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機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)總結(jié)范文第1篇

關(guān)鍵詞：社會經(jīng)濟(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；機(jī)械生產(chǎn)

中圖分類號：F407 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

引言

機(jī)械制造業(yè)的不斷發(fā)展，隨之而來的是對機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的不斷提高，因此，對于機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要在滿足機(jī)械設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新，改變原來的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)機(jī)械產(chǎn)品的功能充分發(fā)揮創(chuàng)造力，綜合運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)，借鑒優(yōu)秀的研究成果，在全新的設(shè)計(jì)理念和基本設(shè)計(jì)原則的指導(dǎo)下，創(chuàng)造出更具有價值的機(jī)械結(jié)構(gòu)。

1、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述

對于機(jī)械結(jié)構(gòu)而言，根據(jù)不同的設(shè)計(jì)方法生產(chǎn)出來的結(jié)構(gòu)也不盡相同，比如在材料、毛坯選擇上，應(yīng)當(dāng)根據(jù)材料價值和特性進(jìn)行選擇，充分利用機(jī)械結(jié)構(gòu)材料自身的性能；同時，還要注意利用代用材料。如果只是制造毛坯，則制造難度就會明顯降低；切削加工過程中，選用切削加工費(fèi)用低的方法；機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，要求結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)便于裝夾和定位，并且適用于標(biāo)準(zhǔn)刀具以及量具，適合標(biāo)注尺寸等

2、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

2.1應(yīng)當(dāng)滿足機(jī)械結(jié)構(gòu)的應(yīng)用要求

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)可以有效實(shí)現(xiàn)預(yù)定的指標(biāo)；同時，還要確保設(shè)計(jì)出來的機(jī)械結(jié)構(gòu)可有效完成任務(wù)，滿足強(qiáng)度、剛度、精確度以及使用壽命的要求，同時還要確保該機(jī)械結(jié)構(gòu)在使用過程中的安全可靠性。

2.2應(yīng)當(dāng)有效滿足經(jīng)濟(jì)性要求

對于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，其經(jīng)濟(jì)性實(shí)際上是一個綜合性的指標(biāo)，全面體現(xiàn)在設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用全過程。其中，設(shè)計(jì)與制造經(jīng)濟(jì)性，主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)、制造過程中的成本有效控制；應(yīng)用過程中的經(jīng)濟(jì)性，主要表現(xiàn)在高生產(chǎn)率、高效率等方面，同時還要求維護(hù)費(fèi)用較低。這些都是設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)充分考慮的問題。

2.3應(yīng)當(dāng)關(guān)注機(jī)械設(shè)備操作人員的安全

機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)注意技術(shù)安全問題，最大限度地去改善操作人員的勞動條件、強(qiáng)度；同時，還要注意機(jī)械結(jié)構(gòu)外形的美觀度，并能有效滿足特殊要求，比如機(jī)床在長期應(yīng)用中的精度、大型機(jī)械的運(yùn)輸方便性等。

2.4與質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)相適應(yīng)

由于機(jī)械結(jié)構(gòu)是機(jī)器產(chǎn)品的基本組成要素，因此對結(jié)構(gòu)質(zhì)量的要求十分嚴(yán)格，但質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)越高，用在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造上的成本和時間也越多，當(dāng)質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)達(dá)到要求時，再添加其它的要求勢必會導(dǎo)致工時和成本急劇增加，生產(chǎn)效率明顯下降。在這樣的條件下，生產(chǎn)出來的結(jié)構(gòu)將無法實(shí)現(xiàn)最理想的經(jīng)濟(jì)效益。因此，在對機(jī)械結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)工藝性必須在滿足使用條件的前提下與質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)相適應(yīng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)最高的實(shí)用性和最大的經(jīng)濟(jì)效益。

3、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

3.1理論設(shè)計(jì)

理論設(shè)計(jì)主要以人們已掌握的合乎規(guī)律的理論和實(shí)踐知識為基礎(chǔ)，結(jié)合理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理、金屬學(xué)等理論知識進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)結(jié)構(gòu)的整體載荷情況，運(yùn)用理論計(jì)算公式確定結(jié)構(gòu)的幾何尺寸。結(jié)構(gòu)的尺寸計(jì)算必須滿足載荷情況、材料性能、結(jié)構(gòu)工作情況和應(yīng)力分布規(guī)律等方面的條件。運(yùn)用計(jì)算公式初步確定機(jī)械結(jié)構(gòu)的尺寸及形狀后，再利用校核計(jì)算對結(jié)構(gòu)危險剖面的安全系數(shù)計(jì)算值進(jìn)行校核。這個過程多用于應(yīng)力分布規(guī)律復(fù)雜，但又能用材料力學(xué)公式表示出來的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時也適用于應(yīng)力分布規(guī)律簡單但必須已知結(jié)構(gòu)尺寸的情況，如軸和彈簧的設(shè)計(jì)。在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，一些具有足夠?qū)嵺`經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)工作者也常為了簡化計(jì)算過程，在粗略的估算和相關(guān)資料的基礎(chǔ)上直接進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后采用校核計(jì)算。理論設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是熟知機(jī)械結(jié)構(gòu)的材料性能和應(yīng)力分布規(guī)律，是經(jīng)過大量感性知識而總結(jié)出來的設(shè)計(jì)規(guī)律，因此是一種具有一定科學(xué)性和先進(jìn)性的設(shè)計(jì)方法，值得廣泛采用。但是任何一種理論都存在不完善的地方，所以不應(yīng)把理論設(shè)計(jì)當(dāng)作完美的機(jī)械結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。

