一:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

合理的設(shè)計(jì)應(yīng)該在保證產(chǎn)品必備功能的前提下，使制造成本最低。

(l)必須滿足客戶對(duì)產(chǎn)品功能和服務(wù)的要求。工程機(jī)械提供給客戶的不僅是產(chǎn)品的功能，還包括支持這些功能的售后服務(wù)。因此設(shè)計(jì)過(guò)程中既要針對(duì)產(chǎn)品的不同功能特點(diǎn)，又要使產(chǎn)品具有良好的維修方便性。

(2)符合國(guó)家的產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策和有關(guān)的法令、法規(guī)。

(3)堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化的”三化”原則。

(4)符合社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求。

(5)符合技術(shù)創(chuàng)新的規(guī)律，重視對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。

(6)從企業(yè)的實(shí)際工藝水平和生產(chǎn)能力出發(fā)，強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)與工藝、生產(chǎn)相結(jié)合。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不單單是圖樣設(shè)計(jì)，還包括工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)。生產(chǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：

①簡(jiǎn)化零件的功能或形狀;

②最大限度地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化;

③盡可能使設(shè)計(jì)圖紙中所規(guī)定的材料牌號(hào)、品種、規(guī)格與現(xiàn)有材料的使用情況一致;

④將毛坯工藝與加工工藝更有效地結(jié)合起來(lái)考慮;

⑤根據(jù)企業(yè)當(dāng)前正常生產(chǎn)所采用的加工工藝、操作規(guī)則及相關(guān)信息來(lái)判斷工藝設(shè)計(jì)的合理性;

⑥選擇成熟加工工藝能保障的尺寸公差和表面粗糙度;

⑦綜合分析與生產(chǎn)過(guò)程相關(guān)的信息，對(duì)主要零部件進(jìn)行必要的價(jià)值工程分析。

二:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技巧

2.1采用”三化”原則

(l)零件盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件或用標(biāo)準(zhǔn)件改制或外購(gòu)件。

(2)設(shè)計(jì)花鍵、螺紋時(shí)，應(yīng)使之便于采用標(biāo)準(zhǔn)刀具、量具進(jìn)行加工和檢測(cè)，特別應(yīng)優(yōu)先考慮企業(yè)現(xiàn)有的刀具、量具。

(3)大型結(jié)構(gòu)件、鑄鋼件的設(shè)計(jì)，盡量采用不必攻絲的緊固件，如用焊接螺母板代替螺孔。設(shè)計(jì)大型工件時(shí)，應(yīng)考慮利用已鎮(zhèn)成的孔作為基準(zhǔn)來(lái)焊接螺母板。

(4)盡量選用現(xiàn)有的成熟的零部件，或成熟的結(jié)構(gòu)和工藝方法，使產(chǎn)品系列化、通用化。用這種”搭積木”的方法，可以加快設(shè)計(jì)速度、縮短新產(chǎn)品樣機(jī)試制周期，盡早占領(lǐng)市場(chǎng)。

(5)建立企業(yè)自己的”標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)”，加快設(shè)計(jì)試制進(jìn)度。筆者所在的企業(yè)現(xiàn)已建立并逐步完善了”廠標(biāo)準(zhǔn)件”制度和”廠標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)”，將凡是在三個(gè)以上主要產(chǎn)品中使用的相同或相似的零件選定為廠標(biāo)準(zhǔn)件。

(6)盡可能選擇統(tǒng)一的錐度、一致的板厚尺寸和牌號(hào)統(tǒng)一的鑄鋼件材料。

2.2從形狀和結(jié)構(gòu)上改進(jìn)設(shè)計(jì)

(1)盡量減少零件。把幾個(gè)零件合并成一個(gè)零件，例如把焊接件改為沖壓件，以此減少零件的數(shù)里。

(2)將零件設(shè)計(jì)成對(duì)稱的結(jié)構(gòu)形式。

(3)把幾個(gè)產(chǎn)品申使用的形狀相似的零部件，設(shè)計(jì)成能夠通用的零部件。

(4)簡(jiǎn)化每個(gè)零件的形狀，改進(jìn)零件外形，減少?gòu)澢男螤?，有時(shí)還可以把壓形時(shí)難以保證尺寸精度的零件改為焊接件。

2.3改進(jìn)工藝方案

(l)避免沒有必要的切削加工，特別是沒必要的裝夾基準(zhǔn)面的切削加工。

焊接件準(zhǔn)備用自動(dòng)化程度較高的焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接時(shí)，應(yīng)考慮組成零件的焊前加工，保證焊接件各組成零件之間的相互位置尺寸，否則誤差太大，機(jī)器人將無(wú)法自動(dòng)跟蹤焊接。

(2)在保證零部件可靠、合理使用的前提下，降低尺寸公差、表面粗糙度、形位公差等加工精度等級(jí)要求。

(3)減少零件的彎曲形狀和復(fù)雜程度，降低廢品率和生產(chǎn)制造成本。

(4)型鋼在進(jìn)行長(zhǎng)度下料時(shí)，盡量把火焰切割改為型鋼剪切下料;一般板料的火焰切割改為用剪板機(jī)剪切下料;長(zhǎng)方形條狀工件從四邊剪切改為用條鋼，僅僅是長(zhǎng)度上的剪切下料。

2.4采用節(jié)省資源、減少污染的工藝技術(shù)

(l)鑄鋼件改為焊接件。

鑄造行業(yè)很難徹底地解決環(huán)境污染問(wèn)題，并且容易產(chǎn)生鑄造缺陷，而采用焊接技術(shù)和焊接件就可以比較容易地解決這些問(wèn)題。

