1、提高设计禁忌 500 例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，再设计的整个过程中都应保证零件的强度和刚度能满足要求，如合理合理选择机械的总体方案使零件的受力合理，正确设计各零件的结构和形状使其所受的应力出产生的变形较小，并且必须考虑零件在加工、装拆、使用中有足够的强度和刚度。 避免受力点与支持点距离太远 避免悬臂结构或减小悬臂长度 勿忽略工作载荷可产生的有利作用 有些压力容器的盖，可以利用容器中介质的压力帮助压紧，以减小联接件的受力 受震动载荷的零件避免用摩擦传力 摩擦传力的结构在振动载荷下容易松脱，宜采用靠零件形状传力的结构 避免机构中的不平衡力 在设计机构方案时，应考虑各
2、有关零件受力相互平衡 避免只考虑单一的传力途径 对大功率传动，利用分流可以减小体积，如普通轮系改为行星轮系，靠多个行星轮传动，可以减小体积 不应忽略在工作时零件变形对于受力分布的影响 避免细杆受弯曲应力 受冲击载荷零件避免刚度过大 受变应力零件避免表面过于粗糙或有划痕 受变应力零件一般容易由表面产生裂纹，逐渐扩展，表面粗糙或划痕可以导致裂纹的产生和扩展，因此，必须受变应力零件的表面光滑 受变应力零件表面应避免有残余拉应力 表面的残余拉应力使零件的疲劳强度降低。宜采用表面淬火、喷丸等强化方法使零件表面产生残余压应力，以提高其疲劳强度 受变载荷零件应避免或减少应力集中 尖锐缺口、尺寸突变、凹槽、螺
3、纹等结构因素，对变应力条件下工作的零件强度有很大影响，应尽量避免，或改善其形状以减小应力集中 避免影响强度的局部结构相距太近 如圆管外壁上有螺纹退刀槽、内壁有镗孔退刀槽，如二者距离太近，对管道强度影响较大，宜分散安排 避免预变形与工作负载产生的变形方向相同 采用与工作负载产生变形方向相反的预变形，可以提高机械零件的承载能力 钢丝绳的滑轮与套筒直径不能太小 钢丝绳绕过滑轮或卷筒时，由于钢绳弯曲产生较大的完全应力，所以在设计中要保持滑轮或卷筒直径D 与钢丝直径 d 的比值不得小于设计规范的规定值。 避免钢丝绳弯曲太多，特别注意避免反复弯曲 钢丝绳经过滑轮愈多，则其弯曲次数愈多，寿命愈低。尤其是由不
4、同方向的弯曲，更使其寿命显著降低 可以不传力的中间零件应尽量避免受力 尽量避免安装时轴线不对中产生的附加力 尽量减少作用在地基上的力 地基一般由混凝土制成，承载能力较低，尽可能不要把加力机构的力作用在地基上。滑动轴承的结构设计滑动轴承的支承部分是面接触，在支承面与轴之间要形成和保持适当的油膜。滚动轴承轴系结构设计滚动轴承的摩擦形式和磨损特性不同于滑动轴承，所以在使用上要对此加以考虑。另外，滚动轴承的结构类型和尺寸是标准的，因此，在设计时除正确选择轴承类型和确定型号尺寸外，还需合理设计轴承的组合结构，要考虑轴承的配置和装卸、轴承的定位和固定、轴承和相关零件的配合、轴承的润滑与密封和提高轴承系统的
5、刚性等。正确合理的支承结构设计对轴系受力、运转精度、提高轴承寿命及可靠性，保证轴系性能等都将起着重要的作用。 考虑轴承拆卸的设计 滚动轴承的安装和拆卸都要注意不使力作用于滚动体和内外圈滚道面之间，从轴颈上拆卸轴承时施力于内圈，从轴承座中取出轴承时则施力在外圈上，这是拆卸轴承的基本原则；因此，轴承的定位轴肩和孔肩应有一个适当的尺寸，它的高度既要提供足够的支承面积，又要不妨碍轴承的拆卸，一般情况下不宜超过座圈厚度的 2/33/4，如不得不超过上述界限时，应在结构设计上采取措施，使得轴承能够拆卸，如应开设供拆卸用的缺口、槽孔或螺孔等，有些特殊的结构不保证拆卸要求，则零件与轴承同时更换。 轴承内圈圆角
