机械工程产品设计的原则和技巧

社，２００２． （收稿日期：２００６－ ０８－ １６）
Ｄｅｓｉｇｎ Ｐｒ ｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ Ｓｋｉｌｌ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅｒ ｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ ｉｎｇ Ｐｒ ｏｄｕｃｔ
Ｗａｎｇ Ｓｕｏｇｅｎ Ｇｕｏ Ｘｕｅｈｕｉ
〔Ａｂｓｔｒ ａｃｔ〕 Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｔｈａｔ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｉｎ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｓｏｍｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｋｉｌｌ ｆｏｒ ｔｅｃｈｎｉｃｉａｎｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ．
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第 １ 期（总第 ９４ 期）
机械管理开发
２０７ 年 ２ 月
（１）将铸钢件改为焊接件。铸造行业很难彻底地 解决周围环境问题，并且容易产生铸造缺陷；采用焊接 技术和焊接件就可容易地解决这些问题，还可降低生 产成本。
（２）在保证零件强度、优化板厚尺寸的前提下，尽 量减轻零件重量。结构焊接的设计，一定要使筋板受 力，避免焊缝产生应力。结构焊接件的构成中使用厚板 往往并不是强度的需要，而是刚度的需要，即焊接时厚 板的变形小，或焊接件承载时变形小。一些单独的厚板 往往是可用薄板加上适当筋板代替，这样不仅减轻重 量，承载能力也会加强，并且提高了材料的性能。
（５）尽可能用焊接件代替一些自由锻件和铸件。 （６）统一零件的热处理技术要求和工艺规范，以 便同一炉对不同零件进行热处理，提高电炉利用率，节 约电力能。 （７）充分利用锻件余热，可在锻后继续加热，直接 进行锻后正火代替退火热处理。 （８）根据零件的具体情况，制定合理的热处理技 术要求。对于中碳钢或中碳合金钢零件采用调质处理， 可有效提高和充分发挥材料的机械性能，使材料综合
【关键词】 机械产品 设计原则 设计方法 【中图分类号】 ＴＨ１２ 【文献标识码】 Ｂ 【文章编号】 １００３－ ７７３Ｘ（２００７）０１－ ０００５－ ０２
１ 机械工程产品的设计原则
量采用不必攻丝的紧固件，例如焊接螺母板代替螺孔。
合理的设计应该在保证产品使用功能的前提下， 设计大型工件时，应考虑用已成形的孔作为基准来焊
（９）液压系统设计时，应充分考虑机器的整体布 局。液压油箱的容积以足够用为原则，使液压油用量 为最少；管路走向简单紧凑，长度尽量最短。同理，设 计电器系统和制动管路系统时，都应使电缆或制动管 路走向合理、长度最短。 ３ 机械工程产品的设计要求
机械工程产品设计是个综合信息处理的复杂过 程，最终结果是把一些线条、符号、数字绘制成合理的 设计图样。设计人员应从以下方面综合考虑： （１）简化 每个零件的形状，使机器结构简单。（２）合并零件的功 能，减少零件的种类或数量。（３）采用新结构、新工艺、 新材料、新原理简化产品结构，提高产品的可靠性。（４） 分解部件，研究其装配和组装的简单结构。（５）对相似 零件进行分组。（６）对相似产品按标准数列进行产品 系列化分析。（７）实现产品零部件的通用化和标准化。
具有良好的维修方便性和使用寿命周期长。（２）符合 加快设计制造进度。企业建立并逐步完善“厂标准件”
国家的产业发展政策和有关法令法规。（３）坚持标准 制度和“厂标准件库”时，可将凡在三个以上主要产品
化、通用化、系列化的“三化”原则。（４）符合社会对环 中使用的相同或相似的零件选定为厂标准件。（６）尽
境保护的要求。（５）符合技术创新的规律，重视对知识 可能选择统一的锥度、一致的板厚尺寸、牌号统一的焊
第 １ 期（总第 ９４ 期） Ｎｏ．１ （ＳＵＭ Ｎｏ．９４ ）
机械管理开发 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＡＮＤ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ
２００７ 年 ２ 月 Ｆｅｂ ． ２００７
机械工程产品设计的原则和技巧
王锁根 郭学会
（山西机电职业技术学院机械工程系 山西 长治 ０４６０１１）
【摘 要】 介绍了机械工程产品设计过程中应遵循的原则和某些产品的设计方法，为工程技术人员设计合理的产 品，提供了可参考的设计技巧。
产权的保护。（６）从企业的实际工艺水平和生产能力 接材料。
出发，强调设计与工艺生产相结合。产品设计不单单是 ２．２ 从零件形状结构上改进设计
零件的图样设计，还应包括：工艺设计、生产设计、工艺
（１）尽量减少零件，把几个零件合并成一个零件。
