机械结构设计与分析实例探讨(课件).docx

机械结构设计与分析实例探讨-XZ-JUa一、刖百机械结构设计与分析是机械工程中的重要内容之一，它涉及到了机械系统的设计、制造和运行等多个方面。在机械设计中，结构的设计是最为基础和关键的一环。好的机械结构设计可以确保机械系统具有良好的性能和稳定的工作状态，提高其效率和可靠性。同时，结构分析也是机械设计的必要环节，通过分析结构的受力情况和变形情况，可以预测结构的性能和寿命，指导设计优化和制造工艺的改进。因此，机械结构设计与分析不仅是机械工程专业的重要基础课程，也是工程师在实际工作中必备的技能之一。本文将从机械结构的基本原理和分析方法入手，深入探讨机械结构设计和分析的理论和实践，帮助读者全面掌握机械结构设计与分析的基本知识和技能。二、结构设计原理机械结构设计原理是机械工程中最基础的内容之一，它是通过对机械力学和材料力学的基本原理和公式进行分析和计算，来进行机械结构设计的过程。机械结构设计原理包括静力学、动力学、强度学和刚度学等方面的知识，这些原理是机械结构设计的基础，能够为机械结构的设计和分析提供理论支持。在机械结构设计中，静力学是最基础的原理之一。静力学研究机械系统在静态平衡状态下的受力情况和力的平衡。在机械结构设计中，静力学可以用于计算机械结构在不同工况下的荷载情况和材料受力情况，为机械结构的设计提供理论基础。动力学是机械结构设计中的另一个重要原理。动力学研究机械系统在动态工况下的受力情况和变形情况。在机械结构设计中，动力学可以用于计算机械系统的动态响应和振动特性，评估机械系统的可靠性和安全性。强度学是机械结构设计中不可或缺的部分。强度学研究材料的抗拉、抗压、抗弯等性能，并且通过应力和应变的计算来评估机械系统的强度和刚度。在机械结构设计中，强度学可以用于计算机械系统的材料受力情况，为机械系统的设计提供强度和稳定性方面的支持。刚度学是机械结构设计中非常重要的一部分。刚度学研窕机械系统在不同工况下的变形情况，并通过变形的计算来评估机械系统的刚度和稳定性。在机械结构设计中，刚度学可以用于计算机械系统在不同工况下的变形情况，为机械系统的设计提供稳定性和可靠性的保证。除了以上四个方面的机械结构设计原理，还有很多其他的内容需要掌握，例如材料力学、热力学等。这些原理和知识都是机械结构设计和分析不可或缺的一部分，只有深入了解这些原理，才能够更好地进行机械结构设计和分析，并且能够为机械结构的优化和改进提供理论基础和指导。在机械结构设计中，还需要考虑很多其他的因素,例如机械系统的工作环境、使用寿命、成本等。因此，机械结构设计原理只是机械工程中的一部分，要想进行完整的机械设计，需要综合考虑很多不同的因素，进行全面、科学、合理的设计。总之，机械结构设计原理是机械工程中最基础的内容之一，它是机械结构设计的基础，能够为机械结构的设计和分析提供理论支持。只有深入了解这些原理和知识，才能够进行高效、科学、合理的机械结构设计。同时，在进行机械结构设计时，还需要考虑到其他的因素，如机械系统的工作环境、使用寿命、成本等,进行全面、科学、合理的设计。三、结构分析方法机械结构分析方法是指通过对机械结构的构造和力学特性进行研究和分析，来评估机械结构的强度、刚度、稳定性等性能，从而对机械结构进行合理的设计和优化。机械结构分析方法是机械设计过程中不可或缺的一部分，它可以为机械结构的设计和分析提供理论支持和实际指导，有助于提高机械结构的质量和可靠性。机械结构分析方法包括静力学分析、动力学分析、强度学分析、疲劳分析、稳定性分析等多种方法。其中，静力学分析是机械结构分析方法中最基础的一种方法。它是通过对机械结构的受力情况进行计算和分析，来评估机械结构的强度和稳定性。