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第1篇：機械優化設計總結范文

關鍵詞：《機械優化設計》；課程設計；《機械設計》課程體系

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）08-0212-02

一、國內教學現狀

《機械優化設計》是機械設計制造類本科專業的專業基礎課，是數學規劃與計算機技術高度結合的學科。本課程通常以理論教學為主，涉及的數學知識與優化算法較多，其內容理論性強，又很抽象，不易理解，導致學生學習該課程的熱情普遍不高。江蘇大學是國內較早開始《機械優化設計》課程的學校之一。馬履中等[1]在教學改革中，將教材內容不斷更新、注意優化軟件建設，不斷更新和自編新的優化軟件，注意教學手段的改革，積極推行多媒體教學及雙語教學；注意收集學生的優秀作業、應用實例、優化軟件。長江大學汪建華等[2]重視對學生知識應用能力和實際操作能力的培養，以適應社會需要為目標，著重“應用”二字，以“應用”為主旨和特征構建教學內容，重視對學生的技術應用能力的培養。教學中引入Matlab優化工具箱，減少學生編程與調試的工作量，將課程教學重點放在數學模型的建立上，優化方法的選擇，以及Matlab優化工具箱中優化函數的使用上，使學生既學到了優化的思想與理論方法，又能夠把實際決策問題用數學建模的方法轉化為優化模型。河南工業大學武照云等[3]加大實驗環節的學時安排（10學時左右為宜），開發基于Matlab的算法程序庫，運用面向對象的程序語言Visual Basic進行軟件開發，采用算法可視化技術。何亞銀[4]開展課堂板書、多媒體教學和網絡教學相結合的授課方式，將《機械優化設計》與C語言相結合，通過C語言編程來實現相關算法。目前國內外的機械工程教育向著復合型人才和工程應用能力培養的趨勢發展，學生不僅需要有堅實的數理科學知識，同時需要工程實踐方面的訓練，強調理解知識、掌握學習的方法、培養獨立分析與解決工程實踐問題的能力。機械設計類現行的且已延續了幾十年的教學方式中，《機械原理》、《機械設計》的課程及課程設計四個教學環節孤立地完成，教學內容不連貫，學生接受《機械設計》的有關知識和技能缺乏系統性。傳統的機械產品開發方法中，其設計、制造及檢測環節相互獨立，嚴重脫節，須反復進行產品樣機的試制—檢測—修改設計。即使這樣，一些嚴重的結構缺陷及設計原理、基本參數的錯誤在設計階段也往往不能及時被發現，有的到了產品開發的后期或正式生產時甚至在投入使用一段時間后才發現，有時產品還不得不返回到設計構造階段以便進行必要的設計變更。這樣的產品開發程序效率低，浪費了大量時間、人力和資金。目前，《機械優化設計》的教學方法仍然有很多值得探索的地方。如何提高學生的學習積極性，擺脫傳統的以講授數學原理為主的教學方法，對本課程的教學內容、教學模式、教學手段進行改革，已經勢在必行。

二、我校開展《機械優化設計》的實踐與總結

本課程所依托的《機械設計》課程為山東省精品課程，所在教學團隊為省級團隊。長期以來，青島理工大學機械工程學院《機械設計》教研室在林晨老師和楊志強老師的領導和帶動下，具有良好的教學研究基礎和傳統。《機械優化設計》課程教學的順利執行，必需與《機械原理》和《機械設計》課程相結合。為了推進該課程的教學，我們在《機械原理》課程的教學中即引進優化設計的理論，即在平面連桿機構設計這部分教學時，初步講授優化設計理論。2012年我們選用了清華大學出版社出版、李萬祥老師主編的《工程優化設計與MATLAB實現》[5]這本書，筆者和同學普遍感覺挺好。該書的優點在于對應每一個算法，都附有相應的MATLAB程序。學生可以在掌握算法的基本知識點以后，利用這些程序上機操作。MATLAB語言簡潔，代碼靈活，具有極其豐富的庫函數資源，并且對代碼的書寫形式沒有很嚴格的限制，同時利用豐富的庫函數簡化了子程序的編寫任務；具有功能強大的圖形功能，可以將計算結果生成圖形或進行運動仿真。傳統教材僅介紹算法。程序需要學生自己編寫。這對于我們僅有32學時的選修課來說，要求學生編寫簡單的程序是可能的，但是要書寫較長的、本身就比較復雜的算法是不容易的。筆者長期從事數值模擬工作，在實踐中發現，教給學生掌握編程技術最簡單高效的方法，就是給學生現成的程序，然后在其基礎上進行修改。在上課過程中，采用多媒體教學方法，并安排4～6學時的上機學時。在教學過程中，為了讓同學對優化設計方法的應用有更深的認識，要求學生對機械產品的優化設計情況、先進的優化設計方法等方面進行調研，并通過圖書館“維普數據庫”查閱文獻資料，書寫讀書報告。課程進行過程中，結合平行進行的《機械設計》課程的內容，讓同學們進行軸和帶傳動的優化設計等計算。在課程結束時，結合平行進行的減速器的課程設計，要求同學使用優化理論對減速器進行設計。同學們最開始都覺得比較難，經任課教師答疑，他們最終調試好程序，計算出優化后的結果，同學們普遍有豁然開朗之感。根據以上的教學思想，這樣就可以簡單方便地把《機械原理》、《機械設計》和《機械優化設計》這三門課程有序地結合起來。

三、思考

數學語言描述了機械工程中的各類現象，所以《機械優化設計》這門課給出了各種數值計算方法及相關數學模型。但學生在學習課本前面的數值方法時往往容易糊涂。所以我們在講授這門課時，必須先提出工程實際問題，然后再根據實際問題提煉出數學模型，再進行求解。這門課的理念，應該不只局限于機械產品的優化設計本身。優化設計的教學目的并非只是教給學生如何建立數學模型，甚至是如何編程并上機，最終的目的應是為了解決實際工程問題，并在生活和工作中貫徹優化設計的理念，給生活和工作提供方便。優化設計的理念在《機械設計》中可以應用到各個方面，并且和其他先進設計方法如摩擦學設計、可靠性設計、系統設計相結合。比如，能源短缺問題已成為世界各國密切關注的重要問題。我國的能源形勢十分緊張，能源供需矛盾突出。受技術水平制約，我國許多能耗設備效率較低，在能源緊張的同時還存在著比較嚴重的浪費現象。因此，節能是我國國民經濟發展中的長期戰略任務。那么如何能夠設計出節能的機械，哪怕只節省1%，那么節省的能源數量也是驚人的。教學的目的是為了工程實際應用，而不是與工程實際脫節。所以在接下來的教學過程中，筆者設想，應該增加與工廠生產實際相關聯的設計題目。而且作為教研室的教學儲備，打算以本科生畢業設計的形式做一些優化設計的工程題目。這個難度要求雖然更高，但比較有意義。

參考文獻：

[1]馬履中，楊啟志，尹小琴，等.“機械優化設計”課程教學改革[J].江蘇大學學報，2003，25（4）：95-97.

