机械结构设计经验之谈

一、提高强度和刚度的结构设计

1.避免受力点与支持点距离太远

2.避免悬臂结构或减小悬臂长度

3.勿忽略工作载荷可以产生的有利作用

4.受振动载荷的零件避免用摩擦传力

5.避免机构中的不平衡力

6.避免只考虑单一的传力途径

7.不应忽略在工作时零件变形对于受力分布的影响

8.避免铸铁件受大的拉伸应力;

9.避免细杆受弯曲应力

10.受冲击载荷零件避免刚度过大

11.受变应力零件避免表面过于粗糙或有划痕

12.受变应力零件表面应避免有残余拉应力

13.受变载荷零件应避免或减小应力集中

14.避免影响强度的局部结构相距太近

15.避免预变形与工作负载产生的变形方向相同

16.钢丝绳的滑轮与卷筒直径不能太小

17.避免钢丝绳弯曲次数太多，特别注意避免反复弯曲

18.起重时钢丝绳与卷筒联接处要留有余量

19.可以不传力的中间零件应尽量避免受力

20.尽量避免安装时轴线不对中产生的附加力

21.尽量减小作用在地基上的力

二、提高耐磨性的结构设计

1.避免相同材料配成滑动摩擦副

2.避免白合金耐磨层厚度太大

3.避免为提高零件表面耐磨性能而提高对整个零件的要求

4.避免大零件局部磨损而导致整个零件报废

5.用白合金作轴承衬时，应注意轴瓦材料的选择和轴瓦结构设计

6.润滑剂供应充分，布满工作面

7.润滑油箱不能太小

8.勿使过滤器滤掉润滑剂中的添加剂

9.滑动轴承的油沟尺寸、位置、形状应合理

10.滚动轴承中加入润滑脂量不宜过多

11.对于零件的易磨损表面增加一定的磨损裕量

12.注意零件磨损后的调整

13.同一接触面上各点之间的速度、压力差应该小

14.采用防尘装置防止磨粒磨损

15.避免形成阶梯磨损

16.滑动轴承不能用接触式油封

17.对易磨损部分应予以保护

18.对易磨损件可以采用自动补偿磨损的结构

三、提高精度的结构设计

1.尽量不采用不符合阿贝原则的结构方案

2.避免磨损量产生误差的互相叠加

3.避免加工误差与磨损量互相叠加

4.导轨的驱动力作用点，应作用在两导轨摩擦力的压力中心上，使两条导轨摩擦力产生的力矩互相平衡

5.对于要求精度较高的导轨，不宜用少量滚珠支持

6.要求运动精度的减速传动链中，最后一级传动比应该取最大值

7.测量用螺旋的螺母扣数不宜太少

8.必须严格限制螺旋轴承的轴向窜动

9.避免轴承精度的不合理搭配

10.避免轴承径向振摆的不合理配置

11.避免紧定螺钉影响滚动导轨的精度

12.当推杆与导路之间间隙太大时，宜采用正弦机构，不宜采用正切机构

13.正弦机构精度比正切机构高

四、考虑人机学的结构设计问题

1.合理选定操作姿势

2.设备的工作台高度与人体尺寸比例应采用合理数值

3.合理安置调整环节以加强设备的适用性

4.机械的操纵、控制与显示装置应安排在操作者面前最合理的位置

5.显示装置采用合理的形式

6.仪表盘上的刻字应清楚易读

7.旋钮大小、形状要合理

8.按键应便于操作

9.操作手柄所需的力和手的活动范围不宜过大

10.手柄形状便于操作与发力

11.合理设计坐椅的尺寸和形状

12.合理设计坐椅的材料和弹性

13.不得在工作环境有过大的噪声

14.操作场地光照度不得太低

五、发热、腐蚀、噪声等问题的结构设计

1.避免采用低效率的机械结构

2.润滑油箱尺寸应足够大

3.分流系统的返回流体要经过冷却

4.避免高压容器、管道等在烈日下曝晒

5.零件暴露在高温下的部分忌用橡胶，聚乙烯塑料等制造

