机械优化设计总结精选(九篇)

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第1篇：机械优化设计总结范文

关键词：《机械优化设计》；课程设计；《机械设计》课程体系

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）08-0212-02

一、国内教学现状

《机械优化设计》是机械设计制造类本科专业的专业基础课，是数学规划与计算机技术高度结合的学科。本课程通常以理论教学为主，涉及的数学知识与优化算法较多，其内容理论性强，又很抽象，不易理解，导致学生学习该课程的热情普遍不高。江苏大学是国内较早开始《机械优化设计》课程的学校之一。马履中等[1]在教学改革中，将教材内容不断更新、注意优化软件建设，不断更新和自编新的优化软件，注意教学手段的改革，积极推行多媒体教学及双语教学；注意收集学生的优秀作业、应用实例、优化软件。长江大学汪建华等[2]重视对学生知识应用能力和实际操作能力的培养，以适应社会需要为目标，着重“应用”二字，以“应用”为主旨和特征构建教学内容，重视对学生的技术应用能力的培养。教学中引入Matlab优化工具箱，减少学生编程与调试的工作量，将课程教学重点放在数学模型的建立上，优化方法的选择，以及Matlab优化工具箱中优化函数的使用上，使学生既学到了优化的思想与理论方法，又能够把实际决策问题用数学建模的方法转化为优化模型。河南工业大学武照云等[3]加大实验环节的学时安排（10学时左右为宜），开发基于Matlab的算法程序库，运用面向对象的程序语言Visual Basic进行软件开发，采用算法可视化技术。何亚银[4]开展课堂板书、多媒体教学和网络教学相结合的授课方式，将《机械优化设计》与C语言相结合，通过C语言编程来实现相关算法。目前国内外的机械工程教育向着复合型人才和工程应用能力培养的趋势发展，学生不仅需要有坚实的数理科学知识，同时需要工程实践方面的训练，强调理解知识、掌握学习的方法、培养独立分析与解决工程实践问题的能力。机械设计类现行的且已延续了几十年的教学方式中，《机械原理》、《机械设计》的课程及课程设计四个教学环节孤立地完成，教学内容不连贯，学生接受《机械设计》的有关知识和技能缺乏系统性。传统的机械产品开发方法中，其设计、制造及检测环节相互独立，严重脱节，须反复进行产品样机的试制—检测—修改设计。即使这样，一些严重的结构缺陷及设计原理、基本参数的错误在设计阶段也往往不能及时被发现，有的到了产品开发的后期或正式生产时甚至在投入使用一段时间后才发现，有时产品还不得不返回到设计构造阶段以便进行必要的设计变更。这样的产品开发程序效率低，浪费了大量时间、人力和资金。目前，《机械优化设计》的教学方法仍然有很多值得探索的地方。如何提高学生的学习积极性，摆脱传统的以讲授数学原理为主的教学方法，对本课程的教学内容、教学模式、教学手段进行改革，已经势在必行。

二、我校开展《机械优化设计》的实践与总结

本课程所依托的《机械设计》课程为山东省精品课程，所在教学团队为省级团队。长期以来，青岛理工大学机械工程学院《机械设计》教研室在林晨老师和杨志强老师的领导和带动下，具有良好的教学研究基础和传统。《机械优化设计》课程教学的顺利执行，必需与《机械原理》和《机械设计》课程相结合。为了推进该课程的教学，我们在《机械原理》课程的教学中即引进优化设计的理论，即在平面连杆机构设计这部分教学时，初步讲授优化设计理论。2012年我们选用了清华大学出版社出版、李万祥老师主编的《工程优化设计与MATLAB实现》[5]这本书，笔者和同学普遍感觉挺好。该书的优点在于对应每一个算法，都附有相应的MATLAB程序。学生可以在掌握算法的基本知识点以后，利用这些程序上机操作。MATLAB语言简洁，代码灵活，具有极其丰富的库函数资源，并且对代码的书写形式没有很严格的限制，同时利用丰富的库函数简化了子程序的编写任务；具有功能强大的图形功能，可以将计算结果生成图形或进行运动仿真。传统教材仅介绍算法。程序需要学生自己编写。这对于我们仅有32学时的选修课来说，要求学生编写简单的程序是可能的，但是要书写较长的、本身就比较复杂的算法是不容易的。笔者长期从事数值模拟工作，在实践中发现，教给学生掌握编程技术最简单高效的方法，就是给学生现成的程序，然后在其基础上进行修改。在上课过程中，采用多媒体教学方法，并安排4～6学时的上机学时。在教学过程中，为了让同学对优化设计方法的应用有更深的认识，要求学生对机械产品的优化设计情况、先进的优化设计方法等方面进行调研，并通过图书馆“维普数据库”查阅文献资料，书写读书报告。课程进行过程中，结合平行进行的《机械设计》课程的内容，让同学们进行轴和带传动的优化设计等计算。在课程结束时，结合平行进行的减速器的课程设计，要求同学使用优化理论对减速器进行设计。同学们最开始都觉得比较难，经任课教师答疑，他们最终调试好程序，计算出优化后的结果，同学们普遍有豁然开朗之感。根据以上的教学思想，这样就可以简单方便地把《机械原理》、《机械设计》和《机械优化设计》这三门课程有序地结合起来。

三、思考

数学语言描述了机械工程中的各类现象，所以《机械优化设计》这门课给出了各种数值计算方法及相关数学模型。但学生在学习课本前面的数值方法时往往容易糊涂。所以我们在讲授这门课时，必须先提出工程实际问题，然后再根据实际问题提炼出数学模型，再进行求解。这门课的理念，应该不只局限于机械产品的优化设计本身。优化设计的教学目的并非只是教给学生如何建立数学模型，甚至是如何编程并上机，最终的目的应是为了解决实际工程问题，并在生活和工作中贯彻优化设计的理念，给生活和工作提供方便。优化设计的理念在《机械设计》中可以应用到各个方面，并且和其他先进设计方法如摩擦学设计、可靠性设计、系统设计相结合。比如，能源短缺问题已成为世界各国密切关注的重要问题。我国的能源形势十分紧张，能源供需矛盾突出。受技术水平制约，我国许多能耗设备效率较低，在能源紧张的同时还存在着比较严重的浪费现象。因此，节能是我国国民经济发展中的长期战略任务。那么如何能够设计出节能的机械，哪怕只节省1%，那么节省的能源数量也是惊人的。教学的目的是为了工程实际应用，而不是与工程实际脱节。所以在接下来的教学过程中，笔者设想，应该增加与工厂生产实际相关联的设计题目。而且作为教研室的教学储备，打算以本科生毕业设计的形式做一些优化设计的工程题目。这个难度要求虽然更高，但比较有意义。

参考文献：

[1]马履中，杨启志，尹小琴，等.“机械优化设计”课程教学改革[J].江苏大学学报，2003，25（4）：95-97.

[2]汪建华.袁新梅.《机械优化设计》课程教学改革与探索[J].长江大学学报（自然科学版），2011，8（10）：119-121.

[3]武照云，刘晓霞，刘楠皤，李丽.《机械优化设计》课程教学研究与改革[J].机械管理开发，2011，（1）：190-191.

