結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性及在軸設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

鄒麗杰

摘 要：該文主要概述了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性、基本要求和設(shè)計(jì)實(shí)例，并對(duì)如何進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了相應(yīng)的觀點(diǎn)和建議，最后闡明真正的設(shè)計(jì)者往往要通過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間的磨練才能成功，只有不斷地學(xué)習(xí)總結(jié)，才能不斷的提高進(jìn)步，設(shè)計(jì)出更加科學(xué)、合理、完美的機(jī)械，才能贏得用戶的滿意。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 重要性 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 思考

中圖分類號(hào)：TH133.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（a）-0073-01

機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)的重要組成部分，各種分析計(jì)算試驗(yàn)的目的，都是為了把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造得更好，工作的最終結(jié)果都要落實(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面。但是許多人往往花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，把機(jī)械設(shè)計(jì)的重點(diǎn)放在分析和計(jì)算方面，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)缺乏關(guān)注。其中一個(gè)原因是因?yàn)楝F(xiàn)有的理論計(jì)算系統(tǒng)完整，容易理解和應(yīng)用，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于影響因素較多，涉及的方面復(fù)雜，不能夠完整總結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)律；另外還由于設(shè)計(jì)者的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，在設(shè)計(jì)時(shí)往往草率匆忙。這些情況直接影響了機(jī)械的整體質(zhì)量，因此，有必要把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重視起來(lái)。

該文主要討論機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性、設(shè)計(jì)實(shí)例和提高設(shè)計(jì)水平的思考。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性

機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是將機(jī)械的構(gòu)型、設(shè)思以及機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖綜合起來(lái)，再具體轉(zhuǎn)化為具有合理結(jié)構(gòu)的零部件的過(guò)程。

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與理論計(jì)算一樣占有極其重要的地位。這是由于一臺(tái)機(jī)械上的所有零件尺寸，只有一小部分是由理論計(jì)算決定的，而設(shè)計(jì)者往往需要根據(jù)整機(jī)的功能、強(qiáng)度、剛度以及加工性、安裝、調(diào)試、維修等方面的要求，進(jìn)行綜合分析考慮，然后做出判斷，進(jìn)而確定機(jī)械結(jié)構(gòu)中大量的形狀、尺寸以及零件間的相對(duì)位置關(guān)系。所以說(shuō)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及了許多領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有復(fù)雜性綜合性。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性如下：

（1）結(jié)構(gòu)是機(jī)械方案設(shè)計(jì)的具體體現(xiàn)。機(jī)械方案設(shè)計(jì)的結(jié)果都是以一定的結(jié)構(gòu)形式表現(xiàn)出來(lái)，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最終來(lái)完成零部件的加工、裝配，滿足機(jī)械產(chǎn)品的功能要求。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是進(jìn)行科學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)。這是因?yàn)樵跈C(jī)械設(shè)計(jì)中，計(jì)算是針對(duì)特定的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行的。

（3）影響機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的因素有很多，比如有材料的選擇、尺寸和形狀的確定、加工工藝和裝配工藝的確定等等，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理與否將直接決定機(jī)械的成本高低。

由上所述可知，合理進(jìn)行機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常重要的。下面以軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，來(lái)說(shuō)明機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用。

2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)，就是對(duì)軸進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，確定全部結(jié)構(gòu)外形及其尺寸。影響軸結(jié)構(gòu)的相關(guān)因素有很多，如在機(jī)器中軸的安裝位置和要求，軸上零件的裝配方案，軸上作用力和分布情況；軸上零件的相互位置及其固定方式；軸承的類型及其安裝固定方式，軸的加工制造及裝配工藝等要求。設(shè)計(jì)前有些因素是知道的，有些因素則是在設(shè)計(jì)過(guò)程中逐步確定的。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，具有較大的靈活性和多樣性，往往根據(jù)具體的工作情況而變化，對(duì)軸的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，沒有標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)形式。

但是在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不論遇到何種情況，都要滿足下面幾點(diǎn)設(shè)計(jì)要求：軸和軸上零件有確定的工作位置；軸上的零件便于安裝拆卸和調(diào)整；軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還要使軸具有良好的加工工藝性。

軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程：

（1）擬定軸上零件的裝配方案。軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提要先擬定軸上零件的裝配方案，來(lái)決定軸的形式。也就是要預(yù)先確定出主要零件在軸上的裝配順序、裝配方向以及各零件之間的相互關(guān)系。要先設(shè)計(jì)出幾個(gè)方案，進(jìn)行分析對(duì)比，最后選擇最佳的方案。

（2）軸上零件的定位。軸上零件的軸向定位主要采用套筒、軸肩、圓螺母、軸承端蓋、軸端擋圈等來(lái)確定。軸上零件的周向定位常用的有鍵連接、銷連接、花鍵連接、過(guò)盈配合、緊定螺釘?shù)取?/p>

（3）軸的各段直徑和長(zhǎng)度的確定。在確定了軸上零件的裝拆方案和定位以后，軸的形狀就基本確定了。一般按軸所承受的扭矩估算出直徑，并作為軸的最小直徑，然后再根據(jù)前面軸上零件的裝配和定位，逐步計(jì)算出各段軸的直徑和長(zhǎng)度。對(duì)于有配合要求的軸段，要按照設(shè)計(jì)手冊(cè)采用標(biāo)準(zhǔn)直徑；各軸段的長(zhǎng)度的確定，主要根據(jù)軸上零件的寬度等；同時(shí)還要考慮零件的裝配調(diào)整空間等。

（4）設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮減少應(yīng)力集中，滿足制造安裝的一些要求等等。

3 提高機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的思考

設(shè)計(jì)者在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，往往有很多困惑，尤其是初學(xué)者，除了按照常規(guī)的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，怎樣才能設(shè)計(jì)出精美的機(jī)器零件，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平呢？下面和大家分享一下筆者的思考

（1）注重細(xì)節(jié)，總結(jié)教訓(xùn)。機(jī)械設(shè)計(jì)能夠成功，設(shè)計(jì)者除了有扎實(shí)的基本功，還要有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和閱歷，更要認(rèn)真地分析使用者的要求，研究和細(xì)化機(jī)械使用的全過(guò)程和可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并根據(jù)設(shè)計(jì)的案例進(jìn)行歸納，吸取教訓(xùn)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，這樣才能設(shè)計(jì)出合理的機(jī)器。

（2）考慮制造安裝，簡(jiǎn)化維修環(huán)節(jié)。機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)貫穿于設(shè)計(jì)、制造以及使用和維修的整個(gè)過(guò)程，任何疏忽都會(huì)釀成大錯(cuò)。一個(gè)好的設(shè)計(jì)是離不開制造的，對(duì)加工制造過(guò)程了解的越多，越有利于提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平。另外好的設(shè)計(jì)也要注重設(shè)備的維修性，更換部件時(shí)不要拆除全部機(jī)器，盡量將維修過(guò)程簡(jiǎn)化。

（3）不斷學(xué)習(xí)，取長(zhǎng)補(bǔ)短。設(shè)計(jì)者在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要多參考一些成功的設(shè)計(jì)案例，多看一些設(shè)計(jì)的書籍和資料，逐步完善設(shè)計(jì)理念，采百家之長(zhǎng)，這樣設(shè)計(jì)時(shí)自然信手拈來(lái)。設(shè)計(jì)者只有通過(guò)不斷地加強(qiáng)學(xué)習(xí)，才能夠提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)方面具有舉足輕重的作用。對(duì)于一個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，整個(gè)機(jī)械的質(zhì)量、壽命、成本等，與機(jī)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密切相關(guān)。設(shè)計(jì)師在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，除了必要的設(shè)計(jì)能力，還需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，只有不斷地學(xué)習(xí)總結(jié)，不斷地積累經(jīng)驗(yàn)，才能不斷地進(jìn)步。本篇文章僅是對(duì)有關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些粗淺的認(rèn)識(shí)，旨在提醒機(jī)械設(shè)計(jì)者在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，重視對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的把握，進(jìn)而設(shè)計(jì)出更加科學(xué)、合理、完美的機(jī)械。

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