機械設計結構要素及設計方法

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機械結構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系實現的。零部件的幾何形狀由它的表面所構成，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結部分稱為聯接表面。

零件的功能表面是決定機械功能的重要因素，功能表面的設計是零部件結構設計的核心問題。描述功能表面的主要幾何參數有表面的幾何形狀、尺寸大小、表面數量、位置、順序等。通過對功能表面的變異設計，可以得到為實現同一技術功能的多種結構方案。

在機器或機械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在結構設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系。

零件的相關分為直接相關和間接相關兩類。凡兩零件有直接裝配關系的，成為直接相關。沒有直接裝配關系的相關成為間接相關。間接相關又分為位置相關和運動相關兩類。位置相關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。運動相關是指一零件的運動軌跡與另一零件有關，如車床刀架的運動軌跡必須平行于于主軸的中心線，這是靠床身導軌和主軸軸線相平行來保證的，所以，主軸與導軌之間位置相關；而刀架與主軸之間為運動相關。

多數零件都有兩個或更多的直接相關零件，故每個零件大都具有兩個或多個部位在結構上與其它零件有關。在進行結構設計時，兩零件直接相關部位必須同時考慮，以便合理地選擇材料的熱處理方式、形狀、尺寸、精度及表面質量等。同時還必須考慮滿足間接相關條件，如進行尺寸鏈和精度計算等。一般來說，若某零件直接相關零件愈多，其結構就愈復雜；零件的間接相關零件愈多，其精度要求愈高。

機械設計中可以選擇的材料眾多，不同的材料具有不同的性質，不同的材料對應不同的加工工藝，結構設計中既要根據功能要求合理地選擇適當的材料，又要根據材料的種類確定適當的加工工藝，并根據加工工藝的要求確定適當的結構，只有通過適當的結構設計才能使所選擇的材料最充分的發揮優勢。

設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性能、加工性能、使用成本等信息。結構設計中應根據所選材料的特性及其所對應的加工工藝而遵循不同的設計原則。