第2篇：机械优化设计总结范文

[关键词]MATLAB；机械优化设计；仿真运用

中图分类号：TN899 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0233-02

引言

在经济迅速腾飞的时代，机械设计的方法和理论在其中的比重越发增大。只有不断完善机械设计理论，才能使我国的机械设计水平提升，也才能为各个部门提供性能先进的技术装备。为此，传统的机械设计方法已经渐渐满足不了人们生产制造的要求，纵观传统的机械设计理念，更多的是对以前产品制造经验的借鉴和拓展，缺乏创新理念，在设计过程上更是繁琐，以经典力学为依据对零部件进行设计，这样加大了成本的投入，使生产周期变长。而现代的机械设计方法，在设计思想上更多地运用最新的技术，不仅仅只以机械系统为关注对象，增大了设计的视角；设计准则上以广义力学的可靠性准则为依据；设计过程更是与前者完全不同，虚拟样机，方案评价，优化参数到最后的设计制作，从性能，结构和成本上更具市场竞争力。

伴随着计算机行业的兴起，它在机械设计中已成为不可替代的重要工具。从机械产品的设计理念到设计成品的完成都可以在计算机上完成，计算机有运算速度上快、存储量大、能进行精确的数据处理等优势，使机械制造业实现了自动化控制和生产。基于MATLAB的机械设计方法，借助MATLAB强大的数据和图形处理能力，不仅节约了成本，而且提高了设备设计的质量和设计效率。

1 MATLAB的优化原理

1.1 MATLAB简介

MATLAB的产生是与数学计算联系在一起的，由Mathworks公司于1984年推出采用c语言内核的正式版本。该软件能处理日常数学中常见的问题，包括矩阵计算，信号的处理，快速的数值计算和图形生成等功能。在MATLAB的运行环境下，用户可以集成的进行数值运算，程序的设计，文件的统一管理等各项操作，随着软件的不断升级，又增加了丰富多彩的图像图形处理和多媒体功能，这样使得MATLAB的应用更加的广泛。

1.2 MATLAB的组成及特点

MATLAB拥有一个专属的工具箱，可以解决不同领域的问题，其完善的拓展程序可以满足设计者不同的设计要求。MATLAB包括动态仿真系统，主程序和各种各样的工具箱。其主程序又包括以下几方面：

1.）MATLAB应用程序接口：是使MATLAB语言能与其他高级汇编程序语言进行交互的函数库，实现了文件数据的交换，增加了该语言的灵活性；

2.）图形处理系统：能方便的图形化显示向量和矩阵，而且能对图形添加标注；

3.）数学函数库：包括大量的计算算法，为不同的数值计算提供了全面的依据；

4.）MATLAB语言：是一个基于矩阵/数组的高级语言，可以用于快速编写简单的程序，也可以用来编写复杂庞大的应用程序；

5.）开发环境：是一套方便用户使用MATLAB的工具集，其中许多工具是图形化用户接口，为用户提供一个集成化较高的工作空间。

1.3 MATLAB机械优化

MATLAB的优化是在机械优化设计中的一种，MATLAB强大的数据处理和图形绘制能力，使得在机械设计过程中大大简化了数值计算，图形的直观表述也使得设计更加形象和具体。基于MATLAB的机械设计，利用MATLAB多功能工具箱，可以更好地帮助设计人员克服许多情况复杂的机械设计和工程问题。另一方面，MATLAB丰富的图形图像处理能力和仿真功能，使得繁琐的机械设计得到简化，也让设计更具创新性。此外，把机械设计的图形绘制和计算机软件有机结合，有效的简化了设计和绘图过程，减少了成本的投入，降低了研发时间，保障了机械设计的质量和速度，

2.机械设计优化

随着机械制造业市场的不断开拓，机械设计越来越受到人们的重视。产品能否具有市场竞争力，外观和性能能否满足人们的生活需求，机械设计起到决定性作用。伴随着设计过程的进行，需要对设计方法进行优化，即将机械设计与优化设计理论和方法相结合，利用计算机，自动搜选可以达到预期目标的最优设计方案和最佳设计参数。

优化设计与传统设计相对比，可以看到，优化设计在设计方法、设计手段以及设计思想和理念上都占有很大的优势，从传统设计的求得可行解到优化设计的解得最优解，让设计发生着质的变化，进而也让设计的作品更具挑战性。对机械设计进行优化，可以使传统机械设计中，省去对性能指标的校核，求解可行解上升为求解最优解成为可能；使机械设计的部分评价，由定性改定量成为可能；很大程度上提高了产品的设计质量，进而提高了产品的质量。

机械优化设计在实际解决问题过程中，首分析实际问题，建立优化设计的数学模型，其中主要分析设计的约束条件，设计变量以及设计准则和目标；其次，分析数学模型的类型，选择合适的求解方法，即优化算法；最后，编程上机求解数学模型的最优解，并且对计算机的结果进行评价分析，最终确定是否选用此次计算的解。通过优化设计，最终确定设计方案，进行方案的设计和产品的设计制造。

3 基于MATLAB的机械设计仿真

MATLAB强大的数学计算能力，使得其他数学计算软件在MATLAB面前黯然失色，它可以将所得到的计算结果用空间形式（二维，三维或四维）表现出来，直接表露出作品内在所蕴含的内涵和规律。另外，MATLAB的动态仿真功能，更是直接的创建了一个系统模型，让机械设计更加形象生动，仿真更加具体。

基于MATLAB的机械设计仿真，核心内容是对数值进行积分运算，根据所得的加速度来计算得到物体的位移和速度，描述各个构件之间的相互联系。为了更好的表现机械设计的直观性，利用SOLIDWORKS软件绘制三维图形，即下图的曲柄滑块机构：

对于上图所描述的曲柄滑块机构，对其建立矢量方程式，分别对两轴进行分解，求导可得到该点的加速度，对其进行整理可以得到矩阵形式。利用MATLAB强大的数值计算，在仿真环境下建立运动仿真模型，如下图所示：

通过改变曲柄的角度，可以在MATLAB的绘图模型下，得到滑块的加速度变化趋势图。利用MATLAB丰富的图形处理能力，大大减少了模型数据的计算量，形象生动的表现出了运算结果的发展趋势，对机械设计提供了一个重要的依据，也使得研发的产品功能更加强大。

4.总结

基于MATLAB的机械设计方法，摈弃了传统的设计理念，以全新的视角进行机械产品的设计，无论是产品的设计成本、研发时间，还是产品的外观和质量都得到了很大的改善。在追求经济利益最大化的今天，利用最少的成本投入来获取最大的经济收益，是每一个机械设计者的共同目标。优化设计理念的发掘，改变了原先的设计思路，由被动的对产品性能进行反复的分析转变为主动设计产品的主要尺寸和相关参数，在众多的设计方案中寻找最优的设计方案，进行最优设计，这样不仅从产品的总体结构尺寸，生产投入还是传动的效率方面来看，都是最佳的选择。所以，基于MALTAB的机械设计方法，是每一个设计者共同的追求，只有不断优化机械设计方法，才能以低成本投入得到很好的回报，也为机械设计领域提供一个全新的设计视角和理念。

参考文献

第3篇：机械优化设计总结范文

装载机是工程机械的重要机种之一，其工作装置设计的合理性和质量直接影响着装载机的各项工作性能。本文应用参数优化建模和设计方法，对反转六连杆机构建立了参数优化模型，确定了变量系统，目标和约束系统，用优化软件进行了优化设计。对工作装置所得的优化结果进行了分析，剖析了机构形式的优缺点和适用范围。