静力学分析常用的方法包括杆件分析法、梁板分析法等。动力学分析是机械结构分析方法中的另一种重要方法。它是通过对机械系统在动态工况下的振动特性和响应情况进行分析，来评估机械系统的可靠性和稳定性。动力学分析常用的方法包括有限元法、振动测试等。强度学分析是机械结构分析方法中非常重要的一种方法。它是通过对材料的力学特性进行计算和分析，来评估机械结构的强度和刚度。强度学分析常用的方法包括材料力学分析法、断裂力学分析法等。疲劳分析是机械结构分析方法中特殊的一种方法，它是通过对机械结构在长期循环荷载作用下的损伤情况进行评估和分析，来评估机械结构的使用寿命和可靠性。疲劳分析常用的方法包括振动疲劳分析法、应力寿命法等。稳定性分析是机械结构分析方法中另一种重要的方法。它是通过对机械结构在不同工作状态下的变形情况进行分析，来评估机械结构的稳定性和可靠性。稳定性分析常用的方法包括欧拉公式分析法、扰动分析法等。在机械结构分析中，不同的方法可以相互结合使用，以得到更加全面的分析结果。例如，静力学分析和强度学分析可以相结合，来评估机械结构的强度和稳定性;动力学分析和疲劳分析可以相结合,来评估机械结构的疲劳寿命和可靠性。在实际机械设计中，机械结构分析方法不仅可以用来评估机械结构的性能，还可以用来指导机械结构的设计和优化。通过对机械结构的分析结果进行调整和改进，可以有效地提高机械结构的性能和可靠性。但是，在使用机械结构分析方法时也存在一些问题。例如，分析过程中需要考虑很多因素，需要进行很多的计算和分析，对分析人员的能力和经验要求较高；另外，不同的分析方法适用于不同的情况，需要根据具体情况选择合适的分析方法，否则会影响分析结果的准确性。总之，机械结构分析方法是机械设计过程中非常重要的一部分，它可以为机械结构的设计和优化提供理论支持和实际指导，有助于提高机械结构的质量和可靠性。同时，在使用机械结构分析方法时也需要注意一些问题，以确保分析结果的准确性和可靠性。四、结构优化设计机械结构设计优化是指在满足设计要求的前提下，通过改变设计参数或结构形式，使机械结构在性能、质量、成本等方面达到最优化的设计过程。机械结构设计优化是机械设计的重要环节，可以提高机械结构的性能和可靠性，降低成本和资源消耗，推进机械制造工业的发展。机械结构设计优化可以采用多种方法，下面列举几种常见的方法：参数化设计法：通过对设计参数进行变化，得到不同的机械结构方案，并通过分析比较不同方案的性能，确定最优设计。拓扑优化法：通过对机械结构进行结构削减，减少材料使用量，降低成本，同时确保结构的强度和稳定性。进化算法：利用计算机模拟生物进化过程，通过选择、交叉和变异等操作，生成不同的机械结构方案,并通过对比不同方案的性能，确定最优设计。响应面法：通过建立机械结构性能和设计参数之间的数学模型，通过对模型的优化，得到最优设计方案。以上几种方法各有优缺点，需要根据具体的设计问题选择合适的方法。无论采用哪种方法，机械结构设计优化的过程都需要满足以下几个基本要素：1.确定设计目标和约束条件：在机械结构设计优化的过程中，需要明确设计目标和约束条件，即需要达到的性能指标和限制条件。2,确定设计参数：机械结构设计优化的关键在于设计参数的选择和调整。设计参数包括机械结构的形状、尺寸、材料等。建立模型和求解：通过建立数学模型，将机械结构的性能与设计参数联系起来，通过求解数学模型，得到最优设计方案。3,验证和优化：通过实验验证或者数值模拟验证，对最优设计方案进行验证和优化，确保其满足设计要求和实际应用需要。机械结构设计优化是机械设计的重要环节，需要根据具体的设计问题选择合适的方法，并且需要在设计的各个环节中加强优化的理念，以提高机械结构的性能和可靠性，同时降低成本和资源消耗，推进机械制造工业的发展。