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机械优化设计范文

机械优化设计

机械优化设计范文第1篇

关键词:机械优化设计;应用

科学技术的发展使得大量的机械制造要求要很高的技术水平,机械产品的设计工作变得越来越复杂,要求考虑的内容也越来越多,精确性和科学性都与传统机械设计有巨大差别。面对这种情况,机械优化设计理论应运而生,逐渐发展成为一种现代化的机械设计方法。传统的设计方法只是一种定性分析的结果,没有经过精确的理论计算,期间造成了很多人力,财力的浪费,具有很大的改进潜力。为此,一种现代的设计理念――优化设计产生了。

1 传统工业的优化设计应用

传统机械优化设计方法大多应用于机械结构和零件功能的优化设计,针对机械结构的性能和形态进行优化。在机械结构上,内点罚函数优化法,能够对刚度和压弯组合强度结构进行良好的优化,既能够满足尺寸要求又能良好的控制结构自重。在形态方面,典型的是轴对称锻造部件的毛坯形状的优化。在性能方面,采用坐标转换法和黄金分割法对部分两岸结构进行优化设计,使得机械结构更加准确保持运动平衡性,提高了传力性能。这样看来,传统机械优化设计方法依然能够取得良好的效果,所以在机械设计发展中不能忽略传统优化方法的

作用。

2 现代工业的优化设计应用

现代高新设计方法在机械优化设计中的应用已越来越广泛。但应该看到,现代的设计不仅仅是单一的完成给定产品的设计,而应该要将产品使用及设备维修等因素统一进行考虑。所以,机械优化设计在强调环保设计和可靠性设计等考虑综合性因素的机械优化设计应用工作更为活跃,机械优化设计的应用领域更加广泛,涉及到航空航天工程机械及通用机械与机床的机械优化设计;涉及到水利、桥梁和船舶机械优化设计;涉及到汽车和铁路运输行业及通讯行业机械优化设计;涉及到轻工纺织行业、能源工业和军事工业机械优化设计;涉及到建筑领域机械优化设计;涉及到石油及石化行业机械优化设计;涉及到食品机械等机械优化设计。机械优化设计的应用还能够解决具有复杂结构的系统问题。

2.1 优化设计网络软件的应用

优化算法的研究已经有所成绩,利用网络平台逐渐开发一些工业化在线优化软件,便于工业设计使用。对于在线机械优化设计软件来说,亟待解决的问题就是模型问题,对于非常复杂的系统来说,结构、流程、物料和系统参数等,都非常复杂,如果计算对象比较模糊,运算效率会受到严重的影响,这就给在线优化软件带来了巨大的困难。为了解决这种情况,通过合适的算法解决辨别模型,结合神经网络和学习特点进行数据的识别,让在线优化软件也能够良好的应用于各种模型,比如国内比较成熟的 NEUMAX 软件包,基于神经遗传算法的在线优化软件包,都能够良好的实现各种模型的遗传算法,这些软件已经成功应用于甲醇合成机械设计的优化工作中。

2.2 优化设计在MATLAB中的应用

在机械设计中引入优化设计方法不仅能使设计的机械零件满足性能要求,还能使其在某些特定方面达到最优。利用 MATLAB优化工具箱求解机械优化设计问题不仅避免了传统的设计方法中人工试凑、分析比较过程中的繁杂与重复,而且编程简单、结果可靠。在上述实例中,利用 MATLAB 软件中FEMINCON函数求解夹具设计问题,最 终设计的 夹具要比采用传统设计方法设计的质量轻、成本低,并且设计效率高。

2.3 人工神经网络法在机械优化设计中的应用

人工神经网络是人类模仿大脑神经网络结构和功能而建立的一种信息处理系统,是理论化的人脑神经网络的数学模型。人工神经网络从事例中学习,可以处理非线性问题,特别擅长处理那些需要人直观判断的信息匮乏的问题,如不完全数据集合,模糊信息以及高度复杂问题等。人工神经网络应用于优化设计,主要体现在以下两个方面:

Hopfield 网络 2.BP 网络

2.4 模糊优化方法在机械优化设计中的应用应用模糊优化理论能够将设计中的模糊因素和模糊主观信息定量化,通过合理给定约束函数、目标函数的容许值、期望值及其模糊分布 (隶属函数) 来 “软化”边界条件,扩大寻优范围和体现专家的经验、观点和某些公认的设计准则。把模糊技术应用于优化设计建模,其特长不仅在于它善于表达模糊概念,处理模糊因素,而且还可将复杂问题简化,使优化模型更加合理。采用模糊理论建立优化设计模型对求解复杂系统优化设计问题具有重要意义。

3 总结

从上述可知机械优化设计是一门应用前景十分广泛的学科,无论是传统还是现代方法都显得尤为重要,特别是在应用了计算机后使计算优化更加智能方便,所以这是一门值得深入研究开发其应用的学科。

参考文献

[1] 唐小兵,沈成武,陈定方.遗传算法和人工神经网络结合在结构优化中的应用[J].武汉交通科技大学学报,1999,5.

机械优化设计范文第2篇

机械优化设计概念

机械优化设计是综合性和实用性都很强的理论和技术,为机械设计提供了一种可靠高效的科学设计方法,使设计者由被动地分析、校核进入主动设计,能节约原材料,降低成本,缩短设计周期,提高设计效率和水平,提升企业竞争力、经济效益与社会效益。国内外相关学者和科研人员对优化设计理论方法及其应用研究十分重视,并开展了大量工作,其基本理论和求解手段已逐渐成熟。并且它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上,通过有效的实验数据和科学的评价体系来从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案。该领域的研究和应用进展非常迅速,并且取得了可观的经济效益。那就让我们关注机械优化设计中那些重要的量。

解决优化设计问题的一般步骤

解决优化设计问题的一般步骤如下:

机械设计问题――建立数学模型――选择或设计算法――编码调试――计算结果的分析整理

优化设计中数学模型的建立

a设计变量

在最优化设计过程中需要调整和优选的参数,称为设计变量。设计变量是最优化设计要优选的量。最优化设计的任务,就是确定设计变量的最优值以得到最优设计方案。但是每一次设计对象不同,选取的设计变量也不同。它可以是几何参数,如零件外形尺寸、截面尺寸、机构的运动尺寸等;也可以是某些物理量,如零部件的重量、体积、力与力矩、惯性矩等;还可以是代表工作性能的导出量,如应力、变形等。总之,设计变量必须是对该项设计性能指标优劣有影响的参数。

b约束条件

设计空间是一切设计方案的集合,只要在设计空间确定一个点,就确定了一个设计方案。但是,实际上并不是任何一个设计方案都可行,因为设计变量的取值范围有限制或必须满足一定的条件。在最优化设计中,这种对设计变量取值时限制条件,称为约束条件,而约束条件是设计变量间或设计变量本身应该遵循的限制条件,而优化设计问题大多数是约束的优化问题。针对优化设计数学模型要素的不同情况,可将优化设计方法进行分类,约束条件的形式有显约束和隐约束两种,前者是对某个或某组设计变量的直接限制,后者则是对某个或某组变量的间接限制。等式约束对设计变量的约束严格,起着降低设计变量自由度的作用。优化设计的过程就是在设计变量自由的允许范围内,找出一组优化的设计变量值,使得目标函数达到最优值。

c目标函数

在优化设计过程中,每一个变量之间都存在着一定的相互关系着就是用目标函数来反映。他可以直接用来评价方案的好坏。在优化设计中,可以根据变量的多寡将优化设计分为单目标优化问题和多目标优化问题,而我们最常见的就是多目标函数优化。

一般而言,目标函数越多,设计的综合效果越好,但问题求解复杂。在实际的设计问题中,常常会遇到在多目标函数的某些目标之间存在矛盾的情况,这就要求设计者正确处理各目标函数之间的关系。对这类多目标函数的优化问题的研究,至今还没有单目标函数那样成熟

优化设计理论方法

优化准则法对于不同类型的约束、变量、目标函数等需导出不同的优化准则,通用性较

差,且多为近似最优解;规划法需多次迭代、重复分析,代价昂贵,效率较低,往往还要求目标函数和约束条件连续、可微,这都限制了其在实际工程优化设计中推广应用。因此遗传算法、神经网络、粒子群算法、进化算法等智能优化法于20世纪80年代相继提出,并且不需要目标函数和约束条件的导数信息,就可获得最优解,为机械优化设计提供了新的思路和方法,并在实践中得到成功应用。

a遗传算法

遗传算法起源于20世纪60年代对自然和人工自适应系统的研究,最早由美国密歇根大学Holland教授提出,是模拟生物化过程、高度并行、随机、自适应的全局优化概率搜索算法。它按照获得最大效益的原则进行随机搜索,不需要梯度信息,也不需要函数的凸性和连续性,能够收敛到全局最优解,具有很强的通用性、灵活性和全局性;缺点是不能保证下一代比上一代更好,只是在总趋势上不断优化,运行效率较低,局部寻优能力较差。

b神经网络法

神经网络是一个大规模自适应的非线性动力系统,具有联想、概括、类比、并行处理以

及很强的鲁棒性,且局部损伤不影响整体结果。美国物理学家Hopfield最早发现神经网络具有优化能力,并根据系统动力学和统计学原理,将系统稳态与最优化态相对应,系统能量函数与优化寻优过程相对应,与Tank在1986年提出了第一个求解线性优化问题的TH选型优化神经网络。该方法利用神经网络强大的并行计算、近似分析和非线性建模能力,提高优化计算的效率,其关键是神经网络的构造,多用于求解组合优化、约束优化和复杂优化。近些年,神经网络法有较大发展,Barker等将神经网络用于航空工程结构件的优化设计。

c粒子群算法

Kennedy和Ebehart于1995年提出了模拟鸟群觅食过程的粒子群法,从一个优化解集开始搜索,通用个体间协作与竞争,实现复杂空间中最优解的全局搜索。粒子群法与遗传算法相比,原理简答、容易实现、有记忆性,无须交叉和变异操作,需调整的参数不多,收敛速度快,算法的并行搜索特性不但减小了陷入局部极小的可能性,而且提高了算法性能和效率,是近年被广为关注和研究的一种随机起始、平行搜索、有记忆的智能优化算法。目前,粒子群算法已应用于目标函数优化、动态环境优化、神经网络训练等诸多领域,但用于机械优化设计领域研究还很少。

d多目标优化法

功能、强度和经济性等的优化始终是机械设计的追求目标,实际工程机械优化设计都属于多目标优化设计。多目标优化广泛的存在性与求解的困难性使其一直富有吸引力和挑战性,理论方法还不够完善,主要可分为两大类:①把多目标优化转化成一个或一系列单目标优化,将其优化结果作为目标优化的一个解;②直接求非劣解,然后从中选择较好的解作为最优解。具体有主要目标法、统一目标法、目标分层法和功效系数法。

优化设计方法的评价指标

根据优化设计中所以解决问题的特点,选择适当的优化方案是非常关键的。因为解决同

一个问题可能有多种方法,而每一种方法也有可能会导致不同的结果,而我们需要的是可以更加体现生产目标的最优方案。所以我们在选择方案时一定要考虑一下四个原则:

a效率提高。所谓效率要高就是所采用的优化算法所用的计算时间或计算函数的次数要尽可能地少。

b可靠性要高。可靠性要高是指在一定的精度要求下,在一定迭代次数内或一定计算时间内,求解优化问题的成功率要尽可能地高。

c采用成熟的计算程序。解题过程中要尽可能采用现有的成熟的计算程序,以使解题简便并且不容易出错。

d稳定性要高。稳定性好是指对于高度非线性偏心率大的函数不会因计算机字长截断误差迭代过程正常运行而中断计算过程。

另外选择适当的优化方法时要进行深入的分析优化模型的约束条件、约束函数及目标函

数,根据复杂性、准确性等条件结合个人的经验进行选择。优化设计的选择取决于数学模型的特点,通常认为,对于目标函数和约束函数均为显函数且设计变量个数不太多的问题,采用惩罚函数法较好;对于只含线性约束的非线性规划问题,最适应采用梯度投影法;对于求导非常困难的问题应选用直接解法,例如复合形法;对于高度非线性的函数,则应选用计算稳定性较好的方法,例如BFGS变尺度法和内点惩罚函数相结合的方法。

结论

机械优化设计作为传统机械设计理论基础上结合现代设计方法而出现的一种更科学的

优化设计方法,可使机械产品的质量达到更高的水平。近年来,随着数学规划理论的不断发展和工作站计算能力的不断挖掘,机械优化设计方法和手段都有非常大的突破,且优化设计思路不断的开阔。总之,每一种优化设计方法都是针对某一类问题而产生的,都有各自的特点,都有各自的应用领域,机械优化设计就是在给定的载荷和环境下,在对机械产品的性能、几何尺寸关系或其它因素的限制范围内,选取设计变量,建立目标函数并使其获得最优值得一种新的设计方法,其方法多样依据不同情形选择合理的优化方法才能更简便高效的达到目标。当今的优化正逐步的发展到多学科优化设计,充分利用了先进计算机技术和科学的最新成果。所以机械优化设计的研究必须与工程实践、数学、力学理论、计算机紧密联系起来,才能具有更广阔的发展前景。

参考:

[1]白新理.结构优化设计[M]. 河南:黄河水利出版社,2008.