[2]汪建華.袁新梅.《機械優化設計》課程教學改革與探索[J].長江大學學報（自然科學版），2011，8（10）：119-121.

[3]武照云，劉曉霞，劉楠皤，李麗.《機械優化設計》課程教學研究與改革[J].機械管理開發，2011，（1）：190-191.

第2篇：機械優化設計總結范文

[關鍵詞]MATLAB；機械優化設計；仿真運用

中圖分類號：TN899 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）14-0233-02

引言

在經濟迅速騰飛的時代，機械設計的方法和理論在其中的比重越發增大。只有不斷完善機械設計理論，才能使我國的機械設計水平提升，也才能為各個部門提供性能先進的技術裝備。為此，傳統的機械設計方法已經漸漸滿足不了人們生產制造的要求，縱觀傳統的機械設計理念，更多的是對以前產品制造經驗的借鑒和拓展，缺乏創新理念，在設計過程上更是繁瑣，以經典力學為依據對零部件進行設計，這樣加大了成本的投入，使生產周期變長。而現代的機械設計方法，在設計思想上更多地運用最新的技術，不僅僅只以機械系統為關注對象，增大了設計的視角；設計準則上以廣義力學的可靠性準則為依據；設計過程更是與前者完全不同，虛擬樣機，方案評價，優化參數到最后的設計制作，從性能，結構和成本上更具市場競爭力。

伴隨著計算機行業的興起，它在機械設計中已成為不可替代的重要工具。從機械產品的設計理念到設計成品的完成都可以在計算機上完成，計算機有運算速度上快、存儲量大、能進行精確的數據處理等優勢，使機械制造業實現了自動化控制和生產。基于MATLAB的機械設計方法，借助MATLAB強大的數據和圖形處理能力，不僅節約了成本，而且提高了設備設計的質量和設計效率。

1 MATLAB的優化原理

1.1 MATLAB簡介

MATLAB的產生是與數學計算聯系在一起的，由Mathworks公司于1984年推出采用c語言內核的正式版本。該軟件能處理日常數學中常見的問題，包括矩陣計算，信號的處理，快速的數值計算和圖形生成等功能。在MATLAB的運行環境下，用戶可以集成的進行數值運算，程序的設計，文件的統一管理等各項操作，隨著軟件的不斷升級，又增加了豐富多彩的圖像圖形處理和多媒體功能，這樣使得MATLAB的應用更加的廣泛。

1.2 MATLAB的組成及特點

MATLAB擁有一個專屬的工具箱，可以解決不同領域的問題，其完善的拓展程序可以滿足設計者不同的設計要求。MATLAB包括動態仿真系統，主程序和各種各樣的工具箱。其主程序又包括以下幾方面：

1.）MATLAB應用程序接口：是使MATLAB語言能與其他高級匯編程序語言進行交互的函數庫，實現了文件數據的交換，增加了該語言的靈活性；

2.）圖形處理系統：能方便的圖形化顯示向量和矩陣，而且能對圖形添加標注；

3.）數學函數庫：包括大量的計算算法，為不同的數值計算提供了全面的依據；

4.）MATLAB語言：是一個基于矩陣/數組的高級語言，可以用于快速編寫簡單的程序，也可以用來編寫復雜龐大的應用程序；

5.）開發環境：是一套方便用戶使用MATLAB的工具集，其中許多工具是圖形化用戶接口，為用戶提供一個集成化較高的工作空間。

1.3 MATLAB機械優化

MATLAB的優化是在機械優化設計中的一種，MATLAB強大的數據處理和圖形繪制能力，使得在機械設計過程中大大簡化了數值計算，圖形的直觀表述也使得設計更加形象和具體。基于MATLAB的機械設計，利用MATLAB多功能工具箱，可以更好地幫助設計人員克服許多情況復雜的機械設計和工程問題。另一方面，MATLAB豐富的圖形圖像處理能力和仿真功能，使得繁瑣的機械設計得到簡化，也讓設計更具創新性。此外，把機械設計的圖形繪制和計算機軟件有機結合，有效的簡化了設計和繪圖過程，減少了成本的投入，降低了研發時間，保障了機械設計的質量和速度，

2.機械設計優化

隨著機械制造業市場的不斷開拓，機械設計越來越受到人們的重視。產品能否具有市場競爭力，外觀和性能能否滿足人們的生活需求，機械設計起到決定性作用。伴隨著設計過程的進行，需要對設計方法進行優化，即將機械設計與優化設計理論和方法相結合，利用計算機，自動搜選可以達到預期目標的最優設計方案和最佳設計參數。

優化設計與傳統設計相對比，可以看到，優化設計在設計方法、設計手段以及設計思想和理念上都占有很大的優勢，從傳統設計的求得可行解到優化設計的解得最優解，讓設計發生著質的變化，進而也讓設計的作品更具挑戰性。對機械設計進行優化，可以使傳統機械設計中，省去對性能指標的校核，求解可行解上升為求解最優解成為可能；使機械設計的部分評價，由定性改定量成為可能；很大程度上提高了產品的設計質量，進而提高了產品的質量。

機械優化設計在實際解決問題過程中，首分析實際問題，建立優化設計的數學模型，其中主要分析設計的約束條件，設計變量以及設計準則和目標；其次，分析數學模型的類型，選擇合適的求解方法，即優化算法；最后，編程上機求解數學模型的最優解，并且對計算機的結果進行評價分析，最終確定是否選用此次計算的解。通過優化設計，最終確定設計方案，進行方案的設計和產品的設計制造。

