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1. 機械結構基本設計準則
(1) 實現預期功能的設計準則
產品的設計主要目的是為了實現預定的功能要求，因此實現預期功能的設計準則是結構設計首先考慮的問題。要滿足功能要求，必須做到以下幾點。
(a) 明確功能
結構設計是要根據其在機器中的功能和與其他零部件相互的連接關係，確定參數尺寸和結構形狀。零部件主要的功能有承受載荷、傳遞運動和動力，以及保證或保持有關零件或部件之間的相對位置或運動軌跡等。設計的結構應能滿足從機器整體考慮對它的功能要求。
(b) 功能合理的分配
產品設計時，根據具體情況，通常有必要將任務進行合理的分配，即將一個功能分解為多個分功能。每個分功能都要有確定的結構承擔，各部分結構之間應具有合理、協調的聯繫，以達到總功能的實現。多結構零件承擔同一功能可以減輕零件負擔，延長使用壽命。
V 型帶截面的結構是任務合理分配的一個例子。纖維繩用來承受拉力；橡膠填充層承受帶彎曲時的拉伸和壓縮；包布層與帶輪輪槽作用，產生傳動所需的摩擦力。例如，若只靠螺栓預緊產生的摩擦力來承受橫向載荷時，會使螺栓的尺寸過大，可增加抗剪元件，如銷、套筒和鍵等，以分擔橫向載荷來解決這一問題。
(c) 功能集中
為了簡化機械產品的結構，降低加工成本，便於安裝，在某些情況下，可由一個零件或部件承擔多個功能。功能集中會使零件的形狀更加複雜，但要有度，否則反而影響加工工藝、增加加工成本，設計時應根據具體情況而定。
(2) 滿足強度要求的設計準則
(a) 等強度準則
零件截面尺寸的變化應與其內應力變化相適應，使各截面的強度相等。按等強度原理設計的結構，材料可以得到充分的利用，從而減輕了重量、降低成本。如懸臂支架、階梯軸的設計等。
(b) 合理力流結構
為了直觀地表示力在機械構件中怎樣傳遞的狀態，將力看作猶如水在構件中流動，這些力線匯成力流。表示這個力的流動在結構設計考察中起著重要的作用。
力流在構件中不會中斷，任何一條力線都不會突然消失，必然是從一處傳入，從另一處傳出。力流的另一個特性是它傾向於沿最短的路線傳遞，從而在最短路線附近力流密集，形成高應力區。其它部位力流稀疏，甚至沒有力流通過，從應力角度上講，材料未能充分利用。因此，若為了提高構件的剛度，應該盡可能按力流最短路線來設計零件的形狀，減少承載區域，從而累積變形越小，提高了整個構件的剛度，使材料得到充分利用。
如懸臂佈置的小錐齒輪，錐齒輪應儘量靠近軸承以減小懸臂長度，提高軸的彎曲強度。
(c) 減小應力集中結構
當力流方向急劇轉折時，力流在轉折處會過於密集，從而引起應力集中，設計中應在結構上採取措施，使力流轉向平緩。應力集中是影響零件疲勞強度的重要因素。結構設計時，應儘量避免或減小應力集中。其方法在相應的章節會作介紹，如增大過度圓角、採用卸載結構等。
(d) 使載荷平衡結構
在機器工作時，常產生一些無用的力，如慣性力、斜齒輪軸向力等，這些力不但增加了軸和軸襯等零件的負荷，降低其精度和壽命，同時也降低了機器的傳動效率。所謂載荷平衡就是指採取結構措施部分或全部平衡無用力，以減輕或消除其不良的影響。這些結構措施主要採用平衡元件、對稱佈置等。
例如，同一軸上的兩個斜齒圓柱齒輪所產生的軸向力，可通過合理選擇輪齒的旋向及螺旋角的大小使軸向力相互抵消，使軸承負載減小。
(3) 滿足結構剛度的設計準則