机械优化设计范文第3篇

【关键词】机械设计;优化设计;方法

引 言

机械优化设计,所涉及的学科众多。其中包含物理学、材料学、应用数学及化学、应用力学以及计算机程序设计等,系处理较为复杂的设计的有效工具之一。此次研究除去阐述优化设计方法,还总结出归纳出无约束优化设计法、有约束优化设计法、基因遗传算法三类优化设计手段,并对三者的特点进行论述,最后,对选取优化设计手段的几大要素进行阐述。

一、优化设计手段的论述

机械优化领域的设计灵魂即是优化设计方法,伴随计算机技术及数学科学迅速发展,解析法、数值分析法及非数值分析法为其所发展经历的三个阶段。

20世纪的50年代初,解决最优化问题的两种最主要的数学方法是,古典的变分法与微分法。此两种手段具计算精准及概念清晰的主要特征,可是,不足之处是仅限于解决一些小型或是特殊问题,于处理大型的实际问题之时,因过大的计算量,无形中增加了计算的难度。

20世纪50年代末,于优化设计中,其求优方法的理论基础即是数学规划手段。该方法是以数值分析为前提,结合已知的信息及条件,最后通过一连串的迭代过程得出问题最优解。但是其相关的理论还是比较简单的,计算的过程亦相对容易,只是计算的量极其大,可是此亦正是计算机所有工作中最为擅长的一项,当然,计算机也就归为了数值优化措施工具中最关键的那一类。

20世纪80年代末,如模拟退火、进化规划、混沌、人工神经网络、遗传算法及禁忌搜索等一些优化方法层出不穷,上述算法经模拟自然现象及规律而获得某些结论,一步步产生具有特点的优化方法,它的内容涉及到物理学、统计力学、数学、生物学、神经学、人工智能等。

二、设计方法

该设计方法被大量的应用到机械工程中,主要是因为它可以在特定的背景中确保方案最为合理,而且不需要使用太多的人力物力。该方法从最初的数值法到后来的数值分析,最后过渡到非数值分析。最近几年由于电脑技术的广泛应用,在设计的时候可以通过合理的选取设计数值进而得到最为优秀的方案,而且还能够大大的缩短用时。将该方法和电脑科技有效的融会到一起,是时展的产物,必将得到发扬。

三、类型和特征简介

1、无约束优化设计法

具体的说分成两个类型,一种是像共轭梯度法、最速下降法、牛顿法等方法,它是利用目标函数的一阶或二阶导数的无约束优化方法。另一种是像单形替换法、坐标轮换法等,利用目标函数值的无约束优化方法。

2、遗传算法

该方法是对随机群体不断的演变选择,进而获取最为合理的方法。它非常的类似于自然界的淘汰法则,适应社会发展的必然得到发展,而落后的必然会被遗弃。该方法有两大特点,即能够起到优化整体的作用,同时还有很好的适应能力。它被应用到很多领域中,比如问题诊断等等。最近几年它在工程方面也体现出了自身的巨大价值。接下来就具体的展开论述。第一是它能够论述可靠性问题。第二是能够辨别参数。它能够大体的分辨结论数值,明确了大体的区间之后,再通过遗传措施对设定的数值以及结论数值一起优化处理。第三,能够设计机械方案。为了和目前的编码体系保持一致,其设置了一系列的遗传方法,通过这些方法掌控它的搜索活动,而且通过复制等活动不断的迭代,进而得到最为优秀的方案。除此之外,它还可以应用到很多的其他行业中,比如节能设计以及数控加工误差等。上文讲述了很多它的优点,不过它也并非是完美的。比如目前还无法优化其自身的数值,无法通过新的设置来提升效率,目前的操作方法还不是很完善等等的一些问题。一般采用惩罚函数法求解约束优化问题时,其难点是如何选择合适的惩罚因子。该因子太大的话,会使得搜索工作变得困难,但是如果设置得太小的话,可能造成整个惩罚函数的极小解不是原目标函数的极小解。

3、约束优化设计法

根据处理约束条件的方法不同可分为间接法和直接法。间接法常见的有增广乘子法、惩罚函数法。它是将非线性优化问题转化成线性规划问题或是将约束优化问题转化成无约束优化问题来求解。直接法常见的方法有复合形法、网络法和约束坐标轮换法等。它的本质是创造一个迭代的步骤,确保所有的迭代点都能够在可行区间之中,进而不断的降低数值,一直到最为合理为止。

4、蚁群算法

是通过人工模拟蚂蚁搜索食物的过程来求解旅行商问题,在1991年由意大利学者M.Dorigo等人提出。蚁群算法适合非线性问题的求解,避免了导数等数学信息,对系统优化问题的数学模型没有很高的要求。主要应用在:交通建模及规划电信路由控制、集成电路布线设计、有序排列问题、二次分配、车间任务调度等问题的求解。虽然蚁群算法具有并行计算、正反馈选择和群体合作等优点,但也存在着容易出现“停滞”现象和需要较长的搜索时间两个缺陷。吴庆洪等提出了应用改进型蚁群算法解决有序排列问题,运用新的状态转移规则,讨论不同的轨迹更新规则对仿真结果的影响的一种具有变异特征的蚁群算法,并通过统计数据验证了相对于标准的蚁群优化算法中,改进型蚁群算法的优势所在。

5、模拟退火算法

模拟退火算法,最早在1953年由Metropolis提出,1983年Kirkpatrick成功地应用在组合最优化问题。模拟退火算法是一种通用的优化算法,用以求解不同的非线性问题;能够发挥出良好的收敛性特征,而且适应能力很是强大;对不可微甚至不连续的函数优化,能以较大概率求得全局优化解;能处理不同类型的优化设计变量;并且对目标函数和约束函数没有任何要求;不需要任何的辅助信息。目前已经广泛的应用于:神经网络、图像处理、控制工程、数值分析和生产调度等。这个方法虽然有很多的优点,不过它也存在一些缺点,比如它的效果不是很好,而且整个运算活动耗费的时间非常久。通过上文的分析我们得知了这几种算法本身的优点和缺陷,应该尽量的避免其缺陷,将优势结合到一起,对其进行完善。

四、合理选取方法

通过上文中对设计特征的分析,我们得知要想保证设计合理,就要正确的选取优化方法。这主要是因为即使是一个完全相同的内容它也会存在很多不一样的解决措施。然而并非是并存的这几个措施都能够将问题解决得天衣无缝。比如一些措施会使得设计的最终结果和我们当初的设置不符。要想避免这种现象,就需要我们牢牢此遵守四个基础原则。第一,要保证可靠性好,第二要保证使用的计算程序是合理的,第三要确保其稳定,最后要保证效率。除此之外,还需要工作者的工作经验丰富,只有这样才可以分析相关的函数值,结合复杂性等要素对其进行合理的选取判断。优化设计的选择取决于数学模型的特点,对于只含线性约束的非线性规划问题,最适应采用梯度投影法;对于约束函数和目标函数均为显函数且设计变量个数较少的问题,采用惩罚函数法较好;针对那些求导有难度的要使用直接解法;对于高度非线性的函数,就要选取那些较为稳定的措施。

结束语

从机械产品设计的全局来看,目前比较先进的优化设计,大多数还停留在设计方案后参数优化方面,面向产品设计,应将优化设计拓宽到机械设计产品的全生命周期过程,是适应机械产品设计。随着机械技术不断地发展,在现代科学技术支持下,现代机械先进优化设计技术将进行新一轮的发展。

参考文献

[1]李秀昌.浅谈机械制造中数控技术的应用[J].科技致富向导,2013(9).

机械优化设计范文第4篇

关键词:机械自动化 优化设计 分析 探讨

1.前言

在机械自动化设计中对于优化设计的应用越来越广泛,在机械设计中利用优化设计,不但可以使机械设备零件得到改善,而且也可以省到10%-35%左右的材料。所以说优化设计受到了人们的高度关注。

2.实现机械自动化优化设计的途径

机械自动化在形式可以代替人或者是人的大脑进和一些劳动及生产;机械自动化在功能上可以取代人力或者脑力劳动者。机械自动化技术之所以可以做到这些,主要是因为利用了自动化技术,使生产周期缩短,生产效率提高,生产成本减少等。让企业可以在保质保量的情况下,利用机械自动化技术。机械自动化技术不仅涉及到机械设备自动化技术应用上,还包括了机械设备自动化的设计中。

根据目前我国的现状,可以有效地实现机械自动化优化设计的重要途径是:利用现在先进的科学技术,提高对机械自动设计,在此基础上对机械自动化优化设计研究新的设计方法,将机械自动化尽快与国际接轨。

3.我国机械自动化的现状分析

机械自动化设计中的CAD技术设计,对于设计的效率的提高以及设计方案的优化都有着一定的功效,还可以减轻设计人员的工作压力,工作周期以及设计标准等。

虽然CAD机械设计技术得到广泛的应用。而且也已经被一些大的企业所应用。但是CAD技术应有较高的局限性。对于一些三维及防真设计上还存在缺陷。CAPP技术的出现对于设计人员的劳动强度,以及设计效率大大提高了,而且对机械自动化设计中的工艺设计也提高了不少,对于数据之间实现了人机一体化。将人作为系统中的核心者,使企业生产中可以将生产效率提高,减少成本消耗,保证了产品的质量问题。

CIMS机械自动化设计技术是集合于CAD、CAPP、QIS等一系列的系统在计算机为基础的条件下所构成的。[1]它是如今机械电子自动化设计中的核心。在如今社会条件下,对于机械自动化的优化设计不是所谓的所有的机械设备连合在一起,所有的生产车间联合在一起,而是将机械自动化为中心,以制造自动化系统为基础。制造自动化系统不只是CIMS的数据汇合地,还是CIMS的一个重要部分。对机械自动化来说,可以有效地利用这一基础。在这种生产条件下,使各个车间的机械设备进行自动化控制,以人为中心,各个部门的机械设备可以做到相互之间的各谐工作与优化运行。

4.对机械自动化设计的优化分析

通过对以上机械自动化设计现状的分析,应当通过以下几个方面对机械自动化设计进行优化设计分析:

