結構設計的重要性及在軸設計中的應用

鄒麗杰

摘 要：該文主要概述了機械結構設計的重要性、基本要求和設計實例，并對如何進行機械結構設計提出了相應的觀點和建議，最后闡明真正的設計者往往要通過很長時間的磨練才能成功，只有不斷地學習總結，才能不斷的提高進步，設計出更加科學、合理、完美的機械，才能贏得用戶的滿意。

關鍵詞：結構設計 重要性 軸的結構設計 思考

中圖分類號：TH133.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（a）-0073-01

機械結構設計是機械設計的重要組成部分，各種分析計算試驗的目的，都是為了把結構設計和制造得更好，工作的最終結果都要落實在結構設計方面。但是許多人往往花費大量的時間和精力，把機械設計的重點放在分析和計算方面，對結構設計相對缺乏關注。其中一個原因是因為現有的理論計算系統完整，容易理解和應用，而結構設計由于影響因素較多，涉及的方面復雜，不能夠完整總結結構設計的規律；另外還由于設計者的結構設計經驗不足，在設計時往往草率匆忙。這些情況直接影響了機械的整體質量，因此，有必要把結構設計重視起來。

該文主要討論機械結構設計的重要性、設計實例和提高設計水平的思考。

1 結構設計的重要性

機械的結構設計是將機械的構型、設思以及機械系統的運動方案簡圖綜合起來，再具體轉化為具有合理結構的零部件的過程。

在機械設計中，結構設計與理論計算一樣占有極其重要的地位。這是由于一臺機械上的所有零件尺寸，只有一小部分是由理論計算決定的，而設計者往往需要根據整機的功能、強度、剛度以及加工性、安裝、調試、維修等方面的要求，進行綜合分析考慮，然后做出判斷，進而確定機械結構中大量的形狀、尺寸以及零件間的相對位置關系。所以說結構設計涉及了許多領域，結構設計具有復雜性綜合性。

結構設計的重要性如下：

（1）結構是機械方案設計的具體體現。機械方案設計的結果都是以一定的結構形式表現出來，根據結構設計最終來完成零部件的加工、裝配，滿足機械產品的功能要求。

（2）結構設計是進行科學計算的基礎。這是因為在機械設計中，計算是針對特定的機械結構進行的。

（3）影響機械結構設計的因素有很多，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，結構設計的合理與否將直接決定機械的成本高低。

由上所述可知，合理進行機械的結構設計是顯著提高產品質量的重要手段，結構設計是非常重要的。下面以軸的結構設計為例，來說明機械結構設計的應用。

2 軸的結構設計

軸的結構設計的任務，就是對軸進行合理設計，確定全部結構外形及其尺寸。影響軸結構的相關因素有很多，如在機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。設計前有些因素是知道的，有些因素則是在設計過程中逐步確定的。軸的結構設計比較復雜，具有較大的靈活性和多樣性，往往根據具體的工作情況而變化，對軸的結構來說，沒有標準的設計形式。

但是在進行軸的結構設計時，不論遇到何種情況，都要滿足下面幾點設計要求：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整；軸的結構設計還要使軸具有良好的加工工藝性。

軸的結構設計過程：

（1）擬定軸上零件的裝配方案。軸結構設計的前提要先擬定軸上零件的裝配方案，來決定軸的形式。也就是要預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系。要先設計出幾個方案，進行分析對比，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、過盈配合、緊定螺釘等。

（3）軸的各段直徑和長度的確定。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，然后再根據前面軸上零件的裝配和定位，逐步計算出各段軸的直徑和長度。對于有配合要求的軸段，要按照設計手冊采用標準直徑；各軸段的長度的確定，主要根據軸上零件的寬度等；同時還要考慮零件的裝配調整空間等。

（4）設計時還要考慮減少應力集中，滿足制造安裝的一些要求等等。

3 提高機械結構設計水平的思考

設計者在進行機械結構設計時，往往有很多困惑，尤其是初學者，除了按照常規的方法進行結構設計外，怎樣才能設計出精美的機器零件，提高結構設計水平呢？下面和大家分享一下筆者的思考

（1）注重細節，總結教訓。機械設計能夠成功，設計者除了有扎實的基本功，還要有設計經驗和閱歷，更要認真地分析使用者的要求，研究和細化機械使用的全過程和可能出現的問題，并根據設計的案例進行歸納，吸取教訓總結經驗，這樣才能設計出合理的機器。

（2）考慮制造安裝，簡化維修環節。機械結構的設計貫穿于設計、制造以及使用和維修的整個過程，任何疏忽都會釀成大錯。一個好的設計是離不開制造的，對加工制造過程了解的越多，越有利于提高結構設計的水平。另外好的設計也要注重設備的維修性，更換部件時不要拆除全部機器，盡量將維修過程簡化。

（3）不斷學習，取長補短。設計者在結構設計時，要多參考一些成功的設計案例，多看一些設計的書籍和資料，逐步完善設計理念，采百家之長，這樣設計時自然信手拈來。設計者只有通過不斷地加強學習，才能夠提高結構設計的質量。

4 結語

結構設計在機械設計方面具有舉足輕重的作用。對于一個機械設計來說，整個機械的質量、壽命、成本等，與機器的結構設計密切相關。設計師在機械結構設計中，除了必要的設計能力，還需要嚴謹的科學態度，只有不斷地學習總結，不斷地積累經驗，才能不斷地進步。本篇文章僅是對有關機械結構設計的一些粗淺的認識，旨在提醒機械設計者在進行機械設計的過程中，重視對結構設計的把握，進而設計出更加科學、合理、完美的機械。

參考文獻

[1] 吳宗澤.機械結構設計[M].北京：機械工業出版社，2011.

[2] 吳宗澤.機械結構設計準則與實例[M].北京：機械工業出版社，2006.

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