承载结构的最佳几何形状

若要针对专题中每个功能性零件解方程式就有点超过了：况且在日常生活中，又不是所有东西都像横木一样重要，但上述理论强调几个多用途的设计策略，让我们做出各种形状的坚固耐用零件。

怎么办到呢？我们试想另一个简单的例子，假设你想修理一个机械连动装置，这是大约1mm厚、5mm宽塑胶棒，X轴所承受的压力持续毁损这根塑胶棒，你厘清这个问题之后，决定将压力承受能力提升三倍。

我们最好怎样达到目标呢？看一下 Fbreak 方程式，可见宽度（w）和最大承受压力呈现线性关系，我们显然要把横木宽度从5mm加大为15mm，但反过来看，塑胶棒会变得太笨重，其重量和所需材料也会提升200%。

以天马行空的方式，把零件的承压能力提升三倍

当然还有更好的办法。前述公式告诉我们，最大承受压力跟高度（h）成正比，换言之，你只要把原本的高度加乘 √3，差不多是1.73mm，承压能力就会提升三倍，所需材料却只会增加73%，零件也很接近原本的形状。

以更好的方法解决问题：增加零件的厚度

事实上，就连这个方法也太保守。若没有理由保留原本的宽度，不妨把横剖面变成正方形，让X和Y的抗弯强度相等，这样横剖面会是2.47mm宽和2.47mm高，比起5mm x 1mm的横木，这个所需材料只增加了22%，但承压能力却提升三倍。

不过先别急，还有一个问题：根据我们对弯曲压力在横木横剖面分布的了解，大家不免怀疑舍弃中心附近的材料，难道不会牺牲整体抗弯强度吗？我们试着打造一个工字梁，来看看实际成果如何吧。

为了搞清楚会有什么后果，我们不再关注长方形横剖面的公式，反而要锁定 Fbreak一般公式：

Fbreak = σmax * Ix / (L * cx)

既然工字梁是对称的，中轴永远都在中央，因此cx = h / 2。只有Ix

不知道数值，截面矩符号公式可在在线轻易找到，但这种横木形状有点麻烦，最好利用CAD软件或在线计算器，得出移除中央材料后的Ix数值变化，才能知道外围凸缘要增加多少，以便回复预计的Fbreak数值。

打造工字梁以符合预期目标。移除红色区域，挤压绿色区域。

上述例子从中央移除大量材料，外围凸缘只要增加少数材料，横木承压能力就比5 x 1 mm增加了三倍…却节省20%的材料，很棒吧？

事实上，工字梁在小型专题并不常见，主要是因为采用工字梁，反而会让钉制过程变得更复杂（例如射出成型或金属冲压），但只要你观察力够好，你就会发现工业设计随处可见其近亲。

薄壁零件常见的强化方法，通道（右）也可能是圆形的

   这些特征经常融入零件设计本身，举凡肋材、巧妙弯曲的表面、有凸缘的盖子等现代工业美学特色，这些绝对不是只为了好看，毕竟少了这些设计，我们的手机、整理箱和塑胶杯都可能马上解体。

(责任编辑：admin)

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