解决方案：通过对问题的原因分析，可以确定解决问题的方案。解决方案需要综合考虑机械结构的设计、制造和维修等方面的因素，以提高机械结构的性能和可靠性。解决方案的制定需要充分考虑问题的实际情况和可行性，避免出现新的问题。实施和验证：解决方案确定后，需要进行实施和验证。实施和验证需要考虑机械结构的实际使用情况和操作环境，以确保解决方案的有效性和实用性。在实施和验证过程中，需要不断地进行数据收集和分析，以验证解决方案的效果和可行性。通过机械实践案例分析，可以总结经验和教训I,提高机械实践的质量和效率。机械实践案例分析需要深入了解机械结构的设计、制造和维修等方面的知识和技能，才能找到最佳的解决方案。同时.，机械实践案例分析也需要注重团队合作和沟通，以达到最佳的解决效果。五、观点机械结构设计与分析是机械工程中重要的一环，它涉及到机械结构的设计、制造、维修等方面的问题。在机械结构设计中，需要深入了解机械结构的原理和设计方法，以满足机械结构的功能和性能要求；在机械结构分析中，需要运用合理的分析方法和工具，以对机械结构的强度、刚度等方面进行评估和优化。机械结构设计与分析需要注重细节、精确性和创新性，以提高机械结构的可靠性和效率。同时，机械实践案例分析也是机械工程中重要的一环，它通过对实际案例进行分析，总结经验和教训，提高机械实践的质量和效率。在机械工程中，机械结构设计与分析和机械实践案例分析是密不可分的，二者相互补充，共同推动机械工程的发展。机械结构设计的任务机械结构设计的任务是在总体设计的基础上，根据所确定的原理方案，确定并绘出具体的结构图，以体现所要求的功能。是将抽象的工作原理具体化为某类构件或零部件，具体内容为在确定结构件的材料、形状、尺寸、公差、热处理方式和表面状况的同时，还须考虑其加工工艺、强度、刚度、精度以及与其它零件相互之间关系等问题。所以，结构设计的直接产物虽是技术图纸，但结构设计工作不是简单的机械制图，图纸只是表达设计方案的语言，综合技术的具体化是结构设计的基本内容。1.2机械结构设计特点机械结构设计的主要特点有：（1）它是集思考、绘图、计算（有时进行必要的实验）于一体的设计过程,是机械设计中涉及的问题最多、最具体、工作量最大的工作阶段，在整个机械设计过程中，平均约80%的时间用于结构设计，对机械设计的成败起着举足轻重的作用。（2）机械结构设计问题的多解性，即满足同一设计要求的机械结构并不是唯一的。（3）机械结构设计阶段是一个很活跃的设计环节，常常需反复交叉的进行。为此，在进行机械结构设计时，必须了解从机器的整体出发对机械结构的基本要求。2机械结构件的结构要素和设计方法2.1结构件的几何要素机械结构的功能主要是靠机械零部件的几何形状及各个零部件之间的相对位置关系实现的。零部件的几何形状由它的表面所构成，一个零件通常有多个表面，在这些表面中有的与其它零部件表面直接接触，把这一部分表面称为功能表面。在功能表面之间的联结部分称为联接表面。零件的功能表面是决定机械功能的重要因素，功能表面的设计是零部件结构设计的核心问题。描述功能表面的主要几何参数有表面的几何形状、尺寸大小、表面数量、位置、顺序等。通过对功能表面的变异设计，可以得到为实现同一技术功能的多种结构方案。22结构件之间的联接在机器或机械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在结构设计中除了研究零件本身的功能和其它特征外，还必须研究零件之间的相互关系。零件的相关分为直接相关和间接相关两类。凡两零件有直接装配关系的，成为直接相关。没有直接装配关系的相关成为间接相关。间接相关又分为位置相关和运动相关两类。位置相关是指两零件在相互位置上有要求，如减速器中两相邻的传动轴，其中心距必须保证一定的精度，两轴线必须平行，以保证齿轮的正常啮合。