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如果您设计产品，无论您是全职内部工程师、专业自由职业工业设计师还是兼职发明家，您都可能会遇到无法解决设计问题的情况。我指的不是一个你不能想出解决方案的场景；我说的是一种不存在解决方案的情况。不知道我在说什么？下面的练习将清楚地说明我的观点：
根据以下约束条件选择一个数字：
数字必须在1-10之间。
数字必须是整数。
数字必须是奇数。
数字必须是4的倍数。
当然，没有有效的数字。这不是你的创造力的问题；没有一个数字能满足所有的标准。如果删除任何一个约束，则有几种可能的答案。但是如果你需要满足这四个条件，那你就不走运了。
这被称为过度约束，可能非常令人沮丧。当产品设计中出现过度约束时，通常会产生实际的解决方案。然而，这一解决方案远非理想，并伴随着许多问题。幸运的是，通过学习本文中的课程，您可以避免过度约束，并在设计优秀产品时拥有快乐的生活。
精确约束
精确约束理论是一个简单的理论。它指出，对于每种情况，都有确切数量的理想约束。约束的理想数量是需要约束的每个自由度的一个约束。再少一点，你的部分就会在不应该的时候摆动，或者在不应该的时候滑动，等等，然后事情就变得不太对劲了。要应用精确约束理论，请计算需要约束多少自由度。然后，仅约束这些自由度。
下面是两个过度约束的示例以及如何修复它们：
两点成一条线
你们可能早在数学课上就知道两点是一条线。顺便说一句，这是一个条件：两个点不能重合（占用相同的空间）。如果向混合中添加第三个点，则它不太可能位于连接前两个点的同一条线上。
虽然第三个点可能与前两个点共线（与前两个点在同一条线上），但很难完美实现。如果将第三个点稍微偏离预期标记，它将不会真正共线，结果可能会有问题。
这种情况最常见的例子是传动轴由三组轴承固定。在驱动轴的两端各有一组轴承，在轴的中间附近有另一组轴承。第三组轴承的目的是帮助减少驱动轴中心附近的弯曲，以减少系统中的振动。
实际上，第三组轴承是系统中最可能的振动源。毕竟，我们刚刚了解到，每组轴承的中心几乎肯定不是完全对齐的。因此，虽然中心轴承组的目的是约束驱动轴，使其始终处于完美对齐状态，但实际上，这是驱动轴处于不断错位状态的原因，这将导致过度和不必要的振动。这是一个明显的过度约束的例子。
专业提示：
如果您想设计一个振动和传动轴弯曲最小的传动轴，不要尝试在传动轴中心使用第三组轴承。相反，缩短驱动轴，和/或增大驱动轴直径，和/或为驱动轴使用更硬的材料。
上图所示为相同的驱动轴，但缩短以增加刚度。
三点构成一个平面
你们可能早在数学课上就知道了，三分等于一分飞机. 当然，这也是有条件的：没有一个点可以重合（占用相同的空间），三个点不能共线（在同一条线上）。满足这两个条件的任意三个点创建一个平面。
如果向混合中添加第四个点，则它不太可能位于同一平面上。就像每条直线都有一个方程一样，每个平面也有一个方程。所以，如果你把这个方程应用到第四点，理论上它会在那个平面上。但是，如果将第四个点放置在与预期标记稍有偏离的位置，则它将不在平面上，并且结果可能会有问题。
这种情况最常见的例子是有四条腿的餐厅餐桌。有没有想过为什么餐厅的桌子总是摇晃？嗯，过度约束是罪魁祸首。
四条腿中任意三条腿的接触点已经形成一个平面。第四条腿的接触点几乎肯定不会落在前三条腿已经创建的同一平面上。这种错位会导致摆动，因此需要在下面放置一到三个杯垫。这是另一个明显的过度约束的例子。
旁注：
如果工程原理规定桌子实际上只有三条腿，那么为什么大多数桌子都有四条腿？嗯，一张有三条腿的桌子可能不会摇晃，但它肯定不是很稳定。
大多数桌子是圆形、方形或矩形的。它们很少是三角形的。这意味着桌子本身可能有一个表面位于三条腿相互构成的三角形之外。结果：除非这三条腿远离桌子的中心，否则它可能会比你想要的更容易倒下。
总结
设计约束是一件好事。它们使旗杆笔直地指向上方，车顶行李架牢牢地固定在车辆上。应用超出必要范围的约束实际上是一件坏事。
过度约束是为什么当你认为它们应该以及为什么你应该考虑在你的后背口袋里放一个杯垫时，部件往往不适合。在设计具有需要约束的功能的产品时，最好找出并实现充分约束功能所需的最小约束数。
过度约束是不好的。避免它，过幸福的生活。