4.1.机械自动化设计迈向数字化

作为机械制造技术中的核心环节,通过对数据进行数字化的方式实现快速传递,相互交流,并以机械设备的市场为基础,对机械自动化优化设计进行科学地、正确地、分析处理。[2]以及对机械设备的防真模拟,正确数据的提供,对生机械自动化设计中的信息提供了全面的支持。对于机械设备占领市场也提供了便利的条件,并且对机械设备自动化的市场变化进行有效地调整。

4.2.机械自动化设计走向智能化

自打有了人工智能化这一说法以后,人们就可以逐渐地感觉到智能化将比其它所有的技术能都要强悍,都要有优势。在机械自动化的发展过程上,已经难以离开智能制造系统了,这种系统其实就是将智能化的机器和人们的智慧结合在一起共同地行的人机一体化。[3]在对机械设备进行自动化设计时,人工智能系统不可以解决一些传统方法中不能解决的问题。智能化机械电动化设计不仅可以达到人与机器的和谐合作,还可以使人们更好地利用机械自动化。大大减少了人们脑力劳动。对于人们在机械自动化设计中的脑力劳动可以得到很好地发展及延伸。人类已经可以很好地进行思维的复杂化,而人工智能系统可以将人类的这种复杂化思维能力得以辅地延续,并将有效地利用在机械自动化的优化设计中去。将机械自动化优化设计迈向智能化,达到一个新的飞跃。这就需要我们作出努力加强探索。加大机械自动化迈向智能化设计的分析研究。可以使机械自动化转向智能化在企业自身发展中有一个平稳有效地发展。

4.3.机械自动化优化设计的基础--虚拟自动化

对于每个机械自动化设计中都离不开图纸进行设计,对机械设备成品的试验中也是离不开图纸的展示,最后达到机械自动化设计的完成。这样的操作程序不仅浪费时间,而且对人员的浪费,时间上的浪费,以及企业财力方面的浪费都是一批不小的开支。当下计算机技术的发展迅速,以及各种联系方式的发展,电子,网络的迅速普遍。这就给机械自动化优化设计走向模拟化提供了十分便利的条件。人们可以有效地利用电子计算机技术及设备,对于传统中大量的图纸模型以及一些数据上的统计利用计算机将它们模拟出来。利用网络的模拟,可以节省大量的人力,财力以及时间等。利用计算机网络的模拟不仅可以第一时间对机械自动化设计数据进行沟通,交流。

机械自动化设计中不仅要全面地掌握计算机技术,还应该使虚拟环境下的各种技术之间的相互交换,以及各种设备之间的相互交换做到合理性。在一个充分虚拟的环境中将机械自动化进行优化设计工作。

4.4.机械自动化的环保优化设计

随着人们生活水平的提高,对生活环境的要求也越来越高。由于地球的生态环境正在急剧地下降以及恶化中。 现在的人们已经开始慢慢地认识到对于环境的珍贵与保护当中。

机械制造业作为一个环境污染的重点企业。对于环境的污染已经够成了相当大的危险。[4]如果环境已经出现了非常重要的污染。所以在进行机械自动化设计时,环保是首先要考虑在内的。在对机械自动化进行优化设计时,顺应环保要求下进行优化设计,要降低机械对于能源的消耗,以于机械在排放可以做节能减排。机械自动化设计的必然趋势是迈向环保型优化设计。

5.总结

机械自动化技术应用在每个国家都有着非常重要的地位,在我国更是如此,机械自动化的优化设计不仅要与世界先进的设计水平共求发展,还要在此基础上研究出技术更高的机械自动化设计技术。使我国的机械制造业可以达到一个整体地发展。机械自动化技术的优化设计要基于以上几个方面基础上而创新发展。才可以有效地推进我国机械制造业的迅速发展。

参考文献:

[1]李振华. 机械自动化技术发展趋势探讨[J]. 科技致富向导,2013,21:339.

[2]刘洋. 我国机械自动化发展前景[J]. 黑龙江科技信息,2011,05:7.

机械优化设计范文第5篇

关键词:课程设计;机械设计基础;教学

课程设计是工科学生从学习书本知识向模拟工程设计过渡的重要训练环节,对训练学生初步熟悉工程设计的基本方法和步骤,正确使用工具书,以及培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力等,都具有显著的效果,在教学中一直受到高度重视。《机械设计基础》课程设计在该课程理论教学结束时进行,时间一般为两周。近几年来,我在指导学生进行《机械设计基础》课程设计时,遇到了一些困难,设计进行得并不顺利。主要原因有两点:一是学生的水平参差不齐,对理论知识理解掌握的差异较大,尤其是综合应用所学知识解决问题的能力普遍较差;二是钻研精神不够,主动性差,过于依赖教师的辅导。为了改变这种状况,我对课程设计的选题、组织实施以及成绩评定等环节做了一些积极的探索,收到了良好的效果。

根据学生不同水平,设计课题分为不同层次“齿轮减速器”是《机械设计基础》课程设计长期采用的典型课题,它具有以下诸多优点:一是齿轮减速器是机械传动中常用的传动装置,也是各种机械中通用的传动装置,与课程性质相一致;二是通过这类课题的设计实践,能够使学生得到较全面的训练,较好地达到设计教学目的;三是在难易程度和设计工作量方面应变性较强,便于根据需要灵活掌握。所以,我仍然选择“齿轮减速器”作为设计课题。考虑到学生水平参差不齐,同一班级中的学生之间存在较大差距,为了使设计课题的难易程度和工作量大小与学生的水平和能力相适应,既让每个学生都能顺利地完成设计任务,又能充分发挥优秀学生的潜能,我确定了复杂程度不同、工作量不同的三类设计课题,供不同层次的学生完成。学习成绩一般或较差的学生,所要完成的设计课题是“一级直齿圆柱齿轮减速器”,其难度不大,设计工作量适中;难度和设计工作量都较大的“一级斜齿圆柱齿轮减速器”和“二级直齿圆柱齿轮减速器”两个设计课题,供学习成绩好、能力强、肯钻研的优秀学生选择。

提前布置设计任务,把课程设计融合到理论教学之中课程设计是紧接在理论教学结束后进行的。通常的做法是在课程设计开始时布置设计任务。我在辅导学生设计时发现,有不少学生对设计时所要用到的理论知识和基本方法,虽然在前面理论教学中已经学过,但此时却不会应用,有的甚至已经忘记了,辅导时很费力气,影响课程设计的顺利进行。为了改变这种状况,我采取了提前布置设计任务的做法,把课程设计融合到课程的理论教学之中。在开学初把课程设计的任务书与课程的授课计划一起发给学生(学生暂不分组),让学生从学习本课程开始,就接触设计课题,在学习理论知识的过程中逐步熟悉设计课题。把设计课题分解成带传动、齿轮传动、轴传动和轴承等四个设计模块,融入有关章节的理论教学中去,把设计课题中的理论计算,如带传动设计、齿轮传动设计计算、轴的设计等,与教材中相应的练习题结合起来,作为课外练习布置给学生课后完成。由于这些课外作业与课程设计联系紧密,学生大多十分重视,积极性很高。到进行课程设计时,设计课题中的理论计算部分已经经过了一次演练,大多数学生对设计计算的方法和步骤已经不再陌生,只需用分组后各自的原始设计数据代替前面练习时的数据,将所作过的资料(计算)进行修改、连接整理,便可以较顺利地完成设计计算说明书的编写,把主要精力和时间用于结构设计和绘图,从而使绝大多数学生都能够顺利地按时完成设计任务。

设计任务分解到人,保证每个学生都能认真投入到课程设计中去每个学生都能积极参与并有所收获,是我组织实施课程设计的指导思想。为了实现这个目标,使每个学生都能认真地投入到课程设计中去,防止少数学生偷懒,我采取了以下措施:一是分组小、任务足,每个设计小组一般为两人。小组之间的原始设计数据各不相同,并且在小组内把设计任务分解到人,小组成员之间既相互合作,又都有自己的任务,人人都必须自己动手、抓紧时间才能按时完成。二是在设计过程中,强化平时考核,每天检查各小组的设计进度,记录每个学生的出勤情况,作为评定学生设计成绩的一个方面。三是准确把握设计工作量,在给每个学生分配设计任务时,根据能力不同区别对待,既做到任务充足,又保证每个学生只要抓紧时间都能按时完成。四是指导注重培养能力,对于大多数学生,指导的重点是设计的基本方法和步骤以及如何查阅设计资料和工具书;对较差的学生则以答疑的形式进行个别辅导。

图纸必须上机绘制,进一步提高学生计算机绘图能力计算机绘图是工科学生的一项必备技能,早已纳入《机械制图》课程的教学之中。在进行《机械设计基础》课程设计时,学生已经初步掌握了计算机绘图的基本技能。因此,在课程设计期间,我将CAD/CAM机房向学生开放,要求学生所有图纸必须用AutoCAD绘制。通过实践,我觉得这样做有三点益处:一是满足了学生上机操作的愿望,有利于调动学生的积极性;二是在计算机上绘出的图纸干净整齐,避免了过去用图版绘图存在线条粗细不匀、图面难以保持干净等问题,学生把自己绘制的图纸打印出来,容易产生成就感,有利于增强学生的自信心;三是给学生提供了一次把所学的CAD绘图技能应用于设计的机会,对进一步提高学生的计算机绘图技能大有益处。

充分重视答辩环节,促进学生反思和提高学生在完成设计后,把设计资料交给教师评阅,往往只关心成绩,而不关心自己的设计存在哪些问题,应当如何改进。因而,教师的评阅环节对学生的进步没有多大帮助。为了最大限度地提高课程设计的效果,尽可能使学生多受益,我在评阅设计资料时强化了答辩环节,通常安排一个下午进行答辩,答辩时请相关教师参与,把每班分为四个答辩组,每组两位教师,负责4~5个设计小组。学生的设计成绩由两部分组成:一是答辩教师在仔细审阅学生的设计资料的基础上,结合学生的答辩情况和设计课题的难易程度给出成绩,此成绩占设计成绩的70%;另一部分是平时考核成绩,由指导教师根据学生在设计过程中的表现,如遵守作息时间情况、是否按时独立完成等评定,占设计成绩的30%。

实践表明,以上做法能够较好地适应当前绝大多数学生的实际情况,充分调动学生的积极性,设计教学的整体质量有了明显的提高。效果最为显著的有两点:一是针对每个学生的实际水平分配不同的设计任务,使每个学生都必须认真去做,避免了过去按“优带差”分组常常演变成“优代差”的弊端。学习较差的学生不得不自己去完成设计任务,也和其他学生一样得到了锻炼,看到了自己的成绩,感受到成功的快乐,有利于增强他们的自信,对他们以后的进步大有益处。二是把课程设计贯穿到课程理论教学中,体现了理论联系实际的教学原则。不仅有效地提高了课程设计的效率,而且大大激发了学生的学习热情,使学生在学习有关章节时有了明确的针对性,看到了理论的应用性,学习的积极性明显增强,真正实现了课程设计与理论教学的互相促进,有利于该课程整体教学质量的提高。

参考文献

[1]陈立德.机械设计基础[M].北京:高等教育出版社,2000.

