零件结构设计的基本要求
摘要：本文介绍零件结构设计的基本要求，限于篇幅，主要介绍零件设计的功能使用要求和为了实现这些要求而采取的一些措施。
关键词：零件 结构 设计 要求 措施
正文：
一、 功能使用要求
设计机械或零件必须首先满足其功能和使用要求。机械的功能要求，如运动范围和形式要求、速度大小和载荷传递都是由具体的零件来实现的。除传动要求外，机械零件还需要有承载、固定、链接等功能；零件结构设计应满足强度、刚度、精度、耐磨性及防腐等使用要求。
1、 提高强度和刚度的结构设计
为了使机械零件能正常工作，在设计的整个过程中都要保证零件的强度和刚度能满足要求。对于重要的零件要进行强度和刚度计算。静强度的计算指危险截面拉压、剪切、弯曲和扭剪应力的计算；静刚度的计算指相对载荷或应力下的变形计算。两者均与零件的材料、受力和结构尺寸密切相关。
通过合理选择机械的总体方案使零件的受力合理，特别是通过正确的结构设计使它所受的应力和产生的变形较小可以提高零件的强度和刚度，满足其工作能力的要求。合理的计算有助于选择最佳方案，但同时也要考虑零件在加工、装拆过程中保证足够的强度和刚度要求。
（1） 通过结构设计提高静强度和刚度的措施
1） 改变受力
a) 改变受力情况，降低零件的最大应力
b) 载荷分担将一个零件所受的载荷分给几个零件承受，以减少每个零件的
受力。
c) 载荷均布：通过改变零件的形状，改善零件的受力；采用挠性均载元件；提高加工精度。
d) 其他的载荷抵消或转化措施，采取措施使外载荷全部或部分地相互抵消，有化外力为内力、用拉伸代替弯曲等。
2） 改变截面
a) 采用合理的断面形状，在零件材料和受力一定的条件下，只能通过结构设计，如增大截面积，增大抗弯、抗扭截面系数来提高其强度。
b) 用肋或隔板，采用加强肋或隔板科提高零件、特别是机架零件的刚度
3） 利用附加结构措施改变材料内应力状态，通过加强附加结构措施使受力零件产生弹性强化或塑性强化来提高强度。塑性强化又称过载强化，采用塑性强化的结构都是受不均匀应力的零件。其塑性变形产生在零件受最大应力的区域内，并与工作应力方向相反，因而具有降低最大应力、使应力分布均匀化的效果。
（2） 提高疲劳强度的结构设计
机械零件多在应变力的状态下工作，因此机械零件的疲劳强度要比静强度重要的多。零件结构设计特别要注意减少零件的应力集中，同时承受变应力零件应避免表面过于粗糙或有划痕。另外，为了提高高副接触疲劳强度，在零件结构设计方面应考虑如何增大接触处的综合曲率半径，以减少接触应力的大小。
2、 提高耐磨性的结构设计
合理设计机械零件的结构形状和尺寸，以减少相对运动表面之间的压力和相对运动速度；选择适当的材料和热处理；采用合适的润滑剂、添加剂及其供给方法；在污染、多尘的条件下工作时，加必要的密封或防护装置；提高加工及装配精度避免局部磨损等。
3、 提高精度的结构设计
（1） 提高精度的根本在于减少误差源或误差值，具体包括：
1) 减少或消除原理误差，避免采用原理近似的机构代替精确的机构；
2) 减少误差源，精良采用简单的机构；
3) 减少变形，包括载荷、残余应力、热应力等因素引起的零件变形。
（2） 采用误差补偿的方法来减少或消除误差：
1) 使机构中的零件的磨损量相互补偿；
2) 利用零件的线膨胀系数不同补偿温度误差或热应力；
3) 利用附加运动补偿误差，当精密传递系统的定位精度不能满足要求是，可在系统中另加一套校正装置，它将主传动的运动作微调，以提高主传动的运动精度；