运动相关是指一零件的运动轨迹与另一零件有关，如车床刀架的运动轨迹必须平行于于主轴的中心线,这是靠床身导轨和主轴轴线相平行来保证的，所以,主轴与导轨之间位置相关；而刀架与主轴之间为运动相关。多数零件都有两个或更多的直接相关零件，故每个零件大都具有两个或多个部位在结构上与其它零件有关。在进行结构设计时，两零件直接相关部位必须同时考虑，以便合理地选择材料的热处理方式、形状、尺寸、精度及表面质量等。同时还必须考虑满足间接相关条件，如进行尺寸链和精度计算等。一般来说，若某零件直接相关零件愈多，其结构就愈复杂；零件的间接相关零件愈多，其精度要求愈高。2.3结构设计据结构件的材料及热处理不同应注意的问题机械设计中可以选择的材料众多，不同的材料具有不同的性质，不同的材料对应不同的加工工艺，结构设计中既要根据功能要求合理地选择适当的材料，又要根据材料的种类确定适当的加工工艺，并根据加工工艺的要求确定适当的结构，只有通过适当的结构设计才能使所选择的材料最充分的发挥优势。设计者要做到正确地选择材料就必须充分地了解所选材料的力学性能、加工性能、使用成本等信息。结构设计中应根据所选材料的特性及其所对应的加工工艺而遵循不同的设计原则。如：钢材受拉和受压时的力学特性基本相同，因此钢梁结构多为对称结构。铸铁材料的抗压强度远大于抗拉强度，因此承受弯矩的铸铁结构截面多为非对称形状，以使承载时最大压应力大于最大拉应力。钢结构设计中通常通过加大截面尺寸的方法增大结构的强度和刚度，但是铸造结构中如果壁厚过大则很难保证铸造质量，所以铸造结构通常通过加筋板和隔板的方法加强结构的刚度和强度。塑料材料由于刚度差，铸造后的冷却不均匀造成的内应力极易引起结构的翘曲，所以塑料结构的筋板与壁厚相近并均匀对称。对于需要热处理加工的零件，在进行结构设计时的要求有如下几点：（1）零件的几何形状应力求简单、对称，理想的形状为球形。（2）具有不等截面的零件，其大小截面的变化必须平缓，避免突变。如果相邻部分的变化过大，大小截面冷却不均，必然形成内应力。（3）避免锐边尖角结构，为了防止锐边尖角处熔化或过热，一般在槽或孔的边缘上切出23mm的倒角。（4）避免厚薄悬殊的截面，厚薄悬殊的截面在淬火冷却时易变形，开裂的倾向较大。3.1机械结构设计的基本要求机械产品应用于各行各业，结构设计的内容和要求也是千差万别，但都有相同的共性部分。下面就机械结构设计的三个不同层次来说明对结构设计的要求。1 .功能设计满足主要机械功能要求,在技术上的具体化。如工作原理的实现、工作的可靠性、工艺、材料和装配等方面。2 .质量设计兼顾各种要求和限制，提高产品的质量和性能价格比，它是现代工程设计的特征。具体为操作、美观、成本、安全、环保等众多其它要求和限制。在现代设计中，质量设计相当重要，往往决定产品的竞争力。那种只满足主要技术功能要求的机械设计时代已经过去，统筹兼顾各种要求,提高产品的质量,是现代机械设计的关键所在。与考虑工作原理相比，兼顾各种要求似乎只是设计细节上的问题，然而细节的总和是质量,产品质量问题不仅是工艺和材料的问题,提高质量应始于设计。3 .优化设计和创新设计用结构设计变元等方法系统地构造优化设计空间，用创造性设计思维方法和其它科学方法进行优选和创新。对产品质量的提高永无止境，市场的竞争日趋激烈，需求向个性化方向发展。因此，优化设计和创新设计在现代机械设计中的作用越来越重要，它们将是未来技术产品开发的竞争焦点。结构设计中得到一个可行的结构方案一般并不很难。机械设计的任务是在众多的可行性方案中寻求较好的或是最好的方案。结构优化设计的前提是要能构造出大量可供优选的可能性方案，即构造出大量的优化求解空间，这也是结构设计最具创造性的地方。