6.精密机械的箱体零件内部不宜安排油箱，以免产生热变形

7.对较长的机械零部件，要考虑因温度变化产生尺寸变化时，能自由变形

8.淬硬材料工作温度不能过高

9.避免高压阀放气导致的湿气凝结

10.热膨胀大的箱体可以在中心支持

11.用螺栓联接的凸缘作为管道的联接，当一面受日光照射时由于两面温度及伸长不同，产生弯曲

12.与腐蚀性介质接触的结构应避免有狭缝

13.容器内的液体应能排除干净

14.注意避免轴与轮毂的接触面产生机械化学磨损（微动磨损）

15.避免易腐蚀的螺钉结构

16.钢管与铜管联接时，易产生电化学腐蚀，可安排一段管定期更换

17.避免采用易被腐蚀的结构

18.注意避免热交换器管道的冲击微动磨损

19.减少或避免运动部件的冲击和碰撞，以减小噪声

20.高速转子必须进行平衡

21.受冲击零件质量不应太小

22.为吸收振动，零件应该有较强的阻尼性

六、铸造结构设计

1.分型面力求简单

2.铸件表面避免内凹

3.表面凸台尽量集中

4.大型铸件外表面不应有小的凸出部分

5.改进妨碍起模的结构

6.避免较大又较薄的水平面

7.避免采用产生较大内应力的形状

8.防止合型偏差对外观造成不利影响

9.采用易于脱芯的结构

10.分型面要尽量少

11.铸件壁厚力求均匀

12.用加强肋使壁厚均匀

13.考虑凝固顺序设计铸件壁厚

14.内壁厚应小于外壁厚

15.铸件壁厚应逐渐过渡

16.两壁相交时夹角不宜太小

17.铸件内腔应使造芯方便

18.不用或少用型芯撑

19.尽量不用型芯

20.铸件的孔边应有凸台

21.铸件结构应有利于清除芯砂

22.型芯设计应有助于提高铸件质量

23.铸件的孔尽可能穿通

24.合理布置加强肋

25.保证铸件自由收缩，避免产生缺陷

26.注意肋的受力

27.肋的设置要考虑结构稳定性

28.去掉不必要的圆角

29.化大为小，化繁为简

30.注意铸件合理传力和支持

七、锻造和冲压件结构设计

1.自由锻零件应避免锥形和楔形

2.相贯形体力求简化

3.避免用肋板

4.自由锻件不应设计复杂的凸台

5.自由锻造的叉形零件内部不应有凸台

6.模锻件的分模面尺寸应当是零件的最大尺寸，且分模面应为平面

7.模锻件形状应对称

8.模锻件应有适当的圆角半径

9.模锻件应适于脱模

10.模锻件形状应尽量简单

11.冲压件的外形应尽可能对称

12.零件的局部宽度不宜太窄

13.凸台和孔的深度和形状应有一定要求

14.冲压件设计应考虑节料

15.冲压件外形应避免大的平面

16.弯曲件在弯曲处要避免起皱

17.注意设计斜度

18.防止孔变形

19.简化展开图

20.注意支撑不应太薄

21.薄板弯曲件在弯曲处要有切口

22.压肋能提高刚度但有方向性

23.拉延件外形力求简单

24.拉延件的凸边应均匀

25.利用切口工艺可以简化结构

26.冲压件标注尺寸应考虑冲模磨损

27.标注冲压件尺寸要考虑冲压过程

八、焊接零件毛坯的结构

1.合理设计外形

2.减少边角料

3.采用套料剪裁

4.断面转折处不应布置焊缝

5.焊件不能不顾自己特点，简单模仿铸件

6.截面形状应有利于减少变形和应力集中

7.正确选择焊缝位置

8.不要让焊接影响区相距太近

9.注意焊缝受力

10.焊缝的加强肋布置要合理

11.减小焊缝的受力

12.减小热变形

13.合理利用型材，简化焊接工艺

14.焊缝应避开加工表面

15.考虑气体扩散

16.可以用冲压件代替加工件