3.2模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要針對一些尚無法運(yùn)用理論知識進(jìn)行詳細(xì)分析的大型的、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且具有一定重要性的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。具體來說，就是對結(jié)構(gòu)作出初步設(shè)計(jì)，形成模型，對模型進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以修改。這種設(shè)計(jì)方法同樣也是對理論不足的一種彌補(bǔ)，同時也有效地避免了經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)中缺乏科學(xué)性的成分。模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)決定了大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的工作應(yīng)力分布情況和結(jié)構(gòu)的極限承受能力，是將經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為理論設(shè)計(jì)的途徑之一。

3.3經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

即實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)某類機(jī)械結(jié)構(gòu)現(xiàn)有設(shè)計(jì)、應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)公式，根據(jù)設(shè)計(jì)人員自身的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，選一類比法進(jìn)行設(shè)計(jì)。雖然該種方法沒有較為詳盡的理論科學(xué)分析依據(jù)，但也具有科學(xué)統(tǒng)計(jì)性特點(diǎn)，因此應(yīng)用價值也比較大。實(shí)踐中可以看到，因該種方法是基于通過實(shí)踐總結(jié)出來的經(jīng)驗(yàn)，所以它經(jīng)得起實(shí)踐檢驗(yàn)。比如，機(jī)架以及變速箱設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法便可在理論設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上加以應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上它是理論設(shè)計(jì)的初級方法。

4、機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化的發(fā)展展望

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)隨著最優(yōu)化方法的不斷發(fā)展和改善，已逐漸得以發(fā)展。近些年來，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法方面，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)趨向于采用接近實(shí)際的復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型模擬大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，由于設(shè)計(jì)變量數(shù)目大，研究新的有效的準(zhǔn)則優(yōu)化方法受到重視，但仍有如何去解決針對各種特殊的結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題建立相應(yīng)的公式，解決解析推導(dǎo)和數(shù)值計(jì)算的實(shí)現(xiàn)問題；再是使用大型系統(tǒng)的分解優(yōu)化方法，對于大型結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可以按子結(jié)構(gòu)分解或者進(jìn)行多級分解優(yōu)化，對于多學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)可以按學(xué)科分解優(yōu)化。分解算法的關(guān)鍵在于建立各個子問題之間的稿合關(guān)系，比如通過使用最優(yōu)解對參數(shù)的靈敏度和采用線性分解等法建立起稿合關(guān)系，使得子問題的解相容，從而保證迭代收斂，問題是如何保證一定能求解。并行計(jì)算技術(shù)引入結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個較新的方向。像遺傳算法，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，在近十年來被引入結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)并發(fā)展很快。它們對離散與連續(xù)混合變量的全局優(yōu)化，對發(fā)展結(jié)構(gòu)近似重分析的專家系統(tǒng)有其獨(dú)到之處?，F(xiàn)在的問題是怎樣提高優(yōu)化質(zhì)量、精度、加快收斂，增加方法的通用性。

拓?fù)鋬?yōu)化、材料優(yōu)化和形狀優(yōu)化的集成在機(jī)械結(jié)構(gòu)和部件設(shè)計(jì)中具有重要的實(shí)用價值，是近年來出現(xiàn)的并行設(shè)計(jì)的重要組成部分，仍將是下一步研究工作的重點(diǎn)。拓?fù)鋬?yōu)化能夠?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)提供科學(xué)的依據(jù)，使復(fù)雜結(jié)構(gòu)和部件在概念設(shè)計(jì)階段即可靈活地、理性地優(yōu)選方案，有望用于大型實(shí)際結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)求解。但是要處理龐大的有限元和優(yōu)化模型計(jì)算量增大，應(yīng)力約束處理、對“多孔狀”材料分布圓整化，單元消失可能會對計(jì)算模型造成病態(tài)等問題。

從近幾年來國家自然科學(xué)基金所資助的內(nèi)容來看，單就機(jī)械學(xué)科涉及優(yōu)化設(shè)計(jì)的項(xiàng)目就有近20項(xiàng)，有廣義優(yōu)化設(shè)計(jì)，全性能優(yōu)化設(shè)計(jì)，模糊優(yōu)化，可靠性優(yōu)化，分解優(yōu)化設(shè)計(jì)，光機(jī)電一體化與人機(jī)一體化設(shè)計(jì)，有基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究及機(jī)械傳動系統(tǒng)性能優(yōu)化，復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)解稿與稿合設(shè)計(jì)理論與方法研究，機(jī)電產(chǎn)品的綠色設(shè)計(jì)理論與方法等，以及今年提出的面向產(chǎn)品的創(chuàng)新的概念設(shè)計(jì)，軋制件模具的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法等課題，反映我國已經(jīng)注意追蹤或跨入世界領(lǐng)先領(lǐng)域的研究工作。另外，優(yōu)化新方法的研究，形狀優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化，多學(xué)科優(yōu)化，結(jié)構(gòu)優(yōu)化建模，可靠性問題，結(jié)構(gòu)重分析與靈敏度分析，遺傳算法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，人工智能，大規(guī)模問題求解，因特網(wǎng)應(yīng)用等都是繼續(xù)深入研究的熱門課題。

結(jié)束語

機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是提高產(chǎn)品性能、節(jié)約生產(chǎn)成本的有效方法。其直接關(guān)系著整個機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，因此在機(jī)械結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)思想重視和設(shè)計(jì)思路創(chuàng)新，只有這樣才能確保設(shè)計(jì)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]王麗敏，計(jì)小輩，李穎芝.機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用與趨勢研究[J].邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，03：46-48.

