机械设计准则，机械设计的这些“套路”你都掌握了吗！

1.1 标准化的重要性

标准化是现代化大生产的必要条件。现代化大生产是以技术和生产高度社会化为特征的，分工越来越细，企业间的联系与协作协调越来越广泛和密切。标准化是企业间联系与协作协调的工具与手段。它能使企业建立最佳秩序，提供共同语言，能让各企业看到共同的目标与利益；它能对各企业有无偏见的、规范的、权威的约束；它能给各企业带来成功，也能给社会带来巨大效益。标准件一般是指螺钉螺帽、垫圈、弹簧、轴承等等，从广义来说电视机、电机、减速机、电器机柜、电脑、自行车、摩托车等也是标准件产品。标准化的作用正是通过标准件和标准化体系实现的。

1.2 选用标准件的意义

选用标准件可以节省大量设计时间；选用标准件可以节省大量原材料；选用标准件可以节省大量生产工时；选用标准件方便装配和出厂维修；专业化厂家大批量生产的标准件质量更胜一筹。 总之，选用的标准件比例越多节约的资金越多，企业可以把更多的精力用在产品的功能和品质上。

1.3 标准件的分类

1. 从标准件使用材料分：

a.黑金属 – 碳钢合金钢不锈钢

b.有色金属 – 铜合金铝合金鎂合金钛合金

c. 非金属 – 塑料尼龙橡胶岩棉陶瓷

2.从标准件使用功能分：

a.各种螺钉、螺帽、垫圈、销钉、铆钉、键

b.各种弹簧及弹性元件

c.各种密封圈及密封元件

d.各种轴承、丝杠丝母、直线导轨、五金件

e.各种操作件、润滑件

f.各种型材、法兰、管接头

g.各种电脑、减速机、减速器

h.各种刀量卡模具及各种工艺装备

建立《优选器件清单》，制定清单中增加物料的控制流程，通过流程控制物料种类和规格。

1.5 标准件种类最少准则

标准件种类不超过__5_种

单一种类中规格不超过_3__种

1.6 非标件慎用准则

自行设计和非标螺钉慎用；

若不可避免，考虑系列产品公用的设计

1.7 相同装配相同标准件准则

相同装配要求用相同的标准件。

1.8 腐蚀环境材料同质准则

在腐蚀性环境下工作的设备，标准件材料与构件材质须相同，如不同，标准件加套管等隔离防护措施，避免腐蚀。

1.9 外部螺钉特征一致准则

外部螺钉型号、颜色一致

1.10 防呆准则

用到的标准件，要么有明显差异，要么完全相同。有明显差异是为了防止装错，完全相同是为了维修过程的互换性。

检查：维修过程重装时，应没有螺钉装错依然能够装上的情况，并分析螺钉装错不会造成事故。

第二章：薄板件设计准则

2.1 薄板翻边准则

薄板（≤0.8mm）的零件，安装螺钉的孔位应有折边。大的薄板件四周都有折边，如汽车覆盖件、设备外观件、金属门板。

2.2 薄板零件禁攻丝准则

薄板（≤0.8mm）的零件禁止翻边攻丝，可采用压铆螺母或拉铆螺母。

2.3 薄板件判定标准

确认是否有薄板件，判定标准：板厚和其长度相比小得多的钢板，特点是横向抗弯能力差。包括三个加工工艺：

2.5 节省材料准则

明确了解所选用材料的原材料形状。形状设计考虑加工时的排样，减少下脚料，尤其是批量大时。

2.7 避免粘刀准则

需要冲裁切割部分作如下处理：1留有一定坡度；2切割面连通。

2.8 弯曲棱边垂直切割面准则

切割后的薄板如果需要进行弯曲，弯曲棱需垂直于切割面；不能保证时，应在切割面和弯曲棱边交汇处设计一个r>2倍板厚的圆角。否则会有裂纹的危险。

2.9 平缓弯曲准则

2.10 避免小圆形卷边准则

2.11 槽孔边不弯曲准则

2.12 复杂结构组合制造准则

2.13 避免直线贯通准则

第三章：防腐蚀设计准则

3.1 避免大面积叠焊准则

是否存在大面积的叠焊、缝隙中的残留物可能导致零件生锈。确认腐蚀环境条件：两个不同电化学位势的电极分别是什么？两个电极通过何方式实现电接触？浸泡两电极的电解质是什么？如何形成的？确定是面腐蚀还是点腐蚀如果是面腐蚀，选择增加板的厚度，按照预期设计寿命留出板厚余量。选择其中一种防护层工艺方法：电镀、喷涂、浸渍上漆、渗透、滚压、化学转换等。