3 基于MATLAB的機械設計仿真

MATLAB強大的數學計算能力，使得其他數學計算軟件在MATLAB面前黯然失色，它可以將所得到的計算結果用空間形式（二維，三維或四維）表現出來，直接表露出作品內在所蘊含的內涵和規律。另外，MATLAB的動態仿真功能，更是直接的創建了一個系統模型，讓機械設計更加形象生動，仿真更加具體。

基于MATLAB的機械設計仿真，核心內容是對數值進行積分運算，根據所得的加速度來計算得到物體的位移和速度，描述各個構件之間的相互聯系。為了更好的表現機械設計的直觀性，利用SOLIDWORKS軟件繪制三維圖形，即下圖的曲柄滑塊機構：

對于上圖所描述的曲柄滑塊機構，對其建立矢量方程式，分別對兩軸進行分解，求導可得到該點的加速度，對其進行整理可以得到矩陣形式。利用MATLAB強大的數值計算，在仿真環境下建立運動仿真模型，如下圖所示：

通過改變曲柄的角度，可以在MATLAB的繪圖模型下，得到滑塊的加速度變化趨勢圖。利用MATLAB豐富的圖形處理能力，大大減少了模型數據的計算量，形象生動的表現出了運算結果的發展趨勢，對機械設計提供了一個重要的依據，也使得研發的產品功能更加強大。

4.總結

基于MATLAB的機械設計方法，擯棄了傳統的設計理念，以全新的視角進行機械產品的設計，無論是產品的設計成本、研發時間，還是產品的外觀和質量都得到了很大的改善。在追求經濟利益最大化的今天，利用最少的成本投入來獲取最大的經濟收益，是每一個機械設計者的共同目標。優化設計理念的發掘，改變了原先的設計思路，由被動的對產品性能進行反復的分析轉變為主動設計產品的主要尺寸和相關參數，在眾多的設計方案中尋找最優的設計方案，進行最優設計，這樣不僅從產品的總體結構尺寸，生產投入還是傳動的效率方面來看，都是最佳的選擇。所以，基于MALTAB的機械設計方法，是每一個設計者共同的追求，只有不斷優化機械設計方法，才能以低成本投入得到很好的回報，也為機械設計領域提供一個全新的設計視角和理念。

參考文獻

第3篇：機械優化設計總結范文

裝載機是工程機械的重要機種之一，其工作裝置設計的合理性和質量直接影響著裝載機的各項工作性能。本文應用參數優化建模和設計方法，對反轉六連桿機構建立了參數優化模型，確定了變量系統，目標和約束系統，用優化軟件進行了優化設計。對工作裝置所得的優化結果進行了分析，剖析了機構形式的優缺點和適用范圍。

裝載機是一種常用的鏟土運輸機械，廣泛應用于土木、建筑、水利、礦山等工程，起著減輕勞動強度、提高施工效率和質量的重要作用。目前國內研究和采用得較多是反轉六連桿，這種機構形式簡單、尺寸緊湊。當鏟斗鏟掘物料時由于是反轉機構，轉斗油缸大腔進油工作，可以獲得較大的鏟掘力。也就是說，鏟起同樣重量的物料，轉斗油缸的尺寸可以設計得較小。而且轉斗油缸后置，使司機有較好的視野。反轉六連桿機構尤其多用于中小型裝載機工作裝置中。本文在現有的工作裝置優化設計研究成果的基礎上，進一步研究和完善六連桿機構設計，針對六連桿機構建立有一定通用性的分析和優化模型，得出滿足設計要求的合理方案，總結設計知識和優化經驗。

1.參數優化設計概述

目前國內工作裝置的設計主要采用類比法、畫圖試湊法、解析法和參數優化方法。其中，參數優化方法越來越受到重視，取得了很大發展和廣泛應用。類比法和經驗法一般只適用于同類型產品，即結構型式、工作對象和條件基本機同的設計。這樣設計所得的產品即使通過了校核檢驗，符合基本設計要求，但是否能達到性能最優，是否是最好的設計結果，還很值得研究。參數化設計（Parametric Design）是從CAD技術中發展起來的。參數化技術主要用于結構形態比較定型的設計對象，對某定型產品，結構形式確定，根據某些具體條件和控制參數決定產品在某一結構形式下的結構參數，從而設計出不同的產品。實際上，參數化技術就是將產品的一些信息，包括尺寸、數據、特征、模式等定義為變量，這些變量的改變就表示產品模型的改變。參數化技術適用于常用件、系列件、標準件的設計，只需建模一次，就能得到不同規格的零件模型。

研究優化設計自動化的目的在于建立一個由描述產品結構的各個參數組成的設計模型。建模的內容包括：集成化數據模型的研究，對產品生命周期內各階段的數據進行統一建模；產品設計過程模型的研究；產品設計方法的研究。建模的內容主要包括參數提取、約束識別和數據管理與規劃。參數的提取是參數化設計的前提。提取工作就是要在模型和參數間建立對應關系。

優化設計是現代設計方法中的一個重要領域。可以認為，工程設計只包括兩個步驟：一是確定所有可能的設計方案；二是選擇最佳方案。可見，設計本身就是一個擇優的過程。尤其在機械設計方面，設計的本質就是要選擇最佳尺寸以滿足設計要求。傳統的設計在很大程度上依賴于設計師的經驗。對于現在復雜的工程問題，雖然設計師仍將用自己的知識和經驗引導設計進程，計算機輔助設計、優化設計等現代設計方法使設計工作更加科學和自動化。應該看到，優化設計始終是對現實問題某種程度上的簡化。

