簧 cc) 阶阶梯轴（九）其其它设计原则则很多，下下面介绍绍一些其其它设计计原则：1. 空心
22、心截面原原则弯曲应力力或扭转转应力在在横截面面上都是是越远离离中心越越大，而而在中心心处却很很小，为为了充分分利用材材料，应应尽量将将材料放放在远离离截面中中心处，使使其成为为空心结结构，从从而提高高零件的的强度和和刚度。此此即为空空心截面面原则。2. 受扭扭截面封封闭原则则受扭转作作用的薄薄壁零件件的截面面应尽量量制造成成为封闭闭形状，因因为封闭闭形状比比开口形形状抗剪剪切能力力强，抗抗扭刚度度大。此此即为受受扭截面面封闭原原则。3.最佳着着力点原原则着力点的的位置要要尽量通通过中心心点、结结点等位位置，避避免产生生附加弯弯矩，这这样有助助于提高高零件的的承载能能力。4. 受冲冲击载荷荷结构
23、柔柔性原则则为了提高高零件的的抗冲击击的能力力，应减减小系统统的刚度度，加大大柔性，这这将有助助于改善善系统的的性能。5. 避免免长压杆杆失稳原原则6. 热变变形自由由原则二、改善善制造工工艺性的的结构设设计原则则（一）焊焊接件结结构设计计原则一般来说说可以通通过三条条途径来来保证或或提高焊焊接质量量：材料料、工艺艺、结构构。其中中，结构构设计上上的缺陷陷能严重重地影响响焊接零零件乃至至整个机机械设备备的质量量和功能能。1 避避免高应应力区原原则焊缝及其其影响区区的动载载强度一一般比周周围材料料的强度度要低，还还存在内内应力，因因此应尽尽量将焊焊缝设置置于应力力水平较较低的区区域。如图5-33
24、aa所示，当当焊接两两块板厚厚不同的的零件时时，因几几何尺寸寸突变，所所以在焊焊接区域域里存在在严重的的应力集集中。此此时在结结构设计计时要留留有过渡渡结构，缓缓解几何何尺寸的的突变（见见图5-33bb）。如图5-34aa所示压压力容器器，当焊焊缝处在在曲率突突变位置置时，尽尽管壁厚厚一致，但但应力也也很大，不不可取，采采用如图图5-334b所所示的结结构效果果就要好好些。类似情况况还有如如图5-35所所示。 a)b) a)b)图5-333 不同板板厚零件件间的焊焊缝a)较差差结构 b)改进结结构 图5-334 压力容容器的焊焊缝a)较差差结构 b)改进结结构a)b)图5-335 避免高高应力
25、区区的焊缝缝结构a)较差差结构 b)改进结结构2 避避免焊缝缝重叠原原则复杂结构构的焊缝缝常出现现多条焊焊缝交叉叉重叠的的情况。焊焊缝交汇汇处刚性性大，结结构翘曲曲严重，从从而加大大焊缝内内应力，而而且结构构多次过过热，材材料性能能下降，易易出现裂裂纹，这这些都会会影响焊焊接结构构的性能能。改进方法法有三种种：加辅辅助结构构（见图图5-366a）、切切除部分分（见图图5-336b）、焊焊缝错开开（见图图5-366c）a)b)c)图5-336 避免焊焊缝重叠叠的焊缝缝结构a)加辅辅助结构构 bb)切除除部分 c)焊缝错错开3 焊焊缝根部部优先受受压原则则在焊接构构件承受受弯曲应应力时，应应将焊缝
26、缝置于压压应力一一侧。4 避避免尖角角原则尖角处焊焊接定位位困难，尖尖角易被被熔化，焊焊接质量量不易保保证。如如图5-37所所示，改改进后的的结构效效果要好好得多。a)b)图5-337 避免尖尖角的焊焊缝结构构a)较差差结构 b)改进结结构5 对对称性原原则焊接件设设计应具具有对称称性。焊焊缝布置置与焊接接顺序也也应对称称，这样样就可以以利用各各条焊缝缝冷却时时的力和和变形相相互均衡衡，以得得到焊接接件整体体的较小小变形（见见图5-38）。a)b)图5-338 对称焊焊缝结构构a)较差差结构 b)改进结结构6 焊焊接量最最少原则则理想的焊焊接结构构是焊接接量最少少的结构构，应尽尽量减少少焊缝个