17.采用板料弯曲件以减少焊缝
九、机械加工件结构设计

1.注意减小毛坯尺寸

2.加工面与不加工面不应平齐

3.减小加工面的长度

4.不同加工精度表面要分开

5.将形状复杂的零件改为组合件以便于加工

6.避免不必要的精度要求

7.刀具容易进入或退出加工面

8.避免加工封闭式空间

9.避免刀具不能接近工件

10.不能采用与刀具形状不适合的零件结构形状

11.要考虑到铸造误差的影响

12.避免多个零件组合加工

13.复杂加工表面要设计在外表面而不要设计在内表面上

14.避免复杂形状零件倒角

15.必须避免非圆形零件的止口配合

16.避免不必要的补充加工

17.避免无法夹持的零件结构

18.避免无测量基面的零件结构

19.避免加工中的冲击和振动

20.避免在斜面上钻孔

21.通孔的底部不要产生局部未钻通

22.减少加工同一零件所用刀具数

23.避免加工中的多次固定

24.注意使零件有一次加工多个零件的可能性

十、热处理和表面处理件结构设计

1.避免零件各部分壁厚悬殊

2.要求高硬度的零件（整体淬火处理）尺寸不能太大

3.应避免尖角和突然的尺寸改变

4.避免采用不对称的结构

5.避免开口形零件淬火

6.避免淬火零件结构太复杂

7.避免零件刚度过低，产生淬火变形

8.采用局部淬火以减少变形

9.避免孔距零件边缘太近

10.高频淬火齿轮块两齿轮间应有一定距离

11.电镀钢零件表面不可太粗糙

12.电镀的相互配合零件在机械加工时应考虑镀层厚度

13.注意电镀零件反光不适于某些工作条件
十一、考虑装配和维修的机械结构设计

1.拆卸一个零件时避免必须拆下其他零件

2.避免同时装入两个配合面

3.要为拆装零件留有必要的操作空间

4.避免因错误安装而不能正常工作

5.采用特殊结构避免错误安装

6.采用对称结构简化装配工艺

7.柔性套安装时要有引导部分

8.难以看到的相配零件，要有引导部分

9.为了便于用机械手安装，采用卡扣或内部锁定结构

10.紧固件头部应具有平滑直边，以便拾取

11.零件安装部位应该有必要的倒角

12.自动上料机构供料的零件，应避免缠绕搭接

13.简化装配运动方式

14.对一个机械应合理划分部件

15.尽量减少现场装配工作量

16.尽量采用标准件

17.零件在损坏后应易于拆下回收材料
十二、螺纹联接结构设计

1.对顶螺母高度不同时，不要装反

2.防松的方法要确实可靠

3.受弯矩的螺杆结构，应尽量减小螺纹受力

4.避免螺杆受弯曲应力

5.用螺纹件定位

6.螺钉应布置在被联接件刚度最大的部位

7.避免在拧紧螺母（或螺钉）时，被联接件产生过大的变形

8.法兰螺栓不要布置在正下面

9.侧盖的螺栓间距，应考虑密封性能

10.不要使螺孔穿通，以防止泄漏

11.螺纹孔不应穿通两个焊接件

12.对深的螺孔，应在零件上设计相应的凸台

13.高速旋转体的紧固螺栓的头部不要伸出

14.螺孔要避免相交

15.避免螺栓穿过有温差变化的腔室

16.靠近基础混凝土端部不宜布置地脚螺栓

17.受剪螺栓钉杆应有较大的接触长度

18.考虑螺母拧紧时有足够的扳手空间

19.法兰结构的螺栓直径、间距及联接处厚度要选择适当

20.要保证螺栓的安装与拆卸的空间

21.紧定螺钉只能加在不承受载荷的方向上

22.铝制垫片不宜在电器设备中使用

23.表面有镀层的螺钉，镀前加工尺寸应留镀层裕量

24.螺孔的孔边要倒角

25.螺杆顶端螺纹有碰伤的危险时，应有圆柱端以保护螺纹