6、半径和轴肩圆角半径 为了使轴承端面可靠地紧贴定位表面，轴肩的圆角半径必须小于轴承的圆角半径，如果由于减小轴肩的圆角半径，使轴的应力集中增大而影响到轴的强度，则可以采取措施，使轴的圆角半径不过小 一对角接触轴承的组合 同样的轴承做不同排列，轴承组合的刚性将不同。一对角接触轴承可以有正安装（X 型）和反安装（ O型）两种排列方案。一对角接触轴承并列组合为一个支点时，反安装方案两轴承反力在轴上的作用点距离较大，支承有较高的刚性和对轴的弯曲力矩具有较高的抵抗能力。正安装方案两轴承反力在轴上的作用点距离较小，支承的刚性较小。如果估计到发生轴的弯曲或轴承的不对中，就应选用刚性较小的正安装方案；一对角接触轴
7、承分别处于两支点时，应根据具体受力情况分析其刚性。当受力零件在悬伸端时，反安装方案刚性好，当受力零件在两轴承之间时，正安装方案刚性好。 角接触轴承同向串联组合 一对角接触轴承同向串联组合为一个支点时，用于需要承受一个方向的极高轴向载荷，特别是由于速度和空间的限制，不允许使用较大的轴承或较简单的安排时。对于异常高的轴向载荷也可使用三个以上同向串联的组合。当一个方向的轴向组合很大而另一个方向也存在一定的轴向载荷时，那就应该使用两个同向串联和另外一个单独的轴承组成反安装形式，成为“串联反安装。如果两个方向的轴向载荷都很大，那么可以使用两对同向串联轴承组成反安装的形式 角接触轴承不应与非调整间隙轴承成
8、对组合 成对使用的角接触轴承的应用是为了通过调整轴承内部的轴向和径向间隙，以获得最好的支承刚性和旋转精度，如果角接触球轴承或圆锥滚子轴承与向心球轴承等非调整间隙轴承成对使用，则在调整轴向间隙时会迫使球轴承也形成角接触状态，使球轴承增大较大附加轴向载荷而降低轴承寿命 轴承载荷要有利于载荷均匀分布 同一支承处使用可调整和不可调整间隙的两种不同类型的轴承是不合适的，因为圆锥滚子轴承在装配时必须调整以得到最适宜的间隙，而向心轴承的间隙是不可调整的，因此有可能由于径向间隙大而没有受到径向载荷的作用。合理的结构是将同一类型的两个圆锥滚子轴承组合为一个支承，而向心轴承安置在另一个支承上；若同一支承处需要使用
9、两种类型轴承时，对角接触轴承了成对使用并自行相互调整间隙，其内圈或外圈可用轴径或轴承座孔间留有间隙，则轴向载荷和径向载荷分别由两种类型轴承承担；如果径向力较大而轴向力不大时，可用圆柱滚子轴承承受径向力，用向心球轴承承受不大的轴向力，但其外圈与基座孔间应留有间隙，以保证只承受纯轴向力而不承受径向力 保证由于温度变化时轴的膨胀和收缩的需要 对于工作温度的变化而引起轴的热膨胀或冷收缩，将使两端都固定的支承结构产生较大的附加轴向力而使轴承提前损坏，应避免发生这种情况；普通工作温度下的短轴（跨距400mm）采用两端固定方式时，为允许轴工作时有少量热膨胀，轴承安装应留有约 0.250.4mm 的间隙，间隙
10、量常用垫片或调整螺钉调节；当轴较长或工作温度较高时，轴的伸缩量大，宜采用一端固定、一端游动的方式，由游动端保证轴伸缩时能自由游动；采用外圈或内圈无挡边的圆柱滚子轴承，依靠内圈相对于做小的轴向移动也能达到轴向游动的目的。角接触轴承不能不适合做游动轴承，因为它们需要进行间隙调整，它只能成对组合用作固定轴承；在长度很大的多支点轴上，一般应把中段上的某一个轴承用作固定轴承，以限定轴的位置，而其余的轴承都应当是游动的 考虑内外圈的温度变化和热膨胀时圆锥滚子轴承的组合 对圆锥滚子轴承在选择正安装和反安装方案时，要考虑内外圈的温度变化和热膨胀的影响，为此应根据外圈滚道延长线与轴承轴线的交点即外滚道锥尖 R