结构优化设计目前基本仍局限在用数理模型描述的那类问题±o而更具有潜力、更有成效的结构优化设计应建立在由工艺、材料、联接方式、形状、顺序、方位、数量、尺寸等结构设计变元所构成的结构设计解空间的基础上。4 .2机械结构基本设计准则机械设计的最终结果是以一定的结构形式表现出来的，按所设计的结构进行加工、装配，制造成最终的产品。所以，机械结构设计应满足作为产品的多方面要求，基本要求有功能、可靠性、工艺性、经济性和外观造型等方面的要求。此外，还应改善零件的受力，提高强度、刚度、精度和寿命。因此，机械结构设计是一项综合性的技术工作。由于结构设计的错误或不合理，可能造成零部件不应有的失效，使机器达不到设计精度的要求，给装配和维修带来极大的不方便。机械结构设计过程中应考虑如下的结构设计准则。1 .实现预期功能的设计准则2 .满足强度要求的设计准则3 .满足刚度结构的设计准则4 .考虑加工工艺的设计准则5 .考虑装配的设计准则6 .考虑造型设计的准则7 .2机械结构基本设计准则1.实现预期功能的设计准则产品的设计主要目的是为了实现预定的功能要求，因此实现预期功能的设计准则是结构设计首先考虑的问题。要满足功能要求，必须做到以下几点。(1)明确功能：结构设计是要根据其在机器中的功能和与其他零部件相互的连接关系，确定参数尺寸和结构形状。零部件主要的功能有承受载荷、传递运动和动力，以及保证或保持有关零件或部件之间的相对位置或运动轨迹等。设计的结构应能满足从机器整体考虑对它的功能要求。(2)功能合理的分配：产品设计时，根据具体情况，通常有必要将任务进行合理的分配，即将一个功能分解为多个分功能。每个分功能都要有确定的结构承担，各部分结构之间应具有合理、协调的联系，以达到总功能的实现。多结构零件承担同一功能可以减轻零件负担，延长使用寿命。V型带截面的结构是任务合理分配的一个例子。纤维绳用来承受拉力；橡胶填充层承受带弯曲时的拉伸和压缩；包布层与带轮轮槽作用，产生传动所需的摩擦力。例如，若只靠螺栓预紧产生的摩擦力来承受横向载荷时，会使螺栓的尺寸过大，可增加抗剪元件，如销、套筒和键等，以分担横向载荷来解决这一问题。(3)功能集中：为了简化机械产品的结构，降低加工成本，便于安装，在某些情况下，可由一个零件或部件承担多个功能。功能集中会使零件的形状更加复杂，但要有度，否则反而影响加工工艺、增加加工成本，设计时应根据具体情况而定。3.2机械结构基本设计准则2.满足强度要求的设计准则(1)等强度准则零件截面尺寸的变化应与其内应力变化相适应，使各截面的强度相等。按等强度原理设计的结构，材料可以得到充分的利用，从而减轻了重量、降低成本。如悬臂支架、阶梯轴的设计等。见图5.3。(2)合理力流结构为了直观地表示力在机械构件中怎样传递的状态，将力看作犹如水在构件中流动，这些力线汇成力流。表示这个力的流动在结构设计考察中起着重要的作用。力流在构件中不会中断，任何一条力线都不会突然消失，必然是从一处传入,从另一处传出。力流的另一个特性是它倾向于沿最短的路线传递，从而在最短路线附近力流密集，形成高应力区。其它部位力流稀疏，甚至没有力流通过，从应力角度上讲，材料未能充分利用。因此，若为了提高构件的刚度，应该尽可能按力流最短路线来设计零件的形状，减少承载区域，从而累积变形越小，提高了整个构件的刚度，使材料得到充分利用。如悬臂布置的小锥齿轮，锥齿轮应尽量靠近轴承以减小悬臂长度，提高轴的弯曲强度。图5.4例举几个典型的实例。(3)减小应力集中结构当力流方向急剧转折时，力流在转折处会过于密集，从而引起应力集中，设计中应在结构上采取措施，使力流转向平缓。应力集中是影响签件疲劳强度的重要因素。结构设计时，应尽量避免或减小应力集中。