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)總結(jié)范文第2篇

【關(guān)鍵詞】機(jī)械工程 可靠性優(yōu)化分析研究

中圖分類號：E271文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

一、前言

創(chuàng)建機(jī)械工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中，同時要將可靠性原理和技術(shù)有效的結(jié)在一起，并按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)需求，可以把產(chǎn)品的可靠性放在首要位置，在延長設(shè)計(jì)時長，提高成本和功能的基礎(chǔ)下，盡量是機(jī)械工程產(chǎn)品達(dá)到一定的可靠性標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)榭煽啃栽O(shè)計(jì)屬于多領(lǐng)域?qū)W科范圍的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)，所以可靠性設(shè)計(jì)會包括很多方面的技術(shù)應(yīng)用。

二、機(jī)械工程設(shè)計(jì)的可靠性常用方法

1.魯棒設(shè)計(jì)方法

魯棒設(shè)計(jì)方法著重強(qiáng)調(diào)減弱產(chǎn)品的敏感度。保證產(chǎn)品的各項(xiàng)功能在應(yīng)用條件改變的情況下依然穩(wěn)定運(yùn)行，同時確保產(chǎn)品在規(guī)定的使用時長期間，不會因?yàn)楫a(chǎn)品內(nèi)部組成產(chǎn)生改變，系統(tǒng)陳舊或者參數(shù)不穩(wěn)定等原因影響產(chǎn)品正常運(yùn)行的設(shè)計(jì)方法。此方法是以綜合分析處理為前提由日本著名機(jī)械設(shè)計(jì)師田口玄一首先提出來的，主要是依據(jù)產(chǎn)品的使用對使用者產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失程度的大小作為設(shè)計(jì)可靠性的評價標(biāo)準(zhǔn)，可以說是它的基礎(chǔ)理論，所說的損失程度大體是說用戶經(jīng)濟(jì)流失與產(chǎn)品目的和功能的正比大小，簡而化之就是損失越大證明偏差越大，客觀的區(qū)分出產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣，降低偏差程度會使產(chǎn)品質(zhì)量得到有效的提升，絕大部分經(jīng)過嚴(yán)格篩選的材料和產(chǎn)品技術(shù)，都是把最大程度降低錯誤的出現(xiàn)率作為最終目標(biāo)。

2.降額設(shè)計(jì)

降額設(shè)計(jì)方法是指產(chǎn)拼運(yùn)行過程中零部件受到的應(yīng)力大小沒有超過其規(guī)定的應(yīng)力范圍，為了有效的減少部件所受應(yīng)力，可以提高質(zhì)量或者在選材上加以深究。大量的機(jī)械工程實(shí)踐記錄顯示，機(jī)械工程零部件在低于它額定的使用壓力下進(jìn)行工作的時候機(jī)械工程事故率是十分低的，也就是說可靠性是十分高的。因此反復(fù)的進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)就成為了降額的有效途徑，可以通過降低平均應(yīng)力，提高零件使用強(qiáng)度等方法改變應(yīng)力、降低強(qiáng)度，達(dá)到提升可靠性的目的。

三、可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)在機(jī)械工程中的應(yīng)用

1.工程機(jī)械產(chǎn)品的使用和維護(hù)的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)

對機(jī)械類的相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行定期的維護(hù)和檢修，這種措施能夠很大程度上延長產(chǎn)品的工作壽命，公司的發(fā)展和擴(kuò)大始終需要一個強(qiáng)大的售后服務(wù)系統(tǒng)，所以，售后維修系統(tǒng)的運(yùn)行關(guān)系到所有機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)廠家的生死存亡，通過現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)分析，根據(jù)人們需求和使用環(huán)境的不同，制定全面的維護(hù)和檢修方案，再依照機(jī)械使用程度和參數(shù)規(guī)定合適使用壽命。機(jī)械工程產(chǎn)品的可維護(hù)性也可以看成是可靠性，二者沒有什么本質(zhì)的區(qū)別，工程機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)最開始的時候要最先考慮產(chǎn)品的可維護(hù)性，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越是不復(fù)雜，出現(xiàn)故障需要對其進(jìn)行維修時的處理速度就會越快，切實(shí)的減少了經(jīng)濟(jì)損失。機(jī)械工程產(chǎn)品維修可靠性的優(yōu)化設(shè)計(jì)時，維護(hù)費(fèi)用則是需要討論的重中之重，要盡量用最少的資金達(dá)到最大限度的可靠標(biāo)準(zhǔn)，努力降低維修的時長，設(shè)計(jì)職工要以此作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)機(jī)械工程可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)。所以，把維修設(shè)計(jì)作為可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提是切實(shí)可行的。由此可以看出，設(shè)計(jì)和創(chuàng)建既保證經(jīng)濟(jì)性有保證合理性的維修方案是非常重要的。進(jìn)行維修的過程中，必須使用規(guī)范的維修機(jī)械設(shè)備，工作人員也要不斷提高自身的技術(shù)能力，使維修工作得到進(jìn)一步的提升。

2.機(jī)械工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)