4) 工艺补偿，指在结构中设计出一些补偿机构，在加工或装配时，通过修配、配作、分组选配、调整等方法来提高精度。其关键在于误差的测量。
5) 利用误差均化原理。
4、 考虑发热、噪音、腐蚀等问题的结构设计
（1） 第一类措施是减轻损害的根源；
（2） 第二类措施是隔离；
（3） 第三类措施是提高康损坏能力；
（4） 第十类措施是更换易损件；
二、 零件结构设计工艺性要求。
零件结构设计工艺性指在机械结构设计中要综合考虑制造、装配、维修和热处理等各种工艺、技术问题，使之体现于结构设计中。结构设计工艺性问题存在于零部件生产过程的各个阶段，要结合生产批量、制造条件和新的工艺技术的发展来进行设计，目标是在保证功能使用要求的前提下，采用较经济的工艺方法，保质、保量地制造出零件。
一般地，机械零件结构的工艺性要求包括：
1、 加工工艺性要求；
2、 装配工艺性要求；
3、 维修工艺性要求；
4、 热处理工艺性要求。
三、 其他要求
机械零件结构设计的其他要求还包括：运输要求、人机工程学要求、环保与经济性要求。运输要求指零件结构便于吊装和有利于普通交通工具运输。人机工程学要求指零件结构美观，符合宜人性要求，操作舒适安全。环保要求指减少对环境危害，零件可回收再利用。
经济性要去主要取决于选材和零件结构设计工艺性环节。设计时要合理选择零件材料，要考虑材料的力学性能是否适应零件的工作条件和加工工艺，合理地确定零件尺寸和满足工艺要求的结构，尽量简化结构形状，增加相同形状和元素的数量并注意减少零件的机械加工量，合理的规定制造精度等级和技术条件，尽可能采用标准件和通用件。
参考文献：
《现代机械设计手册》第一卷——秦大同 谢里阳主编
零件结构设计的基本要求
摘要：本文介绍零件结构设计的基本要求，限于篇幅，主要介绍零件设计的功能使用要求和为了实现这些要求而采取的一些措施。
关键词：零件 结构 设计 要求 措施
正文：
一、 功能使用要求
设计机械或零件必须首先满足其功能和使用要求。机械的功能要求，如运动范围和形式要求、速度大小和载荷传递都是由具体的零件来实现的。除传动要求外，机械零件还需要有承载、固定、链接等功能；零件结构设计应满足强度、刚度、精度、耐磨性及防腐等使用要求。
1、 提高强度和刚度的结构设计
为了使机械零件能正常工作，在设计的整个过程中都要保证零件的强度和刚度能满足要求。对于重要的零件要进行强度和刚度计算。静强度的计算指危险截面拉压、剪切、弯曲和扭剪应力的计算；静刚度的计算指相对载荷或应力下的变形计算。两者均与零件的材料、受力和结构尺寸密切相关。
通过合理选择机械的总体方案使零件的受力合理，特别是通过正确的结构设计使它所受的应力和产生的变形较小可以提高零件的强度和刚度，满足其工作能力的要求。合理的计算有助于选择最佳方案，但同时也要考虑零件在加工、装拆过程中保证足够的强度和刚度要求。
（1） 通过结构设计提高静强度和刚度的措施
1） 改变受力
a) 改变受力情况，降低零件的最大应力
b) 载荷分担将一个零件所受的载荷分给几个零件承受，以减少每个零件的
受力。
c) 载荷均布：通过改变零件的形状，改善零件的受力；采用挠性均载元件；提高加工精度。
d) 其他的载荷抵消或转化措施，采取措施使外载荷全部或部分地相互抵消，有化外力为内力、用拉伸代替弯曲等。
2） 改变截面
a) 采用合理的断面形状，在零件材料和受力一定的条件下，只能通过结构设计，如增大截面积，增大抗弯、抗扭截面系数来提高其强度。