装载机是一种常用的铲土运输机械，广泛应用于土木、建筑、水利、矿山等工程，起着减轻劳动强度、提高施工效率和质量的重要作用。目前国内研究和采用得较多是反转六连杆，这种机构形式简单、尺寸紧凑。当铲斗铲掘物料时由于是反转机构，转斗油缸大腔进油工作，可以获得较大的铲掘力。也就是说，铲起同样重量的物料，转斗油缸的尺寸可以设计得较小。而且转斗油缸后置，使司机有较好的视野。反转六连杆机构尤其多用于中小型装载机工作装置中。本文在现有的工作装置优化设计研究成果的基础上，进一步研究和完善六连杆机构设计，针对六连杆机构建立有一定通用性的分析和优化模型，得出满足设计要求的合理方案，总结设计知识和优化经验。

1.参数优化设计概述

目前国内工作装置的设计主要采用类比法、画图试凑法、解析法和参数优化方法。其中，参数优化方法越来越受到重视，取得了很大发展和广泛应用。类比法和经验法一般只适用于同类型产品，即结构型式、工作对象和条件基本机同的设计。这样设计所得的产品即使通过了校核检验，符合基本设计要求，但是否能达到性能最优，是否是最好的设计结果，还很值得研究。参数化设计（Parametric Design）是从CAD技术中发展起来的。参数化技术主要用于结构形态比较定型的设计对象，对某定型产品，结构形式确定，根据某些具体条件和控制参数决定产品在某一结构形式下的结构参数，从而设计出不同的产品。实际上，参数化技术就是将产品的一些信息，包括尺寸、数据、特征、模式等定义为变量，这些变量的改变就表示产品模型的改变。参数化技术适用于常用件、系列件、标准件的设计，只需建模一次，就能得到不同规格的零件模型。

研究优化设计自动化的目的在于建立一个由描述产品结构的各个参数组成的设计模型。建模的内容包括：集成化数据模型的研究，对产品生命周期内各阶段的数据进行统一建模；产品设计过程模型的研究；产品设计方法的研究。建模的内容主要包括参数提取、约束识别和数据管理与规划。参数的提取是参数化设计的前提。提取工作就是要在模型和参数间建立对应关系。

优化设计是现代设计方法中的一个重要领域。可以认为，工程设计只包括两个步骤：一是确定所有可能的设计方案；二是选择最佳方案。可见，设计本身就是一个择优的过程。尤其在机械设计方面，设计的本质就是要选择最佳尺寸以满足设计要求。传统的设计在很大程度上依赖于设计师的经验。对于现在复杂的工程问题，虽然设计师仍将用自己的知识和经验引导设计进程，计算机辅助设计、优化设计等现代设计方法使设计工作更加科学和自动化。应该看到，优化设计始终是对现实问题某种程度上的简化。

参数化设计技术当前在机械设计领域的应用主要是为优化设计建立参数化模型。从对参数的广义理解上，凡是针对产品尺寸和性能参数的优化应该都属于参数优化范围。

参数优化的数学模型总结为：

2.反转六连杆机构

目前国内用的较多的是转斗缸后置式反转六连杆机构，转斗缸布置在动臂上面。这种机构又称为z形连杆机构。它的优点是：铲斗插入料堆进行工作时，转斗缸大腔进油，因此连杆机构的传力比可以得到较大的值，可获得较大的崛起力，合理设计机构各部件尺寸可得到较好的铲斗平移性；机构简单尺寸紧凑，司机视野较好。缺点是摇臂、连杆和铲斗等构件间易发生干涉。国内对反转六连杆机构形式的设计研究较多，对其设计变量、约束和目标的描述都比较一致。从设计方法上看，优化设计等计算机辅助设计技术的应用，大大提高了工程行业中设计的自动化程度和效率。

从设计方法上看，传统的方法是采用层次型的设计流程，先根据典型或先进样机，确定动臂长度，形状和与车架铰接位置，如动臂与车架的铰接点，在确定动臂油缸的铰接位置和行程，然后设计连杆机构。这种树状设计流程用于装载机的整体设计中是合理的，先确定斗容、机器的总体尺寸、液压系统的工作压力等，再确定工作装置的机构尺寸，再确定各零件的细部尺寸。它可以将大型复杂的设计问题分解为不同层次的子问题，减小每一步的工作量。

3.反转六连杆机构的建模和优化

建模是优化设计的前处理部分，它是对某类明确的设计对象的描述。优化设计模型由三个基本要素组成：设计变量、目标函数和约束条件，建模工作的内容包括：1）确定设计变量及其量纲；2）确定目标和约束的结构层次；3）确定各目标和约束的内容：建模首先要明确用户市场和制造厂的要求；4）对目标和约束的定量描述和无量纲化，

3.1变量系统

输入参数是由整机设计确定的，在工作装置及设计中作为固定量，不允许改变。在工作装置的设计中，斗容量、液压系统的工作压力、油缸个数等作为输入参数，它们在整机设计时确定，在工作装置中不在变动。设计变量是设计工作需要确定的参数。应选取与目标直接或间接相关的，对目标函数影响较大的参数作为设计变量。工作装置不同的机构形式的设计变量个数不同，设计变量个数越多，解的维数越高，解的空间越大，解的难度也越高，寻优所需的时间也就越多。在目标和约束函数的计算中要用到许多中间参数，中间参数只起到传递数值，减小建模工作量的作用，不影响设计结果。将反复用到中间参数的计算写成辅助函数，可以减小编程工作量。

3.2目标系统

目标函数是以计算变量表示所要追求的某种性能指标的解析表达式或经验关系式。目标一般用柔性的方式表达，即希望函数值越大越好或越小越好，或尽量接近某个理想值，目前多目标优化问题已成为设计的主流。工作装置的部分优化正向着整体优化、组合优化发展。实际模型选取了7类目标，如下图1所示，

3.3约束系统

约束是设计必须或希望满足的要求。它直接决定着设计结果的可行性和质量。对于工作装置，主要是机构各铰点（包括油缸）的空间布置要求。考虑到工作装置复杂的工作过程和环境，约束也必须能综合地保证机构的各项工作性能，如机构必须达到要求的卸载高度、任何情况下各构件间不能干涉、铲斗应能较干净地卸料、各构件应有足够的强度等。工作装置优化模型的约束分类如下图2所示：

第4篇：机械优化设计总结范文

事物都是发展变化的，传统的机械设计的发展经历了一个比较长的时期，它是由直观的经验设计开始，逐步到直接经验，形成理论指导，最后达到的实践和理论相结合的设计过程。它是由直观设计、经验总结、经验反馈再改进的一个过程，可以充分发挥前人的研究成果和设计理论，利用已有的设计公式、图表、经验公式等并结合自己的思想进行设计。传统的机械设计方法主要体现在细节的设计和分析上，它的基本思路由以下几个部分组成：首先决定设计方案，然后进行实际分析，最后是落实设计方案。它基本上是停留在静态、经验、手工的设计状态，而在设计时的着重点是经验、数据的计算和校核，但是简单实用，因此，传统设计成为所有机械设计的基础。在设计的过程中，传统的机械设计为工业大生产的顺利进行奠定了坚实的基础，这种方法操作简单、目标明确、并且具有比较成熟的理论依据和可执行的工艺，而且一旦设计成功，它的可靠性比较高。但是随着电子技术的发展，计算机理论在传统机械设计中的应用，传统机械设计的一些缺陷也日益突出，严重影响着机械设计在实际中的应用。它的局限性体现在以下方面：首先是设计方案过早确定，而且完全是凭借设计者的直接经验和间接经验来进行，设计创新性不强，得到的方案不是最优方案；第二是零部件的设计很多只作类比设计，与实际工况相差较大；最后采用手工计算、绘图、设计的准确性差、工作周期长、效率低。