參數化設計技術當前在機械設計領域的應用主要是為優化設計建立參數化模型。從對參數的廣義理解上，凡是針對產品尺寸和性能參數的優化應該都屬于參數優化范圍。

參數優化的數學模型總結為：

2.反轉六連桿機構

目前國內用的較多的是轉斗缸后置式反轉六連桿機構，轉斗缸布置在動臂上面。這種機構又稱為z形連桿機構。它的優點是：鏟斗插入料堆進行工作時，轉斗缸大腔進油，因此連桿機構的傳力比可以得到較大的值，可獲得較大的崛起力，合理設計機構各部件尺寸可得到較好的鏟斗平移性；機構簡單尺寸緊湊，司機視野較好。缺點是搖臂、連桿和鏟斗等構件間易發生干涉。國內對反轉六連桿機構形式的設計研究較多，對其設計變量、約束和目標的描述都比較一致。從設計方法上看，優化設計等計算機輔助設計技術的應用，大大提高了工程行業中設計的自動化程度和效率。

從設計方法上看，傳統的方法是采用層次型的設計流程，先根據典型或先進樣機，確定動臂長度，形狀和與車架鉸接位置，如動臂與車架的鉸接點，在確定動臂油缸的鉸接位置和行程，然后設計連桿機構。這種樹狀設計流程用于裝載機的整體設計中是合理的，先確定斗容、機器的總體尺寸、液壓系統的工作壓力等，再確定工作裝置的機構尺寸，再確定各零件的細部尺寸。它可以將大型復雜的設計問題分解為不同層次的子問題，減小每一步的工作量。

3.反轉六連桿機構的建模和優化

建模是優化設計的前處理部分，它是對某類明確的設計對象的描述。優化設計模型由三個基本要素組成：設計變量、目標函數和約束條件，建模工作的內容包括：1）確定設計變量及其量綱；2）確定目標和約束的結構層次；3）確定各目標和約束的內容：建模首先要明確用戶市場和制造廠的要求；4）對目標和約束的定量描述和無量綱化，

3.1變量系統

輸入參數是由整機設計確定的，在工作裝置及設計中作為固定量，不允許改變。在工作裝置的設計中，斗容量、液壓系統的工作壓力、油缸個數等作為輸入參數，它們在整機設計時確定，在工作裝置中不在變動。設計變量是設計工作需要確定的參數。應選取與目標直接或間接相關的，對目標函數影響較大的參數作為設計變量。工作裝置不同的機構形式的設計變量個數不同，設計變量個數越多，解的維數越高，解的空間越大，解的難度也越高，尋優所需的時間也就越多。在目標和約束函數的計算中要用到許多中間參數，中間參數只起到傳遞數值，減小建模工作量的作用，不影響設計結果。將反復用到中間參數的計算寫成輔助函數，可以減小編程工作量。

3.2目標系統

目標函數是以計算變量表示所要追求的某種性能指標的解析表達式或經驗關系式。目標一般用柔性的方式表達，即希望函數值越大越好或越小越好，或盡量接近某個理想值，目前多目標優化問題已成為設計的主流。工作裝置的部分優化正向著整體優化、組合優化發展。實際模型選取了7類目標，如下圖1所示，

3.3約束系統

約束是設計必須或希望滿足的要求。它直接決定著設計結果的可行性和質量。對于工作裝置，主要是機構各鉸點（包括油缸）的空間布置要求。考慮到工作裝置復雜的工作過程和環境，約束也必須能綜合地保證機構的各項工作性能，如機構必須達到要求的卸載高度、任何情況下各構件間不能干涉、鏟斗應能較干凈地卸料、各構件應有足夠的強度等。工作裝置優化模型的約束分類如下圖2所示：

第4篇：機械優化設計總結范文

事物都是發展變化的，傳統的機械設計的發展經歷了一個比較長的時期，它是由直觀的經驗設計開始，逐步到直接經驗，形成理論指導，最后達到的實踐和理論相結合的設計過程。它是由直觀設計、經驗總結、經驗反饋再改進的一個過程，可以充分發揮前人的研究成果和設計理論，利用已有的設計公式、圖表、經驗公式等并結合自己的思想進行設計。傳統的機械設計方法主要體現在細節的設計和分析上，它的基本思路由以下幾個部分組成：首先決定設計方案，然后進行實際分析，最后是落實設計方案。它基本上是停留在靜態、經驗、手工的設計狀態，而在設計時的著重點是經驗、數據的計算和校核，但是簡單實用，因此，傳統設計成為所有機械設計的基礎。在設計的過程中，傳統的機械設計為工業大生產的順利進行奠定了堅實的基礎，這種方法操作簡單、目標明確、并且具有比較成熟的理論依據和可執行的工藝，而且一旦設計成功，它的可靠性比較高。但是隨著電子技術的發展，計算機理論在傳統機械設計中的應用，傳統機械設計的一些缺陷也日益突出，嚴重影響著機械設計在實際中的應用。它的局限性體現在以下方面：首先是設計方案過早確定，而且完全是憑借設計者的直接經驗和間接經驗來進行，設計創新性不強，得到的方案不是最優方案；第二是零部件的設計很多只作類比設計，與實際工況相差較大；最后采用手工計算、繪圖、設計的準確性差、工作周期長、效率低。

二、現代機械設計的發展狀況

1.現代機械設計已成為一門新的知識體系

隨著計算機技術和信息技術的發展和應用，給機械產品的設計和制造帶來了一系列的變革。現代機械設計雖然有了計算機的輔助，但是現代機械設計還是以傳統的機械設計為基礎的，是在傳統機械設計基礎上的發展和提高，是對傳統機械設計不足的改進與改良。現代機械設計更注重了產品的設計理念的更新，只有創新思維，才能有新的設計方法和技術。在進行機械設計時，不僅要考慮產品自身的性能，還要充分考慮系統和環境的影響。而且在計算機上實現數字化技術能為機械設計提供全新的感覺，可以在計算機上模擬設計產品的特點、性能和進行改進；還可以完成各種試驗和測試，極大地方便了設計的檢測。使設計成為一門新的知識體系。

2.現代機械設計的特征

現代機械設計并不是一個單純的機械設計的概念，它是各學科知識的交叉滲透，由于學科理論的交叉整合，使它的基礎理論知識更加深化、擴展；它由傳統機械設計的靜態設計轉變為機械系統的動態設計；設計的技術也已有最初的人工的手段發展到由計算機輔助設計（CAD），而設計的產品本身也出現了重大的變化，由傳統的機械特性發展到機電一體化、智能化的特點。現代機械設計實現了人—機—環境的和諧統一發展，在進行設計時，現代機械設計必須全面考慮、綜合平衡、妥善處理系統的各種問題。可以采用基于功能原理的機械系統設計、人機工程學、產品造型設計和基于環保理念的綠色產品設計等方法。機械學理論和方法及計算機輔助分析的不斷發展，對產品的方案設計、運動設計、動力設計和工作能力的設計等關鍵性的問題能做出很好的處理，一系列新型的設計方法和工藝正在形成。