其方法在相应的章节会作介绍，如增大过度圆角、采用卸载结构等。(4)使载荷平衡结构在机器工作时，常产生一些无用的力，如惯性力、斜齿轮轴向力等，这些力不但增加了轴和轴衬等零件的负荷，降低其精度和寿命，同时也降低了机器的传动效率。所谓载荷平衡就是指采取结构措施部分或全部平衡无用力，以减轻或消除其不良的影响。这些结构措施主要采用平衡元件、对称布置等。例如，同一轴上的两个斜齿圆柱齿轮所产生的轴向力，可通过合理选择轮齿的旋向及螺旋角的大小使轴向力相互抵消，使轴承负载减小。5.3.2机械结构基本设计准则3.满足结构刚度的设计准则为保证零件在使用期限内正常地实现其功能，必须使其具有足够的刚度。5.3.2机械结构基本设计准则4.考虑加工工艺的设计准则机械零部件结构设计的主要目的是：保证功能的实现，使产品达到要求的性能。但是，结构设计的结果对产品零部件的生产成本及质量有着不可低估的影响。因此，在结构设计中应力求使产品有良好的加工工艺性。所谓好的加工工艺指的是零部件的结构易于加工制造，任何一种加工方法都有可能不能制造某些结构的签部件，或生产成本很高，或质量受到影响。因此，对于设计者认识一种加工方法的特点非常重要，以便在设计结构时尽可能的扬长避短。实际中，零部件结构工艺性受到诸多因素的制约，如生产批量的大小会影响坯件的生成方法；生产设备的条件可能会限制工件的尺寸；此外，造型、精度、热处理、成本等方面都有可能对零部件结构的工艺性有制约作用。因此，结构设计中应充分考虑上述因素对工艺性的影响。5.3.2机械结构基本设计准则5.考虑装配的设计准则装配是产品制造过程中的重要工序，零部件的结构对装配的质量、成本有直接的影响。有关装配的结构设计准则简述如下(1)合理划分装配单元整机应能分解成若干可单独装配的单元(部件或组件)，以实现平行且专业化的装配作业，缩短装配周期，并且便于逐级技术检验和维修。（2）使零部件得到正确安装保证零件准确的定位。图5.7所示的两法兰盘用普通螺栓连接。图（a）所示的结构无径向定位基准，装配时不能保证两孔的同轴度；图（b）以相配的圆柱面作为定位基准，结构合理。-避免双重配合。图5.8（a）中的零件A有两个端面与零件B配合，由于制造误差，不能保证零件A的正确位置。图5.8（b）结构合理。-防止装配错误。图5.9所示轴承座用两个销钉定位。图（a）中两销钉反向布置，到螺栓的距离相等，装配时很可能将支座旋转180°安装，导致座孔中心线与轴的中心线位置偏差增大。因此，应将两定位销布置在同一侧，或使两定位销到螺栓的距离不等（2）使零部件便于装配和拆卸结构设计中，应保证有足够的装配空间，如扳手空间；避免过长配合以免增加装配难度，使配合面擦伤，如有些阶梯轴的设计；为便于拆卸零件，应给出安放拆卸工具的位置，如轴承的拆卸。5.3.2机械结构基本设计准则6.考虑造型设计的准则产品的设计不仅要满足功能要求，而且还应考虑产品造型的美学价值，使之对人产生吸引力。从心理学角度看，人60%的决定取决于第一印象。技术产品的社会属性是商品，在买方市场的时代，为产品设计一个能吸引顾客的外观是一个重要的设计要求；同时造型美观的产品可使操作者减少因精力疲惫而产生的误操作。外观设计包括三个方面：造型、颜色和表面处理。考虑造型时，应注意下述三个问题：（1）尺寸比例协调在结构设计时，应注意保持外形轮廓各部分尺寸之间均匀协调的比例关系，应有意识地应用”黄金分割法”来确定尺寸，使产品造型更具美感。（2）形状简单统一机械产品的外形通常由各种基本的几何形体（长方体、圆柱体、锥体等）组合而成。结构设计时，应使这些形状配合适当，基本形状应在视觉上平衡，接近对称又不完全对称的外形易产生倾倒的感觉；尽量减少形状和位置的变化，避免过分凌乱；改善加工工艺。