机械设计禁忌800例
机械设计禁忌800例第二版
吴宗泽王忠祥卢颂峰主编
机械工业出版社
第1章机器总体结构设计
机械设计一般包括以下三个主要阶段:
1. 产品规划分析市场需求，提出产品设计要求，制定设计任务书。

2. 概念设计确定工作原理，确定执行动作和机构运动方案，确定
机器总体方案。

3. 构型设计绘制总装图、部件图、零件图和编制技术文件。

设计应注意的问题说明普通电机不宜用于重载荷启动普通的异步电动机的堵转转矩不能
满足重载荷系荷的启动转矩要求。

可
采用绕线型转子电动机，启动时转子
回路串入电阻。

易燃易爆场所不可采用直流电直流电动机在工作时，换向器和电刷动机之间常会产生火花，容易引起燃烧或
爆炸。

应采用防爆电动机
室外工作的大型机械等，其高度可达数十室外工作的大型机械设计要注米，甚至百米以上。

必须考虑风力，日光
照射，雨、雪、雾、冰、霜等的影响，并意环境的影响有防雷措施
设计应注意的问题说明
风力等级表室外工作的大型机械设计要注风0 1 2 3 4
级意环境的影响名无风轻风轻风微风和风
称
风0-0.2 0.3-1.5 1.6-3.3 3.4-5.4 5.5-7.9
速
m/s
物烟直烟示风感觉有旌旗展吹起
象上向风开尘土
风级 5 6 7 8
名称劲风强风疾风大风
风速8-10.7 10.8-13.8 13.9-17.1 17.2-20.7
m/s
物象小树摇电线有不行困折毁树
摆声难枝
风级 9 10 11 12
名称烈风狂风暴风飓风
风速20.8-24.4 24.5-28.4 28.5-32.6 〉32.7
m/s
物象小损房拔起树损毁普摧毁巨
屋木遍大
注:表中风速(m/s)指离平地面上离地10m
处的风速。

第2章提高强度和刚度的结构设计
为了使机械零件能够正常工作，在设计时必须考虑到在使用过程中具有足够的强度和刚度，而且必须保证其整个寿命周期中，包括加工、装配、使用、修理等各
阶段不会产生过大的变形和损坏。

如使用时需要承受工作载荷、重力、惯性力，在加工过程中所受的夹持工件的力和切削力，装卸时需要一定的装入或压出力等，在这些情况下都不得超过机械零件的承载能力，任一方面考虑不周，都可能使设计失败。

因此要合理选择机械的结构使其受力合理，正确设计其尺寸和形状，使其应力和变形在允许范围之内。

可以归纳为减小载荷和提高承载能
力两个方面。

对于重要的零件要进行强度和刚度计算，正确选择材料和热处理，控制材料和热处理的质量，必要时应进行载荷和零件承载能力的试验和测定，对于要求较高的加工工艺(如焊接、粘接)，还要进行工艺试验，恰当确定安全系数，规定变形要求，通过计算可以更准确地选择最佳结构设计方案。

设计应注意的问题说明不要忽略工作载荷可以产生的有力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，以减小连
接件的受力
受冲击载荷零件避免刚度过大受冲击载荷零件刚度太
大时吸收冲击的能力较
低，因此应适当降低其
刚度。

通常全部钉杆有
螺纹或da=螺纹小径受震动载荷的零件避免摩擦传力利用摩擦传力的结构在振动载荷下容易松脱，
易采用靠零件形状传力
的结构。

如把连接两板
的螺栓由普通螺栓改为
铰制螺栓(两板受拉力)
设计应注意的问题说明
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开始产生裂纹，逐渐扩展，表面粗糙或划痕可以导致裂纹的产生和扩展，因此必须使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了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
尖锐缺口、尺寸突变、凹槽、受变应力零件应避免或减小应力集中螺纹等结构因素，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。

最近已开始将有限元、优化、CAD等技术结合，研究形状优化设计方法，设计出最优化设计方法，设计出最优的零件几何形状，以减小应力集中避免影响强度的局部结构相距太图示圆管外壁上有螺纹退刀槽，近内壁有镗孔退刀槽，如二者距离
太近，对管道强度影响较大，宜
分散安排
第3章提高耐磨性的结构设计
在机械装置中存在大量的摩擦面，它们之间有相对运动，并有一定载荷，这就成为产生摩擦和磨损的原因。

在很多情况下，磨损是缩短机械寿命使机器零件报废的主要原因。

根据对500种典型机械零件的调查，其中因磨损报废的占80%。

磨损还会导致其他失效或工作性能降低，如内燃机气缸磨损会降低它的输出功率，机床零件磨损会降低机床精度，泵和压缩机零件和密封的磨损会降低效率等。

正确选择摩擦材料、热处理和表面处理、加大成灾面积、减小载荷、避免摩擦表面发热、改进摩擦表面尺寸和形状、在摩擦表面开设油沟，采用适当的润滑剂、添加剂和供
油方法等，都可以降低摩擦和磨损，是提高机械结构耐磨性的途径。