26.用多个沉头螺钉固定时，各埋头不可能都贴紧
十三、定位销、联接销结构设计

1.两定位销之间距离应尽可能远

2.对称结构的零件，定位销不宜布置在对称的位置

3.两个定位销不宜布置在两个零件上

4.相配零件的销钉孔要同时加工

5.淬火零件的销钉孔也应配作

6.定位销要垂直于接合面

7.必须保证销钉容易拔出

8.在过盈配合面上不宜装定位销

9.对不易观察的销钉装配要采用适当措施

10.安装定位销不应使零件拆卸困难

11.用销钉传力时要避免产生不平衡力
十四、粘接件结构设计

1.两圆柱对接时应加套管或内部加附加连接柱

2.改进粘接接头结构，减少粘接面受力

3.对剥离力较大部分采用增强措施

4.粘接结构与铸、焊件有不同特点

5.粘接用于修复时不能简单地粘合，要加大粘接面积

6.修复重型零件除粘接外，应加波形键

7.修复产生裂纹的零件除胶粘外，还应采取其他措施
十五、键与花键结构设计

1.底部圆角半径应该够大

2.平键两侧应该有较紧密的配合

3.当一个轴上零件用两个平键时，要求较高的加工精度

4.采用两个斜键时要相距90度～120度

5.用两个半圆键时，应在轴向同一母线上

6.轴上用平键分别固定两个零件时，键槽应在同一母线上

7.键槽不要开在零件的薄弱部位

8.键槽长度不宜开到轴的阶梯部位

9.钩头斜键不宜用于高速

10.一面开键槽的长轴容易弯曲

11.平键加紧定螺钉引起轴上零件偏心

12.锥形轴用平键尽可能平行于轴线

13.有几个零件串在轴上时，不宜分别用键联接

14.花键轴端部强度应予以特别注意

15.注意轮毅的刚度分布，不要使扭矩只由部分花键传递
十六、过盈配合结构设计

1.相配零件必须容易装入

2.过盈配合件应该有明确的定位结构

3.避免同时压入两个配合面

4.对过盈配合件应考虑拆卸方便

5.避免同一配合尺寸装入多个过盈配合件

6.注意工作温度对过盈配合的影响

7.注意离心力对过盈配合的影响

8.要考虑两零件用过盈配合装配后，其他尺寸的变化

9.锥面配合不能用轴肩定位

10.锥面配合的锥度不宜过小

11.在铸铁件中嵌装的小轴容易松动

12.不锈钢套因温度影响会使过盈配合松脱

13.过盈配合的轴与轮毂，配合面要有一定长度

14.过盈配合与键综合运用时，应先装键入槽

15.不要令二个同一直径的孔作过盈配合

16.避免过盈配合的套上有不对称的切口
十七、挠性传动结构设计

1.带传动应注意加大小轮包角

2.两轴处于上下位置的带轮应使带的垂度利于加大包角

3.小带轮直径不宜过小

4.带传动速度不宜太低或太高

5.带轮中心距不能太小

6.带传动中心距要可以调整

7.带要容易更换

8.带过宽时带轮不宜悬臂安装

9.靠自重张紧的带传动，当自重不够时要加辅助装置

10.注意两轴平行度和带轮中心位置

11.平带传动小带轮应作成微凸

12.带轮工作表面应光洁

13.半交叉平带传动不能反转

14.高速带轮表面应开槽

15.同步带传动的安装要求比普通平带高

16.同步带轮应该考虑安装挡圈

17.增大带齿顶部和轮齿顶部的圆角半径

18.同步带外径宜采用正偏差

19.链传动应紧边在上

20.两链轮上下布置时，小链轮应在上面

21.不能用一个链条带动一条水平线上多个链轮

22.注意挠性传动拉力变动对轴承负荷的影响

23.链条用少量的油润滑为好

24.链传动的中心距应该能调整

25.链条卡簧的方向要与链条运行方向适应

26.带与链传动应加罩

27.绳轮直径不得任意减小