3.可靠性和優化設計在現代機械設計中的應用

在現代機械設計過程中，用來提高產品市場競爭力的關鍵性指標是設計產品的可靠性。可靠性設計也稱概率設計，它是將常規設計中視為常量的設計參數如實地作為隨機變量來看待，把數學中的概率統計理論應用于機械設計中來，按照機械系統應用的定量的可靠程度來設計它們。可靠性設計是綜合多種學科的新興設計方法，它通過研究全壽命周期內質量指標的變化規律，對零部件和整個系統進行可靠性的設計。全壽命周期包括產品的規劃、制造、使用、甚至報廢、回收等各個環節的技術領域，這一設計理念從根本上顛覆了傳統的設計思路。現代機械設計由于采用了計算機輔助設計，提高了設計的質量和效果，與之相配套的出現了產品的優化理論，而優化理論和方法已由最初地憑借人的直覺和邏輯思維的人類智能優化階段發展到了面向產品的全系統、全過程、全性能的優化設計階段。這種設計綜合了各種設計信息，能清晰地了解設計的意圖，實現了極高的設計效率。那如何充分利用這個系統，設計出更符合時代要求的機械產品，提高其國際競爭力是對設計工作者提出的新的挑戰。機械產品設計的過程就是一個優化的過程。產品的優化設計涉及的內容非常廣泛，它由一個從宏觀到微觀，從全部到局部，從總體方案到零部件設計的優化過程，具體地說可分為參數優化、結構優化和總體方案優化三個層次。機械設計者只有依據這三個層次，對機械產品進行設計，才能取得較好的設計效果。

第5篇：機械優化設計總結范文

關鍵詞：起重機；創新設計；目標；方向

中圖分類號：TH2文獻標識碼： A

引言

隨著全球工業的快速發展和市場競爭的加劇，起重機在現代生產過程中的應用越來越廣，作用越來越大，同時，對起重機的要求也越來越高，因此起重機設計越來越引起企業的重視。市場的活躍性給起重機的設計提供了更高層次的生產要求，起重機的創新設計已經成為各企業提升競爭能力的最主要手段和途徑。

1、創新設計的目標

首先，對于起重機的設計計算來說，使其能夠更加的簡單，同時要提高效率。起重機進行結構設計的時候，將結構計算和機構計算相結合起來。對于機構計算，其包括的內容非常多，主要是起升、運行、回轉、變幅、伸縮等，同時也包括對齒輪、卷筒、軸、車輪、滑輪、鋼絲繩、電機、減速器、制動器、聯軸器等大量的零部件的計算。并且對于起重機結構、機構、以及零部件的計算都會使用同一的標準規范進行計算。設計人員在對起重機進行設計的時候，一般會相對的依賴相關的手冊，進行設計計算的時候有時會人工進行，從而大大降低設計的效率。所以，對于新的起重機設計，需要引進和應用先進的技術和方法，計算起來更加的方便，從而大大提高設計的效率。

其次，使得產品的性能提高，從而實現起重機的自動化、智能化和集成化。對于起重機的更新和發展，主要是受到兩方面的因素，即電氣傳動和控制的改進。因此可以結合自動化技術和機械傳動技術，從而使得這兩個方面被引進先進的微電子技術、電力電子技術、光纜通訊技術、液壓技術、和模糊控制技術,進一步的實現起重機的自動化和半自動化，隨著社會的發展，新的這種技術才能夠更好的適應時代的變化，同時提供更多的方便。到目前為止，許多高效的起重機在電氣控制系統上都實現了全電子數字化,這種技術已經實現驅動設置的數字化，其能夠對數據管理系統和操作進行故障診斷和給定檢測，主要依靠的是可編程序進行。同時，數字控制信息系統，能夠傳遞起重機的信息，控制動力，將自動化水平在很大程度上得到提高。新的起重機設計主要是發展控制和電氣傳動，使得起重機在技術上的操作更具調速和靜動的特性,使其能夠達到智能化發展的目的。

第三，使得起重機的生產成本得到很大的降低。進行設計創新的時候，需要考慮經濟和成本的因素，在最大程度上大大資源合理配置，也就是常說的目標成本管理。目標成本管理就是保證企業預算的前提下，根據企業的經營目標,對于成本預測、成本決策、測定目標成本進行分解、分析、考核和評定。對其起重機來說，產品成本的百分之八十五都是在設計階段確定，所以對于設計人員的挑戰也是非常大的，進行產品設計的時候，要嚴格的控制成本，然后根據成本的預算，對產品進行設計保證質量，同時達到降低成本的要求。所以成本管理直接影響著成本的控制情況。

第四，使起重機產品能夠不斷滿足用戶的需求

進行起重機設計的創新的主要原因是因為用戶在現代化工業高速發展中對于機械硬件和軟件的要求是越來越高。科技的發展，促使起重機發展，才能更好的適應市場的需求，所以對起重機不斷的進行升級和更新。也加大了設計人員的難度，進行起重機設計的時候需要保證起重機產品的質量、價格、功能、外型、交貨期等方面都要滿足用戶的的需求。

2、國內發展現狀及存在問題

2.1、設計效率不高、通用性不強

國內起重機生產企業仍然處在傳統設計階段，設計手段不完善，與先進技術結合有限。近年來，隨著先進設計技術的引進，國內的企業有了長足的發展，產品的整體性能得到提高，龍頭企業也在不斷向大規模、系列化方向發展，但國內的起重機企業在設計技術水平上與國外的生產企業還有一定的差距。

2.2、生產技術缺乏、生產水平不高

國內的一般企業在生產起重機的過程中，設計手段單一，在有相近功能起重機需求是，一般不做計算，而是做類比放大，這就導致了截面尺寸越變越大，使得起重機的質量、大車驅動機構、相關配套基礎設備投資增大，必然造成浪費。

