似细节的问题，才能充分理解结构设计的多样性问题，才能充分发挥设
计师的创造能力。
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1.3 结构设计的要求
结构设计过程要统筹兼顾多种技术、经济和社会的要求，即结构设 计有很多实际限制。例如发动机，它不仅要满足将化学能转化为机械能 这一功能要求，而且还要满足下列诸多要求!较少的制造使用费用、高 的效率、较低的噪声、较低的有害物质排放、长的使用寿命、高的可靠 性、小的体积、低的自重、便于制造、便于安装、便于检查、便于维护 和修理、便于废品回收、便于资源再利用等。
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1.2 结构设计的特点
如图1-2所示，采用径向锥销和半圆键加紧定螺钉的固定轴上零件 的方法，在实际应用中都要求配作，在装配时，进行这些加工效率是比 较低的，而采用轴用弹簧卡圈作轴向固定则要好些。
如图1-3所示的考虑节料的冲压件结构。可以将零件设计成能相互 嵌入的形状，这样既不降低零件的性能，又可以节省很多材料。
第1章 结构设计导论
1.1 结构设计概述 1.2 结构设计的特点 1.3 结构设计的要求 1.4 结构设计的基本原则和步骤
1.1 结构设计概述
结构设计是产品设计中技术设计阶段的一个重要环节，它是在总体 设计的基础上，根据选定的原理方案，确定满足功能要求的零部件材料 、热处理万式、零部件结构尺寸等。
如图1-9所示即为改变零件结构本身的形态所得到的不同的滚动导 轨结构方案。
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1.2 结构设计的特点
4.创造性特点
市场竞争日益激烈，需求向个性化发展，人们对产品质量的提高永 无止境，因此，创新设计在现代产品设计中的作用越来越重要，并将是 未来技术产品开发的竞争焦点。
结构创新设计就是要构造出大量可供优选的可能性方法，即构造出 大的优化求解空间，为优化设计提供依据，这是结构设计中最具创造性 的地方。
如图1-8所示，螺纹孔孔边如果不倒尾，则螺纹容易被碰坏，碰坏 后易产生装拆困难，但如果将钉孔口倒角可以避免。
3.多样性特点
通过改变零件结构本身的形态——形状、位置、数目、尺寸，零件 的材料，零件间的连接方式、运动方式等，可以得到许多不同的机械结 构方案。
满足同样功能的结构的多样性，得到一个尽可能大的结构设计方案 解空间，是进行结构创新设计中的一个不可缺少的环节，是进行结构创 新设计和优化设计的重要前提。
如图1-4(a) 所示的零件采用整体锻造，加工余量大。修改设计后 采用铸锻焊复合结构，将整体分为两部分[见图1-4(b)]，下半部分为锻 成的腔体，上半部分为铸钢制成的头部，将两者焊接成一个整体，可使 毛坯重量减轻一半，机加工量也减少了40%。
2.细节性特点 结构设计是一种细节性设计。与原理方案设计相比，结构设计是通 过许多细节设计来兼顾产品的各种要求，细节的总和就是质量，现代技 术产品的竞争焦点不是其工作原理，而是产品的技术指标。
如图1-6所示，如零件两部分交接处有直角转弯，则会在该处产生 较大的应力集中。设计时可将直角转弯改为斜面和圆弧过渡，这样可以 减少应力集中，防止热裂。
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1.2 结构设计的特点
如图1-7所示的凸缘，用的是先加工成整圆，切去两边再加工两端 圆弧的方法。在零件的形状变化并不影响其使用性能的条件下，在设计 时应采用最容易加工的形状。
结构设计是涉及问题最多、最具体、工作量最大的工作阶段，是一 种蕴藏着巨大优化和创新潜力的工作。它要求设计师必须掌握多门基础 理论知识，更要求设计师必须具备丰富的工程知识和实践经验。
现代产品结构设计不但要满足机械设备的基本功能要求，还要兼顾 其他技术、经济和社会要求，并且应系统地设计出尽可能多的可能方案 ，然后从中优选。
结构设计包括4个方面的内容。 功能设计——满足并在技术上具体实现产品的主要功能要求。 质量设计——兼顾其他要求和限制，提高产品的质量和性能价格比 。这已成为现代工程设计的特征。
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1.1 结构设计概述
优化设计和创新设计——用结构设计变元等创新设计方法系统地构 造尽可能大的结构方案解空间，并用创造性设计思维方法和其他科学方 法进行优选和创新设计的特点
细节不是无关大局的小节。它的差别能导致整个产品的技术、经济 性能的显著差异。结构细节决定了产品质量的高低。实际中，绝大多数 机械故障和质量问题，不是因为工作原理，而是错误的或不合理的结构 细节所致。结构上的细节缺陷可能导致整个零件难以甚至无法制造和实 现其功能。
创新设计是一种创造性的思维活动，运用创造性的思维方法能显著 地提高产品设计师的创造设计能力。在对过去的经验和知识的分解和综 合基础之上，充分发挥设计师的创造性能力，将会设计出性能更完善的 产品。
基于上面对结构设计特点的分析可知，实践性特点是结构设计最基
本的特点。设计师只有积累了一定的实践经验，才能从容地处理一些貌
CAD技术的应用——计算机辅助设计技术应用于产品结构设计的计 算、制图，以及制备技术文件等工作，并为设计师提供丰富的设计信息 ，提高设计师的空间思维能力和创新能力。
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1.2 结构设计的特点
结构设计包括下面4个特点。 1.实践性特点 实践性是结构设计创新的源泉与归宿。有问题要解决，人们才会千 万百计地想办法，以满足自己解决问题的需要，以获得一个满意的设计 结果。反过来，通过实践获得实践经验又帮助设计师优化他们的设计。 长期以来，机械结构设计依靠的就是机械设计师的实践经验。只有通过 实践，创新的思想才能转化为现实;只有通过不断实践，人的创新意识 和能力才能得到培养。 下面几个例子就是来源于实践的设计。如果没有实践经验，就很难 发现这些问题。 如图1-1所示，在设计销钉定位结构时，必须考虑到销钉应易于从 销钉孔中拔出，因此就有了把销钉孔做成通孔的结构、带螺纹尾的销钉 (有内螺纹和外螺纹)的结构等。对于盲孔，为避免孔中封入空气引起装 拆困难，还应该有通气孔。
细节并不简单，细节的改进也不是唾手可得的，需要设计者掌握相 应的专业知识和实践知识。改进设计是一个需要亲自体验的渐进过程， 理解别人的设计和自己亲自设计其难易程度是有天壤之别的。
如图1-5所示，为减小零件的加工量、提高配合精度，应尽量减小 配合长度。如果必须要有很长的配合面，则可将孔的中间部分加大，这 样中间部分就不必精密加工，加工方便，配合的效果较好。