二、现代机械设计的发展状况

1.现代机械设计已成为一门新的知识体系

随着计算机技术和信息技术的发展和应用，给机械产品的设计和制造带来了一系列的变革。现代机械设计虽然有了计算机的辅助，但是现代机械设计还是以传统的机械设计为基础的，是在传统机械设计基础上的发展和提高，是对传统机械设计不足的改进与改良。现代机械设计更注重了产品的设计理念的更新，只有创新思维，才能有新的设计方法和技术。在进行机械设计时，不仅要考虑产品自身的性能，还要充分考虑系统和环境的影响。而且在计算机上实现数字化技术能为机械设计提供全新的感觉，可以在计算机上模拟设计产品的特点、性能和进行改进；还可以完成各种试验和测试，极大地方便了设计的检测。使设计成为一门新的知识体系。

2.现代机械设计的特征

现代机械设计并不是一个单纯的机械设计的概念，它是各学科知识的交叉渗透，由于学科理论的交叉整合，使它的基础理论知识更加深化、扩展；它由传统机械设计的静态设计转变为机械系统的动态设计；设计的技术也已有最初的人工的手段发展到由计算机辅助设计（CAD），而设计的产品本身也出现了重大的变化，由传统的机械特性发展到机电一体化、智能化的特点。现代机械设计实现了人—机—环境的和谐统一发展，在进行设计时，现代机械设计必须全面考虑、综合平衡、妥善处理系统的各种问题。可以采用基于功能原理的机械系统设计、人机工程学、产品造型设计和基于环保理念的绿色产品设计等方法。机械学理论和方法及计算机辅助分析的不断发展，对产品的方案设计、运动设计、动力设计和工作能力的设计等关键性的问题能做出很好的处理，一系列新型的设计方法和工艺正在形成。

3.可靠性和优化设计在现代机械设计中的应用

在现代机械设计过程中，用来提高产品市场竞争力的关键性指标是设计产品的可靠性。可靠性设计也称概率设计，它是将常规设计中视为常量的设计参数如实地作为随机变量来看待，把数学中的概率统计理论应用于机械设计中来，按照机械系统应用的定量的可靠程度来设计它们。可靠性设计是综合多种学科的新兴设计方法，它通过研究全寿命周期内质量指标的变化规律，对零部件和整个系统进行可靠性的设计。全寿命周期包括产品的规划、制造、使用、甚至报废、回收等各个环节的技术领域，这一设计理念从根本上颠覆了传统的设计思路。现代机械设计由于采用了计算机辅助设计，提高了设计的质量和效果，与之相配套的出现了产品的优化理论，而优化理论和方法已由最初地凭借人的直觉和逻辑思维的人类智能优化阶段发展到了面向产品的全系统、全过程、全性能的优化设计阶段。这种设计综合了各种设计信息，能清晰地了解设计的意图，实现了极高的设计效率。那如何充分利用这个系统，设计出更符合时代要求的机械产品，提高其国际竞争力是对设计工作者提出的新的挑战。机械产品设计的过程就是一个优化的过程。产品的优化设计涉及的内容非常广泛，它由一个从宏观到微观，从全部到局部，从总体方案到零部件设计的优化过程，具体地说可分为参数优化、结构优化和总体方案优化三个层次。机械设计者只有依据这三个层次，对机械产品进行设计，才能取得较好的设计效果。

第5篇：机械优化设计总结范文

关键词：起重机；创新设计；目标；方向

中图分类号：TH2文献标识码： A

引言

随着全球工业的快速发展和市场竞争的加剧，起重机在现代生产过程中的应用越来越广，作用越来越大，同时，对起重机的要求也越来越高，因此起重机设计越来越引起企业的重视。市场的活跃性给起重机的设计提供了更高层次的生产要求，起重机的创新设计已经成为各企业提升竞争能力的最主要手段和途径。

1、创新设计的目标

首先，对于起重机的设计计算来说，使其能够更加的简单，同时要提高效率。起重机进行结构设计的时候，将结构计算和机构计算相结合起来。对于机构计算，其包括的内容非常多，主要是起升、运行、回转、变幅、伸缩等，同时也包括对齿轮、卷筒、轴、车轮、滑轮、钢丝绳、电机、减速器、制动器、联轴器等大量的零部件的计算。并且对于起重机结构、机构、以及零部件的计算都会使用同一的标准规范进行计算。设计人员在对起重机进行设计的时候，一般会相对的依赖相关的手册，进行设计计算的时候有时会人工进行，从而大大降低设计的效率。所以，对于新的起重机设计，需要引进和应用先进的技术和方法，计算起来更加的方便，从而大大提高设计的效率。

其次，使得产品的性能提高，从而实现起重机的自动化、智能化和集成化。对于起重机的更新和发展，主要是受到两方面的因素，即电气传动和控制的改进。因此可以结合自动化技术和机械传动技术，从而使得这两个方面被引进先进的微电子技术、电力电子技术、光缆通讯技术、液压技术、和模糊控制技术,进一步的实现起重机的自动化和半自动化，随着社会的发展，新的这种技术才能够更好的适应时代的变化，同时提供更多的方便。到目前为止，许多高效的起重机在电气控制系统上都实现了全电子数字化,这种技术已经实现驱动设置的数字化，其能够对数据管理系统和操作进行故障诊断和给定检测，主要依靠的是可编程序进行。同时，数字控制信息系统，能够传递起重机的信息，控制动力，将自动化水平在很大程度上得到提高。新的起重机设计主要是发展控制和电气传动，使得起重机在技术上的操作更具调速和静动的特性,使其能够达到智能化发展的目的。

第三，使得起重机的生产成本得到很大的降低。进行设计创新的时候，需要考虑经济和成本的因素，在最大程度上大大资源合理配置，也就是常说的目标成本管理。目标成本管理就是保证企业预算的前提下，根据企业的经营目标,对于成本预测、成本决策、测定目标成本进行分解、分析、考核和评定。对其起重机来说，产品成本的百分之八十五都是在设计阶段确定，所以对于设计人员的挑战也是非常大的，进行产品设计的时候，要严格的控制成本，然后根据成本的预算，对产品进行设计保证质量，同时达到降低成本的要求。所以成本管理直接影响着成本的控制情况。

第四，使起重机产品能够不断满足用户的需求

进行起重机设计的创新的主要原因是因为用户在现代化工业高速发展中对于机械硬件和软件的要求是越来越高。科技的发展，促使起重机发展，才能更好的适应市场的需求，所以对起重机不断的进行升级和更新。也加大了设计人员的难度，进行起重机设计的时候需要保证起重机产品的质量、价格、功能、外型、交货期等方面都要满足用户的的需求。

2、国内发展现状及存在问题

2.1、设计效率不高、通用性不强

国内起重机生产企业仍然处在传统设计阶段，设计手段不完善，与先进技术结合有限。近年来，随着先进设计技术的引进，国内的企业有了长足的发展，产品的整体性能得到提高，龙头企业也在不断向大规模、系列化方向发展，但国内的起重机企业在设计技术水平上与国外的生产企业还有一定的差距。

2.2、生产技术缺乏、生产水平不高

国内的一般企业在生产起重机的过程中，设计手段单一，在有相近功能起重机需求是，一般不做计算，而是做类比放大，这就导致了截面尺寸越变越大，使得起重机的质量、大车驱动机构、相关配套基础设备投资增大，必然造成浪费。

