材料选型与结构优化原则 机械设计需平衡性能、成本与加工可行性，材料选型是首要环节。需根据零件受力情况、工作环境选择适配材料：受力复杂的传动齿轮需选用20CrMnTi（渗碳淬火后硬度达HRC58-62），确保耐磨性与抗疲劳性；承受冲击载荷的连杆选用40Cr（调质处理后硬度HB220-250），兼顾强度与韧性；轻量化要求高的汽车零部件则可选用铝合金6061-T6，密度仅2.7g/cm³，且通过热处理提升强度。材料选型还需考虑经济性，如非关键支撑零件可用Q235钢替代45钢，降低成本30%以上。
结构优化是提升零件性能的关键，需遵循 “等强度设计” 与 “简化加工” 原则。轴类零件的阶梯过渡处需设计圆角（如 R2-R5），避免应力集中导致断裂；轴承座安装面需设置凸台，减少加工面积的同时保证平面度；箱体零件的内腔需避免盲孔，采用通孔结构便于加工与清理。例如设计带轮时，将实心结构改为辐板式，在重量减轻 40% 的同时，通过增加辐板厚度保证强度，且辐板上开设减重孔，进一步优化受力分布。
此外，需考虑装配可行性，零件结构需便于安装与维护。如螺栓连接的零件需预留扳手空间（扳手活动范围不小于 15°），避免因空间狭窄无法紧固；轴承端盖设计为分体式，便于轴承拆装；管线接口需设置定位销，确保装配时对准精度。结构优化后需通过 ANSYS 等软件进行有限元分析，如对减速器箱体进行应力仿真，确保应力值小于材料许用应力（如 Q235 钢许用应力 [σ]=170MPa），验证设计可靠性。
