一:結構設計原則

合理的設計應該在保證產品必備功能的前提下，使制造成本最低。

(l)必須滿足客戶對產品功能和服務的要求。工程機械提供給客戶的不僅是產品的功能，還包括支持這些功能的售后服務。因此設計過程中既要針對產品的不同功能特點，又要使產品具有良好的維修方便性。

(2)符合國家的產業發展政策和有關的法令、法規。

(3)堅持標準化、通用化、系列化的”三化”原則。

(4)符合社會對環境保護的要求。

(5)符合技術創新的規律，重視對知識產權的保護。

(6)從企業的實際工藝水平和生產能力出發，強調設計與工藝、生產相結合。

結構設計不單單是圖樣設計，還包括工藝設計和生產設計。生產設計應主要從以下幾個方面進行研究：

①簡化零件的功能或形狀;

②最大限度地實現產品的標準化、通用化、系列化;

③盡可能使設計圖紙中所規定的材料牌號、品種、規格與現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合起來考慮;

⑤根據企業當前正常生產所采用的加工工藝、操作規則及相關信息來判斷工藝設計的合理性;

⑥選擇成熟加工工藝能保障的尺寸公差和表面粗糙度;

⑦綜合分析與生產過程相關的信息，對主要零部件進行必要的價值工程分析。

二:結構設計技巧

2.1采用”三化”原則

(l)零件盡量選用標準件或用標準件改制或外購件。

(2)設計花鍵、螺紋時，應使之便于采用標準刀具、量具進行加工和檢測，特別應優先考慮企業現有的刀具、量具。

(3)大型結構件、鑄鋼件的設計，盡量采用不必攻絲的緊固件，如用焊接螺母板代替螺孔。設計大型工件時，應考慮利用已鎮成的孔作為基準來焊接螺母板。

(4)盡量選用現有的成熟的零部件，或成熟的結構和工藝方法，使產品系列化、通用化。用這種”搭積木”的方法，可以加快設計速度、縮短新產品樣機試制周期，盡早占領市場。

(5)建立企業自己的”標準件庫”，加快設計試制進度。筆者所在的企業現已建立并逐步完善了”廠標準件”制度和”廠標準件庫”，將凡是在三個以上主要產品中使用的相同或相似的零件選定為廠標準件。

(6)盡可能選擇統一的錐度、一致的板厚尺寸和牌號統一的鑄鋼件材料。

2.2從形狀和結構上改進設計

(1)盡量減少零件。把幾個零件合并成一個零件，例如把焊接件改為沖壓件，以此減少零件的數里。

(2)將零件設計成對稱的結構形式。

(3)把幾個產品申使用的形狀相似的零部件，設計成能夠通用的零部件。

(4)簡化每個零件的形狀，改進零件外形，減少彎曲的形狀，有時還可以把壓形時難以保證尺寸精度的零件改為焊接件。

2.3改進工藝方案

(l)避免沒有必要的切削加工，特別是沒必要的裝夾基準面的切削加工。

焊接件準備用自動化程度較高的焊接機器人進行焊接時，應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，機器人將無法自動跟蹤焊接。

(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要求。

(3)減少零件的彎曲形狀和復雜程度，降低廢品率和生產制造成本。

(4)型鋼在進行長度下料時，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剪切下料;長方形條狀工件從四邊剪切改為用條鋼，僅僅是長度上的剪切下料。

2.4采用節省資源、減少污染的工藝技術

(l)鑄鋼件改為焊接件。

鑄造行業很難徹底地解決環境污染問題，并且容易產生鑄造缺陷，而采用焊接技術和焊接件就可以比較容易地解決這些問題。

(2)在保證零件強度，優化板厚尺寸的前提下，盡量減輕零件重量。結構焊接件的設計，一定要使筋板受力，避免焊縫受力。在結構焊接件的構成中使用厚板往往并不是強度的需要，而是剛度的需要，即焊接時厚板的變形小，或焊接件承載時變形小。一些單獨的厚板往往是可以用薄一些的板加上適當的筋板來代替，這樣不僅減輕了總重，承載能力也會增加。

(3)選擇合理的焊縫長度和焊角大小等參數。有相當一部分設計人員常常將”強度焊縫”與”聯接焊縫”相互混淆，設計時往往出現要求焊接件中的焊縫一律焊透、焊角越大越好的傾向。其實選擇焊透還是不必焊透，是設計人員應慎重考慮決定的。應仔細研究焊接件的受力狀態，再決定所要采用的焊角尺寸和焊縫長度。能用斷續焊縫的決不要求在全長方向上滿焊，這樣一則可以節省焊接加工成本，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)采用少切削或無切削加工的工藝方法，以提高工件強度，降低制造成本。對于齒輪加工，汽車行業中早已大量采用整體滾鍛、精鍛成齒的方法來減少甚至取消齒形的加工量。工程機械的驅動橋差速器齒輪現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，不象一般齒輪切削齒形時把金屬纖維切斷，精鍛齒輪大大提高了齒輪的承載強度，減少了切削量，甚至可以不必再進行齒形加工，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)統一零件的熱處理技術要求和工藝規范，以便可以在同一爐中對不同零件同時進行熱處理，提高電爐利用率;節約電力消耗。

(7)充分利用鍛件余熱，在鍛后繼續加熱，直接進行鍛后正火等熱處理。

(8)根據零件的具體情況，制定合理的熱處理技術要求。

中碳鋼或合金中碳鋼零件采用調質處理，可有效提高和充分發揮材料的機械強度等性能。但是對于軸徑比較粗大的軸類零件，調質時淬火的有效層只有幾毫米，經調質、機械加工后所剩無幾，而心部狀態實際上并沒有得到很好的改善。所以根據筆者的經驗，φ70以上的實心軸類零件，可以考慮采用正火十機械加工或正火十淬火十磨削外圓的工藝流程。因為軸類零件往往采用高頻或中頻淬火，加熱只發生在外圓表層，心部織實際不可能被淬透。若用鹽浴爐加熱，心部可以被加熱，但材料的淬透性有限，調質時的淬火實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，細化心部金相組織，這對有些零件來說已經足夠了。

(9)液壓系統設計時，應充分考慮機器的整體布局，液壓油箱的容積以足夠用為原則，使液壓油用量為最少;管路走向簡單緊湊，長度盡可能最短。同理，在設計電器系統和制動管路系統時，都應使電纜或制動管路走向合理，長度為最短。

三:結論

結構設計是個綜合信息處理的復雜過程，它最終的結果是把線條、符號、數字繪制成合理的設計圖樣，機械設計聯盟小編認為設計人員應從以下幾個方面綜合考慮;

(l)簡化每個零件的形狀，使機器結構簡單;

(2)合并零件的功能，減少零件的種類或數量;

(3)應用新結構、新工藝、新材料、新原理來簡化產品結構，提高產品的可靠性;

(4)分解部件，研究其裝配、組裝的最簡單的結構;

(5)對相似零件進行分組;

(6)對相似產品按標準數序列進行產品系列化分析;

(7)實現產品零件的通用化和標準化。

產品設計人員提高設計質量的關鍵在于自覺、主動地學習與生產加工過程和加工工藝方面有關的知識，熟練掌握設計技巧。