11、的位置来决定；一般轴的温度高于机座孔的温度，轴的轴向和径向膨胀大于机座孔，这样在正安装（X 型）结构中就减小了预先调整好的间隙； 要求轴向定位精度高的轴宜使用可调轴向间隙的轴承 轴向定位精度要求高的主轴，宜使用可调整的角接触轴承或推力轴承来固定轴的轴向定位，固定轴承应装置在靠近主轴前端，另一端为游动端，热胀后，轴向后伸长，对轴向提高耐磨性的结构设计磨损是常见的机械零件报废原因。由于耐磨性设计不合理而导致零件甚至整个机械不能正常工作，或达不到应有的使用寿命，是设计者必须注意避免的。避免机械零件发生严重磨损的措施主要有：合理设计机械零件的结构形状和尺寸，以减小相对运动表面之间的压力和相对运动速度；
12、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。必要时利用流体动压润滑、流体静压润滑或利用磁浮支撑，可以满足摩擦、磨损极小而寿命很长的要求。 避免相同材料配成滑动摩擦副 当相互摩擦表面由同一材料制成时，其抗磨性很差，容易磨损机械加工件结构设计大部分机械零件都需要经过机械加工才能装在机械上使用，机械加工常是装配前的最后工序，因此，机械加工的质量和成本对机械零件以至整个机器的质量和成本有极大的影响。此外，机械加工工艺复杂，所用的机床、刀具、夹具、量具形式很多，它们的性能、特点、加工精度、生产率各不相
13、同。有些热处理（如淬火、人工时效等）要穿插在加工过程中进行。因此，设计机械零件时，必须仔细考虑机械加工工艺问题。机械加工件结构设计必须由功能要求出发，确定工艺的尺寸、形状、精度、表面粗糙度、硬度、强度等。再明确所需的数量和预期的成本要求等条件，以决定加工装配应采用的方法和设备。 注意减小毛坯尺寸 可节省大量钢材 加工面与不加工面不应平齐 在一大平面上，如有一小部分要加工，则该面应突出在不加工表面之上，以减小加工工作量 减小加工面的长度 两表面配合时，配合面应精确加工，为减小加工量应减小配合面长度。如配合面很长，为保证配合件稳定可靠，可将中间孔加大，中间部分不必精密加工。加工方便，配合效果好 不
14、同加工精度表面要分开 两表面粗糙度不同时，两表面之间必须有明确的分界线。这样，不但加工方便，而且形状美观。 将形状复杂的零件改为组合件以便于加工 避免不必要的精度要求 在不降低机械性能的前提下，应尽量减少要求的精度项目和各项精度要求的数值 刀具容易进入或退出加工面 刀具进入或退出加工面时，都要求有一定的运动空间，设计时应保留足够的空隙 避免加工封闭式空间 避免刀具不能接近工件 机械加工所用的刀具、机床都有一定的结构和尺寸。加工部位周围如果有长的壁和上下有凸台，都可能妨碍刀具的运动，甚至无法加工。为此应设置必要的工艺孔，槽，或改变结构形状 不能采用与刀具形状不适合的零件结构形状 如倒圆角等 要考
