结构设计的重要性及在轴设计中的应用

邹丽杰

摘 要：该文主要概述了机械结构设计的重要性、基本要求和设计实例，并对如何进行机械结构设计提出了相应的观点和建议，最后阐明真正的设计者往往要通过很长时间的磨练才能成功，只有不断地学习总结，才能不断的提高进步，设计出更加科学、合理、完美的机械，才能赢得用户的满意。

关键词：结构设计 重要性 轴的结构设计 思考

中图分类号：TH133.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（a）-0073-01

机械结构设计是机械设计的重要组成部分，各种分析计算试验的目的，都是为了把结构设计和制造得更好，工作的最终结果都要落实在结构设计方面。但是许多人往往花费大量的时间和精力，把机械设计的重点放在分析和计算方面，对结构设计相对缺乏关注。其中一个原因是因为现有的理论计算系统完整，容易理解和应用，而结构设计由于影响因素较多，涉及的方面复杂，不能够完整总结结构设计的规律；另外还由于设计者的结构设计经验不足，在设计时往往草率匆忙。这些情况直接影响了机械的整体质量，因此，有必要把结构设计重视起来。

该文主要讨论机械结构设计的重要性、设计实例和提高设计水平的思考。

1 结构设计的重要性

机械的结构设计是将机械的构型、设思以及机械系统的运动方案简图综合起来，再具体转化为具有合理结构的零部件的过程。

在机械设计中，结构设计与理论计算一样占有极其重要的地位。这是由于一台机械上的所有零件尺寸，只有一小部分是由理论计算决定的，而设计者往往需要根据整机的功能、强度、刚度以及加工性、安装、调试、维修等方面的要求，进行综合分析考虑，然后做出判断，进而确定机械结构中大量的形状、尺寸以及零件间的相对位置关系。所以说结构设计涉及了许多领域，结构设计具有复杂性综合性。

结构设计的重要性如下：

（1）结构是机械方案设计的具体体现。机械方案设计的结果都是以一定的结构形式表现出来，根据结构设计最终来完成零部件的加工、装配，满足机械产品的功能要求。

（2）结构设计是进行科学计算的基础。这是因为在机械设计中，计算是针对特定的机械结构进行的。

（3）影响机械结构设计的因素有很多，比如有材料的选择、尺寸和形状的确定、加工工艺和装配工艺的确定等等，结构设计的合理与否将直接决定机械的成本高低。

由上所述可知，合理进行机械的结构设计是显著提高产品质量的重要手段，结构设计是非常重要的。下面以轴的结构设计为例，来说明机械结构设计的应用。

2 轴的结构设计

轴的结构设计的任务，就是对轴进行合理设计，确定全部结构外形及其尺寸。影响轴结构的相关因素有很多，如在机器中轴的安装位置和要求，轴上零件的装配方案，轴上作用力和分布情况；轴上零件的相互位置及其固定方式；轴承的类型及其安装固定方式，轴的加工制造及装配工艺等要求。设计前有些因素是知道的，有些因素则是在设计过程中逐步确定的。轴的结构设计比较复杂，具有较大的灵活性和多样性，往往根据具体的工作情况而变化，对轴的结构来说，没有标准的设计形式。

但是在进行轴的结构设计时，不论遇到何种情况，都要满足下面几点设计要求：轴和轴上零件有确定的工作位置；轴上的零件便于安装拆卸和调整；轴的结构设计还要使轴具有良好的加工工艺性。

轴的结构设计过程：

（1）拟定轴上零件的装配方案。轴结构设计的前提要先拟定轴上零件的装配方案，来决定轴的形式。也就是要预先确定出主要零件在轴上的装配顺序、装配方向以及各零件之间的相互关系。要先设计出几个方案，进行分析对比，最后选择最佳的方案。

（2）轴上零件的定位。轴上零件的轴向定位主要采用套筒、轴肩、圆螺母、轴承端盖、轴端挡圈等来确定。轴上零件的周向定位常用的有键连接、销连接、花键连接、过盈配合、紧定螺钉等。

（3）轴的各段直径和长度的确定。在确定了轴上零件的装拆方案和定位以后，轴的形状就基本确定了。一般按轴所承受的扭矩估算出直径，并作为轴的最小直径，然后再根据前面轴上零件的装配和定位，逐步计算出各段轴的直径和长度。对于有配合要求的轴段，要按照设计手册采用标准直径；各轴段的长度的确定，主要根据轴上零件的宽度等；同时还要考虑零件的装配调整空间等。

（4）设计时还要考虑减少应力集中，满足制造安装的一些要求等等。

3 提高机械结构设计水平的思考

设计者在进行机械结构设计时，往往有很多困惑，尤其是初学者，除了按照常规的方法进行结构设计外，怎样才能设计出精美的机器零件，提高结构设计水平呢？下面和大家分享一下笔者的思考

（1）注重细节，总结教训。机械设计能够成功，设计者除了有扎实的基本功，还要有设计经验和阅历，更要认真地分析使用者的要求，研究和细化机械使用的全过程和可能出现的问题，并根据设计的案例进行归纳，吸取教训总结经验，这样才能设计出合理的机器。

（2）考虑制造安装，简化维修环节。机械结构的设计贯穿于设计、制造以及使用和维修的整个过程，任何疏忽都会酿成大错。一个好的设计是离不开制造的，对加工制造过程了解的越多，越有利于提高结构设计的水平。另外好的设计也要注重设备的维修性，更换部件时不要拆除全部机器，尽量将维修过程简化。

（3）不断学习，取长补短。设计者在结构设计时，要多参考一些成功的设计案例，多看一些设计的书籍和资料，逐步完善设计理念，采百家之长，这样设计时自然信手拈来。设计者只有通过不断地加强学习，才能够提高结构设计的质量。

4 结语

结构设计在机械设计方面具有举足轻重的作用。对于一个机械设计来说，整个机械的质量、寿命、成本等，与机器的结构设计密切相关。设计师在机械结构设计中，除了必要的设计能力，还需要严谨的科学态度，只有不断地学习总结，不断地积累经验，才能不断地进步。本篇文章仅是对有关机械结构设计的一些粗浅的认识，旨在提醒机械设计者在进行机械设计的过程中，重视对结构设计的把握，进而设计出更加科学、合理、完美的机械。

参考文献

[1] 吴宗泽.机械结构设计[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2] 吴宗泽.机械结构设计准则与实例[M].北京：机械工业出版社，2006.

[3] 王少岩.机械设计基础实训指导[M].大连：大连理工大学出版社，2006.endprint