机械优化设计范文第6篇

关键词:模块化 包装机械 仿真与优化

市场经济拓宽了发展规模,人们生活水平得到改善,促进了食品包装机械包装技术的发展[1]。包装工业支撑了国民经济的发展,包装机械是包装工业不可缺少的一部分,在开发及完善包装产品方面扮演了重要的作用。设计的合理性与制造中的金属材料用量、生产效率有很大关系。模块化设计开发出各种功能的产品,无需单独设计各种产品,仅需设计各模块即可,按照各种方式把这些模块组合在一起,处理产品规格与产品制造期间、成本间的问题。 优化包装机械的性能,高效生产包装机械。基于此,研究了模块化包装机械的设计仿真与优化。

一、模块化下的典型包装机运动机理分析与优化

(一)Adams下的包装机械运动仿真

Adams具备了多种模型的数据接口,用来植入CAD软件模型,Parasolid就是其中一种格式,其扩展名为*.X_T。该格式的应用,实现数据模型的交换。使用Parasolid格式,把简化的纸箱成型模块模型存入Adams工作目录中,以英文字母命名,当名称中还有汉字抑或特殊字符,植入的Adams 会不正确[2]。为确保植入的Adams模型协调坐标轴,便于进行移动与添加约束,需要将斜齿轮中的2条轴线加入Pro/E中,相应平行匹配相应的坐标轴。影响斜齿轮传动机构动力学性能的因素,包括制造误差、接触变形、轴受力变形。为更容易研究,假如齿轮传动刚体模型如下所示:①机构均为刚性,温度与机构变形不会产生影响;②机构间装配误差零时,可不考虑零件制造误差。

仿真分析输入的齿轮传动虚拟样机模型时,零部件质量、转动惯量是分析的对象。转换几何模型数据时,但数据文件中有体积信息,将Adams植入零部件后,自动计算零部件的转动惯量与质量。抑或使用手工定义零部件的材料类型,由Adams结合不同零部件的几何尺寸,自动求解出零部件转动惯量与质量。模型数据被植入Adams后,在Pro/E中,已经构建起来的所有零件中的物理属性参数与装配约束关系等全部不见,考虑到实际情况,在Adams中还要手动加入零件属性与约束关系。假设定斜齿轮属性与其余零件属性如下表:

下面将对应约束添加到模型中,完零件属性、约束与载荷添加完毕后,仿真分析模块,包装机纸箱成型模块在斜齿轮的传动下促使上升机构做上下运动,2种不同的纸箱成型机构采用Adams,实施分析。构件运动分析结果得知,不同的螺距,上升件质心位移与质心受力大小也不一样。也就是螺距选择影响上升件运动的平稳性。

(二)模块化包装机的仿真与优化

参照包装机纸箱成型模块动力学分析,分析了下面五种方案结果,如下表所示:

从上表中能够看出,螺距增大的同时,上升件质心的相对位移波动变大,上升件质心的相对速度波动变大;方案1,位移、速度短时间内达至最小值,快速使机构平稳。下面对螺距为 5mm,转速为 240mm/min 纸箱成型模块进行进一步的分析,上升件受力和角加速度,无大范围变化,受力均匀,提示,结构参数选择是合理的。

二、模块化包装机静动态特性优化分析

ANSYS结构动力主要用于两方面问题的解决:一是分析结构动力响应特征,对结构振动中动力响应与动位移大小、变化规律进行计算;二是找到结构固有频率与主振型,深入了解了结构振动特性,以更好地使用。

(一)模块化包装机静动态优化方案

前期对包装机机架模块进行分析,尤其动态分析,机架模块的性能还有提升空间。先要保障机架模块正常工作,提出了两种完善方案:方案1,直接对机架结构进行调整;方案2,基于既有结构,增加衡量与斜梁。

(二)模块化包装机静动态优化

加固处理机架,具体操作步骤是,将横梁添加在机架上端,主要是为了提升机架静态性能,如刚度与强度等。方案一前五阶频率图、方案二前五阶频率图分别如下:

结束语:

研究了装机纸箱成型模块,采用Adams软件,实施了动力学仿真分析。基于此,分析了模块运动主要影响因素,然后对其进行参数化仿真,最终确定了模块参数优化的方案,分析了影响模块的其他因素,结果证明这种方案是正确的,最终得出,使用适合的机构参数,使包装机模块机构具有较高的可靠性与运行平稳性。ANSYS软件应用于包装机的机架模块动静态分析中。有限元分析下,获得了机架模块机构的不足之处,对机架静动态性能,给出了2种优化方案,增加了结构衡梁与斜梁的方案,明显提升了机架强度与刚度的静态性能,产生了良好的动态性能。通过重新设计的方案有助于提升机架动态性能。 本研究有有一定局限性,后续模块化包装机械的设计仿真与优化的研究还需深入。

参考文献:

机械优化设计范文第7篇

【关键词】 机械 优化设计 理论 方法

1 机械优化设计理论概述

1.1 机械优化设计的概念

机械优化设计是指最优化技术在机械设计领域的移植和应用,是以最低成本获得最高效益。其根据机械设计理论、方法与标准规范等建立能够正确反映实际工程设计的数学模型,利用数学手段和计算机计算技术,在众多的方法中快速找出最优方案。机械优化设计通过把机械问题转化为数学问题,加以计算机辅助设计,优选设计参数,在满足众多设计目的和约束条件的情况下,获得最令人满意、经济效益最高的方案。目前,机械优化设计已成为解决机械设计问题的有效方法。

1.2 机械优化设计研究的内容

机械优化设计主要研究的是其建模和求解两部分内容。 如何选择设计变量、列出约束条件、确定目标函数。其中,设计变量是指在设计过程中经过逐步调整,最后达到最优值的独立参数。设计变量的数目确定优化设计的维数,维数越大,优化设计工作越复杂,但效益越高,所以选取适当的设计变量显得尤为重要。约束条件即是对约束变量的限制条件,起着降低设计变量自由度的作用。目标函数即是指各个设计变量的函数表达式,工程中的优化过程即是指找出目标函数的最小值(最大值)的过程。一般而言,目标函数的确定相对容易,但约束条件的选取显得比较困难。

2 机械优化设计的一般思路与常见方法

2.1 机械优化设计的一般思路

2.1.1 分析问题,建立优化设计数学模型

在机械优化设计的过程中,首先需要通过对实际问题的分析,选取适当的设计变量,确定优化问题的目标函数和约束条件,从而建立优化设计的数学模型。

2.1.2 选择优化设计方法,编写程序

在设计变量、约束条件和目标函数三大要素已经确定,构建好数学模型的情况下,编写计算机语言程序。

2.1.3 分析结果,找到最优方案

准备必须的初始化数据,通过计算机数值计算,对比计算结果,在众多的设计方案中选择最完善或者最适宜的设计方案,使其期望的经济指标达到最高。

2.2 机械优化设计中的常见方法

2.2.1 传统优化设计理论方法

传统机械优化设计方法的种类有很多,按求解方法的特点可分为准则优化法、线性规划法和非线性规划法。准则优化法是指不应用数学极值原理而是采用力学、物理中的一些手段来谋求最优解的方法。常见的准则优化法有迭代法中的满应力准则法等,其主要特点是直接简单效率高,缺点是只能处理简单的工程问题。线性规划法是指应用数学极值原理,选取适当的设计变量和约束条件,求解目标函数的一种方法。常见的有单纯形法、序列线性规划法。其优点是通过把实际工程问题转化为数学极值问题的求解,使其直接、有效、精度系数高,缺点是工作量大。非线性规划法同样根据数学极值原理求最优问题,可分为无约束直接法、无约束间接法。有约束直接法和有约束间接法。其优点是应用范围广,可应用于大、中、小型工程问题,且都相对简单方便、可靠性高、稳定性强、精度高。

2.2.2 现代优化设计理论方法

现代优化设计方法不同于传统优化方法,其无需通过选取设计变量、约束条件、目标函数等因素,便可获得全局最优解,大大地减少了传统优化设计方法花费的人力与财力,在日今复杂的工程问题中,提出了全新的思路与方法。常见的现代优化设计方法有遗传方法、神经网络法、模拟退火法、粒子群算法等。

3 机械优化设计的现状与前景

机械优化设计是最优化理论、电子计算机技术和机械工程相结合的一门学科,包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状优化设计等。二十世纪五十年代以前,用于解决最优问题的数学方法仅限于古典的微分法与变分法,在处理现实问题时,计算量非常大。直到四十年代前后,大型线性规划技术的提出,数学方法首次被运用到结构最优化,使得计算过程不再复杂,有效的解决了数值最优化计算。近年来,随着数学规划理论与计算机技术的飞速发展及广泛应用,许多新兴优化算法,如遗传算法、神经网络法等相继被提出,机械优化设计广泛地被应用到建筑结构、化工、航天航空等诸多领域并取得飞速发展。机械优化设计具有广阔的发展前景。

机械优化设计给机械工程界带来的巨大经济效益是显而易见的,但其工程效应比起预期远远小得多。归结其原因,主要有以下两点:(1)建模难度大。(2)最优方法的选取难度大。

虽然有以上不足之处,但是机械优化设计的发现前景仍是非常广大的,且各领域也在积极做出相关的研究探索,并已取得一定的成就。

4 结语

机械优化设计即是指从众多设计方案中需找最优方案的过程,一般包括建立数学模型、选择优化方法、分析计算结果选择出最优方案三个过程。根据不同的分类方式,机械优化设计的方法有很多,从传统角度,最常用到的有线性规则法中的序列线性规则法等等,由于现在各技术领域的发展以及工程问题对优化设计的需求,衍生了很多与传统方法原理完全不同的新兴方法,最常见到的有遗传算法、神经网络法等。纵观几十年来机械优化设计的发展历程,其发展是非常迅速且令人可喜的,虽然仍存在建模困难、优化方法选取等等方面的一些挑战,但是其前景仍旧是非常广阔的。研究机械优化设计的理论与方法无论是学术领域还是实际经济效益方面都具有研究意义。

参考文献:

[1]刘惟信.机械最优化设计[M].北京:清华大学出版社,1993.

[2]陈立周.机械优化设计技术的发展现状及其新问题.2000年中国机械科学部份研究的征文,1984.

[3]秦东晨,陈江义,胡滨生等.机械结构优化设计的综述与展望[J].中国科技信息,2005(9).

[4]高卫华,谢剑英.动态模糊神经网络及其在非线性系统中的应用[J].电气自动化,2000.

机械优化设计范文第8篇

【关键词】机械工程;可靠性;优化设计

0.前言

当今社会,科学技术飞速发展,人们不仅对多功能产品有强烈的需求,也需要多功能产品可以实现其应具备的功能。产品的可靠性优化设计是以产品功能的可靠性使用为目的而应运而生的产物,从产生开始到现在,已经得到了迅速的发展与广泛地使用[1]。在进行机械工程的产品设计时,将可靠性理论与技术应用于其中,并根据需要与可能,将产品的可靠性使用作为优先考虑的设计准则;在满足时间、费用及性能的基础上,让设计出的机械工程产品符合可靠性的要求。可靠性的设计问题在涉及传统的设计技术的同时,也与价值工程、系统工程、环境工程及质量控制工程等有着密切的关系。因此,可靠性设计是多学科与多技术相互交叉融合的一种新兴技术。

1.机械工程产品的可靠性优化设计现状分析

由于我国的特殊历史原因,机械工程制造业与西方发达国家机械制造业相比,显得相对落后,尤其是在可靠性设计的研究方面更是显得滞后。直到二十世纪八十年代,我国在机械工程的可靠性研究才取得了一些初步的成效,在某些个别的行业还成立了专门从事可靠性优化设计研究的组织与团体,并为社会培养了大批的可靠性优化设计研究的技术人才,制定出了整套可靠性优化设计的规范标准[2]。从总体上来看,过去的可靠性优化设计研究比较偏重于理论,但在生产实践中,对于理论的应用则是比较少,就这一点而言,与制造业相对较为发达的国家相比较,存在着许多不足之处。

2.可靠性优化设计在机械工程中的应用

机械工程产品的可靠性优化设计在产品的生产与使用周期的各环节都起着重要作用。这些环节主要有产品的设计、制造、使用及售后维修等。以下就机械工程产品的设计、制造及使用三个环节展开讨论可靠性优化设计问题。

