机械结构优化设计应用探究王义

王义

身份证号码：43032119820308xxxx广东美的厨房电器制造有限公司广东省佛山市528311

摘要：目前自动化、信息化技术在很多领域中都展现出了蓬勃的发展潜力，促进了社会生产力的发展，提高了产品质量。机械产品是当前社会发展的重要基础，不断优化机械结构、实现机械产品创新，是社会经济发展的必然需求。因此，针对机械结构优化设计进行研究分析，对推进社会经济的发展具有非常重要的意义。

关键词：机械结构；设计；优化；技术；理念

现阶段的机械产品是以相同类型的产品或是加工工人为模板，通过一定的工作经验来确定设计方案，而且在完成产品加工后，要对机械产品进行检测，确保其符合质量标准。但是此过程需要消耗大量时间成本，并会留下安全隐患。结构优化技术则是根据尺寸优化与拓扑优化技术，通过科学设计方式制定最佳的设计方案，不仅可以提升设计效率，还能使机械产品精度更高，保证产品质量，实现机械产品的创新，与实际市场需求相符，帮助企业在市场中获得更多市场份额。

1机械机构优化设计理念

在机械机构设计当中，需要对元器件进行旋转、平移等方面考虑，同时也要从点、线、面三个方面进行优化。同时，机械机构设计还需要重点关注种类、数目、维度三大元素。这样才能够实现机械机构优化设计。

1.1组合对称设计理念

机械机构设计对称性是基础，但是在设计当中不能仅考虑单个部件上的对称性，需要针对机械机构整体上进行优化设计。在组合对称部件当中，通常都是表现为多基准组合形式，也就是螺旋线直齿齿轮副还是一个单个主体组合的元器件，通过对齿轮和中点进行垂直、平行、旋转处理即可得出中心轴，并以这个中心轴为基准展开对称设计[1]。

多个对称主体组合就可以分为两类，一是对称零件与多个零件对称要素组合，例如齿轮条设计当中，要求旋转对称齿轮与平移对称齿轮条啮合，从而实现旋转运动、平面直线运动的转换；二是在机械机构当中的跨件对称，也就是跨件之间的对称组合。若要实现机械机构优化设计，必须要实现机构中各个组件之间的对称性，这样才能够实现机械的顺畅、平稳运行。

1.2机械组合

组合也是机械机构设计中的重要元素，而优化设计更多是加强机械机构运行的顺畅度，而想要实现这一目标就必须要做好机械机构内部的优良组合。机械组合大体可以分为单层组合和多层组合两种形式。在单层组合当中，通常是多个零部件之间组合成的整体，如蜗杆传动机构就是蜗杆和蜗轮串联，从而实现直线的运动形式。同时拉链两侧多对啮齿是单层并联组合，也就是机械结构的合并，通常是呈现为Y轴对称形式。多层组合当中，可以分为多种组合形式。多层组合通常是3个或3个以上的单层组合联合体，整体结构呈现为整体的滑移对称，在低层次当中，转轮之间也要实现啮合，最终形成嵌套形式。

2机械机构优化设计方法分析

结合当今机械优化设计理念，需要在保证机械机构对称性、组合性的基础上，结合实际机械产品需求展开优化设计。

2.1选择最佳优化设计方式

在机械产品优化设计中，确定最佳设计方案是最关键的环节。由于优化设计方案多种多样，而且各具特色，所以要在全部的优化设计方案中选择最佳的方案就要慎重选择。因此，在选择时要根据实际情况与机械产品工程相结合来进行分析，最后确定最为适合的设计方案。而且在进行产品加工时，要求专业人员对该方案进行评价，进而提升产品设计水平与产品质量。

2.2结构模块优化设计

结构模块优化设计主要是结合了不同产品划分所提出的一种设计理念。简单来说，该设计方法是从产品规划设计方面着手，通过将机械机构整体设计任务进行分解，加强各个部位零部件设计的对称与组合，从而实现产品整体上的优化设计。这样不仅可以减少机械产品设计成本，还可以提高设计效率和质量。该方法重视机械产品的规划与设计工作，从细节出发。在产品结构优化设计层面，大体上可以分为产品、功能组件、功能组成、功能原件四个方面。各结构模块有标准接口，且为配合、连接相结合的，融入整体化、多层次、统一化、灵活化等理念，实现各个机械零部件的融合度。