3.2 避免间隙腐蚀准则

金属浓度不同，间隙内腐蚀产物经水解化作用酸化，氧气扩散困难，发生间隙腐蚀的可能性大得多，例如支承结构、钢架结构、点焊、单侧焊、容器衬板中。

3.3 避免局部微观腐蚀环境准则

5、金属是否被电解质包围。

3.4 防止流体通道淤积原则

 结构上保证停车期间，管道中的介质能空干，否则温度下降，残留介质在器壁上浓缩结壳，再启动后壁受热，粘结在器壁上的结壳成为应力裂纹腐蚀源。

3.5 避免大温度和浓度梯度差准则

3.6 防止高速流体准则 

3.7 腐蚀裕度准则

对腐蚀速率较慢、均匀的面腐蚀适用。

腐蚀速率和设备的设计寿命确定壁厚。

3.8 最小比表面积准则

在容积相等的前提下，使受腐蚀的表面最小，比表面积=表面积/体积六面体>正方体>圆柱体>椭圆体>球体

3.9 便利后继措施准则 

不能通过结构措施消除的腐蚀损坏，可设计上为后续更换腐蚀部件或加防护措施提供便利。

1、易于观察腐蚀损坏。

2、易于更换腐蚀严重的构件。

3、易于上涂层，易于电镀。

3.10 良好力学状态准则

第四章：公差设计准则

4.1 关键配合尺寸的加工要求明确准则

关键配合尺寸的加工是否有。

粗糙度或形位公差的要求。

4.2 同一道工序准则

1、对有平行、同轴、对中等要求的加工面，设计上尽量使这些有位置精度要求的元素在同一道工序中加工。

2、平行、同轴、对中等要求的加工面，只用一道工序解决。

4.3 减少刚体转动位移准则

4.4 避免双重配合准则

4.5最小公称尺寸准则

4.6 避免累积误差准则 

 要尽量避免串联尺寸链上的标注方法，非功能性的尺寸可以不标。

4.7 形状简单准则

4.10 采用调节元件准则

螺母或弹性垫片实现。

第五章：焊接件设计准则

5.1 几何连续性原则

几何连续性原则，避免在几何突变处设置焊缝，这里容易产生应力集中。如果实在不能避免,则要通过设计过渡结构来解决。焊缝连接的两侧,板厚不一致，不能保证几何形状的连续性，则需要设计过渡结构。封口是曲率突变区

5.2 避免焊缝重叠

5.3 焊缝根部优先受压

焊缝根部优先受压，焊缝根部有裂纹，易产生缺口作用。

承受拉载荷能力 < 承受压载荷能力

5.4 避免铆接式结构

焊接式结构通常用衬板搭接形式，焊缝多，费材料，造价高，且导致力流转折，提高了焊缝处的应力水平。

5.5 避免尖角

避免尖角（锐角），焊接处尖角定位困难，且尖角热容体太小，尖角易被熔化。如下图所示。

5.6 便于焊接前后的处理操作和检测准则

5.7对接焊缝强度大及动载荷设计准则

对接焊缝强度较大，尤其动载荷时优先采用。

5.8焊接区柔性准则

焊接时的热变形在冷却后不能完全消除。产生残余变形，引起热应力。

解决措施：

5.9 最少的焊接

最好的焊接是最少的焊接，减少焊缝的数量，减少焊缝的长度。焊接的强度总会低于母材焊接过程的热应力总会对材料特性有影响。

5.10 材料的可焊性，碳钢中的碳含量

材料的可焊性，碳钢中的碳含量<0.22%。

5.11 焊缝受载形式利于焊接工艺准则

焊缝受载形式利于焊接工艺的进行。

第六章：可靠性设计准则

6.1 冗余法则

重复设置多个功能相同元件，分功能冗余和原理冗余。

6.2 零流准则

  在需要外部构件执行某项功能时，让它不依赖或尽量少依赖外部条件，从而减少可能阻碍其执行功能的外在因素。

电磁车刹右图 通电 磁力使车刹强迫分离左图 断电 弹簧力使车刹抱紧

6.3 可靠的工作原理准则

6.4 裕度准则

  安全系数方法，通常加大构件尺寸，工程上很多因素自身并无一个绝对的数值，而是一个分布范围，裕度设计是解决问题的根本。断裂破坏、热应力破坏等因材料特性引起的问题，在构件尺寸上加强裕度设计无效。

6.5 安全阀准则

6.6 简单准则

最少的数量、最简到形状、最少的工艺步骤、最简的加工装配工艺、最普通的材料、最简的工具、最简的拆卸步骤等等结合零部件特点，设定量化评估指标。

第七章：力学原理设计准则

7.1 强度计算和试验准则

7.2 均匀受载准则

7.3 力流路径最短准则

力流优先走较短路径，刚度最大的路径；力线连续。为提高构建刚度，尽量使力流路径最短，越短则受力区域越小，累积变形就越小，刚度就提高。尽量保证力流线路的直线状态，这时力流路径最短。