2.3、CAE技术普及率不高

各主要工业发达国家已经从传统的设计技术手段过渡到CAE设计技术手段，使用计算机辅助求解分析复杂的工程和产品的结构力学性能和优化结构性能等。但是国内对CAE技术和方法的研究和应用比较落后，推广的较慢，应用的较浅显。

3、主要研究内容和方向

3.1、创新设计技术

随着科学技术的发展，需要对起重机的设计进行创新，主要是对传统的型式、结构和功能方面进行，对于这些情况，主要是注意对新材料、新工艺、新的传动装置进行研究，然后对于不同的各个方案进行优化选择、分解和组合，从而不断推出新的创新设计成果。

3.2、降低成本设计

进行起重机设计的时候需要采用面向成本设计，同时结合成本估算的技术，这样可以大大的使成本降低。在这个过程中重点关注的是对成本结构分析和价值过程分析的技术，同时也要构建专用知识库和成本数据库，其目的是为了对估算的成本进行准确的估算。通过调整各设计方案实现设计阶段的成本控制。

创新的定义绝非是用高成本去发明新的零部件，利用标准构件、标准外协件和外购件进行组合，也是创新的另一种形式表现。

3.3、快速设计技术

极短交货期的市场需求就是要开展基于网络的协同(异地)设计技术，进行工程研究，从而使得产品的开发周期大大缩短。进行技术的快速设计包含的内容很多，即系列化模块化设计技术、人工智能技术、产品专家设计系统技术和虚拟制造技术。

3.4、仿真与虚拟设计技术

在计算机仿真技术中一个非常重要得部分是建模及仿真软件，对创新技术进行可观化研究,同时在仿真系统引入专家系统模糊决策和人工神经网络等技术，对于形成一个高效的、智能的起重机仿真系统有很大的帮助。研究虚拟现实(VR)技术，会使得起重机的仿真技术进入一个更加真实方便的输入输出系统,能够对于各种方案进行快速的评价和决策。

3.5、智能设计技术研究

对起重机进行智能CAD(CIAD)技术和人机智能化设计，能够使得面向CIMS的智能设计走向智能设计的高级阶段。在智能设计技术中涉及的内容也是非常的广泛，包括原理方案智能设计;协同求解;基于实例的推理;知识获取、表达和利用等技术。

3.6、广义优化和全过程优化设计研究

对起重机进行广义的优化和全过程的优化，能够使得人们对过程中的模型的建立、处理进行整体的优化，一直到结果的显示。随着科学技术的发展，现代设计技术中的一般性优化设计方法及其应用不断的进行完善，趋于成熟，其已经从普通的连续变量优化设计、混合离散变量优化设计,已发展到随机变量优化设计(可靠性优化设计)、模糊变量优化设计,单目标优化设计已发展到多目标优化设计。对于起重机中的优化方法及其应用程序的编制已经满足不了市场的需求，必须对其进行全局的优化，优化设计的重要发展方向是进行广义的优化设计，其涉及的内容也是非常的广泛，包括工程优化设计问题的自动建模技术、优化设计问题的前处理与后处理、优化设计结果的评价等。

结束语

科技进步对创新设计起很大的促进作用，科学技术的发展为起重机械创新设计提供了新的手段，开辟了新的创新领域。随着科技的进步，起重机的激光测距、激光防撞功能也得以实现。将先进的科技应用到起重机的设计当中，同时也要善于归纳总结，将之形成一定的设计理念，设计的指导思想，推广至每一位设计人员，尤其是新进设计人员中。提高我们的整体创新能力，优化我们的设计，提高原有产品的性能、质量，使产品有个性、有市场，开发出新的产品类型，开拓新的市场。

参考文献

[1]康,邹胜.起重机创新设计展望[J].起重运输机械,2007,02:1-4.

第6篇：机械优化设计总结范文

[关键词]机械设计；技术；发展现状；趋势

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）36-0103-01

机械设计是决定机械性能的最主要的因素，是机械工程的重要组成部分，设计工作的质量可以直接关系到机械产品的质量性能、研究周期和技术经济效益等。主要根据使用要求对机械的结构、工作原理、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和方法、形状尺寸等进行构思并进行分析和计算，将其转化为具体的描述以人为制造依据的工作过程。根据德国工程师协会文件VDI2225的调查分析，产品设计成本决定了产品制造成本的75%到80%左右，但是仅仅占了产品成本的5% 到7%。

1.常规设计技术及应用

目前各大专院校所使用的《机械设计》及《机械原理》教材是学习、应用、发展现代设计技术的基础，主要讲述的是常规设计技术。

1.1 理论设计

理论设计是指根据长期总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计。下面以简单受拉杆件的强度设计为例来讨论理论设计的概念。杆件必须的横截面积可以利用公式直接求解，也可以按其它方法先初步设计杆件的横截面尺之后再用强度计算公式去校核。由于实际情况复杂多变，必须根据实际需要来选择合适的安全系数，才能保证安全性。

1.2 经验设计

经验设计是指根据设计者个人的工作经验用类比的办法，或根据对某类零件已有的设计与使用实践而归纳出的经验关系式所进行的设计。经验设计常用于那些像机架、箱体、传动零件的各结构要素等结构形状己典型化而使用要求不大变动的零件。随着设计产品的技术系统越来越复杂，产品更新发展速度加快，技术含量不断提高，经验类比的设计方法已不能满足市场需要。

1.3 模型实验设计

模型实验设计适用于一些结构很复杂而尺寸又巨大的重要零件，尤其是一些重型整体机械零件，可以有效提高设计质量。即把初步设计的零、部件或机器做成小模型或小尺寸样机，经过实验的手段对其各方面的特性进行检验，根据实验结果对设计进行逐步的修改直至达到完善。由于这个设计方法昂贵、费时，因此一般用于特别重要的设计中。

2.现代设计技术及应用

2.1 优化设计

优化设计可以成功地解决解析法等其他方法难以解决的复杂问题，它是建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上，通过计算机的数值计算出一切可能的方案，并在一切可能的方案中寻求最优方案，使期望的指标达到最优的设计方法。

2.2 有限元设计

有限元分析技术是20世纪60年展起来的新的数值计算方法，是最重要的工程分析之一，随着计算机技术的发展，有限元设计在各个工程领域中不断得到深入的应用。有限元法的基本思想是将结构离散化并用有限个容易分析的单元来表示，通过有限个节点来连接各个单元，然后根据变形协调条件综合求解。由于节点的数目也是有限的，单元的数目是有限的，所以称为有限元法。这种方法只要改变单元的数目，灵活性很大，就可以使解的精确度改变，得到与真实情况无限接近的解。

2.3 可靠性设计

可靠性设计从20世纪60年代以来逐渐进入机械工程领域，是近几十年发展起来的一门新兴学科。在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的能力称为零件的可靠性设计。将常规设计方法中所涉及的设计变量如材料强度、疲劳寿命、尺寸、应力等，看成服从某种分布的随机变量是可靠性设计的主要特征。然后根据产品的可靠性指标要求，用概率统计的方法得出零部件的主要结构参数和尺寸。

3.现代设计技术与常规设计技术的关系

3.1 产品结构分析的定量化

常规设计技术只能对复杂结构的零部件或整机进行类比或定性的估算。现代设计技术引入了边界元及有限元方法，可实现对任何产品结构的定量化分析。

3.2 产品工况分析的动态化

常规设计技术对产品的工作状况仅限于动态的估算和静态的计算。而现代设计技术中的动态设计方法可以同时利用实际工况相符的数学模型与理论和测试数据建造，在通过计算机进行分析计算的基础上预测出产品的动态性能和改进效果。

