结构设计工作步骤优化

结构设计是一个从抽象到具体、从粗略到详细的过程。这一过程可分为初步结构设计、详细结构设计和完善与检查三个阶段，详见图6-3。

图6-3 结构设计步骤

1.初步结构设计

初步结构设计的核心是在明确设计约束条件前提下，进行主功能载体的初步设计。

（1）明确设计要求和约束条件 设计要求是指设计任务书对结构的要求，包括以下三个方面：

1）与确定尺寸相关的要求。包括功率、转矩、传动比、生产率、空间限制（如最大外形尺寸、轴距等）、连接尺寸、操作条件（如工作高度）等。

2）与确定结构配置相关的要求。包括物料流动方向、运动方向、位置等。

3）与确定材料相关的要求。包括使用寿命（耐磨寿命、疲劳寿命……）和工作环境（耐腐蚀、耐高温……）规定的工件材料和辅料等。

约束条件是指限定设计边界的条件（如空间、环境等），也需加以明确。

（2）主功能载体的初步设计 主功能载体即能够满足主功能要求的构件，其初步设计工作包括以下五项：

1）确定主功能和主功能载体。一般可把功能结构中对实现能量和物料转变有决定性意义的功能定为主功能。而把完成此种功能的元件定为主功能载体。例如，电动机中的转子和定子、减速器中的齿轮和轴、液力变矩器中的涡轮和泵轮等都属于主功能载体。

2）确定某种主功能由哪些主功能载体来实现。在一个技术系统中，可能有若干种主功能。而每种主功能又可能由若干个主功能载体来共同完成。例如汽车发动机的输出转矩的传递功能可能由曲轴飞轮部件和离合器部件来共同完成。

3）初定主要工作面的形状和尺寸。结构设计一般都是从主功能载体的主要工作面的设计开始搭骨架的。因此，这便是确定结构的核心。一般方法是根据初步估算或凭经验初定其主要尺寸和空间位置。例如，初定驱动轴的最小直径、初定齿轮的分度圆直径等。然后，再根据主运动的类型和方向来定型。

4）按比例绘制主要结构草图。在草图中，除了表示主功能载体的基本形状和主要尺寸外，还要表示不同工况下体现运动构件的极限位置和连接尺寸等。(www.xing528.com)

5）设计结果的评价与选择。

2.详细结构设计

详细结构设计的内容包括以下五项。

（1）辅助功能载体的初步设计 辅助功能是指支撑、密封、连接、放松、润滑、冷却等项功能。首先明确为保证主功能载体的正常工作尚需哪些辅助功能。例如设计减速器时，在首先确定了主功能载体轴的直径和外形结构之后，还需要进一步考虑轴的固定、润滑、密封和维护保养等项辅助功能。在考虑辅助功能设计时，除有特殊要求的辅助功能需重新设计外，一般应尽量选用典型结构。如采用标准件、通用件或从设计目录和标准手册中查寻。

（2）详细设计主、辅助功能载体结构 主功能载体的详细设计应遵循本章下述的结构设计基本原理和基本原则，同时依据相关标准、规范以及经过精确计算和模拟试验的结果，进一步完成主功能载体的细部设计。同时还要考虑辅助功能载体的影响。如为满足辅助功能要求而增加主功能载体的某些工作面，确定两种结构的零部件的尺寸和位置。此外，还应十分注重结构工艺性问题，考虑加工与成本，如为便于制造而将主功能载体分成若干个零件的组合等。

（3）对设计进一步修改、完善 主要是检查和分析产品可能出现的故障和薄弱环节，并进行有针对性的补充与修改。此外，如包括在结构方案中补充辅助功能载体细部结构，以及补充标准件和外购件等。

（4）结构草图的审核 审核应从设计约束条件出发，进行各种检查性提问。例如：在实现产品功能方面有无遗漏？空间位置是否容许？是否存在运动干涉？材料选用是否恰当？能否加工？能否装配？维修与保养方便否？……。在审核中，如发现问题或失误，则必须反馈到前面的相应设计步骤，进行修改与完善。

（5）进行技术经济评价，确定结构草图方案 即从几种可能的设计方案中，通过技术经济评价，最终优选确定最佳结构草图方案。

3.结构设计的完善与检查

结构设计的完善与检查是指在初定结构方案草图的基础上，尚需进一步完成下列工作。

（1）设计改进与完善 主要是对于结构方案评价中发现的关键技术问题以及某些薄弱环节，有针对性地改进与完善。

（2）干扰与差错分析 例如进行机构的误差分析和振动分析，以仔细检查由于功能结构不完善、或功能原理在理论与实际上的差异、或构件制造误差等项原因而产生的干扰对于功能的影响程度。

（3）零部件结构工艺性的进一步改善与提高 即全面地分析审核与改进提高结构中各种主要零部件的加工工艺性能。

（4）补充进行是否达到预期目标成本的专项经济分析等。