零件安裝設(shè)計(jì)和整體規(guī)劃設(shè)計(jì)是機(jī)械工程設(shè)計(jì)的兩個主體設(shè)計(jì)。而進(jìn)行產(chǎn)品可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中可以將它們視為一個整體，主要分為以下兩種設(shè)計(jì)方法，一種是：首先對整體的機(jī)械體系進(jìn)行綜合分析，同時估算并掌握零部件的最大可靠性，通過對零部件結(jié)構(gòu)組成的可靠性分析，估測出得到的結(jié)果必須要強(qiáng)于設(shè)計(jì)目標(biāo)或者與設(shè)計(jì)目標(biāo)持平。另一種是：在優(yōu)化可靠性設(shè)計(jì)過程中將所有參數(shù)平均分配到各個零部件上，每個零部件都一定要符合這些參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)要求，按比例、綜合分配以及等參數(shù)分配是經(jīng)常用的可靠性分配方法，在設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)時，零部件的選取首先考慮的必須是達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的同時已經(jīng)大批生產(chǎn)的零部件，這樣能夠適當(dāng)且合理的節(jié)省資金和生產(chǎn)時間，對于關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的部件要試著改變零件的使用方式并對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，與可靠性有關(guān)的實(shí)驗(yàn)要在設(shè)計(jì)之前就完成，另外，機(jī)械工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可靠性要不斷重復(fù)檢驗(yàn)，直到所有參數(shù)都達(dá)到設(shè)計(jì)指為止，機(jī)械工程設(shè)計(jì)的人機(jī)設(shè)計(jì)也具有重要的意義，其中包括機(jī)械的可操作性和零部件適應(yīng)性。

3.工程機(jī)械產(chǎn)品在可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)制造

為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，企業(yè)必須對生產(chǎn)過程中的所有環(huán)節(jié)都進(jìn)行嚴(yán)格的掌控，所以機(jī)械工程的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。因此要加強(qiáng)對工藝流程的選擇以及對技術(shù)操作水平的提升，工藝流程包含許多分系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)的最后要將所有分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，并通過有效的措施和手段進(jìn)行可靠性優(yōu)化。

四、總結(jié)

總而言之，機(jī)械工程產(chǎn)品所涉及的技術(shù)研究隨著時代的進(jìn)步變得更加復(fù)雜化，因此機(jī)械工程產(chǎn)品的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)就成為了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要研究對象，前景十分廣闊，其可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)會越來越得到更多人的使用和肯定。

參考文獻(xiàn)：

[1]萬耀青。機(jī)電工程現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法[M ] 。北京理工大學(xué)出版社，2009 （ 03 ） ： 183 -184

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)總結(jié)范文第3篇

【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì)；現(xiàn)代設(shè)計(jì)；傳統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)計(jì)是根據(jù)產(chǎn)品的使用要求對機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動形式、工作原理、方式等進(jìn)行分析、計(jì)算和設(shè)計(jì)并將這些方法應(yīng)用到具體的設(shè)計(jì)過程的方法。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法也稱常規(guī)機(jī)械設(shè)計(jì)方法，是需要設(shè)計(jì)人員去檢索資料、手工計(jì)算和繪圖，設(shè)計(jì)周期長，設(shè)計(jì)質(zhì)量不高的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法。隨著科學(xué)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品迅速的更新?lián)Q代，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法已不能滿足機(jī)械設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)要求，這就提出了現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法是對傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法的完善和改變，它以發(fā)展并完善設(shè)計(jì)理論、改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法、提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量和縮短設(shè)計(jì)周期為目標(biāo)為宗旨，包含了創(chuàng)造性設(shè)計(jì)方法、系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、有限元分析方法、反求工程設(shè)計(jì)等。

1.傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法與現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的方法是以設(shè)計(jì)人員對于所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的理論認(rèn)知和工作經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)而進(jìn)行靜態(tài)、直覺的設(shè)計(jì)。（1）產(chǎn)品的理論認(rèn)知來自于長期的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，是固定不變的。但現(xiàn)實(shí)社會往往是復(fù)雜多變的，這就存在設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品考慮不全面，存在安全隱患，我們用安全系數(shù)來概述。如果選擇的安全系數(shù)過大，則投入產(chǎn)品的資金就會增加，成本增加；如果選擇的安全系數(shù)過小，則在保證產(chǎn)品的安全性方面很難做到。（2）工作經(jīng)驗(yàn)是設(shè)計(jì)人員根據(jù)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品已經(jīng)存在的設(shè)計(jì)過程和經(jīng)驗(yàn)公式，或設(shè)計(jì)人員本身的設(shè)計(jì)思路與同類或者相似產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行類比。隨著不斷提高的產(chǎn)品技術(shù)含量，設(shè)計(jì)體系變的越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法已不能滿足產(chǎn)品的更新速度和市場的需求。

以思維科學(xué)、設(shè)計(jì)理論系統(tǒng)工程為基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)為工具的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法出現(xiàn)了。與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法相比，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法是動態(tài)，科學(xué)的?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品比傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品在質(zhì)量上更可靠、更安全，在外觀上更自然、更吸引人，在總體功能上更人性化。顯然，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法具有很多傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法不能比的特點(diǎn)：（1）隨著社會的發(fā)展，產(chǎn)品的更新?lián)Q代很快，設(shè)計(jì)人員要不斷的改善舊產(chǎn)品推出新產(chǎn)品。而在新產(chǎn)品的開發(fā)過程中，被動的傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法已不能滿足要求，需要主動性比較強(qiáng)的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法來適應(yīng)。（2）現(xiàn)代社會的消費(fèi)群體在追求先進(jìn)產(chǎn)品的同時還要求產(chǎn)品的綠色環(huán)保性。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法追求的是產(chǎn)品本身的質(zhì)量和預(yù)定功能，而現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法在追求產(chǎn)品預(yù)定性能的基礎(chǔ)上還要考慮產(chǎn)品在原料的選取、工件的加工、產(chǎn)品的裝配、產(chǎn)品的使用到產(chǎn)品的報(bào)廢回收都需要考慮和環(huán)境的關(guān)系，保證產(chǎn)品的綠色性。（3）傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法一般先根據(jù)設(shè)計(jì)思路制定出第一套方案并做出樣機(jī)，然后對樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)、評定并且不斷的修改直到滿意而形成第二套方案，期間耗費(fèi)高、時間周期長?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法依據(jù)各種既定的條件，綜合運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，借助計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)仿真出產(chǎn)品，設(shè)計(jì)周期短，耗資低。