3.3 产品质量分析的可靠性化

常规设计技术中采用的安全系数法仅仅依靠经验，不能定量给出产品质量的可靠性预测。而现代设计技术中的可靠性设计法基于概率论建造模型并进行分析计算，把零部件或整机的各种具有离散性的性能参数均视为随机变量，从而定量的做出产品质量的可靠性预测。

3.4 产品设计结果的最优化

常规设计技术比较依赖设计者的经验和主观判断，主要通过近似系数、经验公式或类比等方法进行校核、设计。而现代设计技术中的优化设计法是根据产品的性能要求和设计目标构造数学模型，应用数值计算方法和数学规划理论，通过计算机求得最优化结果。

3.5 产品设计过程的高效化和自动化

常规设计技术在设计过程中虽然重复性高，但是设计方案却不一定最优。而现代设计技术在整个设计过程中均是教会计算机，让计算机去完成，从而为实现制造的自动化做好了准备，并且实现了设计过程的高效化和自动化。

4.现代设计技术与传统设计技术的关系及比较

现代设计技术是相关科学技术综介应用于设计领域的产物，是传统设计技术的延伸与发展，它使常规设计技术发生了质的飞跃。传统机械产品设计也称常规设计，是一种以低压控制和强度为中心的经验设计、安全系数设计、类比设计。而现代机电产品设计方法则在注重产品整体功能基础上，以现代设计方法和计算机技术为工具的一体化系统设计，强调创造性，这种设计小但可以大大提高设计的质量、精度和效率，而且可以将产品的经济性、适应性、可靠性统一起来，从而高效率、高水平地设计出市场欢迎、性能优良、效益显著的新型产品。

从常规设计方法到现代设计方法有以下转变：从静态分析道动态分析，从定性分析道定量分析，从安全性设计向优化设计，从手工计算向自动设计计算等转变。

5.机械设计技术的发展趋势

具体来说现代设计技术的发展趋势主要有：第一，设计中的快速响应市场的竞争策略将代替产品质量成本第一的竞争策略。第二，设计将从满足产品功能属性向同时满足环境与生态属性发展。第三，设计将从需求的同时面向经营管理和制造发展。第四，设计将从传统的串行向协同工作方式、并行工作模式发展。第五，设计将激发主动创造性，使人们从设计过程数字化中逐步确立主动地位。顺应此趋势，目前主要研究和应用的现代设计技术有：优化设计、设计方法学、可靠性设计、动态设计、计算机辅助设计、有限元设计、摩擦学设计、工业产品造型设计、模型试验设计、模块化设计、创新设计、三次设计、价值工程设计、智能工程设计、反求工程设计、并行工程等。

第7篇：机械优化设计总结范文

[关键词]散装物料；带式输送机；设计思路

中图分类号：TQ015.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0262-01

带式输送机的物料承载和传输承载是由挠性输送带来完成的，这种连续输送设备的特点是可以在水平方向和倾斜幅度较小的方向上进行散装物料的输送。其优点是输送应用范围较广、机械的结构简单且能耗较小和维护保养方便，是一种经济适用型运输机械。小型带式散状物料输送机被广泛应用到电力、冶金、化工和煤炭等行业，但随着带式输送机正朝着提高运输速度和传输距离的方向发展，传统的输送机设计已经不能满足实际应用的要求了。本文就以小型带式散状物料输送机在冶金行业中的应用为例，对其在实际操作的问题上进行分析，提出优化设计思路。

一、小型带式散状物料输送机的常见问题及解决方法

（一）小型带式散状物料输送机的跑偏问题

输送带跑偏是带式输送机遇到的故障中最常见的一种，其主要是由于设备的质量原因引起的。在设备的制造环节、安装过程中以及后期的维护保养过程中都会造成跑偏问题，具体问题有以下几点：

1、输送带的滚筒圆柱度问题，当制造安装的环节中出现误差且误差超过允许范围的时候，输送带两侧受到不均衡的受力作用，会使输送带向受力较小的一侧跑偏。要解决这类问题，就必须对输送带的滚筒设计、制造和安装进行精密控制。

2、托辊组合输送机的机架没有严格要求进行垂直组装或者输送机的机架安装误差较大，就会让输送带两侧受到的阻力产生较大差异，最终也会出现输送带跑偏的问题。在实际操作中，遇到这类问题的常用补救措施有：调整托辊的高度使中间的棍子与输送带面平行；将托辊安装孔设计长孔，方便进行人工调整，在操作中遇到跑偏问题时，输送带向哪边跑偏，就将对应那侧的托辊组向前方移动一点；当带式运输机的长度较短时，可以对其增加调心托辊组，利用立辊的横向推动作用力让输送带能够自动进行向心调整从而纠正跑偏的目的。

3、散装物料对输送带的承载部分产生横向冲击力或散装物料的分布不合理导致输送带在操作过程中受到偏心力的作用而出现跑偏现象。因此在传输过程中，需要考虑到上位给料设备和输送带之间的高度差距，然后合理分配散装物料的位置，从而在传送带运行过程中达到综合受力均衡。另外要想让物料合理分布并减少横向冲击力，就要对传输带上的漏斗和导料槽等部件的分布和大小进行科学的设置。

4、当有些特殊散装物料的粘性过大时，在传输过程中会对输送带表面产生很多残料垃圾，这些东西会粘在滚筒和托辊的表面上，一定量的积累之后会对输送带的运行产生影响，从而出现传输带跑偏。所以，在日常工作中，一定要输送带进行定期清理，去掉粘附在输送上的垃圾，保证输送带正常运行。

（二）输送过程中的物料撒落现象

小型带式散状物料输送机容易在转载点的落料斗和导料槽等地方出现撒料现象。当输送机的输送量超载、导料槽的设计安装不合理或损坏时，都会使运行中的物料由于惯性冲出导料槽。这种情况的发生可以通过对输送带的运输重量进行控制而得到改进。

另外，当输送带跑偏时，槽型承载托辊的两边的高度会不平衡，会导致物料从较低的一侧撒落。这一问题可以在后面的优化设计思路中得到解决。

（三）输送带的损坏问题

输送带使用时间过长，就会导致其表皮脱落、侧边和接头部分磨损严重和输送带纵向撕裂。这些损坏现象出现是由于输送带的长期进行超载运行、没有得到及时有效的修护、物料中尖锐物质的损害以及输送带时常跑偏等问题引起的。

二、小型带式散状物料输送机的优化设计思路

由上述输送机出现的问题及原因探究可知，输送机的问题可以分成两大类：输送机本身的制造、安装质量问题和物料的特殊性。这些问题导致输送机不能长期正常运行，以下是针对这些问题提出的相应的优化设计思路。

（一）对整个输送机的优化设计思路

小型带式散状物料输送机进行平稳运行的必要前提就是输送机受到的张力稳定均衡，一般常见的短距离输送机的张紧装置由螺旋完成，但是在实际生产过程中，物料的质量不是固定不变的，而且输送带在工作一段时间之后造成的磨损会让其张力值不稳定。因此，在对输送机进行优化设计中，对输送机配备张紧滚筒和配种块组合而成的张紧装置，这样就能够保证其张力均衡从而使其运行稳定，而且能够减少操作人员的工作量。