為保證零件在使用期限內正常地實現其功能，必須使其具有足夠的剛度。
(4) 考慮加工工藝的設計準則
機械零部件結構設計的主要目的是：
保證功能的實現，使產品達到要求的性能。但是，結構設計的結果對產品零部件的生產成本及質量有著不可低估的影響。
因此，在結構設計中應力求使產品有良好的加工工藝性所謂好的加工工藝指的是零部件的結構易於加工製造，任何一種加工方法都有可能不能製造某些結構的零部件，或生產成本很高，或品質受到影響。因此，對於設計者認識一種加工方法的特點非常重要，以便在設計結構時盡可能的揚長避短。
實際中，零部件結構工藝性受到諸多因素的制約，如生產批量的大小會影響坯件的生成方法；生產設備的條件可能會限制工件的尺寸；此外，造型、精度、熱處理、成本等方面都有可能對零部件結構的工藝性有制約作用。因此，結構設計中應充分考慮上述因素對工藝性的影響。
(5) 考慮裝配的設計準則
裝配是產品製造過程中的重要工序，零部件的結構對裝配的品質、成本有直接的影響。有關裝配的結構設計準則簡述如下
（a）合理劃分裝配單元
整機應能分解成若干可單獨裝配的單元（部件或元件），以實現平行且專業化的裝配作業，縮短裝配週期，並且便於逐級技術核對總和維修。
（b）使零部件得到正確安裝
（b-1）保證零件準確的定位。
（b-2）避免雙重配合。
（b-3）防止裝配錯誤。
（c）使零部件便於裝配和拆卸
結構設計中，應保證有足夠的裝配空間，如扳手空間；避免過長配合以免增加裝配難度，使配合面擦傷，如有些階梯軸的設計；為便於拆卸零件，應給出安放拆卸工具的位置，如軸承的拆卸。
(6) 考慮造型設計的準則
產品的設計不僅要滿足功能要求，而且還應考慮產品造型的美學價值，使之對人產生吸引力。從心理學角度看，人60%的決定取決於第一印象。技術產品的社會屬性是商品，在買方市場的時代，為產品設計一個能吸引顧客的外觀是一個重要的設計要求；同時造型美觀的產品可使操作者減少因精力疲憊而產生的誤操作。外觀設計包括三個方面：造型、顏色和表面處理。考慮造型時，應注意下述三個問題：
（a）尺寸比例協調
在結構設計時，應注意保持外形輪廓各部分尺寸之間均勻協調的比例關係，應有意識地應用”黃金分割法”來確定尺寸，使產品造型更具美感。
（b）形狀簡單統一
機械產品的外形通常由各種基本的幾何形體（長方體、圓柱體、錐體等）組合而成。結構設計時，應使這些形狀配合適當，基本形狀應在視覺上平衡，接近對稱又不完全對稱的外形易產生傾倒的感覺；盡量減少形狀和位置的變化，避免過分淩亂；改善加工工藝
（c）色彩、圖案的支援和點綴
在機械產品表面塗漆，除具有防止腐蝕的功能外，還可增強視覺效果。恰當的色彩可使操作者眼睛的疲勞程度降低，並能提高對設備顯示資訊的辨別能力。
單色只使用於小構件。大的特別是運動構件如果只用一種顏色就會顯得單調無層次，一個小小的附加色塊會使整個色調活躍起來。在多個顏色並存的情況下，應有一個起主導作用的底色，和底色相對應的顏色叫對比色。但在一個產品上，不同色調的數量不宜太多，太多的色彩會給人一種華而不實的感覺。
舒服的色彩大約位於從淺黃、綠黃到棕的區域。這個趨勢是漸暖，正黃正綠往往顯得不舒服；強烈的灰色調顯得壓抑。對於冷環境應用暖色，如黃、橙黃和紅。對於熱環境用冷色，如淺藍。所有顏色都應淡化。另外，通過一定的色彩配置可使產品顯得安全、穩固。將形狀變化小的、面積較大的平面配置淺色，而將運動、活躍輪廓的元件配置深色；深色應安置於機械的下部，淺色置於上部。