27、个数和焊焊接量（见见图5-39）。a)b)图5-339 焊接量量少的焊焊缝结构构a)较差差结构 b)改进结结构（二）铸铸件结构构设计原原则铸件的结结构设计计对铸件件的制造造成本，铸铸件的质质量有决决定性的的影响。铸铸件的结结构设计计要充分分地考虑虑铸造材材料和工工艺的特特性。1. 壁厚厚均匀原原则均匀的壁壁厚可以以提高铸铸件的质质量，减减少铸件件中断面面厚度大大的部分分的尺寸寸，避免免金属聚聚集一致致产生缩缩孔或缩缩松，而而且还可可以节省省材料（见见图5-40）。a)b)图5-440 壁厚均均匀的铸铸件结构构a)较差差结构 b)改进结结构2. 自由由收缩原原则加肋结构构是铸件件中常见见的结构构
28、。在设设置加强强肋时应应避免在在冷却过过程中因因收缩不不一致而而产生的的内应力力和裂纹纹。具体体措施有有：蜂窝窝状加强强肋（见见图5-411a）、斜斜弯加强强肋（图图见图55-411b）、加加强肋错错位（见见图5-411c）和和加强肋肋切断（见见图5-41dd）。如图5-41bb所示，为为避免铸铸件冷却却时阻碍碍金属收收缩，产产生内应应力而导导致轮辐辐产生裂裂纹，将将直辐条条改成弧弧形，这这样冷却却时辐条条就能够够自由收收缩，结结构较合合理。 a)b)c)d)图5-441 自由收收缩的铸铸件结构构a)蜂窝窝状加强强肋 b)斜斜弯加强强肋 c)加加强肋错错位 d)加加强肋切切断3. 良好好的受力
29、力状态原原则铸件应优优先承受受压力，因因为铸铁铁的抗压压强度比比抗拉强强度高得得多（见见图5-42）。铸件内部部肋的安安置应考考虑几何何原理。如如图5-433a所示示加强肋肋按矩形形分布，对对铸件强强度和刚刚度有一一些的影影响，因因矩形是是不稳定定的形状状。若按按三角形形安置，形形状稳定定，造型型较好，结结构比较较合理（见见图5-43bb）。铸件在必必要时应应局部加加强（见见图5-44）。铸件的箱箱壁应可可靠地支支持在地地面上，以以保持它它的强度度和刚度度。a)b)图5-442 受压优优先铸件件结构a)受压压加强肋肋 bb)受压压容器 a)b) a)b)图5-443 内置加加强肋结结构a)较差
30、差结构 b)改进结结构 图5-444 局部加加强结构构a)较差差结构 b)改进结结构4. 便于于模具制制造原则则复杂模具具制造困困难、成成本高、难难以保证证质量。一一般要求求结构形形状简单单（见图图5-455a），避避免隐蔽蔽、分离离部分（见见图5-45bb），圆圆角尺寸寸统一（见见图5-455c），优优先采用用对称形形状，尽尽量少用用模芯，采采用复合合结构（见见图5-45dd）等。a)b)c)d)图5-445 便于模模具制造造的结构构如图5-46所所示，有有些圆角角对铸件件质量影影响不大大，但增增加造型型造芯的的困难，为为此应将将圆角取取消。如图5-47所所示的面面积较大大的薄壁壁零件，不不
31、应设计计成水平平的平面面结构。水水平平面面浇铸时时容易造造成冷隔隔或形成成气孔。如如改为有有斜坡的的平面，则则有利于于排出液液态金属属中的杂杂质和由由于铁液液漫流造造成的冷冷隔等缺缺陷。 a)a)b) b)图5-446 圆角对对造型造造芯的影影响a)较差差结构 b)改进结结构 图5-447 面积较较大的薄薄壁结构构a)较差差结构 b)改进结结构5. 其它它有关铸件件结构设设计的其其它要求求举例说说明如下下：起模模方便（见见图5-488a），流流动畅通通（见图图5-448b），便便于排气气，清除除表皮方方便（见见图5-488c），便便于切削削加工（见见图5-48dd）等。 a) b) c) d)
32、图5-448 铸件结结构（三）切切削件结结构设计计原则减少加工工成本，提提高机加加工质量量是切削削件结构构设计的的基本要要求，切切削件的的结构设设计要充充分考虑虑机加工工工艺的的特性。1. 便于于退刀原原则方便退刀刀可以节节省加工工时间，从从而达到到降低加加工成本本的目的的。退刀刀槽和越越程槽是是两种最最常见的的退刀结结构（见见图5-49）。a)b)c)图5-449 便于退退刀的结结构2. 减少少加工量量原则减少加工工量可以以提高生生产效率率，还可可以节省省材料。常常用的方方法有：选择合合适的毛毛坯、采采用组合合部件（见见图5-500a）、平平缓过渡渡（见图图5-550b）和和减少行行程（见见