7.4 减低缺口效应准则

缺口效应的原因是力流在截面突变处，被迫急剧改变原有路径，因而力流抢近道引起近道局部力线拥挤，应力急剧集中上升。

解决措施：

7.5 变形协调准则

在力的传递中，构件会发生变形，变形不对称、接触面变形不匹配等都会引起走偏、应力集中等问题；

解决措施：

在接触面处，降低构件在力流方向上的刚度，以便减少对另一构件变形的阻碍，使变形同步；如：轴承的轴固定架、天车的导轨

7.6 等强度准则

7.7 附加力自平衡准则

力传递中，出现的无用力或力矩，白白增加损耗，

通过让附加力自行平衡或抵消的方法解决。

解决措施：

7.8 空心截面准则

弯曲和扭转应力在横截面越远离中心越大，横截面中心很小，同等材料截面积情况下，空心的结构有更好的强度和刚度。

7.9 受扭截面凸形封闭准则

受扭转作用的薄壁构件的截面避免开口形状，抵抗剪切变形的能力低，扭转刚度就低。

7.10 最佳着力点准则

7.11 受冲击载荷结构柔性准则

在有冲击载荷的情况下，加大其柔性，避免冲击，

但快速响应特性会下降。

柔性准则的措施：

7.12 避免长压杆失稳准则 

对于金属构件，压应力是拉应力的多倍，但压状态下，失稳破坏会破坏强度，设计上应避免。注意检查是否有细长杆受压结构。改进措施有：

处于弹塑阶段的中小柔度杆，用高强度钢；

对大柔度杆，高强度钢不能提高其稳定性，须用普通钢。

7.13 热变形自由准则

使机械结构因为受热的变形自由。

具体措施：

第八章：便于切削设计准则

8.1 便于退刀准则

受扭转作用的薄壁构件的截面避免开口形状，抵抗剪切变形的能力低，扭转刚度就低。

8.2 最小加工量准则

8.3 可靠夹紧准则

加工过程要有夹持面，否则会单独需要设计工装、难以加工、加工过程夹持不牢容易飞出伤人。

8.4 一次夹紧成形准则

一次夹紧就可以加工到位；中间更换夹持部位，加工配合精度难以保证。  削件尺寸单向变化。

8.5 便利切削准则

8.6 减少缺口效应准则

8.7 避免斜面开孔准则

斜面上钻孔，钻头不好定位。

8.8 贯通孔优先准则

贯通孔使刀臂两端平衡成为可能，盲孔只能是悬臂支撑，刀具易发生变形，产生加工误差。

8.9 孔周边条件相近准则

孔周边的约束条件要求基本相同。约束条件包括材料的弹性、构件的形状和支撑情况，差别大了，钻头将退让到加工抗力小的一侧，产生加工误差。

第九章：热应力设计准则

9.1 问题点明确准则

9.2知识点明确准则

材料热胀冷缩导致的功能性障碍。各材料的热膨胀系数不同导致的配合问题和功能障碍。

热变形受到阻碍时构件内部产生的热应力。1.累积变形量和构件的尺寸成正比。

9.3 减法结构准则

单一构件的热膨胀必然存在，通过组合构件，让各构件的热膨胀互相抵消。

9.4 加法结构准则

对相对热变形不同导致的结构配合问题，通过增加中间过渡结构，将其中一个构建分解为两个不同膨胀系数材料的构件，使组合膨胀效果与另一配合构件的膨胀效果一致。

9.5 方向调节原则

通过结构设计，将膨胀方向转移到非配合面上去。如轴承的固定-松弛装配方法。

9.6 消除温度差准则

相同材料的两构件，因为温度不同，导致膨胀程度不一样，出现热变形。解决措施：使有关构件的热传递边界条件尽量相近或相同。

9.7 柔性准则

  两构件热变形不能消除时，加大构件的柔性减少热应力。比如用软管、橡胶材料、将热应力的直线方向转变成曲线方向等。

第十章：运动部件设计准则

10.1 可活动部件预防准则

多次运转后容易脱落和卡死，须有措施：

10.2 运动部件防护和标识准则

10.3 运动部件磨损储存腐蚀SFC分析准则

分析运动部件因为长期使用磨损、长期储存腐蚀而引起的单一故障后果，并有针对性预防措施。

10.4 磨损后的运动部件安全设计准则

磨损后的运动部件无安全风险，且磨损易于检查。

10.5 最大活动范围受控准则

运动部件的活动范围有严密的理论推导，活动位置已量化。

如果有故障发生，有设计措施保证活动部件不会超出设计范围。

10.6 运动部件装配专用工装夹具准则

运动部件装配应有专用的工装夹具以满足定位精度要求。