2.1机械工程产品设计环节可靠性优化设计

机械工程产品的设计主要包括装配整体设计与零件组装设计。对机械产品进行可靠性优化设计时,可以将其当作一个整体,设计的方法主要有两种,第一种方法为:先大致了解机械的完整系统,并分析组成整体的零部件具有多大程度的可靠性,据此推断出整体具有多大程度的可靠性;这种方法即为预测整体设计可靠性的手段,预测的结果必须与设计指标相符合[3]。第二种方法为:将整体机械工程可靠性优化设计所要求的指标分配到其零部件的设计上,要求零部件必须满足各自的可靠性指标要求;常用的可靠性的分配方法有:再分配、等分配、比例分配及综合评分的分配方法。设计单个零件时,尽量采用符合国家规定且已经在生产中大量投入使用的常规零件,并用不同设计方法对重要程度不相同的零件进行优化设计,设计关键部件之前,要先行可靠性的试验。除此之外,要反复验证及修改机械工程产品设计的可靠性,直到其能够满足于可靠性优化设计所要求的标准为止。设计机械工程的人机系统也很重要,这方面的设计包括适应性及操作的舒适性设计。

2.2机械工程产品制造中的可靠性优化设计

要保证一个产品的质量,在制造环节的质量控制是最关键的部分,因此,机械产品在制造的过程中进行可靠性优化设计是非常重要的。加工的设备可靠性要得到保证,在选择加工工艺与工艺流程时,要注意其技术水平,保证制造水平尽量达到最优化。产品制造工艺流程是一个完整的系统,其中的各个方案与工序是工艺流程系统中的子系统,对每个子系统进行可靠性优化设计时,都要综合考虑各方面的因素,如工艺装备、加工设备、加工材料与工作人员素质等;只有这样才能为各个子系统设计出可靠性与合理的指标;最后,整合分析各个子系统的指标,并通过合理的方法将总系统的可靠性及优化指标整理出来。

2.3机械工程产品的使用与维修的可靠性优化设计

对机械产品进行维修,能有效延长其使用寿命;良好的售后服务水平是一个公司获得发展的必备条件。因此,生产机械设备的厂家要认真对待售后服务与维修的问题,运用先进的逻辑分析法,制定出科学的维修内容与维修方式,对机械产品的合理使用寿命作出规划。机械工程产品具有可维修性及可靠性,两者在很大程度上是相似的,可维修性是可靠性的具体指标之一[4]。对机械工程产品进行设计时就应当首先考虑到可靠性指标,以便能使设计出的机械产品在发生故障的情况下,易于检查与维修。进行机械产品维修的可靠性优化设计时,要充分考虑维修费用的问题,负责设计工作的人员在进行机械工程可靠性优化设计时,要以最少的费用获得最高程度可靠性作为设计的原则,以便能够尽量减少发现故障的时间。因此,以可靠性优化设计理论作为维修设计的基础,是非常合理的,也是非常重要的;制定经济合理的维修设计在现代化与科学化的进程中意义重大。使用符合标准的维修设备进行维修,提高维修工作人员的技能水平,使机械产品的维修工作能够朝现代化与科学化的方向发展。

3.结语

在以往机械工程的优化设计的过程中,很少将可靠性方面的指标考虑进去,因此不能够将机械工程产品的可靠性真实地反映出来;在可靠性的设计方法当中一般不会考虑机械产品的重量、体积及成本等方面的指标[5]。而在很多机械工程的设计方案中,只考虑进行可靠性方面的设计或只考虑优化方面的设计,就很难达到理想设计的效果。因此,只有在机械工程的设计中综合考虑可靠性与优化设计,并将两者的优势有机结合在一起,方能取得理想的设计效果。随着现代经济建设的步伐不断加快,机械工程制造业的发展也在日趋繁荣,且正朝着更具深度、更为复杂的方向迈进。当前人们对机械工程产品的可靠性优化设计的要求变得更高;目前,机械工程产品正日趋大型化与复杂化,因此,机械工程产品的可靠性优化设计的方法的应用也将会变得更广泛。对产品的使用也会变得更广泛,现代企业的发展也要以此作为发展的指标。

【参考文献】

[1]万耀青.机电工程现代设计方法[M].北京理工大学出版社,2009(03):183-184.

[2]何社全.工程机械产品的满意性设计[J].建筑机械化,2010(02):419-420.

[3]张立博.探讨机械工程的可靠性优化设计[M].工程技术与产业经济,2012(03):63-64.

机械优化设计范文第9篇

关键词:动态优化方法;农业机械;机械设计

引言

近年来,各国对机械设备振动过程中造成的损害以及事故越来越重视。农业机械作为农业技术路线选择的重点,体现了农业生产水平的基础,也受到了广泛重视。在传统的农业机械设计中,科研人员和生产制造商通常对农业机械采用数学模型的方法进行设计,并且利用模拟优化的方法对结构进行优化设计。这通常造成的误差较大,不能很好地适应市场,且生产的农业机械质量较差。动态优化方法是近几十年来新兴的一种消除以及减少机械有害振动和噪声的方法。它基于农业机械的动力学性能对农业机械进行结构改造,以达到最优结构设计的一种方法。一般来说,它是基于数学建模的方法,对模型结构进行研究和分析得出其动态特性。即在合理条件下对机械结构进行修改或者重新设计,得出农业机械最合理的机构。在农业机械设计中采用动态优化方法,可以有效提高农业机械的质量,并提升和培养其市场竞争力,因此得到了广大专业人士的响应。

1动态优化方法的概述

目前,机械产品越来越高速,其精度也越来越高,质量越来越轻。对机械机构的动态特性进行分析,可以对机械结构的优化提供可靠的依据。机械结构的动态特性指的是基于机构的弹性变形、运动副的变形、原动机的输入速度波动等因素,对机械机构本身的频率、阻尼以及机械在动载荷作用下产生的响应进行分析,得出响应结果。随着社会的进步和科技的发展,动态优化设计在机械设计方面的运用越来越广泛。现代动态优化设计指的是在产品的研发过程中,对机械产品的运动学和动力学进行求解,并且分析和计算与之相关的动态可靠性、安全性、疲劳强度和工作寿命等问题,从而确保所研发的产品满足实际生产、生活所需要的结构性能。而现代农业机械在现今科技化的社会中,其所要求的速度越来越高、结构越来越复杂、精度越来越高、功能也越来越齐全。在这样的要求下,对产品的动态可靠性、安全性、疲劳强度和工作寿命等问题的研究成了必不可少的一环。因此,产品的动态优化方法也越来越重要,它可将问题解决在设计阶段,从而大大减少生产成本,在激烈的市场竞争中相对传统机械设计有更强的适应能力,对实际生产有十分重要的意义。农业机械设计中,动态优化方法的研究与应用可分为狭义动态优化方法和广义动态优化方法。狭义的动态优化方法主要通过对农业机械零部件进行研究,采用理论研究结合模型试验的方法,从而找出产品设计中的缺陷,进而对零部件的结构进行修改。而现代农业机械中,越来越向广义动态优化方法过渡,其大大扩展了狭义动态优化方法的内容。它研究的是有关机械运动过程中的动力学、运动学以及动态特性等问题。简单来说,农业机械中的动态优化方法是对系统参数的数值进行优化,结合数学规划理论、机械振动理论以及数值计算,以计算机为工具,建立一套对产品的动态可靠性、安全性、疲劳强度问题的优化方法。它主要分为两步,第一是建立符合实际情况的数学模型,第二是选择合适的动态优化设计方法。它与传统的机械设计方法不同的是,它将产品的动态特性首先考虑到产品的设计中,解决了传统机械设计需要制作出样品且不断对样品进行修改的问题,在一定程度上节省了生产制造成本。但在我国的农业机械设计中,仍然是一门发展中的技术。它涉及到计算机技术、产品结构动力学运动学理论以及现代动态优化分析方法等多个学科的内容,具有一定的复杂性。

2建立农业机械数学模型

2.1农业机械作用特征

与传统农业相比,现代农业对农机的应用越来越广泛,机械化发展越来越强。其中,高新技术在农业机械中应用更加广泛,因此对农业机械使用过程中的方便性、自动化、舒适性以及智能化要求越来越高。为使农业生产中的新技术与新装备有新的突破,结合动态优化方法,可以更好地在设计阶段发现问题并且解决问题。另外,也可以相对准确地预测产品的性能和寿命。因而,动态优化方法的应用必不可少。农业机械相对其他机械设计有着复杂性和随机性两个特点。复杂性指的是农业机械有着若干变量的多维系统,其一个输入可影响到几个输出变量。另外,农业机械状态也容易因零件的磨损和变形导致机构尺寸的变化,而这也在一定程度上影响数学模型的精准。比如,高速的农业机械结构会产生较大的惯性力,较大的惯性力会降低机械系统的固有频率,而高速运转也同时会增加激振频率,随着激振频率和固有频率的接近,机械运转会产生较大的振动和噪声。随机性是模型的本质特征。在对模型进行动态分析中,它可分为两种类型:一种是随机但并非本质的,这种可以通过设定一定的范围进行精确预测从而忽略;另一种在模型建立分析中起到很重要的作用,只能采用概率统计分析和随机过程理论建立数学模型。

2.2农业机械数学模型

目前,农业机械设计的动态优化方法主要对机械的各个结构进行分解,对农业机械的功能、结构、操作以及系统各个部分进行分析,建立相关的数学模型。这对农业机械设计的质量提高有很大帮助。总体来说,农业机械设计的动态优化方法主要通过以下三个方法进行建模。2.2.1有限元法有限元法在农业机械设计的动态优化方法中广泛应用,基本原理是将农业机械结构进行离散,然后采用弹性力学中的变分原理,将机械结构的几何、材料、载荷、约束等各个特性条件进行约束,把机械结构分为多个小单元,从而建立机械结构的动力学运动学方程,对机械结构进行求解,输出需要的计算结果。最后,对输入结果进行评估和分析,以帮助农业机械设计进行相关的优化以及改进设计。但是,有限元法产生的结果容易产生误差,如边界条件、几何模型和机构模型的关系不准确,都会对模型的动态响应产生一定的影响。因此,在进行有限元数学模型建立的过程中,要对有限元数学模型进行修正。2.2.2传递矩阵法传递矩阵法相对于有限元法简单,其主要针对具有集中质量的离散系统模型和具有分布质量的连续系统模型,且具有易于编写计算机程序的特点,计算规模也不会随着模型自由度数的增加而剧增。它主要应用在轴类组件中,对结构的弯曲振动和扭转振动进行研究。它的基本原理是将轴以及轴上的各个结构按照相应的理论分别写出各自的传递矩阵,并将各元件的传递矩阵按一定顺序进行相乘,最后得到轴类组件的传递矩阵,从而建立整个机械结构的数学模型。2.2.3实验模态法实验模态法是将复杂的实际结构简化成模态模型进行系统的参数识别,其简化了系统的数学运算。实验模态分析法主要应用于测量振动和对农业机械结构进行动力学分析,可得到比较精准的机械结构的固有频率、模态振型、模态阻尼、模态质量以及模态刚度。同时,实验模态法可以与有限元法相结合,用其结果对有限元理论模型进行修正,使机械结构的设计更趋完善和合理。另外,它也可以对农业机械设计进行动力学修改、灵敏度分析以及载荷识别。总的来说,这种方法对农业机械的系统特性分析有很大帮助,现今已在农业机械设计中得到了广泛应用。

3农业机械设计动态优化方法

农业机械设计动态优化方法指的是对机械结构设计问题进行动态优化,其涉及到多个学科,特别是机械设计、现代动态分析、计算机技术、产品结构动力学理论。对农业机械设计的优化,简单来说,指的就是在指定的运动参数的条件下,求得相对理想的工艺指标,从而确定机械设计中最佳或次佳的运动学参数。它一般可有两种方法对农业机械设计进行优化。