15、虑到铸造误差的影响 铸造零件的误差是比较大的，在设计铸件加工面时必须考虑。如轴承端盖与箱体上的凸台相配，但箱体上凸台的位置难以做到十分准确。如端盖凸缘与凸台直径设计成正好相等，则往往会出现端盖凸出到凸台以为的情况，因此，铸造的凸台应该大一些。 避免多个零件组合加工 要考虑互换性的问题。只有在特殊情况下选用组合零件加工才是有利的，如减速器的剖分式箱体，镶嵌式蜗轮等 复杂加工表面要设计在外表面而不要设计在内表面上 轴类零件比孔的加工容易。因此，当两个轴、孔形状的零件配在一起，他们中间有一些比较复杂的结构时，把这些结构设计在轴上，往往比设计在孔的内表面更好 避免复杂形状零件倒角 形状复杂的零件倒角加
16、工困难，如椭圆形等复杂形状，难以用机械加工的方法倒角，用手工方法倒角，很难保证加工质量 必须避免非圆形零件的止口配合 在箱形零件表面上有一凸缘与之相配。为使配上之盖定位准确，除用螺钉固定外，设计有止口配合，此配合孔宜用圆形，不宜用矩形、正方形、椭圆形等其他形状 避免不必要的补充加工 有些零件的形状变化并不影响其使用性能，在设计时应采用最容易加工的形状。 避免无法夹持的零件结构 机械零件在加工时（如车削时）必须夹持在机床上，因此机械零件上必须有便于夹持的部位。另外，夹持零件必须有足够大的夹持力，以保证在切削力作用下，零件不会晃动。因此零件应有足够的刚度，以免产生夹持变形 避免加工中的冲击和振动
17、避免在斜面上钻孔 在斜面上钻孔不但位置不准，而且容易损伤刀具，应尽量避免，可用改变孔的位置或改变零件表面形状，使零件表面与孔中心线垂直来解决 通孔的底部不要产生局部未钻通 局部未钻通时，钻孔时产生不平衡力，易损坏钻头。应尽量避免 减少加工同一零件所用刀具数 加工一个零件所用刀具应少，以提高效率 避免加工中的多次固定 在加工机械零件的不同表面时，应避免多次装夹。希望能在一次固定中加工尽可能多的零件表面。这样，不但可以节约加工时间，而且可以加工精度 注意使零件有一次加工多个零件的可能性 定位套提高精度的结构设计为了提高机械的精度必须保证每个零件具有一定的加工和装配精度。此外，零件应有一定的刚度，保
18、证在工作载荷下能满足精度要求，零件还应有较高的耐磨性以保持精度，此外设计时还应考虑机械使用一段时间，精度降低以后能经过调整、修理及更换部分元器件能提高、甚至恢复原有的精度。首先要注意的是按照使用要求合理确定对机械的整体精度要求。其次要分析各零部件误差对总体精度的不同影响，由精度的角度选择合理的机械方案和结构。在结构设计中，整体的结构方案和零件的细部结构都可能对精度造成一定的影响，设计时必须对影响精度的各种因素进行全面的分析，按总体要求对各零部件提出精度要求，特别要注意对精度影响最大的一些关键零件。要确定对零部件的尺寸及形状的精度要求、允许误差，此外，应考虑在工作载荷、重力、惯性力和加力、装配等
19、产生的各种力影响下如何保证精度、以及发热、振动等因素的影响。 尽量不采用不符合阿贝（Abbe）原则的结构方案 阿贝原则是读数线尺位于被测尺寸的延长线上。 避免磨损量产生误差的互相叠加 避免加工误差与磨损量的相互叠加 如机床导轨使用后由于磨损使导轨下凹，加工时导轨应上凸，以得到较长的时间能保持精度在主要范围内，从而延长了机床的寿命 导轨的驱动力作用点，应作用在两导轨摩擦力的压力中心上，使两条导轨摩擦力产生的力矩互相平衡 l1FA=l2FB 要求运动精度的减速传动链中，最后一级传动比应该取最大值 设三级传动的传动比为 i1、i 2、i 3，运动误差为 1、 2、 3（i 1=z2/z1、i 2=z
