产品设计的要素包括-机械设计中必须牢记的结构要素、基本要求和指南

机械结构设计的任务是根据设计任务总体设计理念确定的原理方案，绘制具体的结构图，以实现设计所需的功能。 设计过程是将抽象的工作原理具体化为某种类型的构件或零件，包括确定结构件的材料、形状、尺寸、公差、热处理方法和表面处理，还必须考虑其加工工艺、强度、刚度、精度以及与其他零件的关系等问题。 因此，结构设计的直接产品虽然是技术图纸，但工作并不是简单的机械制图。 图纸只是表达设计方案的工程语言。 结构设计的基本内容是运用机构设计的各种技术将设计理念具体化。

1 机械结构件的结构要素及设计方法

1.1 结构件的几何元素

机械结构的功能主要是通过机械零件的几何形状和各零件之间的相对位置关系来实现的。 零件的几何形状由其表面组成。 一个零件通常有多个表面，其中一些表面与其他零件的表面直接接触。 这部分表面称为功能表面。 功能面之间的接合部分称为接合面。

零件的功能面是决定机械功能的重要因素，功能面的设计是零件结构设计的核心。 描述功能表面的主要几何参数包括表面几何形状、尺寸、表面数量、位置、顺序等。通过功能表面的不同设计，可以得到实现同一技术功能的多种结构方案。

1.2 结构件之间的关联

在机器或机构中，没有任何部件是孤立存在的。 因此，在结构设计中除了研究零件本身的功能和相关特征外，还必须研究零件之间的关系。

部件之间的关系可分为直接关系和间接关系。 具有直接装配关系的两个零件变得直接相关。 那些不具有直接装配关系的部件将成为间接相关部件。 间接相关又可分为位置相关和运动相关。 位置相关性是指两个零件的相互位置有要求。 例如，减速机中相邻两传动轴的中心距必须保证一定的精度，两轴线必须平行，才能保证齿轮的正常啮合。 运动相关性是指一个部分的运动轨迹与另一部分相关。 例如，车床刀架的运动轨迹必须与主轴中心线平行。 这是通过床身导轨与主轴轴线的平行度来保证的。 导轨是位置相关的，刀架和主轴是运动相关的。

大多数部件都有两个或多个直接相关的部件，因此每个部件大多有两个或多个在结构上与其他部件相关的部件。 进行结构设计时，必须同时考虑两个零件直接相关部分的结构，从而合理选择材料的热处理方法、形状、尺寸、精度和表面。 同时，还必须考虑间接相关条件，例如尺寸链和精度计算。 一般来说，一个零件的直接相关部分越多，其结构就越复杂； 一个零件的间接相关部分越多，其精度要求就越高。

1.3 结构设计中结构件材料

零件设计中可以选择的材料有很多。 不同的材料具有不同的性能，不同的材料对应不同的加工工艺。 在设计时产品设计的要素包括，需要根据功能要求合理选择合适的材料，并根据材料的类型确定合适的加工方式。 技术，并根据加工工艺的要求确定合适的结构，只有通过合适的结构设计才能使所选材料充分发挥其优势。

为了正确选择零件的材料，设计者必须充分了解相关材料的机械性能、加工性能和使用成本。 在结构设计中，应根据所选材料的特点和相应的加工工艺，遵循不同的设计原则。

2 机械结构设计的基本要求

机械产品应用于各行各业，结构设计的具体内容和要求也有很大差异，但结构设计的基本要求是共同的。 下面通过机械结构设计的三个不同层次来说明结构设计的要求。

2.1 功能设计

满足主要机械功能要求，技术上具体。 如工作原理的实现、工作的可靠性、工艺、材料和装配等。

2.2 质量设计

考虑各种要求和限制，提高产品质量和性价比，是现代工程设计的特点。 具体来说，可操作性、美观性、安全性、成本、环保等因素。 在现代设计中，品质设计非常重要卡通人物，往往决定了产品的竞争力。 只注重满足主要技术功能需求的设计思想已经成为过去。 综合考虑各种要求，在满足主要功能的前提下对其他要求做出适当的平衡和权衡，提高产品质量，是现代机械设计的核心。 。