2.3、CAE技術普及率不高

各主要工業發達國家已經從傳統的設計技術手段過渡到CAE設計技術手段，使用計算機輔助求解分析復雜的工程和產品的結構力學性能和優化結構性能等。但是國內對CAE技術和方法的研究和應用比較落后，推廣的較慢，應用的較淺顯。

3、主要研究內容和方向

3.1、創新設計技術

隨著科學技術的發展，需要對起重機的設計進行創新，主要是對傳統的型式、結構和功能方面進行，對于這些情況，主要是注意對新材料、新工藝、新的傳動裝置進行研究，然后對于不同的各個方案進行優化選擇、分解和組合，從而不斷推出新的創新設計成果。

3.2、降低成本設計

進行起重機設計的時候需要采用面向成本設計，同時結合成本估算的技術，這樣可以大大的使成本降低。在這個過程中重點關注的是對成本結構分析和價值過程分析的技術，同時也要構建專用知識庫和成本數據庫，其目的是為了對估算的成本進行準確的估算。通過調整各設計方案實現設計階段的成本控制。

創新的定義絕非是用高成本去發明新的零部件，利用標準構件、標準外協件和外購件進行組合，也是創新的另一種形式表現。

3.3、快速設計技術

極短交貨期的市場需求就是要開展基于網絡的協同(異地)設計技術，進行工程研究，從而使得產品的開發周期大大縮短。進行技術的快速設計包含的內容很多，即系列化模塊化設計技術、人工智能技術、產品專家設計系統技術和虛擬制造技術。

3.4、仿真與虛擬設計技術

在計算機仿真技術中一個非常重要得部分是建模及仿真軟件，對創新技術進行可觀化研究,同時在仿真系統引入專家系統模糊決策和人工神經網絡等技術，對于形成一個高效的、智能的起重機仿真系統有很大的幫助。研究虛擬現實(VR)技術，會使得起重機的仿真技術進入一個更加真實方便的輸入輸出系統,能夠對于各種方案進行快速的評價和決策。

3.5、智能設計技術研究

對起重機進行智能CAD(CIAD)技術和人機智能化設計，能夠使得面向CIMS的智能設計走向智能設計的高級階段。在智能設計技術中涉及的內容也是非常的廣泛，包括原理方案智能設計;協同求解;基于實例的推理;知識獲取、表達和利用等技術。

3.6、廣義優化和全過程優化設計研究

對起重機進行廣義的優化和全過程的優化，能夠使得人們對過程中的模型的建立、處理進行整體的優化，一直到結果的顯示。隨著科學技術的發展，現代設計技術中的一般性優化設計方法及其應用不斷的進行完善，趨于成熟，其已經從普通的連續變量優化設計、混合離散變量優化設計,已發展到隨機變量優化設計(可靠性優化設計)、模糊變量優化設計,單目標優化設計已發展到多目標優化設計。對于起重機中的優化方法及其應用程序的編制已經滿足不了市場的需求，必須對其進行全局的優化，優化設計的重要發展方向是進行廣義的優化設計，其涉及的內容也是非常的廣泛，包括工程優化設計問題的自動建模技術、優化設計問題的前處理與后處理、優化設計結果的評價等。

結束語

科技進步對創新設計起很大的促進作用，科學技術的發展為起重機械創新設計提供了新的手段，開辟了新的創新領域。隨著科技的進步，起重機的激光測距、激光防撞功能也得以實現。將先進的科技應用到起重機的設計當中，同時也要善于歸納總結，將之形成一定的設計理念，設計的指導思想，推廣至每一位設計人員，尤其是新進設計人員中。提高我們的整體創新能力，優化我們的設計，提高原有產品的性能、質量，使產品有個性、有市場，開發出新的產品類型，開拓新的市場。

參考文獻

[1]康,鄒勝.起重機創新設計展望[J].起重運輸機械,2007,02:1-4.

第6篇：機械優化設計總結范文

[關鍵詞]機械設計；技術；發展現狀；趨勢

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）36-0103-01

機械設計是決定機械性能的最主要的因素，是機械工程的重要組成部分，設計工作的質量可以直接關系到機械產品的質量性能、研究周期和技術經濟效益等。主要根據使用要求對機械的結構、工作原理、運動方式、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和方法、形狀尺寸等進行構思并進行分析和計算，將其轉化為具體的描述以人為制造依據的工作過程。根據德國工程師協會文件VDI2225的調查分析，產品設計成本決定了產品制造成本的75%到80%左右，但是僅僅占了產品成本的5% 到7%。

1.常規設計技術及應用

目前各大專院校所使用的《機械設計》及《機械原理》教材是學習、應用、發展現代設計技術的基礎，主要講述的是常規設計技術。

1.1 理論設計

理論設計是指根據長期總結出來的設計理論和實驗數據所進行的設計。下面以簡單受拉桿件的強度設計為例來討論理論設計的概念。桿件必須的橫截面積可以利用公式直接求解，也可以按其它方法先初步設計桿件的橫截面尺之后再用強度計算公式去校核。由于實際情況復雜多變，必須根據實際需要來選擇合適的安全系數，才能保證安全性。

1.2 經驗設計

經驗設計是指根據設計者個人的工作經驗用類比的辦法，或根據對某類零件已有的設計與使用實踐而歸納出的經驗關系式所進行的設計。經驗設計常用于那些像機架、箱體、傳動零件的各結構要素等結構形狀己典型化而使用要求不大變動的零件。隨著設計產品的技術系統越來越復雜，產品更新發展速度加快，技術含量不斷提高，經驗類比的設計方法已不能滿足市場需要。

1.3 模型實驗設計

模型實驗設計適用于一些結構很復雜而尺寸又巨大的重要零件，尤其是一些重型整體機械零件，可以有效提高設計質量。即把初步設計的零、部件或機器做成小模型或小尺寸樣機，經過實驗的手段對其各方面的特性進行檢驗，根據實驗結果對設計進行逐步的修改直至達到完善。由于這個設計方法昂貴、費時，因此一般用于特別重要的設計中。