3.1通过农业机械设计的约束条件进行优化

该方法可根据农业机械设计的核心工作和主导思想,确定机械结构各个特性参数的变化范围。例如:可在农业机械结构充分考虑动载荷和满足约束条件的情况下,确定结构的质量、刚度和阻尼的最优分布参数,从而使结构具有更加优良的动态性。目前,业界主要通过三种方法对农业机械设计的约束进行优化:第一,基于变分原理,即将泛函数作为目标函数,求满足在约束条件下的泛函数的极值;第二,基于极小值原理,即确定一个影响机械结构动态性能的形状函数,求解在约束条件下机械的最优形状;第三,基于模态柔度以及能量平衡,这种方法将机械结构的质量、刚度等作为约束条件,以动柔度最为优化目标,求出抗振性能最好的机械结构。例如,要提高农业机械结构抗振性能,就要让机械结构中的各个零部件避免共振,并减小各阶模态柔度,增大模态阻尼。这种情况下,可首先在无阻尼情况下,优化机械结构的质量和刚度,并在此基础上再优化阻尼配置,从而使整个机械结构满足特性要求。

3.2在农业机械设计的数字变量上进行优化

根据数字变量的设置对农业机械设计进行动态优化,可以提高农业机械的质量。一般,对农业机械设计的数字变量进行优化,应该根据行业规范、传统的设计经验以及相关的标准来确定农业机械结构中的强度、规格。这对农业机械在实际工作中的规范、效率、安全等有重要的影响。提高数字变量的准确性,对整个农业机械的设计有很重要的意义。就目前来说,很多农业机械都在连续大振动情况下进行工作。因此,与其他机械设计相比,对农业机械的设计既要考虑到对有利振动的利用,又要考虑对有害振动的消除。总体过程来说,可由如图1所示的流程图简单表示。

4结语

机械优化设计范文第10篇

关键词:机械零件 优化设计 可靠性

提升机械零件的可靠性,需要从设计的环节解决机械产品固有的可靠性要求,同时还需要在制造过程中提供可靠保证。面对市场的激烈竞争,机械产品需要具备良好的可靠性指标,才能拥有最基础的立足根本,由此可见机械零件的可靠性优化设计至关重要。机械零件的设计应该跟随时代的发展适当的创新,同时体现出时代的特色,注重零件的使用质量和安全可靠,掌握科学合理的优化设计技巧。

一、机械零件可靠性优化设计的意义

可靠性对于机械零件来说具有至关重要的影响,主要是指通过形成产品的可靠性作目标的设计方案,同时也被称作概率设计,主要是涵盖了外荷载、承受能力及想相关尺寸等具体的指标,在服从随机因素的基础上,避免零部件出现破坏,从而形成合理的科学的设计方案,保证机械零件的可靠性和结构的安全可靠,控制好失效的发生概率。优化设计方案的提出,可以依照具体的计算展开设计的过程,确保产品的可靠程度,同时根相关的任务指标,确立可靠性标准,同时归纳零件的具体参数,帮助设计人员和生产者更好的掌握零件设计的可靠性原则。

二、机械零件可靠性优化设计的现状分析

现阶段,依靠可靠性优化设计的方案仍然较为传统,因此在设计零件的时候,还是会将零件的具体强度、应力和安全系数等作为单值分析,把安全系数和根据具体使用的某一数值进行比较分析,发现如果前者相较于后者更大,则证明零件符合安全标准。但是并没有分析各个参数存在的随机性,将各个设计参数看作是单一的确定值,无法准确的预测零部件可靠运行的实际概率,所以难以客观的选出最优方案,相关的设计人员也难以把握设计产品的可靠性。

通过概率论和数理统计的方式,可以准确的分析零件的可靠性设计技巧,这个过程就避开了主观人为因素的影响,同时,也能更加准确的把握外界条件的变化,确保设计的结果更加贴合客观情况。可靠性的设计被广泛的运用于机械零件可靠性优化设计的多种问题中,通过更加科学的方案,解决了诸多较为繁琐的传统设计方式带来的不便,更有助于满足现代社会对于精巧设计的需求。

三、机械零件可靠性优化设计的具体方案

机械零件可靠性优化设计的具体方案应该跟随时代的发展不断创新,同时也需要时刻关注零件的具体质量,确保在可靠性设计的时候,更好的掌握科学的方式方法。机械零件的可靠性优化设计相较于传统的机械设计方案来说,更有助于综合分析机械产品的功能和结构形态,体现出因势利导的优势。

(一)权衡与耐环境设计

权衡设计对于机械零件的可靠性影响深远,因此可以综合分析零件的质量、体积和成本等各个要素,确保制定出更为合理科学的设计方案。耐环境设计则可以综合分析,涉及到机械零件的诞生到运用,在机械零件生产之初,可以充分考虑到零件在整个寿命周期内所能遭遇到的各种环境,其中涉及到运输的碰撞问题、空气的干湿程度对机械零件产生的影响,经过对相关环境因素的综合分析,可以对零件生产过程中的用料、技艺等适当优化,由此确保零件自身和整个设备的安全可靠。

(二)预防故障设计法

机械设备在实际运作的过程中,往往需要调动整体运作,所以始终处于串联式的系统中。为了实现整体功能之和大于部分功能之和的目标,需要适当的优化机械零件的可靠性设计,通过对机械零件的严格挑选和控制,加之对外购零件的严格分析,可以及时明确零件本身存在的主要问题。在选用相关的零件时,还应该经过分析与验证的过程,确保在最大的程度上分析故障成果,利用较为成熟到位的经验适当分析验证零件的可靠性。

(三)简化及余度的设计

简化设计主要是指在满足了特定的功能基础上,设计的过程必须要适当的简化,比如零部件的数量应该适当的减少,避免出现冗余的情况。在机械设备运用的过程中,如果涉及到的零部件较多,则越容易出现一系列的问题和错误,可见可靠性的优化设计极为重要。简化和余度设计属于可靠性优化设计的基本原则,能够有效的避免故障并提升可靠性。简化的过程就是适当的减少不必要的部分,但是并不是减少超负荷的工作,零部件的简化应该从全方位的角度分析,仔细的分析零件的组合和具体的配合方式。余度设计需要适当的结合整体分析,也可以将其看作是备份过程。经过对完成功能设置重复的结构和备件等,确保因为局部的故障问题,影响机械设备整体系统的稳定性。

(四)概率设计法

这种方式主要是通过应力-强度干涉理论的指导作用,将应力和强度变作是分布随机变量的处理。处理设计的对象是机械零件的参数和变量部分,同时也应该符合特定的统计规律随机变量,确保构建起更为合理的可靠性设计标准概率数学模型。经过概率和数理统计理论的应用,在给定的条件下,得出零件发生破坏时的概率公式,由此计算出相应的尺寸和寿命等,确保设计出更符合要求的参数。这种方式可以及时弥补常规设计的缺陷,同时又能及时贴近生产的实际过程。

结语

综合分析,机械可靠性优化设计就是对传统设计方式的发展和完善。机械零件的可靠性优化设计能够及时掌握相关参数的随机性,同时也能在设计的过程中,及时预测零部件的可靠程度,确保更好的实现全局性的贯穿。为了更好的在竞争中占有一席之地,机械零件生产商应该注重可靠性优化设计的实践,通过正视机械零件可靠性的优化设计的重要性,在展开相关课题的讨论时,适当的加入创新思想,从而更贴合时代的发展需要。

参考文献

[1]赵雷.关于CAD技术在机械可靠性优化设计中的应用分析[J].科技展望,2015,36:45.

[2]帅宗良.汽车机械式变速器的可靠性优化设计[J].电子技术与软件工程,2015,04:256.

机械优化设计范文第11篇

【关键词】机械工程;可靠性;优化设计

1前言

随着社会的进步与科学技术的发展,机械工程在我国经济中的地位也越来越重要。人们对机械工程设计的要求越来越高。然而,我国的机械工程制造业相对于西方发达国家还存在一定的差距,比如机械工程的可靠性优化设计往往注重理论而没有很好的把理论应用到生产实践中去。还有,我国的大部分高校与企业不够重视可靠性研究,这导致了我国比较缺乏可靠性研究人才的局面;甚至有些企业认为可靠性研究可有可无,认为可靠性研究对企业产生不了什么重大影响,这是很不利于机械工程的可靠性优化设计的发展的,进而也不利于企业的健康可持续的发展。

2当前我国机械工程可靠性优化设计中的不足之处

2.1机械工程可靠性优化设计人才储备不足

因为机械工程可靠性优化设计是一项很复杂的、系统的项目,所以机械工程设计往往需要技术高超的人才来支持,而当前我们国家还是比较缺乏这些技术高超的人才的。当前机械工程可靠性优化设计方面人才的缺乏与高校的教育工作有很大的关系。这是因为很多高校往往只注重培养大众型人才来适应社会的需要,而没有重视培养高技术的人才,尤其是关于机械工程设计方面的高技术人才。虽然有的高校有开设机械工程设计的课程,但是没有在这方面进行比较深入的开展。因而,也就很难培养出高素质的机械工程可靠性优化设计人才,进而也就给当下我国机械工程可靠性优化设计方面的人才储备造成了很大的不良影响,这是非常不利于机械制造业的发展以及社会发展的。

2.2企业对机械工程可靠性优化设计不够重视

当下很多企业还没有真正意识到可靠性优化设计对企业的重要性。企业的机械工程可靠性设计是一项比较复杂、系统的工作,它关系着产品的质量以及企业的效益。如今市场竞争越来越激烈,企业要真想在市场竞争中处于有利地位,就要重视机械工程的可靠性优化设计;反之,就会因为机械工程可靠性优化设计的不到位而保证不了产品的质量,进而使产品失去相应的竞争力,从而使企业处于市场竞争中的不利地位。

3如何做好机械工程可靠性优化设计的几个关键点

3.1要做好设计环节中的可靠性优化设计

产品的生产和使用周期的各环节是离不开机械工程产品可靠性优化设计的,这些环节相对来说比较有难度、重要的环节主要有设计、制造以及和使用环节。而在机械产品的设计方面,往往包括了组装零件设计以及整体装配设计。首先在进行整体装配设计的时候,要求相关工作人员要认真、全面的分析这个整体系统中的每一个零部件的可靠性程度,从而去判断出这个系统整体的可靠程度。相关人员在进行整体设计可靠性预测的时候,务必要使相关预测结果要达到设计的要求。当然,可以利用再分配法、等分配法以及比例分配法等来使整体装备中每一个零部件都能达到相应的设计标准,进而保证该机械工程的整体满足可靠性的要求。其次,在组装零件设计方面,就要严格要求所选用的零件是符合相关国家的规定而且大量应用在实际的生产中的。值得注意的是,不同的零件其选择的设计方法也往往不同,所以要对相关的零件进行可靠性的试验,如果零件没有通过试验就要严格的反复修改,直到试验通过为止。

3.2要加强机械工程制造工艺可靠性优化设计

机械工程的高质量是离不开机械工程制造工艺的可靠性优化设计的,因而需要相关工作人员要重视机械工程制造工艺的可靠性优化设计。在进行制造工艺的可靠性优化设计的时候,首先要保证所用的加工设备达到相关的加工标准,其次要选择适当的加工工艺及其流程。机械工程在制造这一环节中往往涉及很多工艺,所以该系统是比较复杂的。在进行机械工程制造工艺的可靠性优化设计的时候,要全面考虑相关的因素,比如加工设备的选用、工作人员的整体素质以及技工材料等。只有做好了机械工程制造工艺的可靠性优化设计,才能真正有利于确保整个机械工程的可靠性。