2.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法實(shí)際上是把科學(xué)方法論運(yùn)用到機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中，它是以設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品為目標(biāo)的一系列設(shè)計(jì)方法和先進(jìn)技術(shù)手段的完美結(jié)合?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法在不斷的完善和改變中，但它以發(fā)展并完善設(shè)計(jì)理論、改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法、提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量和縮短設(shè)計(jì)周期為目標(biāo)的宗旨是不會改變的。經(jīng)歸納總結(jié)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法有創(chuàng)造性設(shè)計(jì)方法、系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、有限元分析方法、反求工程設(shè)計(jì)等。

2.1系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法

傳統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)方法一般是把要設(shè)計(jì)的對象分成獨(dú)立的幾部分來分別進(jìn)行研究。因?yàn)楦鱾€部分的研究人員不能及時交流，導(dǎo)致所設(shè)計(jì)對象的各個部分是獨(dú)立的，所以得出的結(jié)論往往是片面的、不完整的。現(xiàn)代系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法把所設(shè)計(jì)的對象看成是一個完整的系統(tǒng)，用系統(tǒng)工程的方法來進(jìn)行研究，并且在尋求最佳的設(shè)計(jì)方案時還要考慮產(chǎn)品或系統(tǒng)的制造過程和運(yùn)行情況。即系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)應(yīng)同時考慮系統(tǒng)的開發(fā)、系統(tǒng)的制造和系統(tǒng)的運(yùn)行這三個部分，只有這樣才能驗(yàn)證出產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效果。

2.2優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

現(xiàn)代化的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法已不再是傳統(tǒng)的那種根據(jù)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)或直觀想法來確定結(jié)構(gòu)方案，也不是再滿足所設(shè)計(jì)產(chǎn)品要求的前提下，先確定設(shè)計(jì)方案再根據(jù)安全準(zhǔn)則對產(chǎn)品的強(qiáng)度、剛度和壽命等分析計(jì)算，然后確定產(chǎn)品的尺寸等；而是不僅要考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還要同時考慮產(chǎn)品的運(yùn)輸和產(chǎn)品的流通等各個方面。現(xiàn)代機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法包含建立優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型和選擇恰當(dāng)?shù)膬?yōu)化設(shè)計(jì)的方法。因?yàn)閮?yōu)化設(shè)計(jì)方法是根據(jù)在尋求數(shù)學(xué)模型的解決方法時得到產(chǎn)品解決的最優(yōu)方案，所以設(shè)計(jì)人員要根據(jù)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的要求建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，而數(shù)學(xué)模型一旦建立后，機(jī)械問題就變成了一個數(shù)學(xué)問題。設(shè)計(jì)人員根據(jù)數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)選擇合適的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，然后借助計(jì)算機(jī)軟件等工具求出數(shù)學(xué)解，然后把求出的解應(yīng)用到機(jī)械產(chǎn)品中，滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求。

2.3有限元分析方法

有限元分析方法是隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種現(xiàn)代化設(shè)計(jì)計(jì)算方法，它首先是應(yīng)用在連續(xù)力學(xué)領(lǐng)域的數(shù)值分析方法，隨后隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展而擴(kuò)展到熱、磁等連續(xù)性分析領(lǐng)域。有限元分析方法的原理是將要分析的產(chǎn)品劃分為有限的、獨(dú)立而又相互聯(lián)結(jié)的部分，這些部分一般都是常見的形狀，比如在有限元分析軟件ANSYS中，被分析的產(chǎn)品如果是平面則最好劃分為四邊形，如果是立體則最好劃分為六面體。劃分好單元后設(shè)計(jì)人員需要確定所分析產(chǎn)品的各個變量，然后建立單元函數(shù)進(jìn)行單元求解，最后聯(lián)立單元方程求解。概括起來說有限元分析方法可以分為三個階段：前處理階段是建立有限元模型并進(jìn)行網(wǎng)格劃分；處理階段是進(jìn)行參數(shù)的確定和單元的計(jì)算；后處理階段是提取分析結(jié)果，得出結(jié)論。

2.4反求工程設(shè)計(jì)

反求工程也稱為逆向工程，它是以先進(jìn)的產(chǎn)品為研究對象，通過現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究分析，探索并掌握產(chǎn)品應(yīng)用的先進(jìn)技術(shù)，然后設(shè)計(jì)出同類的先進(jìn)產(chǎn)品的一系列方法和技術(shù)的總稱。我國是制造業(yè)大國而非制造業(yè)強(qiáng)國，要想達(dá)到制造業(yè)強(qiáng)國關(guān)鍵是人才和技術(shù)，外國有很多機(jī)械設(shè)計(jì)方法和技術(shù)領(lǐng)先于我們，但他們對我國采取封鎖的政策。研究表明運(yùn)用反求工程設(shè)計(jì)掌握先進(jìn)產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)可以使設(shè)計(jì)人員的研究周期縮短百分a之四十以上，極大的提高了設(shè)計(jì)速度?？梢娧芯糠辞蠊こ淘O(shè)計(jì)對我國的技術(shù)發(fā)展有很重要的意義。一個先進(jìn)成熟的產(chǎn)品，要在了解掌握原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出同類有競爭性的新產(chǎn)品也是有一定的難度的，所以反求工程是一種先被動后主動的創(chuàng)造性活動，并非產(chǎn)品設(shè)計(jì)的逆過程。