2.現代設計技術及應用

2.1 優化設計

優化設計可以成功地解決解析法等其他方法難以解決的復雜問題，它是建立在數學規劃理論和計算機程序設計基礎上，通過計算機的數值計算出一切可能的方案，并在一切可能的方案中尋求最優方案，使期望的指標達到最優的設計方法。

2.2 有限元設計

有限元分析技術是20世紀60年展起來的新的數值計算方法，是最重要的工程分析之一，隨著計算機技術的發展，有限元設計在各個工程領域中不斷得到深入的應用。有限元法的基本思想是將結構離散化并用有限個容易分析的單元來表示，通過有限個節點來連接各個單元，然后根據變形協調條件綜合求解。由于節點的數目也是有限的，單元的數目是有限的，所以稱為有限元法。這種方法只要改變單元的數目，靈活性很大，就可以使解的精確度改變，得到與真實情況無限接近的解。

2.3 可靠性設計

可靠性設計從20世紀60年代以來逐漸進入機械工程領域，是近幾十年發展起來的一門新興學科。在規定的條件下，規定的時間內，完成規定功能的能力稱為零件的可靠性設計。將常規設計方法中所涉及的設計變量如材料強度、疲勞壽命、尺寸、應力等，看成服從某種分布的隨機變量是可靠性設計的主要特征。然后根據產品的可靠性指標要求，用概率統計的方法得出零部件的主要結構參數和尺寸。

3.現代設計技術與常規設計技術的關系

3.1 產品結構分析的定量化

常規設計技術只能對復雜結構的零部件或整機進行類比或定性的估算。現代設計技術引入了邊界元及有限元方法，可實現對任何產品結構的定量化分析。

3.2 產品工況分析的動態化

常規設計技術對產品的工作狀況僅限于動態的估算和靜態的計算。而現代設計技術中的動態設計方法可以同時利用實際工況相符的數學模型與理論和測試數據建造，在通過計算機進行分析計算的基礎上預測出產品的動態性能和改進效果。

3.3 產品質量分析的可靠性化

常規設計技術中采用的安全系數法僅僅依靠經驗，不能定量給出產品質量的可靠性預測。而現代設計技術中的可靠性設計法基于概率論建造模型并進行分析計算，把零部件或整機的各種具有離散性的性能參數均視為隨機變量，從而定量的做出產品質量的可靠性預測。

3.4 產品設計結果的最優化

常規設計技術比較依賴設計者的經驗和主觀判斷，主要通過近似系數、經驗公式或類比等方法進行校核、設計。而現代設計技術中的優化設計法是根據產品的性能要求和設計目標構造數學模型，應用數值計算方法和數學規劃理論，通過計算機求得最優化結果。

3.5 產品設計過程的高效化和自動化

常規設計技術在設計過程中雖然重復性高，但是設計方案卻不一定最優。而現代設計技術在整個設計過程中均是教會計算機，讓計算機去完成，從而為實現制造的自動化做好了準備，并且實現了設計過程的高效化和自動化。

4.現代設計技術與傳統設計技術的關系及比較

現代設計技術是相關科學技術綜介應用于設計領域的產物，是傳統設計技術的延伸與發展，它使常規設計技術發生了質的飛躍。傳統機械產品設計也稱常規設計，是一種以低壓控制和強度為中心的經驗設計、安全系數設計、類比設計。而現代機電產品設計方法則在注重產品整體功能基礎上，以現代設計方法和計算機技術為工具的一體化系統設計，強調創造性，這種設計小但可以大大提高設計的質量、精度和效率，而且可以將產品的經濟性、適應性、可靠性統一起來，從而高效率、高水平地設計出市場歡迎、性能優良、效益顯著的新型產品。

從常規設計方法到現代設計方法有以下轉變：從靜態分析道動態分析，從定性分析道定量分析，從安全性設計向優化設計，從手工計算向自動設計計算等轉變。

5.機械設計技術的發展趨勢

具體來說現代設計技術的發展趨勢主要有：第一，設計中的快速響應市場的競爭策略將代替產品質量成本第一的競爭策略。第二，設計將從滿足產品功能屬性向同時滿足環境與生態屬性發展。第三，設計將從需求的同時面向經營管理和制造發展。第四，設計將從傳統的串行向協同工作方式、并行工作模式發展。第五，設計將激發主動創造性，使人們從設計過程數字化中逐步確立主動地位。順應此趨勢，目前主要研究和應用的現代設計技術有：優化設計、設計方法學、可靠性設計、動態設計、計算機輔助設計、有限元設計、摩擦學設計、工業產品造型設計、模型試驗設計、模塊化設計、創新設計、三次設計、價值工程設計、智能工程設計、反求工程設計、并行工程等。

第7篇：機械優化設計總結范文

[關鍵詞]散裝物料；帶式輸送機；設計思路

中圖分類號：TQ015.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）27-0262-01

帶式輸送機的物料承載和傳輸承載是由撓性輸送帶來完成的，這種連續輸送設備的特點是可以在水平方向和傾斜幅度較小的方向上進行散裝物料的輸送。其優點是輸送應用范圍較廣、機械的結構簡單且能耗較小和維護保養方便，是一種經濟適用型運輸機械。小型帶式散狀物料輸送機被廣泛應用到電力、冶金、化工和煤炭等行業，但隨著帶式輸送機正朝著提高運輸速度和傳輸距離的方向發展，傳統的輸送機設計已經不能滿足實際應用的要求了。本文就以小型帶式散狀物料輸送機在冶金行業中的應用為例，對其在實際操作的問題上進行分析，提出優化設計思路。

一、小型帶式散狀物料輸送機的常見問題及解決方法

（一）小型帶式散狀物料輸送機的跑偏問題

輸送帶跑偏是帶式輸送機遇到的故障中最常見的一種，其主要是由于設備的質量原因引起的。在設備的制造環節、安裝過程中以及后期的維護保養過程中都會造成跑偏問題，具體問題有以下幾點：

1、輸送帶的滾筒圓柱度問題，當制造安裝的環節中出現誤差且誤差超過允許范圍的時候，輸送帶兩側受到不均衡的受力作用，會使輸送帶向受力較小的一側跑偏。要解決這類問題，就必須對輸送帶的滾筒設計、制造和安裝進行精密控制。