（二）对输送机的滚筒进行优化设计

现代科学研究和大量的实际操作表明，当法向载荷较大时，摩擦力和法向压力的关系式非线性的，法向载荷越大，摩擦力增强的越快。对于输送机的设计依据这个科学理论，就是要确保输送带和传动滚筒的包角不变，减少两者间的接触面并增加其法向压力从而提高其摩擦力。因此，具体的设计方法就是由带式输送机中的锥筒将两个轴套连接在一起，每个轴套外各焊接一定数量的支撑筋，末端与扁钢环焊接，最后在扁钢环外侧沿圆周均布焊接若干段等长圆钢。这种滚筒采用的鼓型结构，对圆钢焊接后再对中间进行加工使其形成凸起装。这种优化后的圆筒结构不仅是输送机在运行过程中产生较大的摩擦驱动力，而且还能对传统输送机的常见问题进行优化。例如：输送机的粘料现象由于滚筒和输送带的接触面积减少而得到改善，滚筒的鼓型结构能够让输送带中间的张力大于两侧的张力就能有效减少输送带跑偏问题，另外，粘料现象和跑偏问题的减少能够延长输送带的使用寿命。

总结：

小型带式散状物料输送机在不同行业中得到了广泛的应用，但是使用过程中会产生很多问题，为有效改善输送机的使用效率，就必须从机械的设计、制造和安装及维护等环节进行分析。本文主要对输送机的整机结构和滚筒结构进行优化，希望其在实际生产过程中发挥更好的作用。

参考文献

[1] 郝朋越，李洁，贾源.新型带式输送机的设计与应用[J].有色设备，2013，06：48-50.

[2] 罗建平，张德文，丁敏，谢文宁.带式输送机节能技术分析[J]. 港口装卸，2013，06：1-4.

第8篇：机械优化设计总结范文

论文摘　要：围绕“卓越工程师教育培养计划”的要求，以提高机械专业高校毕业生的社会适应性为培养目标，针对现代机械设计系列课程的特点，从教学计划的修订、课程体系的设置、教学方式的转变以及工程素养的锻炼等方面对卓越机械工程师人才培养模式进行了研究与探索。

随着知识经济的到来和信息技术的迅速发展，社会上对人才的需求产生了很大变化，用人单位对高校毕业生的社会适应性提出了越来越高的要求，更加强调实践能力和创新型人才的培养。所以为了顺应国际发展趋势，适应国家工业、企业需求，增强我国核心竞争力，建设创新型国家、走新型工业化道路，2010年6月23日，教育部在天津召开“卓越工程师教育培养计划”启动会，联合有关部门和行业协会，共同实施“卓越工程师教育培养计划”，主要目的就在于培养和造就一大批创新能力强、适应社会发展需要的高质量工程技术人才，目前教育部已经批准61所高校为第一批“卓越工程师教育培养计划”实施高校。

对于机械专业的毕业生而言，不仅要培养学生熟练掌握专业基础理论知识的能力，还要注重培养学生的实践应用能力、思维开创性和创新性等能力。所以“卓越工程师教育培养计划”明确要求行业和企业必须要深度参与人才的培养过程，学校也要按照机械行业的通用标准来培养工程人才，同时要注重培养学生的工程能力和创新能力，以提高学生的工程应用能力和社会适应性。在机械工程专业的培养方案与计划中，现代机械设计系列课程毫无疑问是与工程实际与工程应用联系最为紧密的课程，也是将来对机械专业学生工程应用能力和社会适应性影响最大的主干课程，课程包括材料力学、工程力学、有限元分析、机械振动、机械设计、优化设计与理论、机械结构测试与分析等，这类课程不仅是机械工程专业本科生与研究生重要的专业基础课和学习后续专业课的基础，也是现代设计方法与工程技术的重要组成部分，更是非常重要的培养学生科研水平与实践应用能力的系列课程。课程的培养方案、教学计划以及教学方式严重影响机械专业学生的培养质量，也直接影响机械专业“卓越工程师教育培养计划”的成败与实施效果。

1　利用教学计划修订的契机完善课程体系的设置

培养方案和教学计划是高校根据不同层次不同专业的培养目标和培养规格所制定的实施人才培养活动的具体方案，一般包括课程体系、教学计划、课程教学大纲等，其核心是课程体系。高校在编制或修订机械工程专业的培养方案时，在课程体系的设计上，要针对社会对机械专业人才的需求，面向行业、企业和现实社会生活，既要注重传统基础理论的夯实和前沿专业科技的发展，又要注重学科与课程的系统性和专业课程的教学实践性，还要围绕企业的需求和市场的变化，始终保持对市场和企业的高敏感度，强调企业对学生具备的职业能力的要求，突出社会对学生具备的基本素质的培育。所以新的机械专业课程体系，需要对机械设计系列课程的设置与安排，作较大的调整，增加开设实验应力分析、有限元分析、机械振动、机械结构的测试分析以及优化设计等现代设计类的重要课程，以保证学生接受到系统全面的现代机械设计方面的理论和方法，掌握最新的测试技术与分析手段，使学生在毕业后的短时间内，就能够独当一面地运用现代的设计方法和计算、测试手段解决企业面临的具体工程。现代设计的技术和方法对学生的实践性和动手能力要求较高，所以还要增加实践教学所占学时的比例，安排足够的时间或较多的机会让学生接触到社会或企业，以加强专业技能技巧的实际训练（即职业训练），培养动手能力、实践能力和创新能力，提高实际工作能力，以便一进入社会就能很快上手，缩短适应时间。

2　利用研究型教学的机会改进传统的教学方式

研究型教学是教师在教学过程中通过优化课程结构，建立一种基于研究探索的学习模式。研究型教学模式将学习、研究、实践有机结合起来，充分发挥学生的主体作用，使学生能创造性地运用知识和能力，在主动探索、主动思考、主动实践的研究过程中，自主地发现问题、研究问题和解决问题的一种教学模式。在研究型教学中，教师的职能将由“教”转变为“导”。课堂教学方面，由传统的单向灌输转变为启发互动式，要引导学生自主探究和体验新知识；课外教学方面，将教学与实际结合起来，通过亲身实践，扩大知识视野，获得科学研究的基本训练和研究技能。

机械设计系列课程研究型教学的关键是围绕“卓越工程师教育培养计划”的培养目标和要求，培养具有较强的工程素养、工程应用能力和实践动手能力的机械工程师。所以在理论教学过程中，一方面保证理论体系的完整性；另一方面要提高多媒体课件的质量，课件中要增加具体的工程实例，注重引导学生注意身边的工程问题，鼓励学生参与提炼工程主题，并将教学重点内容提炼成具体的工程主题，引导学展开课堂讨论，并根据所学的知识提出解决问题的方法，这样可以将抽象的理论与具体的工程背景结合，使抽象的工程问题变得丰满有趣，从而强化学生的工程概念与背景。在实践教学过程中，要想方设法创造条件和机会让本科生走进企业，让硕士生进入研究生工作站。目前第一批参与“卓越工程师教育培养计划”的高校普遍提出校企联合培养工程技术人才的模式，让学生有半年以上的时间在企业实习或参加社会实践，学生在企业的学习任务主要是培养他们的工程实践能力，养成工程创新的意识。在企业学习阶段安排的教学环节包括认识实习、生产实习、毕业实习、部分基础课和专业课的学习、毕业设计等，甚至还可以让学生在企业进行1周至3个月的中短期课程学习或者工程实践。这种校企合作培养的做法基本与欧洲应用技术型大学的培养模式相似，可以使毕业生将来能够很快的适应社会、适应工作岗位，从而减少毕业后重新培训与学习的时间，缩短适应周期。