2.3 优化设计与创新设计

利用结构设计变量等方法系统构建最优设计空间，利用创造性设计思维方法等科学方法进行优化创新。

3 机械结构基本设计准则

机械设计的最终结果是将确定的结构形式用图纸表达出来，并根据设计的图纸进行加工和装配，制造出最终产品。 因此，机械结构的设计应满足产品的各种要求，基本要求包括功能性、可靠性、工艺性、经济性、外观等要求。 此外，还应提高零件的受力，提高强度、刚性、精度和寿命。 因此，机械结构设计是一项综合性的技术工作。 由于结构设计不合理或错误，可能会造成零部件的不应有的失效，使机器无法满足设计精度的要求，给装配和维修带来极大的不便。 在机械结构设计过程中应考虑以下结构设计标准。

3.1 实现预期功能的设计准则

产品设计的主要目的是实现预定的功能要求，因此实现预期功能的设计准则是结构设计首先考虑的。 为了满足功能需求，必须完成以下工作。

(1)定义功能：结构设计是根据其在机器中的功能以及与其他零件的连接关系，确定参数尺寸和结构形状。 零部件的主要功能是承受载荷、传递运动和动力，保证或维持相关零件或部件之间的相对位置或运动轨迹。 设计的结构应能满足机器整体的功能要求。

(2)功能分配：在设计产品时，通常需要根据具体情况合理分配任务，即将一个功能分解为多个子功能。 各子功能必须有明确的结构承担，结构各部分之间应有合理、协调的联系，以实现整体功能的实现。 多结构零件承担相同的功能，可以减轻零件的负担，延长使用寿命。 V 形带部分等结构是合理分配任务的示例。 纤维绳用于承受拉力； 橡胶填充层承受带弯曲时的拉力和压力； 布覆盖层与滑轮槽相互作用，产生传动所需的摩擦力。 例如，如果仅依靠螺栓预紧产生的摩擦力来承受横向载荷，则螺栓尺寸过大，可增加销、套、键等剪切元件来分担横向载荷。加载来解决这个问题。

(3)功能集中：为了简化机械产品的结构、降低加工成本、便于安装，在某些情况下，一个零件或部件可以承担多种功能。 功能集中会使零件形状更加复杂，因此要适中，否则会增加加工难度，增加加工成本。 设计时应根据具体情况确定。

3.2 满足强度要求的设计标准

(1)等强度准则：零件截面尺寸的变化应适应其内应力的变化，使各截面强度相等。 结构按等强度原则设计，可充分利用材料，从而减轻重量和成本。 如悬臂支架、阶梯轴的设计等。

(2)合理的力流结构：为了直观地表达力在机械部件中如何传递的状态，将力视为部件中的水的流动，​​这些力线合并成力流。 表示该力的流动在结构设计考虑中起着重要作用。 力的流动在部件中不会被中断，任何力线都不会突然消失，它必须从一个地方进来，从另一个地方出去。 力流的另一个特点是它倾向于沿着最短路线传递，使得最短路线附近力流密集，形成高应力区。 其他部位的力流稀疏，甚至没有力流通过。 从受力来看，材料还没有得到充分利用。 因此，为了提高部件的刚度，零件的形状应尽可能按照力流的最短路径进行设计，并减少承载面积，这样累积变形就会更小，整个部件的刚度将得到提高，材料将得到充分利用。

(3)减少应力集中结构：当力流方向急转时，转折处力流过于密集，会造成应力集中。 设计时应采取措施，使力流转向平稳。 应力集中是影响零件疲劳强度的重要因素。 结构设计时应尽可能避免或减少应力集中，如增加过多的圆角、采用卸荷结构等。

(4)负载平衡结构：机器工作时，常常会产生一些无用的力，如惯性力、斜齿轮轴向力等，这些力不仅增加了轴和轴套的负载，而且降低了它们的精度和精度。寿命，同时也降低了机器的传动效率。 所谓荷载平衡是指采用结构措施来平衡部分或全部无用力，以减少或消除其不利影响。 这些结构措施主要采用平衡元件、对称布置等。

3.3满足结构刚度设计标准

为了保证零件在使用寿命内能够正常实现其功能，必须具有足够的刚性。

3.4 考虑加工技术的设计标准

机械零件结构设计的主要目的是保证功能的实现，使产品满足所需的性能。 然而结构设计的合理性直接影响零件的生产成本和质量。 因此，在结构设计时，应争取零件机构良好的加工工艺。 所谓加工工艺性好，是指零件的结构易于加工制造。 任何加工方法都有其局限性，要么生产成本高，要么影响质量。 因此，设计人员了解各种加工方法的特点，以便在设计结构时扬长避短十分重要。 在实际生产中，零件的结构可制造性受到多种因素的制约，如生产批量的大小会影响毛坯的生产方法； 生产设备的条件可能会限制工件的尺寸； 此外，形状、精度、热处理、成本等都可能对部件结构的可制造性产生限制作用。 因此，结构设计时应充分考虑上述因素对工艺性的影响。