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)總結(jié)范文第4篇

關(guān)鍵詞：液壓支架；強(qiáng)度；可靠性優(yōu)化；設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.03.013

隨著液壓支架在煤礦工程中得到廣泛的應(yīng)用，對液壓支架的要求也逐漸增多，其要求主要體現(xiàn)在可靠性、耐久性等方面。為了使液壓支架在建筑結(jié)構(gòu)中發(fā)揮其重要作用，首先應(yīng)當(dāng)對液壓支架有一個充分了解，再對其進(jìn)行強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究。

1 我國液壓支架發(fā)展概況

在煤礦開采的過程中，液壓支架在綜采工作面中是必不可缺的設(shè)備之一，液壓支架與輸送機(jī)及采煤機(jī)一同工作，實(shí)現(xiàn)了煤礦開采的機(jī)械化建設(shè)。液壓支架在煤礦開采的過程中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用，其所發(fā)揮的作用主要是支撐礦井里的頂板，保障煤礦開采過程的安全性。有無液壓支架成為普通機(jī)械化采煤與高檔普通機(jī)械化采煤之間的最大差異。液壓支架能夠讓高檔普通機(jī)械化采煤中的頂板一直處于良好的狀態(tài)，使煤礦開采過程中的勞動強(qiáng)度得到極大地降低，并使開采的工作效率得到提高。

隨著社會的不斷發(fā)展，人們對能源的需求也越來越多，相應(yīng)的對煤礦的需求量也逐漸增多，這就使得煤礦企業(yè)必須提高開采煤礦的工作效率，而液壓支架的應(yīng)用不僅能使煤礦的開采工作達(dá)到機(jī)械化，還能讓煤礦的開采效率得到提高。除此以外，目前我國實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的煤礦企業(yè)只占少數(shù)，這就使得液壓支架在煤礦企業(yè)未來的發(fā)展過程中逐漸得到應(yīng)用。在進(jìn)行煤礦長壁開采工作面中液壓支架是必不可缺的機(jī)械設(shè)備，液壓支架的技術(shù)水平能夠反映出一個國家煤礦企業(yè)的機(jī)械化建設(shè)程度。

2 基于最大應(yīng)力約束的強(qiáng)度可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了使液壓支架在煤礦開采過程中發(fā)揮最大的作用，應(yīng)當(dāng)對其最大應(yīng)力進(jìn)行約束，其最大應(yīng)力約束的要求是將掩護(hù)梁所承受的最大應(yīng)力不應(yīng)超過梁的屈服極限狀態(tài)。在對最大應(yīng)力約束的強(qiáng)度進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)的時候，一般是在掩護(hù)梁的最大承受應(yīng)力部分取兩個點(diǎn)進(jìn)行對比分析，根據(jù)其分析結(jié)果使設(shè)計(jì)方案得到優(yōu)化。

2.1 優(yōu)化變量設(shè)定

液壓支架在對掩護(hù)梁的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化的過程中，液壓支架所需要的參數(shù)及空間尺寸都是已經(jīng)經(jīng)過明確的，并不能對其進(jìn)行隨意改變。為了使液壓支架強(qiáng)度的設(shè)計(jì)方案得到優(yōu)化，一般都會將優(yōu)化變量設(shè)定為支架所對用的鋼板厚度，通過對鋼板厚度的優(yōu)化使液壓支架強(qiáng)度方案得到進(jìn)一步的優(yōu)化。

在對掩護(hù)梁進(jìn)行優(yōu)化的過程中，假定液壓支架主要部件所對應(yīng)的鋼板厚度分別是T1，T2，T3，這三個數(shù)字都是設(shè)計(jì)變量，假設(shè)T1、T2、T3的厚度均取25.0mm，但其所用的地方是不一樣的，T1是用于掩護(hù)梁的豎筋板，T2是用于掩護(hù)梁的上頂板，T3是用于掩護(hù)梁的下腹板。其掩護(hù)梁的整體質(zhì)量為3345.0g。

2.2 有限元優(yōu)化分析

當(dāng)對液壓支架進(jìn)行有限元優(yōu)化分析的時候，一般選取掩護(hù)梁上受力條件相對差的部分作為研究對象，其加載方式也是整個掩護(hù)梁中偏載工況最為惡劣的部分，液壓支架在實(shí)驗(yàn)的過程中一般所取的高度都在2400.0mm作用，應(yīng)力極限值不超過460.0MPa，在這樣的情況下可以選擇掩護(hù)梁的質(zhì)量為最小的時候作為液壓支架強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)方案的目標(biāo)來完成。單單有這些是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定對設(shè)計(jì)變量以及參數(shù)進(jìn)行要求。

2.3 有限元優(yōu)化結(jié)果分析

通過以上對有限元的優(yōu)化方案進(jìn)行分析，并對分析結(jié)果來進(jìn)行下一步的分析。在對有限元的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析的過程中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照相關(guān)要求，確保液壓支架掩護(hù)梁的最大受力不超過屈服極限水平。因此，液壓支架應(yīng)當(dāng)選取最小的質(zhì)量，并將T1，T2，T3的板厚度從25.0mm變?yōu)?0.0mm，從而使其滿足相關(guān)要求。

