產品結構設計

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　　產品結構設計是針對產品內部結構、機械部分的設計；一個好產品首先要實用，因此，產品設計首先是功能，其次才是形狀。產品實現其各項功能完全取決於一個優秀的結構設計。結構設計是機械設計的基本內容之一，也是整個產品設計過程中最複雜的一個工作環節，在產品形成過程中，起著至關重要的作用。

　　設計者既要構想一系列關聯零件來實現各項功能，又要考慮產品結構緊湊、外形美觀；既要安全耐用、性能優良，又要易於製造、降低成本。所以說，結構設計師應具有全方位和多目標的空間想象力，並具有和跨領域的協調整合能力。根據各種要求與限制條件尋求對立中的統一。

　　用價值工程理論指導改進產品結構設計，即以最低的總成本可靠地實現產品的必要功能(主要功能和次要功能)，去掉不必要功能(過剩功能)。減少不必要的材料消耗，在保證產品質量的前提下，儘量做到縮小體積，減輕重量，降低單位產品材料消耗量。不影響產品功能和使用性能等方面，應當考慮緊縮設計(減小、體積和重量)節約材料，縮小占地(或空間)面積，減少運輸費用。如現在的袖珍計算器，非常方便可裝在衣服口袋裡。電規機的體積比原來也縮小很多，一方面由於電視視元器件的小型化，由電子管-晶體管-集成電路-大規模集成電路。另外顯像管的電子槍也由長尾改為短尾，其軸助零件也可能地小型化了，因此電視機的外形尺寸大大縮小。

　　例如，菜電真空設備廠生產的雙位立式氫氣爐，原來體積很大，占地面積也很大。現在生產的雙位立式氫氣爐修改了設計方案，機架高度增加了一些而占地面積縮小了一倍，效率照蕩略近一倍，使用壽命大大提高，性能好，節約了樹料，降低了產品成本。

　　有些物品在裝運前常常被壓縮，如氣態燃料和化學品用高壓氣瓶裝運，油漆用濃縮的形式裝運，這些都是編小體積節約包裝材料和節省運輸費用的方法。這些都是縮小體積節約包裝材料和節省運輸費用的方法。 　　

　　零件、部件是組成產品的重要單元。零件、部件設計的如何直接關係到整個產品的性能，經濟指標和技術指標。為了提高產品性能，簡化裝配工作，在保證機械性能和某些特殊功能的情況下，儘可能地簡化結構，節約材料。

　　(一)積木化，整體化

　　如果某一部件可廣泛應用於不同的產品，則做成標準部件就比較經濟，如收音機中的調諧器，放大器和喇叭都是一個個[[標準部零件、部件]。計算器的鍵板等也是標準部件，同樣的鍵板可使用於各種不同的計算器。又如真空設備上的各種閥，水冷擋板，管路零部件，控制機櫃等，均可分離成獨立的標準或專用零件、部件。在新產品設計中除少部分具有特殊要求為專用零件、部件外，大部分可選用已經標準化或通用化的零件、部件，就可大大縮短設計周期、試製周期，保證產品質量，便於裝配，維修，又可組織專業化大批量生產，提高生產效率，節約材料，降低產品成本。

　　整體化設計，可減少零件數量及各零件間的交界面，減少逐個零件裝配，減少了零件、部件的重量和複雜性；整體化構建由於連接件少，應力集中點也較少，既簡化了裝配又提高了證件的力學性能。由於結果連續強度高，可達到雖小體積，節約材料的木筆，有些整體化設計還可達到集中和程式控制的目的。例如真空機組上的真空組合閥，如下圖所示。

　　圖示位置（手柄在第I位置上）為全關閉，機械汞停止工作。當手柄轉至第II位置時，全打開接通容器抽預真空。當手柄轉至第III位置上時，接通擴散汞前級，關閉預真空，抽低真空。該閥可代替預真空閥和低真空閥工作，一閥兩用。節省了一個部件，節約了材料和加工工時。

　　（二）以焊接件代鍛件

　　例1，φ50超高真空閥其漏率不大於托*升/秒，該閥的閥體是φ50超高真空閥的逐漸，原設計體位整體，材料1Cr13，如下圖所示

　　改進前的閥體為整體鍛件，加工掏成空腔，浪費材料，大量的不鏽鋼變成切屑，加工工作量大而且較難加工，零件體厚笨重，同時需三方接真空管道，90度蜜蜂止口部便裝配，沒拆裝一次需要更換一次密封墊，也浪費密封墊材料紫銅。

　　改進後的閥體，材料Cr18Ni9Ti，如下圖所示，將原來的整體分解成若幹個小零件，基本上時不鏽鋼管和法蘭組合焊接而成，採用焊接結構後，大大減輕了重量，節約材料達60%-70%。

