强度和刚度是结构设计的基本问题，通过正确的结构设计可以减小单位载荷所引起的材料应力和变形量，提高结构的承载能力。
强度和刚度都与结构受力有关，在外载荷不变的情况下降低结构受力是提高强度和刚度的有效措施。
1.载荷分担
载荷引起结构受力，如果多种载荷作用在同一结构上就可能引起局部应力过大。结构设计中应将载荷由多个结构分别承担，这样有利于降低危险结构处的应力，从而提高结构的承载能力，这种方法称为载荷分担。
图4-19所示为一位于轴外伸端的带轮与轴的连接结构。方案a所示结构在将带轮的转矩传递给轴的同时也将压轴力传给轴，它将在支点处引起很大的弯矩，并且弯矩所引起的应力为交变应力，弯矩和转矩同时作用会在轴上引起较大应力。方案b所示的结构中增加了一个支承套，带轮通过端盖将转矩传给轴，通过轴承将压轴力传给支承套，支承套的直径较大，而且所承受的弯曲应力是静应力，通过这种结构使弯矩和转矩分别由不同零件承担，提高了结构整体的承载能力。
图4-19 带轮与轴的连接
图4-20a所示为蜗杆轴系结构，蜗杆传动产生的轴向力较大，使得轴承在承受径向载荷的同时承受较大的轴向载荷，在图4-20b所示结构中增加了专门承受双向轴向载荷的双向推力球轴承，使得各轴承分别发挥各自承载能力的优势。
2.载荷平衡
在机械传动中，有些做功的力必须使其沿传动链传递，有些不做功的力应尽可能使其传递路线变短，如果使其在同一零件内与其他同类载荷构成平衡力系则其他零件不受这些载荷的影响，有利于提高结构的承载能力。
图4-21a所示的行星齿轮结构中齿轮啮合使中心轮和系杆受力。图4-21b所示结构中在对称位置布置三个行星轮，使行星轮产生的力在中心轮和系杆上合成为力偶，减小了有害力的传播范围，有利于相关结构的设计。
图4-20 蜗杆轴系结构
图4-21 行星轮系结构
3.减小应力集中(www.xing528.com)
应力集中是影响承受交变应力的结构承载能力的重要因素，结构设计应设法缓解应力集中。在零件的截面形状发生变化处力流会发生变化（见图4-22），局部力流密度的增加引起应力集中。零件截面形状的变化越突然，应力集中就越严重，结构设计时应尽力避免使结构受力较大处的零件形状突然变化以减小应力集中对强度的影响。零件受力变形时不同位置的变形阻力（刚度）不相同也会引起应力集中，设计中通过降低应力集中处附近的局部刚度可以有效地降低应力集中。例如图4-23a所示过盈配合连接结构在轮毂端部应力集中严重，图b～d所示结构通过降低轴或轮毂相应部位的局部刚度使应力集中得到有效缓解。
图4-22 力流变化引起应力集中
由于结构定位等功能的需要，在绝大部分结构中不可避免地会出现结构尺寸及形状的变化，这些变化都会引起应力集中，如果多种变化出现在同一结构截面处将引起严重的应力集中，所以结构设计中应尽量避免这种情况。
图4-24所示的轴结构中台阶和键槽端部都会引起轴在弯矩作用下的应力集中，图4-24a所示的结构将两个应力集中源设计到同一截面处，加剧了局部的应力集中，图4-24b所示的结构使键槽不加工到轴段根部，避免了应力集中源的集中。
图4-23 减小应力集中的过盈连接结构
4.减小接触应力
高副接触零件的接触强度和接触刚度都与接触点的综合曲率半径有关，设法增大接触点的综合曲率半径是提高这类零件工作能力的重要措施。
渐开线齿轮齿面上不同位置处的曲率半径不同，采用正变位使齿面的工作位置向曲率半径较大的方向移动，对提高齿轮的接触强度和弯曲强度都非常有利。
图4-24 避免应力集中源的集中
图4-25a所示结构两个凸球面接触传力，综合曲率半径较小，接触应力大：图4-25b所示为凸球面与平面接触，图4-25c所示为凸球面与凹球面接触，综合曲率半径依次增大，有利于改善球面支承的强度和刚度。
图4-25 改善球面支撑强度和刚度的结构设计
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