对于磨损严重的摩擦面，也可以采用容易更换的摩擦表面，作为易损件，以代替更换整个零件。

这种方法，能够降低损耗，保证摩擦副正常工作，如汽车离合器的摩擦盘。

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。

常采用的配对材料如钢-青铜，钢-
白合金等
设计应注意的问题说明为了提高螺纹的耐磨性，不宜采螺距为0.25mm和0.5mm的螺纹用螺距很小的螺纹尺寸很小，耐磨性不足。

为了提
高螺纹的磨损寿命，对于要求使
用螺距很小的螺纹时，可以采用
差动螺纹。

如用螺距为1.5mm和
1.25mm的螺纹差动，可以得到相
当0.25mm螺距的螺纹避免为提高零件表面耐磨性能而为提高零件的耐磨性，常采用铜提高对整个零件的要求合金、白合金等耐磨性好的材料，但它们都属于有色金属，价格昂
贵。

因此，对较大的零件，采用
只有接近工作面的部分局部采用
有色金属。

如蜗轮轮缘用铜合金，
轮芯用铸铁和钢，滑动轴承座用
铸铁或钢制造，用铜合金作轴瓦
等
避免白合金耐磨层厚度太大当轴瓦表面贴附的一层白合金厚
度太大时，由于白合金强度差，
易产生疲劳裂纹，使轴瓦失效。

如内燃机曲轴的轴承，轴承合金
的厚度常取0.2~0.5mm
设计应注意的问题说明注意零件磨损后的调整有些零件在磨损后丧失原有的功
能，采用适当的调整方法，可部
分或全部恢复原有的功能。

如图
中整体式圆柱轴承磨损后调整困
难，图中的剖分式轴承可以在上
盖和轴承座之间预加垫片，磨损
后间隙变大，减少垫片厚度可调
整间隙，使之减小适当的大小对易磨损件可以采用自动补偿磨零件磨损后，尺寸发生变化，如损的结构不能及时改变其位置，则不能实
现原来的功能，如2.3中c图的圆
锥摩擦离合器，弹簧不但将离合
器压紧而且补偿磨损勿使过滤器滤掉润滑剂中的添加为改善润滑剂的性能，在其中加剂入添加剂。

但循环供油系统中的
过滤网孔如果太小，则可能将添
加剂滤掉(MoS2的颗粒可达μm)，
因而使润滑剂达不到设计预期的
效果
设计应注意的问题说明滚动轴承中加入润滑脂量不宜过滚动轴承中润滑脂量过多，导致多发热过多，因此加脂量不应超过
轴承空间的1/3~1/2
第4章提高精度的结构设计
机械产品都是由零件组成的，因此，各组成零件的精度(尺寸精度、形状及相互位置精度、表面粗糙度等)对机械产品的质量有直接的重大影响。

它将影响到机器的工作精度、效率、可靠性、寿命、噪声等。

有些精密机械，如精密机床、测量仪器等，精度是对它的主要要求，不能达到要求的精度，该设备即失去使用价值。

而保证和提高机械的精度，首先考虑到的是提高组成机械的每个零件的精度，但这就是要提高机械制造的成本。

提高精度的结构设计的目的是: 1. 找出影响机械总体工作精度的关键零件或部件，发现这些零部件
的哪种误差对机械的总体精度有重要影响，影响程度如何，从而
对该零部件合理、恰当地提出有关精度的技术要求。

2. 找出对总体精度影响不大的零部件，降低对机械总体精度影响不
大的次要零部件的精度要求。

3. 合理配置有关各零部件的精度，如各组成零件的误差互相补偿，
达到较高的总体精度。

或设置必要的调整环节，以提高机械的总
体精度。

4. 考虑在工作载荷、重力、惯性力和加工、装配过程中产生的各种
力的作用下，如何保证精度，以及发热、振动等因素的影响。

5. 考虑在工作过程中发生摩损以后，如何保持原有的精度，或设法
修复。

设计应注意的问题说明避免紧定螺钉影响滚动导轨的精为避免扭紧紧定螺钉时引起导轨度变形，使导轨工作表面精度降低。

把固定部分与导轨支承面部分作
成柔性较好的连接，使紧定螺钉
产生的变形不影响导轨面的精度
第5章提高人机学的结构设计
人机学是一门近年来被广泛注意的科学，它把操作机器的人、机器设备或仪器仪表和操作环境作为一个系统，。