在此基础上，机械结构优化设计需要采用设计软件以及AutoCAD技术，在机械机构组合、变形设计过程中，主要以分级模块作为原理，对其总体进行调整、优化，让所拟定的方案更具有可行性、针对性。把机械机构划分为多个等级依次设计，即原件、组件、部件、产品[2]。在制定机械机构优化设计方案当中，采用功能模块对功能区进行分解。这是由于功能分解“粒化”程度可以让机械结构与功能一一对应，符合对称性理念，彰显对称结构在机械优化设计中的价值。

结构化设计方法应用广泛，但是在设计一些液压机等对强度、刚度有严格要求或者受载荷、材料等工程参数约束的设备时，不能简单根据功能即确定产品就结构，在实际应用过程中存在一定的局限性。

2.3系统化优化设计方法

所谓系统性优化指的是将机械设计当成一个统一个体，每一个优化设计要素均为独立的元素，相互之间有一定联系。结合了机械组合理念，同时要注重单层、多层的机械机构设计。并且这种多层次性能可以让不同设计元素有机结合，完成设计的任务。目前，VDI2221[德]标准是国内所有采用的机械化系统模式[3]。当然，也有我国机械生产领域所提出的设计思想。考虑产品功能、用户需求，对机械机构功能布置如下：

方法共两种，分析为生命系统主代表性优化设计法。前者将整个产品看作一个总体，与标准结合展开优化、设计，把功能区作好划分。后者则有较多的设计方法，如图形的建模法、构思优化法、元素设计法等等。但不管是哪种方法，均以系统理念作为标准对产品进行优化。

2.4以产品特征为基础开展的优化设计方法

以此为基础开展设计，这就需要结合计算机辅助技术展开设计，通过信息优化中自动化设计着手，采用产品特征集成化设计理念，这样即可满足所设计的产品能够满足产品使用标准。结合当今机械机构优化设计技术使用情况，常见的优化设计方法包括：

①基于实例开发设计法。采用框架结构构建工程实例、概念体，对这些内容进行描述，以实例为基础来推理对生产资源进行分析，配比实例标准，从而对设计方案进行优化。②编码法。编码法的核心理念是“运动转换”，从而实现对整个机械机构进行整理和分类。通过组建机械机构设计信息（知识库）数据库，通过加入智能化技术，从而实现机械机构设计方案的自动化设计，具体设计内容与编码设置有关。③知识混合型表达法。也就是把过程、规则、框架、网络系统进行整合，从而得出综合性非常强的知识方法，能够确保不同机械产品设计的要求。在机械机构优化设计中适应性非常强。④目录优化。采用三级递进法，机构组件→功能块→功能元解，对方案进行优化，并利用利用优化设计辅助方案完成设计[4]。

3结束语

综上所述，机械机构对机械设备运行性能有着直接影响，所以必须要强化机械机构设计工作。在机械机构优化设计当中，要遵循机械机构的对称性、组合性理念，并结合产品的实际特点和使用要求，针对性展开优化设计。当今我国机械机构优化设计已经逐渐从人工优化朝向计算机软件优化方向发展，虽然还有一定的不足，但发展空间非常大，相信随着科技不断发展，我国机械机构优化设计质量会进一步提高。

参考文献：

[1]代战胜，牛晓敏.机械机构优化设计理念及方法探讨[J].科技资讯，2012（21）：95-96.

[2]吴康平.机械机构优化设计理念及方法探讨[J].内燃机与配件，2018（12）：52-53.

[3]陶晶.机械产品结构优化设计的规则挖掘研究[J].制造业自动化，2013，35（6）：78-81.

[4]张宏浩.论机械优化设计理论方法研究[J].现代国企研究，2015（20）：555-556.