3.3要做好使用与维修过程中的可靠性优化设计

机械工程可靠性优化设计离不开维修过程中的可靠性优化设计。相关工作人员应该要根据具体的实际情况来采用逻辑分析决断法来确定维修内容以及维修方式,进而来确定产品的使用寿命。机械工程的维修性能对机械工程的可靠性有着很大的影响,因而在进行机械工程的可靠性设计的时候要充分考虑其维修性能。在进行机械工程维修可靠性优化设计的时候,要尽量使得维修费用变低的同时也能收获最高的可靠性水平。这样有利于在产品发生故障的时候,能尽快发现故障之处,并采取相应的维修措施来进行维修。只有做好了机械工程维修过程中的可靠性优化设计,才能有效的延长产品的使用寿命,反之就会很容易降低产品的使用寿命。总的来说,就是机械工程使用与维修过程中的可靠性优化设计是极其重要的,然而要想真正做好使用与维修过程中的可靠性优化设计就必须要以可靠性优化设计理论为基础,并且遵循合理且经济的维修规则。

4结语

随着我国经济的不断发展,机械工程项目也越来越复杂和具有高难度,做好机械工程的可靠性优化设计就显得尤其重要。值得注意的是,因为常规的机械工程优化设计中没有重视到设计过程中可靠性的各个质变,所以就不能很好的真实反映机械工程在运行过程中的具体情况。而机械工程的可靠性优化设计相对于常规的机械工程的优化设计来说,并没有充分考虑到体积和重量等指标。由此可见,要想使机械工程的设计达到高质量水平,不仅要充分考虑常规的机械工程优化设计还要全面考虑机械工程的可靠性优化设计。要想使我国机械工程的可靠性优化设计实力不断提高,就要大力培养这方面的高素质人才,弥补当下我国这方面高素质人才储备的不足。而要想培养出高素质的人才,就要重点抓高校这方面的教育工作。只有认识到机械工程中可靠性优化设计的不足之处,才能有利于做好机械工程设计、制造与使用这三个主要环节的可靠性优化设计,才能真正有利于整个机械工程的质量安全,有利于我国经济的发展。

参考文献:

[1]张立博.探讨机械工程的可靠性优化设计[J].工程技术与产业经济,2012(03):63~64.

[2]徐鹏辉,韩青.机械工程可靠性优化设计[J].林业机械与土木设备,2012(05):413~414.

机械优化设计范文第12篇

机械优化设计工作的基本任务是一方面保证各方面的技术指标能够达到优良的要求,另一方面还需要满足各种安全性、可靠性、工艺性的指标要求,保证机械设计成本和消耗达到最低的状态,同时又能设计出最优的产品。机械产品在设计的过程中,需要从需求分析、方案设计、市场调查、分析计算、结构设计、工程绘图、技术编制等方面采取积极有效的措施,从而能够保证各种技术方案形成一系列工作过程,保证机械产品的设计方案更加优化。机械工程优化设计已经成为当前机械理论和方法发展的重要方向,已经得到机械设计与技术人员的高度关注,通过机械优化设计可以提升机械工作效率,创造更多的社会效益和经济效益。

机械产品设计过程中需要以传统方法为基础,在其调查分析的基础上通过经验类比、估算分析、试验比较形成初步设计方案,通过对各种产品进行对比分析,保证产品的设计参数更加稳定,通过对各种刚度、强度进行性能测算分析,检查各种设备是否满足系统功能性能要求,提升整个产品的设计水平。

2.机械产品设计优化改进策略

通过对产品设计的具体分析,可以把各种功能和性能指标要求结合在一起,具体设计过程中需要在一定的约束条件下进行,通过对设计变量的改变与分析,可以对产品的性能和指标进行优化,保证其处于最优的状态,这将是机械设计过程中的最优方法。优化需要运用数学理论知识,同时还需要把其与机械功能结合在一起,从而能够设计出各种解析函数,通过相关计算可以得到相应的数值。

机械产品优化设计过程中需要对各种参数进行建模,从而能够通过软件对其模型进行修正,最终能够按照结构化的要求对数学模型进行加载和求解,最后能够对各种状态变量和目标函数进行优化,从而能够形成最优的参数评价。机械产品优化设计过程中需要对参数进行评价,根据优化处理器对循环提出的设计变量、优化参数、目标函数、状态变量进行分析,最终能够实现各种参数的最优循环。机械设计过程中需要把理论和实践结合在一起,对传统设计方法进行全面的分析和研究,从感性、经验、类比等角度进行传统设计方法进行分析,把传统设计方法转变成理性、科学的现代计算和设计方法,保证机械产品设计模式逐步向智能化、集成化、自动化方向转变。

机械产品设计过程中需要对各种指标进行量化分析,如果在满足的条件下,需要对参数指标进行修改和优化,具体实施过程中可以根据直观判断和经验设计参数,并且能够对其进行修改,保证整个设计过程中能够把经验和理论结合在一起,改变以往人工拼凑设计的模式,通过对各种参数指标进行定性和定量分析。通过传统设计方案进行分析,可以看出传统的设计方案还存在比较大的提高余地和改进空间,传统设计过程中一些最优的方案没有得到很好的应用,机械设计人员需要根据具体方案情况选择一套最优的方案,按照一定的指标要求对其进行全面分析和评价,从而能够选择出一套最优方案。

机械优化设计范文第13篇

关键词:社会经济;结构设计;机械生产

中图分类号:F407 文献标识码: A

引言

机械制造业的不断发展,随之而来的是对机械结构设计要求的不断提高,因此,对于机械结构的设计需要在满足机械设计原则的基础上不断创新,改变原来的设计方法,根据机械产品的功能充分发挥创造力,综合运用先进的技术,借鉴优秀的研究成果,在全新的设计理念和基本设计原则的指导下,创造出更具有价值的机械结构。

1、机械结构设计概述

对于机械结构而言,根据不同的设计方法生产出来的结构也不尽相同,比如在材料、毛坯选择上,应当根据材料价值和特性进行选择,充分利用机械结构材料自身的性能;同时,还要注意利用代用材料。如果只是制造毛坯,则制造难度就会明显降低;切削加工过程中,选用切削加工费用低的方法;机械结构设计过程中,要求结构应当便于装夹和定位,并且适用于标准刀具以及量具,适合标注尺寸等

2、机械结构设计原则

2.1应当满足机械结构的应用要求

在结构设计过程中,机械结构应当可以有效实现预定的指标;同时,还要确保设计出来的机械结构可有效完成任务,满足强度、刚度、精确度以及使用寿命的要求,同时还要确保该机械结构在使用过程中的安全可靠性。

2.2应当有效满足经济性要求

对于机械结构设计而言,其经济性实际上是一个综合性的指标,全面体现在设计、制造和应用全过程。其中,设计与制造经济性,主要体现在设计、制造过程中的成本有效控制;应用过程中的经济性,主要表现在高生产率、高效率等方面,同时还要求维护费用较低。这些都是设计过程中应当充分考虑的问题。

2.3应当关注机械设备操作人员的安全

机械结构设计过程中,应当注意技术安全问题,最大限度地去改善操作人员的劳动条件、强度;同时,还要注意机械结构外形的美观度,并能有效满足特殊要求,比如机床在长期应用中的精度、大型机械的运输方便性等。

2.4与质量技术指标相适应

由于机械结构是机器产品的基本组成要素,因此对结构质量的要求十分严格,但质量技术指标越高,用在结构设计和制造上的成本和时间也越多,当质量技术指标达到要求时,再添加其它的要求势必会导致工时和成本急剧增加,生产效率明显下降。在这样的条件下,生产出来的结构将无法实现最理想的经济效益。因此,在对机械结构的结构进行设计时,结构的结构工艺性必须在满足使用条件的前提下与质量技术指标相适应,实现机械结构最高的实用性和最大的经济效益。

3、机械结构设计方法

3.1理论设计

理论设计主要以人们已掌握的合乎规律的理论和实践知识为基础,结合理论力学、材料力学、机械原理、金属学等理论知识进行机械结构的结构设计。根据结构的整体载荷情况,运用理论计算公式确定结构的几何尺寸。结构的尺寸计算必须满足载荷情况、材料性能、结构工作情况和应力分布规律等方面的条件。运用计算公式初步确定机械结构的尺寸及形状后,再利用校核计算对结构危险剖面的安全系数计算值进行校核。这个过程多用于应力分布规律复杂,但又能用材料力学公式表示出来的结构设计,同时也适用于应力分布规律简单但必须已知结构尺寸的情况,如轴和弹簧的设计。在进行机械结构的结构设计时,一些具有足够实践经验的设计工作者也常为了简化计算过程,在粗略的估算和相关资料的基础上直接进行结构设计,然后采用校核计算。理论设计的基础是熟知机械结构的材料性能和应力分布规律,是经过大量感性知识而总结出来的设计规律,因此是一种具有一定科学性和先进性的设计方法,值得广泛采用。但是任何一种理论都存在不完善的地方,所以不应把理论设计当作完美的机械结构机构设计方法。

3.2模型实验设计

模型实验设计主要针对一些尚无法运用理论知识进行详细分析的大型的、结构复杂且具有一定重要性的机械结构进行结构设计。具体来说,就是对结构作出初步设计,形成模型,对模型进行反复试验,再根据实验结果加以修改。这种设计方法同样也是对理论不足的一种弥补,同时也有效地避免了经验设计中缺乏科学性的成分。模型实验设计决定了大型复杂结构中的工作应力分布情况和结构的极限承受能力,是将经验设计转化为理论设计的途径之一。

3.3经验设计法

即实际设计过程中,根据某类机械结构现有设计、应用经验,总结出经验公式,根据设计人员自身的设计经验,选一类比法进行设计。虽然该种方法没有较为详尽的理论科学分析依据,但也具有科学统计性特点,因此应用价值也比较大。实践中可以看到,因该种方法是基于通过实践总结出来的经验,所以它经得起实践检验。比如,机架以及变速箱设计过程中,经验设计法便可在理论设计的基础上加以应用和实现,实际上它是理论设计的初级方法。

4、机械结构优化的发展展望

结构优化设计随着最优化方法的不断发展和改善,已逐渐得以发展。近些年来,在结构优化算法方面,结构优化设计趋向于采用接近实际的复杂结构模型模拟大型结构系统,由于设计变量数目大,研究新的有效的准则优化方法受到重视,但仍有如何去解决针对各种特殊的结构优化问题建立相应的公式,解决解析推导和数值计算的实现问题;再是使用大型系统的分解优化方法,对于大型结构优化,可以按子结构分解或者进行多级分解优化,对于多学科的复杂系统可以按学科分解优化。分解算法的关键在于建立各个子问题之间的稿合关系,比如通过使用最优解对参数的灵敏度和采用线性分解等法建立起稿合关系,使得子问题的解相容,从而保证迭代收敛,问题是如何保证一定能求解。并行计算技术引入结构优化设计是一个较新的方向。像遗传算法,人工神经网络的方法,在近十年来被引入结构优化设计并发展很快。它们对离散与连续混合变量的全局优化,对发展结构近似重分析的专家系统有其独到之处。现在的问题是怎样提高优化质量、精度、加快收敛,增加方法的通用性。

拓扑优化、材料优化和形状优化的集成在机械结构和部件设计中具有重要的实用价值,是近年来出现的并行设计的重要组成部分,仍将是下一步研究工作的重点。拓扑优化能够为结构的方案设计提供科学的依据,使复杂结构和部件在概念设计阶段即可灵活地、理性地优选方案,有望用于大型实际结构优化设计求解。但是要处理庞大的有限元和优化模型计算量增大,应力约束处理、对“多孔状”材料分布圆整化,单元消失可能会对计算模型造成病态等问题。

从近几年来国家自然科学基金所资助的内容来看,单就机械学科涉及优化设计的项目就有近20项,有广义优化设计,全性能优化设计,模糊优化,可靠性优化,分解优化设计,光机电一体化与人机一体化设计,有基于人工神经网络的复杂结构优化研究及机械传动系统性能优化,复杂机电系统解稿与稿合设计理论与方法研究,机电产品的绿色设计理论与方法等,以及今年提出的面向产品的创新的概念设计,轧制件模具的现代设计方法等课题,反映我国已经注意追踪或跨入世界领先领域的研究工作。另外,优化新方法的研究,形状优化和拓扑优化,多学科优化,结构优化建模,可靠性问题,结构重分析与灵敏度分析,遗传算法,神经网络,人工智能,大规模问题求解,因特网应用等都是继续深入研究的热门课题。

结束语

机械结构优化设计是提高产品性能、节约生产成本的有效方法。其直接关系着整个机械产品的性能和质量,因此在机械结构机构设计过程中,应当加强思想重视和设计思路创新,只有这样才能确保设计质量。

参考文献

[1]王丽敏,计小辈,李颖芝.机械结构优化设计应用与趋势研究[J].邢台职业技术学院学报,2008,03:46-48.