　　(三)簡化裝配工作的按扣配合件

　　按扣配合是一種節省勞動力的裝配方法，它安裝快，省力，結構較為簡單且無零散小件，公差要求也不太嚴格，價廉，廣泛用於可拆和不可拆的裝配，如下圖所示。

　　過盈量i(i=D-d)，必須小於槽寬S。

　　1．按扣配合的條件

　　i/S＜l

　　2．按扣配合的特點

　　(1)按扣配合零件較少，結構較簡單，節約材料和加工工時，裝配比其它所有連接方式(壓配合，螺紋連接，焊接等)都簡便得多。

　　(2)按扣配合比壓配合更牢固可靠，壓入配合的抗撥出力是由摩擦而來的，且與壓入力大小差不多。按扣配合的配合力是由機械鎖紫及摩擦兩者產生的，其抗撥出力可比壓入力大幾百倍b在裝配過程中按扣配合伴隨“卡搭”聲是經歷一次能量轉換，一早裝配完成，部件就不再有載荷了。而壓入配合的部件，長期承受裝配過程中產生的應力，經過長時間後應力鬆弛和蠕變可能使壓入配合失效。按扣配合的強度卻不會隨時間而減弱。

　　(3)用於可拆卸裝配時，按扣配合能與螺紋連接競爭，在振動情況下摩擦力降低，螺釘和螺母會鬆動。按扣配合的零件處於低勢能狀態，因此這種配合是防震的。用於刁；可拆卸裝配時，按扣配合可與壓入配合，焊接媲美。焊接要求兩種材料問要能匹配，最好是同樣的材料，而按扣配合可用於不同材料間的連接(如玻璃和金屬等)。

　　(4)按扣配合的過盈量就是裝配過程中兩個配件變形量的總和。過盈量太大會造成裝配困難，而過盈量太小則使抗拔出力過低。

　　(5)按扣配合也有失敗的可能，因彈性件的永久變形或斷裂。磨損或嚴重油污無摩

　　(四)節約材料保證機械設能的結構設計

　　既要節約材料，又要保證構件的機械性能(強度，剛度等)，作到兩全其美。這樣首先要考慮的問題就是結構屈曲變形的問題，“屈曲”是由於剛度不足而產生的破壞，則度又叫剛性或回彈率c屈曲是薄殼，是常見的破壞方式，局部屈曲分：受壓屈曲，受彎屈曲和扭轉屈曲三種。如何強化薄殼，梁和柱是解決屈曲問題的主要方案。預防屈曲的措施如下：

　　(1)採用加強方法，加筋，壓瓦楞，錶面網紋結構，均可提高構件的強度和剛度，以防止局部屈曲。

　　(2)選用具有較高彈性模量B和較高剪切模量G的硬質材料。

　　(3)梁和拄的設計，用管子代替實心棒承受的轉載荷大，因空心管其重量x、y、z：軸三座標的慣性矩較大，故在抗彎曲和抗扭轉方面比實心棒效果更好。

　　(4)增加壁厚，選用令直徑厚壁管，承受彎曲時不致於屈曲。

　　(5)薄壁管彎形時，可裝入填充物如砂子、蠟或樹脂等，彎形時這些填充鉤可加強管壁並產生流體靜壓力，彎形後將填充物熔化，回收以備再用。

　　(五)節約樹料助產品(零件、部件)結構設計

　　電子元器件中，有許多產品結構不單是為了確保其機械強度，而更多地考慮其電性能。如變壓器的功能，導磁率是它的主要質量指標和設計的主導思想，如何在保證質量的條件下縮小體積，減少材料消耗，就是改進產品結構設計的方向。

　　例如變壓器阻流圈鐵；路的設計，有CD型和ED型兩種，其鐵芯均需用冷軋硅鋼帶(D310)製造。ED型採用衝壓片重疊裝配而成，CD型採用卷繞工藝製成。但CD型鐵芯比ED型鐵芯有顯著的優點；它質量穩定，損耗小，導磁串高，相同橫截面積的c型鐵芯導磁率B位為15000-17000高斯，而E型結構的鐵芯B值一般在9000—12000高斯；相同容量的C型鐵芯比E型欽芯重員可減輕三分之一左右，節約了鋼材。生產一臺250瓦的同功率的變壓器．按採用C型鐵芯耗用繼鋼片1.88公斤，而採用E型鐵芯需耗用硅鋼片3.04公斤；同時C型銀芯外形美觀，裝越簡便。因此，在各種變壓器和阻流圈的設計中均應儘量採用C型鐵芯結構，既提高了產品質量，每台又減少消耗硅鋼片1.16公斤(約38％)。

　　產品標準化就是通過對產品發展規律的分析研究，和對國內、國外產品發展趨勢的預測，結合本單位的生產技術條件，經過全面地技術、經濟論證，將產品的結構、型式、主要參數、尺寸、技術要求、試驗方法和包裝運輸等作出統一規範，以減少產品與零、部件的品種，達到節約材料的目的。

　　在產品設計中實行零、部件的標準化和通用化，為實行集中專業化生產創造了條件，從而有效地提高勞動生產率和材料利用率，節約材料並降低產品的製造成本。零件以及部件實行標準化、通用化的範圍是極其廣泛的。那些用途相同．結構相似，參數和尺寸變化有規律的零、部件，可制定統一標準。有些零件不具備制訂標準的條件，但能夠在同類產品或不同類產品之間通用。例如，減速器，聯軸節，傳動零件、潤滑件，操作件，管道零件和閥門等，都是標準化，通用化的對象。

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