（3）色彩、图案的支持和点缀在机械产品表面涂漆，除具有防止腐蚀的功能外，还可增强视觉效果。恰当的色彩可使操作者眼睛的疲劳程度降低，并能提高对设备显示信息的辨别能力。单色只使用于小构件。大的特别是运动构件如果只用一种颜色就会显得单调无层次,一个小小的附加色块会使整个色调活跃起来。在多个颜色并存的情况下,应有一个起主导作用的底色，和底色相对应的颜色叫对比色。但在一个产品上，不同色调的数量不宜太多，太多的色彩会给人一种华而不实的感觉。舒服的色彩大约位于从浅黄、绿黄到棕的区域。这个趋势是渐暖，正黄正绿往往显得不舒服；强烈的灰色调显得压抑。对于冷环境应用暖色，如黄、橙黄和红。对于热环境用冷色，如浅蓝。所有颜色都应淡化。另外，通过一定的色彩配置可使产品显得安全、稳固。将形状变化小的、面积较大的平面配置浅色，而将运动、活跃轮廓的元件配置深色；深色应安置于机械的下部，浅色置于上部。5.4机械结构设计的工作步骤不同类型的机械结构设计中各种具体情况的差别很大，没有必要以某种步骤按部就班的进行。通常是确定完成既定功能零部件的形状、尺寸和布局。结构设计过程是综合分析、绘图、计算三者相结合的过程，其过程大致如下：1 .理清主次、统筹兼顾：明确待设计结构件的主要任务和限制，将实现其目的的功能分解成几个功能。然后从实现机器主要功能（指机器中对实现能量或物料转换起关键作用的基本功能）的零部件入手，通常先从实现功能的结构表面开始，考虑与其他相关零件的相互位置、联结关系，逐渐同其它表面一起连接成一个零件，再将这个零件与其它零件联结成部件，最终组合成实现主要功能的机器。而后，再确定次要的、补充或支持主要部件的部件，如：密封、润滑及维护保养等。2 .绘制草图：在分析确定结构的同时，粗略估算结构件的主要尺寸并按一定的比例，通过绘制草图，初定零部件的结构。图中应表示出零部件的基本形状，主要尺寸，运动构件的极限位置，空间限制，安装尺寸等。同时结构设计中要充分注意标准件、常用件和通用件的应用，以减少设计与制造的工作量。3 .对初定的结构进行综合分析，确定最后的结构方案：综合过程是指找出实现功能目的各种可供选择的结构的所有工作。分析过程则是评价、比较并最终确定结构的工作。可通过改变工作面的大小、方位、数量及构件材料、表面特性、连接方式，系统地产生新方案。另外，综合分析的思维特点更多的是以直觉方式进行的，即不是以系统的方式进行的。人的感觉和直觉不是无道理的，多年在生活、生产中积累的经验不自觉地产生了各种各样的判断能力，这种感觉和直觉在设计中起着较大的作用。4 .结构设计的计算与改进：对承载零部件的结构进行载荷分析，必要时计算其承载强度、刚度、耐磨性等内容。并通过完善结构使结构更加合理地承受载荷、提高承载能力及工作精度。同时考虑零部件装拆、材料、加工工艺的要求，对结构进行改进。在实际的结构设计中，设计者应对设计内容进行想象和模拟，头脑中要从各种角度考虑问题，想象可能发生的问题，这种假象的深度和广度对结构设计的质量起着十分重要的作用。5 .结构设计的完善：按技术、经济和社会指标不断完善，寻找所选方案中的缺陷和薄弱环节，对照各种要求和限制，反复改进。考虑零部件的通用化、标准化，减少零部件的品种，降低生产成本。在结构草图中注出标准件和外购件。重视安全与劳保（即劳动条件：操作、观察、调整是否方便省力、发生故障时是否易于排查、噪音等），对结构进行完善。6 .形状的平衡与美观：要考虑直观上看物体是否匀称、美观。外观不均匀时造成材料或机构的浪费。出现惯性力时会失去平衡，很小的外部干扰力作用就可能失稳，抗应力集中和疲劳的性能也弱。总之，机械结构设计的过程是从内到外、从重要到次要、从局部到总体、从粗略到精细，权衡利弊，反复检查，逐步改进。