(2)在保證零件強(qiáng)度，優(yōu)化板厚尺寸的前提下，盡量減輕零件重量。結(jié)構(gòu)焊接件的設(shè)計(jì)，一定要使筋板受力，避免焊縫受力。在結(jié)構(gòu)焊接件的構(gòu)成中使用厚板往往并不是強(qiáng)度的需要，而是剛度的需要，即焊接時(shí)厚板的變形小，或焊接件承載時(shí)變形小。一些單獨(dú)的厚板往往是可以用薄一些的板加上適當(dāng)?shù)慕畎鍋?lái)代替，這樣不僅減輕了總重，承載能力也會(huì)增加。

(3)選擇合理的焊縫長(zhǎng)度和焊角大小等參數(shù)。有相當(dāng)一部分設(shè)計(jì)人員常常將”強(qiáng)度焊縫”與”聯(lián)接焊縫”相互混淆，設(shè)計(jì)時(shí)往往出現(xiàn)要求焊接件中的焊縫一律焊透、焊角越大越好的傾向。其實(shí)選擇焊透還是不必焊透，是設(shè)計(jì)人員應(yīng)慎重考慮決定的。應(yīng)仔細(xì)研究焊接件的受力狀態(tài)，再?zèng)Q定所要采用的焊角尺寸和焊縫長(zhǎng)度。能用斷續(xù)焊縫的決不要求在全長(zhǎng)方向上滿焊，這樣一則可以節(jié)省焊接加工成本，二則也可減少焊接變形;能用角焊縫的，盡量不在零件上開坡口后再焊接，以減少一道開坡口的工序。

(4)采用少切削或無(wú)切削加工的工藝方法，以提高工件強(qiáng)度，降低制造成本。對(duì)于齒輪加工，汽車行業(yè)中早已大量采用整體滾鍛、精鍛成齒的方法來(lái)減少甚至取消齒形的加工量。工程機(jī)械的驅(qū)動(dòng)橋差速器齒輪現(xiàn)也已開始采用精鍛齒輪。精鍛使得金屬纖維沿齒形成形方向包絡(luò)，不象一般齒輪切削齒形時(shí)把金屬纖維切斷，精鍛齒輪大大提高了齒輪的承載強(qiáng)度，減少了切削量，甚至可以不必再進(jìn)行齒形加工，降低了制造成本。

(5)盡可能用焊接件代替一些自由鍛的鍛件。

(6)統(tǒng)一零件的熱處理技術(shù)要求和工藝規(guī)范，以便可以在同一爐中對(duì)不同零件同時(shí)進(jìn)行熱處理，提高電爐利用率;節(jié)約電力消耗。

(7)充分利用鍛件余熱，在鍛后繼續(xù)加熱，直接進(jìn)行鍛后正火等熱處理。

(8)根據(jù)零件的具體情況，制定合理的熱處理技術(shù)要求。

中碳鋼或合金中碳鋼零件采用調(diào)質(zhì)處理，可有效提高和充分發(fā)揮材料的機(jī)械強(qiáng)度等性能。但是對(duì)于軸徑比較粗大的軸類零件，調(diào)質(zhì)時(shí)淬火的有效層只有幾毫米，經(jīng)調(diào)質(zhì)、機(jī)械加工后所剩無(wú)幾，而心部狀態(tài)實(shí)際上并沒有得到很好的改善。所以根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，φ70以上的實(shí)心軸類零件，可以考慮采用正火十機(jī)械加工或正火十淬火十磨削外圓的工藝流程。因?yàn)檩S類零件往往采用高頻或中頻淬火，加熱只發(fā)生在外圓表層，心部織實(shí)際不可能被淬透。若用鹽浴爐加熱，心部可以被加熱，但材料的淬透性有限，調(diào)質(zhì)時(shí)的淬火實(shí)際在心部還是淬不透的。而正火可以有效改善零件的整體組織狀態(tài)，細(xì)化心部金相組織，這對(duì)有些零件來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠了。

(9)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮機(jī)器的整體布局，液壓油箱的容積以足夠用為原則，使液壓油用量為最少;管路走向簡(jiǎn)單緊湊，長(zhǎng)度盡可能最短。同理，在設(shè)計(jì)電器系統(tǒng)和制動(dòng)管路系統(tǒng)時(shí)，都應(yīng)使電纜或制動(dòng)管路走向合理，長(zhǎng)度為最短。

三:結(jié)論

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是個(gè)綜合信息處理的復(fù)雜過(guò)程，它最終的結(jié)果是把線條、符號(hào)、數(shù)字繪制成合理的設(shè)計(jì)圖樣，機(jī)械設(shè)計(jì)聯(lián)盟小編認(rèn)為設(shè)計(jì)人員應(yīng)從以下幾個(gè)方面綜合考慮;

(l)簡(jiǎn)化每個(gè)零件的形狀，使機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;

(2)合并零件的功能，減少零件的種類或數(shù)量;

(3)應(yīng)用新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料、新原理來(lái)簡(jiǎn)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品的可靠性;

(4)分解部件，研究其裝配、組裝的最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu);

(5)對(duì)相似零件進(jìn)行分組;

(6)對(duì)相似產(chǎn)品按標(biāo)準(zhǔn)數(shù)序列進(jìn)行產(chǎn)品系列化分析;

(7)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品零件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的關(guān)鍵在于自覺、主動(dòng)地學(xué)習(xí)與生產(chǎn)加工過(guò)程和加工工藝方面有關(guān)的知識(shí)，熟練掌握設(shè)計(jì)技巧。