33、图5-50cc）等。 a) b) c)图5-550 减少加加工量的的结构3. 可靠靠夹紧原原则机械零件件在机加加工时必必须夹持持在机床床上，因因此机械械零件上上必须有有便于夹夹持的部部位。此此外夹持持零件必必须有足足够大的的支持力力，以保保证在切切削力的的作用下下，零件件不会晃晃动，这这样才能能保证加加工质量量（见图图5-551）。 a) b)图5-551 保证夹夹紧力的的结构4. 同一一夹紧工工序原则则在加工机机械零件件的不同同表面时时，应避避免多次次装夹。希希望能在在一次固固定中加加工尽可可能多的的零件表表面。这这样，不不但可以以节约加加工时间间，而且且可以提提高加工工精度。比比如一根根轴
34、上的的键槽应应该布置置在同一一条直线线上。如图5-52所所示为一一轴承座座，a图所示示的结构构两孔因因中间隔隔有凸台台，而不不能一次次加工出出来。在在b图中则则是去掉掉凸台，用用挡环代代替，则则可保证证两孔一一次安装装就可加加工出来来。a)b)图5-552 轴承座座结构a)较差差结构 b)改进结结构5. 避免免斜面开开孔原则则在斜面上上钻孔不不但位置置不准，而而且易损损伤刀具具，应尽尽量避免免，可采采用改变变孔的位位置或改改变零件件表面形形状，使使零件表表面与孔孔中心线线垂直来来解决（见见图5-53）。a)b)c)图5-553 避免斜斜面开孔孔的结构构6. 贯通通孔优先先原则贯通孔通通常比盲盲
35、孔易加加工，易易提高加加工质量量。如图5-54aa所示的的结构，加加工时，刀刀具只能能是悬臂臂式支承承，此时时刀具会会产生较较大的变变形，从从而使孔孔的加工工精度下下降。在在两孔间间距较大大时，甚甚至会出出现废品品。b图所示示的结构构是刀臂臂两端支支承成为为可能。a)b)图5-554 贯通孔孔结构a)较差差结构 b)改进结结构7. 其它它有关切削削件结构构设计的的其它要要求举例例说明如如下：便便于切削削（见图图5-555a）、孔孔周边条条件相近近（见图图5-555b）等等。a)b)图5-555 便于切切削的结结构a)较差差结构 b)改进结结构（四）锻锻件结构构设计原原则锻件是指指靠挤压压成型的
36、的零件。锻锻造可以以改善材材料性能能，材质质分布更更趋均匀匀，使得得锻件有有较好的的抗动载载荷的能能力。一一般锻件件结构设设计要遵遵循以下下原则。1. 分界界面合理理原则锻模的分分界面的的选定要要便于在在锻造过过程中材材料的流流动，而而且还要要便于模模具的制制造。如图5-56所所示，bb图的结结构比aa图的结结构有利利于材料料的流动动。如图5-57所所示，aa图所示示的模膛膛结构加加工较困困难必须须用铣和和磨的方方法才能能加工出出来，而而b图的模模膛结构构只需用用车削的的方法就就可加工工出来。a)b)图5-556 便于材材料流动动的结构构a)较差差结构 b)改进结结构a)b)图5-557 便于
37、模模具制造造的结构构a)较差差结构 b)改进结结构2. 避免免尖锐棱棱角原则则锻件尖锐锐棱角处处变形量量很大，需需很大的的挤压力力，成型型困难（见见图5-58）。 a) b)图5-558 避免尖尖锐棱角角的结构构3. 方便便锻造原原则对称结构构方便制制造，非非对称结结构应尽尽量避免免（见图图5-599a）；锻件内内外台阶阶大小应应向一个个方向变变化，尽尽量避免免多个台台阶（见见图5-59bb）；尽尽量避免免使用肋肋板（见见图5-59cc）。 a)b) c)图5-559 方便锻锻造的结结构4. 便于于后继加加工原则则待加工表表面应凸凸出于其其它锻造造表面（见见图5-600a）；应留有有夹紧支支撑