3　利用参与项目的机会培养学生的工程背景与素养

目前很多机械专业毕业生进入工作单位，都需要较长时间的重新学习与适应，才能具备基本的工程素养与概念，还要再经过更长时间的锻炼才能具有现代设计的科研能力与水平，才能独立开展科学研究和解决具体的工程实际问题。这个过程往往需要2～5年的时间，使得企业既浪费人力又浪费财力。造成如此现状的原因主要在于学生参与的项目或课题很少，不能真正将学到的知识应用于解决具体的工程问题，所以在学校学习阶段，需要注重让学生参加项目或课题的锻炼。

学生可以参与项目是广义的、多种多样的，可以是老师所研究纵向和横向项目的子课题，可以是学生的毕业设计与论文，可以是教学过程中提炼出来的工程实例，也可以是学生在企业实习或实践中发现的工程问题，还可以是生活中与专业知识有关的现象，甚至可以参与博硕士研究生的研究课题等等。很多大学正在实施的“研本1+1引领计划”，就是研究生根据自己的专业知识、研究方向和经历对本科生进行一对一的引领，实现对本科生在科技创新和社会实践的引导。

针对学生的不同学习阶段，通过自主选题或导师命题的方式布置与工程实际相关的一系列项目，把学生分成若干小组，以组建学习小组的形式让学生共同进行课题的研究，每一小组承担相关的子课题。在教师和研究生的指导下，各小组的学生经过文献资料的查阅、研究方案的讨论、导师的定期辅导、学生做演示文稿汇报等过程后，独立或半独立地进行理论分析、实验测试、仿真计算以及优化设计，最后撰写课题研究报告并总结研究的方法与成果，从而系统全面地完成课题的研究工作并以成果的形式予以展现。这一培养过程的显著特点是将学生的选择项目与工程应用、生产实际、日常生活紧密接轨，不但能够激发学生的学习潜能，培养学生独立思考与解决问题的能力，还可以培养学生的“团队意识”与交流合作的素质。最为重要的是，可以通过具体的工程课题，让学生得到完整与系统的工程训练，这也是“卓越工程师教育培养计划”的核心。

4　利用大学生第二课堂培养创新意识和动手能力

大学生第二课堂是培养“卓越工程师”的主阵地，也是培养大学生创新意识和动手能力的主课堂，对拓展学生的综合素质起到非常重要的作用。学生可以选择参加科技竞赛、、参加讲座、申报专利、参加科研课题等多种方式来锻炼自己。

对于机械专业学生来说，组织他们参加各种职业资格考试，例如见习工程师培训与考试，可以使学生掌握现代的设计理念和先进的工程设计与研究方法，增加相关行业的基本知识与技能；支持他们参与各级各类的竞赛活动，如“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛、全国的大学生数学建模竞赛、电子设计竞赛、机械设计创新大赛、全国周培源大学生力学竞赛、英语演讲比赛等各级各类竞赛，可以调动学生的主动性、积极性、创造性，激发学生潜能，展示学生的才能；鼓励他们走进开放的工程力学与现代测试分析实验室，为学生设计若干综合性和研究型的实验，在实验室中培养和训练学生使用使用测量设备与仪器的能力；吸引他们进入研究生工作室和机械结构分析研究中心，为学生提供有限元分析软件、优化设计等现代的分析手段，使学生掌握先进的机械设计与分析方法；最后，让学生参加教师与研究生的项目与课题，提供他们走进企业的机会，参加工程项目的测试、分析与优化等综合型的研究工作，从而增强学生的工程概念与意识，提高与锻炼学生解决工程实际问题的能力，最终提高学生的社会适应性，成为合格的卓越机械工程师。

参考文献

[1] 周雪梅，滕靖.面向卓越工程师培养的教学改革研究[J].中国科教创新导刊，2011（5）：50.

[2] 汪木兰，周明虎，李建启.以项目教学为载体制订先进制造技术卓越工程师培养方案[J].中国现代教育装备，2010（12）：15-19.

[3] 尹立孟.卓越工程师培养中的师资问题与课程体系设置[J].重庆科技学院学报，2011（19）：163-164.

第9篇：机械优化设计总结范文

关键词：拨叉 solidThinking Inspire 概念模型 拓扑

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）08（b）-0000-00

1引言

拨叉[1]应用于拖拉机的变速箱的换挡机构中。作为变速器的重要部件，拨叉不仅要有足够的刚度、强度，还要有良好的可靠性。本文利用UG[2]建立了拨叉的三维模型，利用有限元软件[3，4]对拨叉进行了强度分析。利用solidThinking Inspire[5]工具建立了变速箱拨叉的拓扑空间，得到整个拓扑概念模型，大大节约了工程材料，为设计提供了有价值的理论依据。

2 变速箱拨叉强度分析

在UG中按设计图纸尺寸对拨叉进行了简化的三维建模，利用UG与ANSYS软件的接口将所建立的拨叉三维模型导入ANSYS软件中。

变速器拨叉的材料选用铸钢ZG310-570，屈服强度310MPa，抗拉强度570MPa，弹性模量为E=206Gpa，泊松比为0.3，对三维模型进行网格划分。 由于拨叉一端绕轴旋转；拨叉两侧往复与齿轮面接触受力，所以在有限元软件中采用孔固定约束。拨叉叉爪两侧所承受的最大载荷为7KN，加载与拨叉爪两侧面上，方向为侧面的垂直方向。

对变速箱有限元模型进行求解，得到变速箱拨叉的位移分布云图和应力分布云图，如图1和图2所示。

有静力分析结果可知，变速箱拨叉最大形变发生在两个拨爪处，其大小为0.05957mm，满足设计要求。最大应力发生在两个拨爪与基体的连接处，大小为106.798MPa，在铸钢的强度范围之内，满足设计要求。所以变速箱拨叉强度存在较大富裕，具有轻量化的优化空间。

3 变速器拨叉的拓扑优化

将模型导入SolidThinking Inspire中。将中间部分定义为变速箱拨叉的设计空间，根据变速箱拨叉的实际工况，对孔进行固定约束，定义相应的载荷，将形状约束设置为单向拔模对称约束。

对模型进行解算，解算后的模型如图3所示。

将SolidThinking Inspire优化后的概念雏形保存为stl文件，将其作为重建模型的参考。结合零件制造的工艺性要求，将stl文件导入到CAD软件中进行重建，图4为重建的变速箱拨叉模型的高清渲染图。

该结果表明新设计的变速器拨叉不但满足性能要求，而且质量减少了20%，实现模型优化与工艺性的统一。该优化设计方法达到了降低零件制造成本的目的。

4 总结

（1）本文利用ANSYS得到了变速箱拨叉在静力作用下的位移分布云图和应力分布云图。结果表明变速箱拨叉强度存在较大富裕（2）利用solidThinking Inspire软件在静强度下对变速箱拨叉进行了结构拓扑优化。通过优化使变速箱拨叉材料达到一个最优化的分布，在满足给定刚度和强度条件下使拨叉的用料最少，节省了大量工程材料。

参考文献c

[1] 孙付春，钱扬顺，等. 基于实体的插秧机拨叉工艺研究及模具设计 [J].中国农机化，2013，34：117-119.

[2] 高东强，黎忠炎，等.基于UG的圆柱凸轮参数化建模与仿真加工[J].机械设计与制造，2010，10：207-209.

[3] 赵永辉，马力，王元良，等.自卸车举升机构三角臂拓扑优化设计[J].专用汽车，2009，9：33-34.