3 基于疲勞壽命約束的強(qiáng)度可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)

隨著對煤礦的需求逐漸增多，我國對煤礦企業(yè)的開采技術(shù)進(jìn)行嚴(yán)格要求，特別是液壓支架的強(qiáng)度。在分析液壓支架強(qiáng)度的可靠性的時候，不必只考慮疲勞壽命對液壓支架強(qiáng)度可靠性的影響，應(yīng)當(dāng)將液壓支架滿足循環(huán)壽命的要求，這樣才能從疲勞壽命約束的強(qiáng)度入手，σ貉怪Ъ芮慷冉行可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.1 設(shè)定負(fù)載水平

在對液壓支架的負(fù)載水平進(jìn)行設(shè)定的過程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照國家所要求的液壓支架型式實(shí)驗(yàn)規(guī)范來完成。筆者通過對相關(guān)規(guī)范了解，從而確定其加載周期為20000次。

3.2 有限元優(yōu)化分析

在對有限元進(jìn)行分析時，其結(jié)構(gòu)所用的材料為Q460，該材料的彈性模量的取值范圍大致在2.1×106MPa作用。并根據(jù)相關(guān)參數(shù)及公式對以上取的兩個探測點(diǎn)的壽命進(jìn)行計(jì)算。

4 液壓支架疲勞壽命研究

局部應(yīng)力-應(yīng)變法、名義應(yīng)力法及應(yīng)力場強(qiáng)法為目前主要研究液壓支架疲勞壽命的主要方法。以下主要對局部應(yīng)力-應(yīng)變法進(jìn)行分析。

4.1 耐久性實(shí)驗(yàn)荷載

在對耐久性荷載進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，一般所用是內(nèi)加載的方式。對整個液壓支架的主體結(jié)構(gòu)中，耐久性實(shí)驗(yàn)荷載與強(qiáng)度基本是相同的，通過耐久性實(shí)驗(yàn)得出額定壓力的1.05倍才是試驗(yàn)壓力。

4.2 疲勞壽命分析

假定液壓支架的設(shè)計(jì)壽命為1×106次，從實(shí)際液壓支架使用情況來看，其頂梁內(nèi)主筋及主筋板是使用壽命最短的部位，而依據(jù)相關(guān)公式得出1×106次為使用的最短壽命值，該壽命值是符合相關(guān)規(guī)定的。在這樣的情況下液壓支架在耐久性實(shí)驗(yàn)中也符合相關(guān)要求，在實(shí)際使用的過程中為了使液壓支架的耐久性提高，一般可以在液壓耐久性相對較小的部位所采用的材料相對較好。

5 總結(jié)

本文主要通過最大應(yīng)力約束及疲勞壽命約束兩個方面對液壓支架強(qiáng)度可靠性的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析，并完善液壓支架的各項(xiàng)性能。

參考文獻(xiàn)：

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機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)總結(jié)范文第5篇

關(guān)鍵詞：正鏟液壓挖掘機(jī)；工作范圍；優(yōu)化

0 引言

挖掘機(jī)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不是去主動地設(shè)計(jì)產(chǎn)品的參數(shù)，而僅僅是被動地重復(fù)分析產(chǎn)品的性能。作為設(shè)計(jì)，不僅要使方案有較高的可行性與合理性，而且應(yīng)該是某些性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)的理想方案。隨著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，己經(jīng)可以運(yùn)用現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法和手段對大型的工程機(jī)械進(jìn)行各種設(shè)計(jì)，來滿足對工程機(jī)械產(chǎn)品提出的各種要求。人們可以利用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件輔助，從多如牛毛的設(shè)計(jì)方案中尋找出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，從而極大的提高了設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率[1-5]。

本文所采用的原始設(shè)計(jì)方案來源于國內(nèi)某大型挖掘機(jī)企業(yè)，企業(yè)要求為正鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置的工作范圍進(jìn)行優(yōu)化。本文利用虛擬樣機(jī)ADAMS的view模塊構(gòu)建了正鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置的運(yùn)動學(xué)仿真模型，通過對其模型進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真獲得工作范圍性能指標(biāo)，采用了通過調(diào)整關(guān)鍵鉸接點(diǎn)位置以重組工作裝置結(jié)構(gòu)方案的方法分別對工作范圍進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。優(yōu)化結(jié)果表明，優(yōu)化后改進(jìn)方案的理論性能水平略優(yōu)于國外同級產(chǎn)品，可使實(shí)機(jī)性能接近國外同級產(chǎn)品。

1 工作裝置運(yùn)動學(xué)模型的建立與仿真

衡量挖掘機(jī)工作裝置運(yùn)動學(xué)性能最重要的指標(biāo)，就是工作裝置的工作范圍性能指標(biāo)，所以在設(shè)計(jì)方案制定之初，必須首先優(yōu)化評價工作裝置工作范圍。

本文以某企業(yè)正在研發(fā)的某量級正鏟液壓挖掘機(jī)的初始參數(shù)為基礎(chǔ)，通過虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)法建立三維模型，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)法對工作裝置幾何鉸接點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，對工作裝置工作范圍的各項(xiàng)設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行最大限度的改進(jìn)。

首先根據(jù)廠方所給的初始數(shù)據(jù)，在UG三維建模軟件中對正鏟液壓挖掘的鏟斗、斗桿、動臂及液壓缸進(jìn)行建模，并完成相應(yīng)裝配。利用UG軟件將三維裝配模型導(dǎo)出成parasolid文件并導(dǎo)入MSC.ADAMS中，并對其施加相應(yīng)的約束與運(yùn)動副，得到挖掘機(jī)工作裝置運(yùn)動學(xué)模型。