38、点，以以便于切切削加工工（见图图5-660b）。 a) b)图5-660 便于后后继加工工的结构构（五）薄薄板件结结构设计计原则薄板指板板厚相对对其长宽宽小得多多的钢板板。充分分考虑薄薄板的加加工工艺艺的要求求和特点点，一般般薄板件件结构设设计要遵遵循以下下原则。1. 简单单形状原原则切割面几几何形状状简单，则则切割下下料方便便，切割割的线路路短，切切割量小小。如图图5-661所示示，直线线比曲线线简单。a)b)图5-661 直线与与曲线结结构a)较差差结构 b)改进结结构2. 节省省材料原原则在薄板零零件的结结构设计计中要尽尽量减少少下脚料料，这样样可以减减少制造造成本。如如图5-62所所示
39、，bb图结构构的效果果就要好好得多。a)b)图5-662 节省材材料的结结构a)较差差结构 b)改进结结构3. 避免免过窄结结构原则则如图5-63所所示，两两孔之间间的距离离太小，加加工时可可能会产产生裂纹纹。细长长的板条条刚度低低，在裁裁剪时易易出现裂裂纹，此此外过窄窄结构在在加工过过程中还还将严重重磨损刀刀具。a)b)图5-663 避免过过窄的结结构a)较差差结构 b)改进结结构4. 弯曲曲棱边垂垂直切割割面原则则薄板在切切削加工工后，进进行弯曲曲成型加加工，弯弯曲棱边边应垂直直与切割割面或者者交汇处处设计一一个圆角角，否则则交汇处处易出现现裂纹（见见图5-64）。a)b)图5-664 弯
40、曲棱棱边垂直直切割面面结构a)较差差结构 b)改进结结构5. 平缓缓弯曲原原则陡峭的弯弯曲需特特殊的工工具，成成本高。另另外，曲曲率半径径过小易易产生裂裂纹，在在内侧面面上还会会出现皱皱折（见见图5-65）。a)b)图5-665 平缓弯弯曲结构构a)较差差结构 b)改进结结构6. 槽边边不弯曲曲原则弯曲区域域受力状状态复杂杂，强度度低，槽槽孔应远远离弯曲曲区域或或横跨弯弯曲区域域（见图图5-666）。a)b)图5-666 槽边不不弯曲结结构a)较差差结构 b)改进结结构7. 复杂杂结构组组合制造造原则对于复杂杂的薄板板零件可可采用组组合零件件形式，即即将薄板板零件用用焊接、螺螺栓联接接等方式式
41、组合在在一起（见见图5-67）。a)b)图5-667 组合结结构a)较差差结构 b)改进结结构8. 稳定定性原则则薄板结构构横向弯弯曲刚度度较差，一一般用平平面压槽槽或空间间压槽来来提高刚刚度（见见图5-68）。a)b)图5-668 稳定性性好的结结构a)较差差结构 b)改进结结构9. 避免免直线贯贯通原则则平面压槽槽排列应应避免无无压槽区区域直线线贯通。如图5-69aa所示的的结构，无无压槽区区域形成成多个贯贯通的窄窄条轴，相相对这些些轴，弯弯曲刚度度没有任任何改进进，但bb图就不不存在这这些问题题，效果果要好得得多。a)b)图5-669 避免直直线贯通通的结构构a)较差差结构 b)改进结结
42、构10. 压槽槽连通排排列原则则压槽的端端点是薄薄弱环节节，疲劳劳强度低低。缓解解或消除除这些影影响的方方法就是是尽量将将压槽连连通。如图5-70所所示的结结构，是是卡车上上的电瓶瓶箱体，受受动载荷荷作用，a图结构在压槽端点处易产生疲劳失效，b图为压槽连通之后的结构图，效果就要好些。a)b)图5-770 压槽连连通排列列结构a)较差差结构 b)改进结结构（六）其其它有关改善善制造工工艺性的的结构设设计原则则，还有有铆焊件件的结构构设计，工工程塑料料零件的的结构设设计及机机械零件件修配的的结构设设计等。这这里不再再阐述，有有兴趣可可查阅相相关资料料。三、提高高装配质质量的结结构设计计原则零部件装装配成机机器，装装配质量量直接影影响着机机器的运运行性能能质量，装装配质量量即为零零部件相相互联系系界面上上的质量量。符合装配配要求的的结构设设计就是是在结构构设计上上保证装装配的可可能，采采用的结结构应方方便装配配，减少少装配工工作量，提提高装配配质量。（一）便便于运送送原则自动化制制造系统统中，将将零部件件从库存存运送到到装配现现场是装装配过程程中常见见的工序序，常