3.5 考虑装配的设计标准

装配是产品制造过程中的重要工序，零件的结构直接影响装配的质量和成本。 装配结构设计指南简述如下：

(1)装配单元的合理划分：整机应分解为若干个可单独装配的单元(零件或部件)，实现并行化、专业化装配作业，缩短装配周期，便于分步进行。步骤技术检查和维护。

(2)零件正确安装：保证零件准确定位，避免双重配合，防止装配错误。

(3)使零件易于装拆：结构设计时应有足够的装配空间，如扳手空间； 避免配合过长，以免增加装配难度和划伤配合面产品设计的要素包括，如一些阶梯轴的设计； 为了便于零件的拆卸，应给出拆卸工具的位置，例如轴承的拆卸。

3.6 考虑维护维修的设计标准

(1)产品的配置应根据故障率、维修难易程度、尺寸和质量、安装特点等进行安排。 所有需要维修的部件应具有良好的可达性； 较高且需要经常维护的部件和紧急开关应提供最佳的可达性。

(2)产品的拆装，特别是易损件、经常拆装的零件和附加设备应容易，拆装时零件进出的路线最好是直线或平缓的曲线。

(3)产品检验点、测试点和其他系统维护点应布置在易于到达的位置。

(4)需要维修、拆卸的产品周围必须有足够的操作空间。

(5)一般维修时内部操作应可见，通道既应容纳维修人员的手或手臂，又应留有适当的间隙以便观察。

3.7 考虑建模设计的指南

产品的设计不仅要满足使用要求，还要考虑产品造型的审美价值，使其对人们具有吸引力。 简而言之ip形象，它既易于使用又美观。 从心理学的角度来看，人们60%的决定取决于第一印象。 技术产品的社会属性是商品。 在买方市场时代，设计出能够吸引顾客的外观产品是重要的设计要求； 同时，外观漂亮的产品可以减少操作者因精神疲劳而误操作。

外观设计包括形状、色彩和表面处理三个方面。

在考虑造型时，应注意尺寸比例的协调，造型的简洁统一，以及色彩、图案的支撑和点缀。

单色仅用于小部件。 大型的，特别是运动的部件如果只用一种颜色会显得单调没有层次，而一个小的附加色块会让整个色调活跃起来。 在多种颜色共存的情况下，应该有一个占主导地位的背景色，与该背景色相对应的颜色称为对比色。 但在一个产品中，不同色调的数量不宜过多，过多的颜色会给人一种华而不实的感觉。

舒适的颜色大致位于浅黄色、绿黄色到棕色的区域。 这种趋势越来越暖，黄色和绿色常常显得不舒服； 强烈的灰色调显得压抑。 对于凉爽的环境，请使用黄色、橙色和红色等暖色。 对于炎热的环境，请使用浅蓝色等冷色。 所有颜色都应该褪色。 另外，一定的色彩配置可以让产品显得安全、稳定。 形状变化较小、面积较大的平面宜配置浅色，有运动和活动轮廓的构件宜配置深色； 深色的应放在机器的下部，浅色的应放在机器的上部。

3.8 考虑成本的设计标准

设计应简化产品和维护操作：

(1)设计时需要对产品功能进行分析和权衡，合并相同或相似的功能，剔除不必要的功能，以简化产品和维护操作。

(2)设计时，在满足规定功能要求的前提下，结构应简单，尽可能减少产品层次和组成单元数量，简化零件形状。

(3)产品应尽可能设计简单可靠的调节机构，以消除因磨损或漂移而引起的常见故障。 对于易发生局部磨损的贵重零件，应设计为可调节或可拆卸的组件，以利于局部更换或维修。 避免或减少相互涉及的重复调整。

(4)合理布置各部件的位置，减少连接件和固定件的数量，使检查和更换零件简单方便，修理任何零件时尽量不拆卸、移动或少拆。 减少其他部件的移动，减少对维护人员技术水平的要求和工作量。

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