28.应避免钢绳反复弯曲

29.设计者必须严格规定钢绳的报废标准

30.钢绳必须定期润滑

31.卷筒表面应该有绳槽
十八、齿轮传动结构设计

1.齿轮布置应考虑有利于轴和轴承受力

2.人字齿轮的两方向齿结合点（A）应先进入啮合

3.齿轮直径较小时应作成齿轮轴

4.齿轮根圆直径可以小于轴直径

5.小齿轮宽度要大于大齿轮宽度

6.齿轮块要考虑加工齿轮时刀具切出的距离

7.齿轮与轴的联接要减少装配时的加工

8.注意保证沿齿宽齿轮刚度一致

9.利用齿轮的不均匀变形补偿轴的变形

10.剖分式大齿轮应在无轮辐处分开

11.轮齿表面硬化层不应间断

12.锥齿轮轴必须双向固定

13.大小锥齿轮轴都应能作轴向调整

14.组合锥齿轮结构中螺栓要不受拉力
十九、蜗杆传动结构设计

1.蜗杆自锁不可靠

2.冷却用风扇宜装在蜗杆上

3.蜗杆减速器外面散热片的方向与冷却方法有关

4.蜗杆受发热影响比蜗轮严重

5.蜗杆位置与转速有关

6.蜗杆刚度不仅决定于工作时受力

7.蜗杆传动受力复杂影响精密机械精度

8.蜗杆传动的作用力影响转动灵活性
二十、减速器和变速器结构设计

1.传动装置应力求组成一个组件

2.一级传动的传动比不可太大或太小

3.传递大功率宜采用分流传动

4.尽量避免采用立式减速器

5.注意减速箱内外压力平衡

6.箱面不宜用垫片

7.立式箱体应防止剖分面漏油

8.箱中应有足够的油并及时更换

9.行星齿轮减速箱应有均载装置

10.变速箱移动齿轮要有空档位置

11.变速箱齿轮要圆齿

12.摩擦轮和摩擦无级变速器应避免几何滑动

13.主动摩擦轮用软材料

14.圆锥摩擦轮传动，压紧弹簧应装在小圆锥摩擦轮上

15.设计应设法增加传力途径，并把压紧力化作内力

16.无级变速器的机械特性应与工作机和原动机相匹配

17.带无级变速器的带轮工作锥面的母线不是直线
二十一、传动系统结构设计

1.避免铰链四杆机构的运动不确定现象

2.注意机构的死点

3.避免导轨受侧推力

4.限位开关应设置在连杆机构中行程较大的构件上

5.注意传动角不得过小

6.摆动从动件圆柱凸轮的摆杆不宜太短

7.正确安排偏置从动件盘形凸轮移动从动件的导轨位置

8.平面连杆机构的平衡

9.设计间歇运动机构应考虑运动系数

10.利用瞬停节分析锁紧装置的可靠性

11.选择齿轮传动类型，首先考虑用圆柱齿轮

12.机械要求反转时，一般可考虑电动机反转

13.必须考虑原动机的起动性能

14.起重机的起重机构中不得采用摩擦传动

15.对于要求慢速移动的机构，螺旋优于齿条

16.采用大传动比的标准减速箱代替散装的传动装置

17.用减速电动机代替原动机和传动装置

18.采用轴装式减速器
二十二、联轴器离合器结构设计

1.合理选择联轴器类型

2.联轴器的平衡

3.有滑动摩擦的联轴器要注意保持良好的润滑条件

4.高速旋转的联轴器不能有突出在外的突起物

5.使用有凸肩和凹槽对中的联轴器，要考虑轴的拆装

6.轴的两端传动件要求同步转动时，不宜使用有弹性元件的挠性联轴

7.中间轴无轴承支承时，两端不要采用十字滑块联轴器

8.单万向联轴器不能实现两轴间的同步转动

9.不要利用齿轮联轴器的外套做制动轮

10.注意齿轮联轴器的润滑

11.关于尼龙绳联轴器的注意事项

12.关于剪切销式安全离合器的注意事项

13.分离迅速的场合不要采用油润滑的摩擦盘式离合器

14.在高温工作的情况下不宜采用多盘式摩擦离合器

15.离合器操纵环应安装在与从动轴相联的半离合器