工装、维修方便性、使用寿命周期长。（７）安全可靠性生 例如把焊接件为冲压件，以此减少零件的工艺。（２）将
牌号、品种、规格与现有材料的使用情况相一致。４）将 把压制成形时难以保证尺寸精度的零件改为焊接件。
热加工工艺与冷加工工艺及非金属加工工艺更加有效 ２．３ 改进零部件的工艺方案
地结合起来考虑。５）根据企业当前正常生产所采用的
（１）避免不必要的切削加工，特别是没必要的装
加工工艺、操作规则、相关信息判断，工艺设计的合理 夹基准面的切削加工。焊接件准备用自动化程度较高
产设计主要应从以下方面进行研究：１）简化零件的功 零件设计成对称的结构形式。（３）把几个产品中形状相
能或形状，减少加工工艺。２）最大限度地实现产品的标 似的零部件设计成能够通用的零部件。（４）简化每个零
准化、通用化、系列化。３）尽可能使设计图样中的材料 件的形状，改进零件外形，减少弯曲的形状；有时还可
产品设计人员提高设计质量的关键在于自觉、主 动地学习国家和国际的一些标准，不断地继续学习生 产加工过程和加工工艺方面的有关知识，熟练掌握行 之有效的设计技巧。
参考文献 ［１］ 胡家秀．机械设计基础［Ｍ］．机械工业出版社，２００１． ［２］ 陈云祥．焊接工艺［Ｍ］．机械工业出版社，２００２． ［３］ 王云鹏．焊接结构生产［Ｍ］．机械工业出版社，２００２． ［４］ 编委会编．机械加工工艺装备设计手册［Ｍ］．机械工业出版
性。６）选择成熟加工工艺方法才能保障的尺寸公差和 的焊接机器人进行焊接时，应考虑组成零件的焊前加
表面粗糙度。７）综合分析与生产过程相关的信息，对主 工和焊后热处理，保证焊接各组成零件之间的相互配
要零部件进行必要的价值工程分析，使产品降低到最 合的位置尺寸，否则误差太大，机器人将无法自动跟踪
低成本。８）充分利用先进的科学手段和方法对产品进 焊接。（２）在保证零部件可靠、合理使用的前提下，降
（３）选择合理的焊缝长度和焊接参数。相当一部 分设计人员常将“强度焊缝”与“联接焊缝”相互混淆， 设计时往往出现焊接件中的焊缝一律焊透、焊角越大 越好的倾向。选择焊透还是不必焊透，是设计人员应慎 重决定的问题。应该仔细研究焊接件的受力状态，再决 定所要采用的焊接尺寸和焊缝长度。能用断续焊缝的 决不要求在全长方向满焊，这样既可节省焊接成本，也 可减少焊接变形。能用角焊缝的，尽量不在零件上开坡 口后再焊接，以减少一道开坡口工序。
使其制造成本最低。（１）必须满足用户对产品使用功 接螺母板。（４）尽量选用现有的成熟零部件，或成熟的
能和服务的要求。机械工程提供给用户的不仅是产品 结构和工艺方法，使产品系列化、通用化。采用这种“搭
使用功能，而且包括支持这些功能的售后服务。因此设 积木”方法，可以加快设计速度、缩短产品样机试制周
计过程中既要针对产品的使用性能特点，又要使产品 期，尽早占领市场。（５）建立企业自己的“标准件库”，
性能提高。但是对于轴径比较粗大的轴类零件，调质 时淬火的有效层只有几毫米，经调质、机械加工后淬硬 层所剩无几，而心部状态实际上并没有得到很好的改 性。例如：!７０ ｍｍ 以上的实心轴类零件，可以考虑采 用（正火十机械加工）或（正火十淬火十磨削外圆）的工 艺流程。因为轴类零件往往采用高频或中频淬火，加 热时只发生在外圆面，而心部组织并未被淬透。如果 用盐浴炉加热，心部可被加热；但材料的淬透性有限， 调质时淬火实际上在心部是淬不透的。而用正火可以 有效地改善零件的整体组织状态，细化心部金相组织， 这对某些零件来说已能满足材料机械性能。
行设计。操作时能保证安全可靠及环保。
低尺寸公差、表面粗糙度、形位公差等精度等级要求。
２ 机械工程产品的设计技巧
（３）减少零件的弯曲形状和复杂程度，降低废品率和
２．１ 机械工程产品采用“三化”原则
制造成本。（４）应将型钢的火焰切割下料改为型钢剪
（１）机械工程零件，尽量选用标准件、或用标准件 切下料；一般板料的火焰切割下料改为用剪板机下料；
〔Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ〕 Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ｐｒｏｄｕｃｔ Ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ
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（４）采用少切削或无切削加工的方法，以提高工 件强度，降低制造成本。汽车齿轮制造中，已大量采用 整体滚锻、精锻成齿的方法，以减少甚至取消齿形的加 工量。工程机械的驱动桥差速器齿轮，现也已开始采用 精锻齿轮。精锻使得金属纤维沿齿形成纤维方向包络 （不象一般齿轮切削齿形时把金属纤维切断，经热处理 齿部会出现隐性裂纹），精锻齿轮大大提高了齿部的承 载强度，减少了切削量和加工工艺，甚至可以不必再进 行齿形加工，降低了制造成本。
改制、或外购件。（２）设计花键、螺纹时，应便于采用标 长方形条状工件从四边剪切改为用条钢，仅是长度方
准刀具、量具进行加工和检测，特别应该优先考虑企业 向的剪切下料。
现有的刀具、量具。（３）大型结构件、铸钢件的设计，尽 ２．４ 采用节省资源 减少污染的工艺技术
作者简介：王锁根，男，１９５６年生，讲师。