机械结构设计常见错误分析

摘要：在机械工程设计中，机械结构设计是一项比较重要的性能，其直接关系着机械产品的刚度、精度以及使用性能。但是，在机械结构设计中，由于设计者完全按照理论技术要求进行分析，并未考虑到机械零件实际的加工、联接、材料性能等相关的因素，导致机械结构设计中出现错误。本文将简要概述机械结构件设计的基本要素，进而进一步分析在机械机构设计过程中容易出现的错误。

关键词：机械结构；结构设计；错误；分析

中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：

机械结构设计并非是一项简单的设计性工作，其中不仅需要对零件的性能、加工工艺进行分析，也需要进行相关的强度计算以及刚度、精度控制，可以说，机械结构设计能够有效地保证机械产品质量性能。正是因为机械结构设计工作的复杂性，在进行设计过程中需要依据相关的设计准则，并且需要考虑到机械结构件的结构要素，才能够保证机械结构设计图纸的正确性，但是设计人员的疏忽问题或者由于有些机械结构在实际制造或者应用过程中，会与理论的技术要求产生一定的冲突，进而导致机械结构设计中出现一些错误。

机械结构设计中的基本要素

机械结构件的几何要素

机械结构的主要功能的实现是由机械产品的几何形状以及各个机械零件之间的位置关系构成的。机械零部件的几何形状是由机械零部件的表面数量决定的。与其他零件直接基础的机械零件表面为菜单面，其中包括联接表面，即设计时需要考虑到零件与零件之间的联接工艺。菜单面的设计直接决定着两个零部件之间的联接性能，同时也能够控制联接工艺的方式。影响菜单面的几何设计参数主要包括几何形状、尺寸规格、表面数量、位置等等。通过对菜单面的个性化设计，能够得到同一技术功能的不同种结构设计方案，能够实现对机械结构设计的优化。

结构件之间的联接工艺

机械结构件之间的联接工艺分为多种形式，其中包括焊接工艺、铆接工艺、螺栓联接工艺、胶联接工艺等等，这些联接工艺主要是用于直接相关零件，直接相关设计中主要考虑两个机械零部件之间的配合关系。在进行结构设计过程中，也需要考虑到结构件之间间接相关。间接相关指的是位置干涉和运动干涉两种。位置干涉是指两个零件在配合过程中需要遵照一定的位置要求，如减速器中两相邻的传动轴，其中心距需要满足相应的尺寸精度，两轴线需要保持水平且呈平衡关系，进而促使传动齿轮能够正常啮合。运动干涉指的是两个零件之间运动轨迹的干涉，如车床刀架在工作过程中，其运动轨迹需与主轴中心线平行，这种运动干涉是由床身导轨与主轴轴线间的位置干涉决定的。

3）结构件材料以及热处理不同的设计要点

在进行机械结构设计时，应充分考虑到结构件材料以及表面热处理方式的影响。且需要遵照不同的设计要求。如钢材受拉应力与压力的力学特性类似，故钢梁结构为对称结构。但是铸铁材料的抗拉强度则偏软，故承受弯矩的铸铁结构截面为非对称形状以减弱拉应力。在为了增加钢结构的强度以及刚度，可以优化其几何形状且增大截面尺寸，但是为了保证加工工艺的简便性，铸造结构不能过于复杂。且为保证铸造质量壁厚不宜过厚。铸造结构可以通过设置加强筋和加强隔板的方式增大结构的刚度和强度。对于塑料材质的零件，由于其刚度性能差，塑料结构的筋板与壁厚相近且均匀对称以保证铸造时冷却的质量。

对于需要进行热处理加工的零件来讲，在进行结构设计过程中需要考虑到以下几项设计原则：（1）零件的几何形状力求简单且均匀对称；（2）碎玉不等截面的零件，其大小截面间应呈过渡变化，保证相邻部分均匀平缓，进而降低零件内部的内应力；（3）槽、孔以及键连接部位应该设置倒角结构。（4）避免厚薄悬殊的截面，厚薄悬殊的截面在淬火冷却时易变形，开裂的倾向较大

机械结构设计中常见问题分析

螺栓联接中未留有相应的安装空间

图（a)图（b)

在进行机械结构设计过程中，也应该考虑到操作简便性，如图所示图（a)中的设计结构，由于留有螺栓安装空间偏小，在装拆过程中影响螺栓的装入或取出，进而不利于装配人员的操作且影响螺栓联接的实现。

螺杆结构受弯矩时，受力载荷位于螺纹上

为了保证螺纹连接的质量性能，当螺纹连接主体受到弯矩力时，应改善设计结构，进而保证机械结构设计的可靠性。如图所示，当螺纹受力过大时，必然会破坏螺纹质量进而影响装配性能，而改换为圆柱面接触，则能够有效的改变这一状况。

采用螺纹压紧盖压紧密封填料

对于承受很高工作压力的往复式泵的活塞杆或阀杆, 可采用多层填料密封。这些填料的压紧, 不宜采用法兰外表面与箱壁用螺纹配合的结构, 一方面法兰与填料的摩擦会使填料损坏, 另一方面也加大了扭紧所需的力矩。宜采用一个法兰, 用若干个螺钉拧紧压缩填料的结构, 可以保证填料合理压紧。

总结

综上，在进行机械结构设计过程中不仅需要进行相应的强度计算，也应该对其几何结构以及联接方式进行优化，还需要考虑到机械零件的加工工艺以及表面处理工艺，在机械结构设计过程中，如果不综合各项因素对于结构设计质量的干涉，就会导致机械结构设计中出现相应的错误。

参考文献：

[1]袁梦.机械结构设计准则[J].今日科苑,2008,(2):55.