b) 用肋或隔板，采用加强肋或隔板科提高零件、特别是机架零件的刚度
3） 利用附加结构措施改变材料内应力状态，通过加强附加结构措施使受力零件产生弹性强化或塑性强化来提高强度。塑性强化又称过载强化，采用塑性强化的结构都是受不均匀应力的零件。其塑性变形产生在零件受最大应力的区域内，并与工作应力方向相反，因而具有降低最大应力、使应力分布均匀化的效果。
（2） 提高疲劳强度的结构设计
机械零件多在应变力的状态下工作，因此机械零件的疲劳强度要比静强度重要的多。零件结构设计特别要注意减少零件的应力集中，同时承受变应力零件应避免表面过于粗糙或有划痕。另外，为了提高高副接触疲劳强度，在零件结构设计方面应考虑如何增大接触处的综合曲率半径，以减少接触应力的大小。
2、 提高耐磨性的结构设计
合理设计机械零件的结构形状和尺寸，以减少相对运动表面之间的压力和相对运动速度；选择适当的材料和热处理；采用合适的润滑剂、添加剂及其供给方法；在污染、多尘的条件下工作时，加必要的密封或防护装置；提高加工及装配精度避免局部磨损等。
3、 提高精度的结构设计
（1） 提高精度的根本在于减少误差源或误差值，具体包括：
1) 减少或消除原理误差，避免采用原理近似的机构代替精确的机构；
2) 减少误差源，精良采用简单的机构；
3) 减少变形，包括载荷、残余应力、热应力等因素引起的零件变形。
（2） 采用误差补偿的方法来减少或消除误差：
1) 使机构中的零件的磨损量相互补偿；
2) 利用零件的线膨胀系数不同补偿温度误差或热应力；
3) 利用附加运动补偿误差，当精密传递系统的定位精度不能满足要求是，可在系统中另加一套校正装置，它将主传动的运动作微调，以提高主传动的运动精度；
4) 工艺补偿，指在结构中设计出一些补偿机构，在加工或装配时，通过修配、配作、分组选配、调整等方法来提高精度。其关键在于误差的测量。
5) 利用误差均化原理。
4、 考虑发热、噪音、腐蚀等问题的结构设计
（1） 第一类措施是减轻损害的根源；
（2） 第二类措施是隔离；
（3） 第三类措施是提高康损坏能力；
（4） 第十类措施是更换易损件；
二、 零件结构设计工艺性要求。
零件结构设计工艺性指在机械结构设计中要综合考虑制造、装配、维修和热处理等各种工艺、技术问题，使之体现于结构设计中。结构设计工艺性问题存在于零部件生产过程的各个阶段，要结合生产批量、制造条件和新的工艺技术的发展来进行设计，目标是在保证功能使用要求的前提下，采用较经济的工艺方法，保质、保量地制造出零件。
一般地，机械零件结构的工艺性要求包括：
1、 加工工艺性要求；
2、 装配工艺性要求；
3、 维修工艺性要求；
4、 热处理工艺性要求。
三、 其他要求
机械零件结构设计的其他要求还包括：运输要求、人机工程学要求、环保与经济性要求。运输要求指零件结构便于吊装和有利于普通交通工具运输。人机工程学要求指零件结构美观，符合宜人性要求，操作舒适安全。环保要求指减少对环境危害，零件可回收再利用。
经济性要去主要取决于选材和零件结构设计工艺性环节。设计时要合理选择零件材料，要考虑材料的力学性能是否适应零件的工作条件和加工工艺，合理地确定零件尺寸和满足工艺要求的结构，尽量简化结构形状，增加相同形状和元素的数量并注意减少零件的机械加工量，合理的规定制造精度等级和技术条件，尽可能采用标准件和通用件。
参考文献：
《现代机械设计手册》第一卷——秦大同 谢里阳主编