20、4/z3、i 3=z6/z5） ，最后输出的传动系统总误差 323i当 i3 值为最大值时传动系统总误差最小（一般最后一级用蜗杆传动） 。此时其它各级传动误差影响很小。还可以看出，各级传动比越来越大则传动系统总误差会越小。 测量用螺旋的螺母扣数宜太少 因为螺母各扣与螺旋接触情况不同，对螺旋的螺距误差引起的运动误差有均匀化作用。测量螺杆得到的螺杆累计误差，大于螺杆与螺母装配后螺杆运动的累计误差，就是螺母产生的均匀化作用。当螺母扣数较少时，均匀化效果差。 必须严格限制螺旋轴承的轴向窜动 螺旋轴承的轴向窜动直接影响螺旋的轴向窜动，从而使螺旋机构产生运动误差。对螺旋轴承应有较高的要求。对于受力较小的螺
21、旋，可以用一个钢球支持在螺旋中心，轴向窜动极小。 避免轴承精度的不合理搭配 对悬臂轴轴端有跳动精度要求时，接近悬臂端的前轴承精度应高于后轴承焊接零件毛坯的结构焊接技术几乎完全取代了铆接，而且还能部分地代替铸造、锻造和冲压等方法制造机器零件的毛坯。焊接结构造型灵活，有美观的直线和棱角等外形，能充分发挥材料的性能，而且焊接结构是以小拼大，不需要制模，造型（翻砂）和浇注等，所以机械制造业中较多的采用焊接方法制造零件毛坯，尤其当零件尺寸较大，形状较简单，机加工面积较小，且为单件小批量生产时，采用焊接结构会更加合理和更经济。焊接件多由钢板或型钢焊接而成，对于形状复杂的可以采用铸（钢）焊结构。由于钢的强度
22、和弹性模量都高于铸铁，所以焊接件可以提高承载能力、减轻质量。但焊接钢件对振动的阻尼性能不如铸铁（吸振） 。 合理设计外形 焊接件应尽量采用直线轮廓，以提高焊接工艺性，并使造型美观。其结构最好能用各种标准的型钢或钢板拼焊而成，其种类和尺寸型号应较量少。只有当必要时，才用铸焊结构 减少边角料 用钢板焊接零件时，尽量使所用板料形状规范，以减少下料时产生边角废料 采用套料剪裁 端面转折处不应布置焊缝 一般情况下不应在端面转折处布置焊缝，如确实需要，则焊缝不能在转折处不应中断，否则容易产生裂纹。 焊件不能不顾自己的特点，简单模仿铸件 截面形状应有利于减少变形和应力集中 焊接件设计应具有对称性。焊缝布置与
23、焊接顺序也应对称，这样就可以利用各条焊缝冷却时的力和变形的互相平衡，以得到焊件整体的较小变形。 正确选择焊缝位置 选择好焊缝位置可以减小变形量。 不要让焊接影响区相距太近 为使热影响区减小，各条焊缝应互相错开。以免影响区相距太近，使变形太大，强度降低 注意焊缝受力 避免焊缝承受剪力或集中载荷，避免在应力最大的部位布置焊缝。如焊接法兰避免焊缝受剪力，不要在剪支梁受弯曲应力最大的位置布置焊缝 焊缝的加强肋布置要合理 合理布置加强肋可以提高焊接件强度和刚度，反之不但不起作用，甚至引起更大的焊接变形。受力集中处的焊缝应增设加强肋以改善焊缝的受力状况。 减小焊缝的受力 焊缝应安排在受力较小的部位。如轮毂
24、与轮圈之间的焊缝应尽量安排在距回转中心远一些的部位。套管与板的连接，应将套管插入板孔，进行角焊，这种结构可以减小焊缝受力。 减小热变形 刚性接头，焊接时产生的热应力较大，零件的热变形也较大。改用弹性较大的结构，如在环上开一个槽以增加零件的柔性，则成为弹性接头，可以减小热应力，或使热变形显著减小 加工应避开加工表面 加工表面如果距焊缝太近，则焊缝的热影响区或热变形会对加工面有影响。采用焊接后加工，也是一种避免焊接变形影响的方法 考虑气体扩散 焊接密闭容器时，应考虑焊接时容器中的气体是否能释放出来。有些地方应预先设计放气孔 可以用冲压件代替加工件 采用板料弯曲件以减少焊缝 用钢板焊接的零件，如改用先将钢板弯曲成一定形状再进行焊接，不但可以减少焊缝，而且可使焊缝对称和外形美观