机械优化设计范文第14篇

关键词 机械设计 加工 优化

经济的快速发展,使得各个行业的竞争也在不断加剧。机械,在特殊时期占据了重要地位,需要利用科学的方法来管理机械制造的整个过程。同时,加强产品的品质保障,尽量缩小成本,才能够满足机械生产的需求。通过不断地分析显示,在机械设计加工中还存在部分问题,只要找到优化策略将其改善,就可以帮助机械加工企业提升其竞争力。

一、机械设计类型

一般来说,机械设计的类型主要包含下述几个方面:第一,继承设计,也就是说在不改变机械设备模式的前提下,通过具备一定意义的借鉴设计,通过改变古老的设计方法,创新设计,从而达到设计的要求;第二,转型设计,如果将原本的制造条件加以更新,就需要调整机械零部件位置,做好相应的改造,从而增强机械设计的主体功能,并且随着生产条件的变动也会出现相应的变化;第三,新型设计,改变古老的机械设计,通过使用新手段和新方法,规范机械设计,从而增强机械设计企业的实力。

二、机械设计加工中应注意的问题

一直以来,机械设计加工,都会考虑到产品质量是否满足要求,产品的精度是否满足要求,同时在市场中能够占据怎样的竞争力。而这恰好就是机械设计加工存在问题的根源,所以需要认真分析这三个方面的问题。

(一)产品表面质量问题

因为机械产品的性能与用途会直接受到机械设计加工表面质量的影响,同时也会直接影响机械产品的使用寿命,针对机械加工设计之中表面质量所引发的问题,主要包含:机械设计加工表面材料的质量因素,因为部分材料出现了断裂、变形等问题,就会对机械的设计加工产品质量造成影响。第二,加工技术问题。在机械产品的加工环节,未能掌握好刀具的切削手法,导致机械加工误差产生,或者是存在过大的切削应力,直接影响到产品的质量。[1]

(二)产品精度问题

在评价机械设计加工质量的过程中,应该注意机械设计加工精度这一项因素。因为机械产品的精度可能受到多方面因素的影响,如机床原理存在漏洞、加工运动存在偏差、加工刀具出现差错、加工方法不当等原因,或者是加工工艺本身的缺陷引发精度不高等问题。这一部分因素都可能降低产品本身的精度,最终影响产品的整体质量,无法满足加工需求。

(三)产品市场竞争能力问题

我国机械设计加工发展相对较快,使得市场的竞争日益加剧。机械设计加工产品竞争能力对企业的效益和发展有着直接的影响。所以,想要在激烈的竞争环境中生存与发展下去,机械加工设计就应该注重设计加工的水平与质量,降低成本。产品质量会受到多方因素的影响,如技术水平、人为因素、材料因素等。在提高产品质量的同时,还需要有效地解决其影响因素,避免出现质量问题。此外,在成本方面,则需要优化处理其加工流程和加工技术,确保产品本身拥有性价比方面的优势,这样才能帮助产品提升其综合竞争力。

三、机械设计加工优化策略

在机械零部件的加工设计中,需要从机械设计加工工艺、切削控制、原材料以及剂四个方面进行合理的控制优化,才能够满足机械零部件的加工优化设计要求,从而确保机械零件能够满足实际的要求。

(一)优化机械设计加工工艺

市场竞争环境日益激烈,想要提高机械企业的综合竞争力与加工水平,就应该做好加工工艺与设计的优化,实现标准化、规范化、批量化的设计加工,在设计加工质量得到保障的前提下,尽可能控制生产成本。其中,标准化指的是机械设计图纸的具体要求以及设计的方法能够同机械零部件的尺寸要求和结构性能相互结合起来,从而选择最佳化的加工工艺。另外,做好零部件原材料质量的把关,改进生产工艺流程,才有利于把握质量。通过标准化加工生产以及合理控制加工工艺,就可以进行集中化、批量化的机械零部件制作。同时,降低材料的消耗,帮助机械企业提升其经济效益。

(二)加工切削控制

机械设计加工需要同机械原材料表面的粗糙度、质量以及硬度等相互结合起来,进而选择相符合的切削工具,设定切削参数,综合考虑各种可能对加工切削产生影响的因素,进而控制切削深度和切削速度,避免在加工过程中出现积屑瘤,避免机械零部件的表面质量受到任何的影响。另外,在加工生产之中,机械零部件还会受到高温的影响,这样会对机械零部件金属表面的特性产生影响。所以,还需要配合切削液的正确使用。例如,图1的曲面就爱共走刀路线,这样的方式就可以确保表面的粗糙度和加工精度,同时也能够缩短走刀路线,控制程序的编程量,进而做到左右笑的加工切削的控制。[2]

(三)选择合适的原材料

机械设计加工质量受到原材料的影响因素很大,所以在选择原材料的过程中,需要结合机械零部件的加工性能以及加工工艺要求,根据零部件实际的设计标准,来选择耐磨性高、强度合适、稳定性良好的原材料。第一,注意机械原材料的质量以及物理学性能。第二,考虑到原材料的价格和实际的加工工艺条件,进而选择高性价比的原材料,降低加工成本,从而提升机械加工质量。

(四)选择合适的剂

机械零部件加工,需要选择冷却液来冷却机械加工工件,在切削、研磨以及冲压等机械加工中,需要合理地选择冷却液,这样才有利于把控加工精度,确保机械零件表面的光滑度,同时还能够延长使用寿命。另外,在机械设计加工期间,冷却也能够清除表面的碎屑,帮助表面散热,缓解工件与机床之间的磨损,同时还起到冷却、防腐蚀以及的效果。按照实际的加工工艺要求,应该选择水溶性或者是纯油性剂。例如,高速切削最好选择水溶性剂,如果使用高速钢刀来进行低速的切削操作,则可以选择纯油性的剂。一般来说,纯油性冷却的选择较多。[3]

四、结语

想要增强机械加工企业的综合竞争力,就要增强机械制造的实力,通过增进对机械设计制造实际要求的了解,同时认真分析各种影响因素,就能够找到相应的方法。另外,结合机械企业未来的发展要求,完善设计制造的方式,从而引进高效的工具设备,控制机械设计与制造工艺,不断提升机械设计的整体水平。

(作者单位为江汉大学)

参考文献

[1] 王杰,程明远,李士晓.浅谈机械设计加工中应注意的几个问题[J].科技信息,2011(11):512-513.

机械优化设计范文第15篇

机械结构优化设计中有许多的关键技术与理论,它们对机械结构优化设计的发展和应用起着十分重要的作用。归结起来,其中的主要关键技术与理论有以下几个方面:

机械结构优化设计的思想和理论;优化方法;建模技术;结构分析技术;结构重分析技术;敏度分析技术;软件开发技术。机械结构优化设计的研究与开发主要集中在这几个方面,不断有新的理论、方法与技术出现,也有一些其他学科的相关知识和新理论被引入结构优化设计,并且大大拓宽了该方法的应用领域和范围,为机械结构优化设计的发展注入了新的活力。

二、机械结构优化设计的应用

1.航空航天

航空航天技术代表着一个国家科学技术的综合水平与实力,大量的先进科学技术首先在航空航天领域推广应用或发明、开发,而机械结构优化设计发展最快、应用最广和作用最大的领域也在航空航天。由于该领域的特殊地位,机械结构优化设计得到了广泛的应用和充分的重视。目前,结构优化设计的大量研究集中在航空航天领域,同时也发表了大量的研究论文和研究报告。国内进行了有关飞机机身、飞机翼面、飞机结构整体、火箭发动机壳体、航空发动机、机身承力框架等结构优化设计方面的研究,发表了许多论文。而在国外,有关结构优化设计在航空航天工业中应用的研究更是层出不穷,发表了大量的研究报告和论文,一些著名的结构优化设计专家学者都在从事该领域的研究等。我国的航空航天工业已经取得了巨大的成功,其中机械结构优化设计应用是其重要的因素之一,而且必将成为越来越大的角色之一,为我国航海空航天事业的发展做出很大的贡献。

2.船舶工业

船舶结构优化设计方法的研究相对起步较晚,我国开始研究船舶结构优化设计比国外晚了近十年。但是,我国的船舶结构优化设计也取得了较大的成果,在潜艇结构、中小型集装箱结构、油船剖面、潜艇外部液压舱等结构优化设计方面进行了研究,提高了相关研究对象的性能,为船舶设计提供了一种可靠、精确的设计方法。

3.通用机械和机床

通用机械和机床的结构优化设计也是一个机械结构优化设计成功应用的领域,把有限元技术与优化技术结合起来,机械结构优化设计对大型复杂机械结构件的设计是一种有效、精确的方法。由于一般的机械零部件都是连续体结构,结构分析非常复杂,进行结构优化设计比较困难。国内的相关研究比较突出,发表了大量的研究论文和报告,陈立周、孙焕纯等根据机械设计中离散设计变量较多的情况,提出了离散设计变量结构优化设计方法;孙靖民、米成秋对机床床身等部件进行了结构优化设计;周济等研究了圆柱拉压弹簧动载下的结构优化设计;钟毅芳、唐增宝等进行了液力传动系和双级齿轮减速器的结构优化设计研究;方宗德等完成了斜齿轮三维修形的优化设计;秦东晨、方刚等完成了复杂箱形梁的结构优化设计研究等。通过这些研究工作的开展,通用机械和机床的设计有了一种快速、有效、可靠的设计方法,提高机械产品的设计水平。

4.汽车工业

汽车工业是一个不断创新、发展的重要行业,各个国家和地区都十分重视汽车工业的发展。因此,先进的机械结构优化设计方法也就在此行业得到推广和应用,国内外出现了大量的研究成果。冯振东等进行了万向节传动布局的支承动态结构优化设计;田振中研究了特种汽车车身的结构优化设计;冯国胜对汽车车架的结构优化设计进行了研究;章一鸣等研究了汽车悬挂系统的优化设计;上官文斌等进行了发动机悬置系统的优化设计;秦东晨等对汽车车身进行了结构优化设计等。汽车工业已经成为机械结构优化设计广泛应用的一个领域。

三、机械结构优化设计的展望

结构优化设计随着最优化方法的不断发展和改善,已逐渐得以发展。

拓扑优化、材料优化和形状优化的集成在机械结构和部件设计中具有重要的实用价值,是近年来出现的并行设计的重要组成部分,仍将是下一步研究工作的重点。拓扑优化能够为结构的方案设计提供科学的依据,使复杂结构和部件在概念设计阶段即可灵活地、理性地优选方案,有望用于大型实际结构优化设计求解。拓扑优化研究中提出的均匀化方法等,可以将材料选择,布局优化和形状优化集成一体,为并行地设计材料、工艺和结构提供科学的手段,有关方法的研究,实用化软件开发及应用是有意义的。但是要处理庞大的有限元和优化模型计算量增大,应力约束处理、对“多孔状”材料分布圆整化,单元消失可能会对计算模型造成病态等问题。