1.1 建立約束條件

工作裝置運(yùn)動學(xué)模型中有9個關(guān)鍵鉸接點(diǎn)，因其各部件間只是平面轉(zhuǎn)動關(guān)系，所以這9個關(guān)鍵鉸接點(diǎn)的約束均設(shè)為轉(zhuǎn)動副；動臂液壓缸、斗桿液壓缸、鏟斗液壓缸與各自活塞桿之間為活塞運(yùn)動，故其約束設(shè)為圓柱副。

值得注意的是，在添加液壓缸與活塞桿之間的圓柱副時，會在兩個部件各自生成一個MAREKER點(diǎn)，需要對這兩個MARKER點(diǎn)的位置與方向統(tǒng)一進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置，否則會出現(xiàn)兩部件錯位等不可預(yù)見的錯誤。

1.2 施加運(yùn)動驅(qū)動并繪制挖掘包絡(luò)圖

為使工作裝置仿真運(yùn)動起來，需要給工作裝置添加動力源，而挖掘機(jī)實(shí)際工作中動力來自于液壓缸，且為活塞運(yùn)動，因此選擇滑移驅(qū)動Motion施加于三個液壓缸之上，通過設(shè)置滑移驅(qū)動的階躍STEP函數(shù)，來控制各液壓缸的伸長量，各液壓缸的工作伸長范圍由企業(yè)提供具體數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

根據(jù)工作裝置挖掘包絡(luò)圖圓弧的繪制方法，根據(jù)原廠原始設(shè)計(jì)方案數(shù)據(jù)設(shè)置相應(yīng)的Motion函數(shù)，運(yùn)行運(yùn)動學(xué)包絡(luò)仿真，完成初始設(shè)計(jì)方案的挖掘包絡(luò)線繪制。

為進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)原始設(shè)計(jì)方案的工作范圍性能指標(biāo)，就需要通過調(diào)整鉸接點(diǎn)位置的方法來進(jìn)行，那么首先就要對模型及變量進(jìn)行參數(shù)化。

2 工作裝置工作范圍優(yōu)化分析

挖掘機(jī)必須適應(yīng)各種各樣的環(huán)境場合，滿足足夠多的使用范圍是挖掘機(jī)設(shè)計(jì)的目標(biāo)，而其關(guān)鍵就在于工作裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)。一般而言，挖掘機(jī)工作裝置需要能夠挖的夠深，從而滿足要求坑挖作業(yè)及開溝作業(yè)等；同時若需要與平臺較高載貨汽車聯(lián)合作業(yè)時，還需要挖掘機(jī)的卸載高度足夠高，總而言之，挖掘機(jī)工作范圍的大小，工作范圍性能指標(biāo)直接影響到挖掘機(jī)的性能高低。本文就是通過對工作裝置參數(shù)化，改變鉸接點(diǎn)位置，形成多組不同方案各自仿真得出工作范圍的主要作業(yè)參數(shù)，從中尋優(yōu)，讓工作裝置工作范圍的主要作業(yè)參數(shù)達(dá)到理論最大值。

2.1 確定工作范圍的設(shè)計(jì)目標(biāo)

液壓挖掘機(jī)在任意正常位置進(jìn)行工作時，其鏟斗齒尖所能達(dá)到的極限范圍稱為挖掘軌跡包絡(luò)圖，即工作裝置的運(yùn)動包絡(luò)圖。它能夠直觀地反映工作裝置的作業(yè)范圍和主要作業(yè)參數(shù)。挖掘機(jī)的主要作業(yè)參數(shù)主要有

（1）最大挖掘半徑；

（2）最大挖掘深度；

（3）最大挖掘高度；

將這三項(xiàng)指標(biāo)確定為工作裝置工作范圍的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

首先采用DOE方法，考察工作裝置每個設(shè)計(jì)變量的取值范圍，確定每個設(shè)計(jì)變量的變化區(qū)間，確保形成的所有虛擬實(shí)驗(yàn)方案，工作裝置機(jī)構(gòu)無干涉。

然后在ADAMS/Insight實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模塊中按照Monte Carlo法，最終確定各設(shè)計(jì)變量的取值區(qū)間，對18個設(shè)計(jì)變量值進(jìn)行排列組合，生成5120組不同的工作裝置鉸接點(diǎn)方案，在ADAMS/Insight中對模型逐一仿真求解，得出各組方案的設(shè)計(jì)目標(biāo)仿真結(jié)果

2.3 優(yōu)化結(jié)果對比分析

從結(jié)果中篩選出工作范圍相對較大的一組方案作為改進(jìn)方案，與初始方案進(jìn)行對比，并將改進(jìn)方案的工作范圍指標(biāo)與國外同級產(chǎn)品RH 340-B進(jìn)行對比。

對比結(jié)果表明，改進(jìn)方案工作裝置的工作范圍理論性能略優(yōu)于與國外同級產(chǎn)品，達(dá)到了工作裝置工作范圍的優(yōu)化目標(biāo)。

3 總結(jié)

本文以某液壓挖掘機(jī)原始設(shè)計(jì)參數(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用參數(shù)化分析方法對工作裝置運(yùn)動學(xué)模型的工作范圍性能進(jìn)行了仿真優(yōu)化分析，研究結(jié)果表明，優(yōu)化后工作裝置的工作范圍理論性能略優(yōu)于國外同級產(chǎn)品。

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