2. 機械結構設計的工作步驟
不同類型的機械結構設計中各種具體情況的差別很大，沒有必要以某種步驟按部就班的進行。通常是確定完成既定功能零部件的形狀、尺寸和佈局。結構設計過程是綜合分析、繪圖、計算三者相結合的過程，其過程大致如下：
(1) 理清主次、統籌兼顧
明確待設計結構件的主要任務和限制，將實現其目的的功能分解成幾個功能。然後從實現機器主要功能（指機器中對實現能量或物料轉換起關鍵作用的基本功能）的零部件入手，通常先從實現功能的結構表面開始，考慮與其他相關零件的相互位置、聯結關係，逐漸同其它表面一起連接成一個零件，再將這個零件與其它零件聯結成部件，最終組合成實現主要功能的機器。而後，再確定次要的、補充或支持主要部件的部件，如：密封、潤滑及維護保養等。
(2) 繪製草圖
在分析確定結構的同時，粗略估算結構件的主要尺寸並按一定的比例，通過繪製草圖，初定零部件的結構。圖中應表示出零部件的基本形狀，主要尺寸，運動構件的極限位置，空間限制，安裝尺寸等。同時結構設計中要充分注意標準件、常用件和通用件的應用，以減少設計與製造的工作量。
(3) 對初定的結構進行綜合分析，確定最後的結構方案
綜合過程是指找出實現功能目的各種可供選擇的結構的所有工作。分析過程則是評價、比較並最終確定結構的工作。可通過改變工作面的大小、方位、數量及構件材料、表面特性、連接方式，系統地產生新方案。另外，綜合分析的思維特點更多的是以直覺方式進行的，即不是以系統的方式進行的。人的感覺和直覺不是無道理的，多年在生活、生產中積累的經驗不自覺地產生了各種各樣的判斷能力，這種感覺和直覺在設計中起著較大的作用。
(4) 結構設計的計算與改進
對承載零部件的結構進行載荷分析，必要時計算其承載強度、剛度、耐磨性等內容。並通過完善結構使結構更加合理地承受載荷、提高承載能力及工作精度。同時考慮零部件裝拆、材料、加工工藝的要求，對結構進行改進。在實際的結構設計中，設計者應對設計內容進行想像和類比，頭腦中要從各種角度考慮問題，想像可能發生的問題，這種假像的深度和廣度對結構設計的品質起著十分重要的作用。
(5) 結構設計的完善
按技術、經濟和社會指標不斷完善，尋找所選方案中的缺陷和薄弱環節，對照各種要求和限制，反復改進。考慮零部件的通用化、標準化，減少零部件的品種，降低生產成本。
在結構草圖中注出標準件和外購件。重視安全與勞保（即勞動條件：操作、觀察、調整是否方便省力、發生故障時是否易於排查、噪音等），對結構進行完善。
(6) 形狀的平衡與美觀
要考慮直觀上看物體是否勻稱、美觀。外觀不均勻時造成材料或機構的浪費。出現慣性力時會失去平衡，很小的外部干擾力作用就可能失穩，抗應力集中和疲勞的性能也弱。
總之，機械結構設計的過程是從內到外、從重要到次要、從局部到總體、從粗略到精細，權衡利弊，反復檢查，逐步改進。
3. 小結
機械結構設計在機械設計中起著舉足輕重的作用。本章主要討論機械結構設計的特點、步驟和思維方式。機器工作原理及裝配的設計要求是確定零部件結構和形狀的主要因素，其次是材料的選擇、制造工藝方面的要求，使之具有良好的工藝性（加工、裝配）。此外，零部件的結構和形狀的完善對強度和剛度的提高有很大的影響。
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