2、托輥組合輸送機的機架沒有嚴格要求進行垂直組裝或者輸送機的機架安裝誤差較大，就會讓輸送帶兩側受到的阻力產生較大差異，最終也會出現輸送帶跑偏的問題。在實際操作中，遇到這類問題的常用補救措施有：調整托輥的高度使中間的棍子與輸送帶面平行；將托輥安裝孔設計長孔，方便進行人工調整，在操作中遇到跑偏問題時，輸送帶向哪邊跑偏，就將對應那側的托輥組向前方移動一點；當帶式運輸機的長度較短時，可以對其增加調心托輥組，利用立輥的橫向推動作用力讓輸送帶能夠自動進行向心調整從而糾正跑偏的目的。

3、散裝物料對輸送帶的承載部分產生橫向沖擊力或散裝物料的分布不合理導致輸送帶在操作過程中受到偏心力的作用而出現跑偏現象。因此在傳輸過程中，需要考慮到上位給料設備和輸送帶之間的高度差距，然后合理分配散裝物料的位置，從而在傳送帶運行過程中達到綜合受力均衡。另外要想讓物料合理分布并減少橫向沖擊力，就要對傳輸帶上的漏斗和導料槽等部件的分布和大小進行科學的設置。

4、當有些特殊散裝物料的粘性過大時，在傳輸過程中會對輸送帶表面產生很多殘料垃圾，這些東西會粘在滾筒和托輥的表面上，一定量的積累之后會對輸送帶的運行產生影響，從而出現傳輸帶跑偏。所以，在日常工作中，一定要輸送帶進行定期清理，去掉粘附在輸送上的垃圾，保證輸送帶正常運行。

（二）輸送過程中的物料撒落現象

小型帶式散狀物料輸送機容易在轉載點的落料斗和導料槽等地方出現撒料現象。當輸送機的輸送量超載、導料槽的設計安裝不合理或損壞時，都會使運行中的物料由于慣性沖出導料槽。這種情況的發生可以通過對輸送帶的運輸重量進行控制而得到改進。

另外，當輸送帶跑偏時，槽型承載托輥的兩邊的高度會不平衡，會導致物料從較低的一側撒落。這一問題可以在后面的優化設計思路中得到解決。

（三）輸送帶的損壞問題

輸送帶使用時間過長，就會導致其表皮脫落、側邊和接頭部分磨損嚴重和輸送帶縱向撕裂。這些損壞現象出現是由于輸送帶的長期進行超載運行、沒有得到及時有效的修護、物料中尖銳物質的損害以及輸送帶時常跑偏等問題引起的。

二、小型帶式散狀物料輸送機的優化設計思路

由上述輸送機出現的問題及原因探究可知，輸送機的問題可以分成兩大類：輸送機本身的制造、安裝質量問題和物料的特殊性。這些問題導致輸送機不能長期正常運行，以下是針對這些問題提出的相應的優化設計思路。

（一）對整個輸送機的優化設計思路

小型帶式散狀物料輸送機進行平穩運行的必要前提就是輸送機受到的張力穩定均衡，一般常見的短距離輸送機的張緊裝置由螺旋完成，但是在實際生產過程中，物料的質量不是固定不變的，而且輸送帶在工作一段時間之后造成的磨損會讓其張力值不穩定。因此，在對輸送機進行優化設計中，對輸送機配備張緊滾筒和配種塊組合而成的張緊裝置，這樣就能夠保證其張力均衡從而使其運行穩定，而且能夠減少操作人員的工作量。

（二）對輸送機的滾筒進行優化設計

現代科學研究和大量的實際操作表明，當法向載荷較大時，摩擦力和法向壓力的關系式非線性的，法向載荷越大，摩擦力增強的越快。對于輸送機的設計依據這個科學理論，就是要確保輸送帶和傳動滾筒的包角不變，減少兩者間的接觸面并增加其法向壓力從而提高其摩擦力。因此，具體的設計方法就是由帶式輸送機中的錐筒將兩個軸套連接在一起，每個軸套外各焊接一定數量的支撐筋，末端與扁鋼環焊接，最后在扁鋼環外側沿圓周均布焊接若干段等長圓鋼。這種滾筒采用的鼓型結構，對圓鋼焊接后再對中間進行加工使其形成凸起裝。這種優化后的圓筒結構不僅是輸送機在運行過程中產生較大的摩擦驅動力，而且還能對傳統輸送機的常見問題進行優化。例如：輸送機的粘料現象由于滾筒和輸送帶的接觸面積減少而得到改善，滾筒的鼓型結構能夠讓輸送帶中間的張力大于兩側的張力就能有效減少輸送帶跑偏問題，另外，粘料現象和跑偏問題的減少能夠延長輸送帶的使用壽命。

總結：

小型帶式散狀物料輸送機在不同行業中得到了廣泛的應用，但是使用過程中會產生很多問題，為有效改善輸送機的使用效率，就必須從機械的設計、制造和安裝及維護等環節進行分析。本文主要對輸送機的整機結構和滾筒結構進行優化，希望其在實際生產過程中發揮更好的作用。

參考文獻

[1] 郝朋越，李潔，賈源.新型帶式輸送機的設計與應用[J].有色設備，2013，06：48-50.

[2] 羅建平，張德文，丁敏，謝文寧.帶式輸送機節能技術分析[J]. 港口裝卸，2013，06：1-4.

第8篇：機械優化設計總結范文

論文摘　要：圍繞“卓越工程師教育培養計劃”的要求，以提高機械專業高校畢業生的社會適應性為培養目標，針對現代機械設計系列課程的特點，從教學計劃的修訂、課程體系的設置、教學方式的轉變以及工程素養的鍛煉等方面對卓越機械工程師人才培養模式進行了研究與探索。

隨著知識經濟的到來和信息技術的迅速發展，社會上對人才的需求產生了很大變化，用人單位對高校畢業生的社會適應性提出了越來越高的要求，更加強調實踐能力和創新型人才的培養。所以為了順應國際發展趨勢，適應國家工業、企業需求，增強我國核心競爭力，建設創新型國家、走新型工業化道路，2010年6月23日，教育部在天津召開“卓越工程師教育培養計劃”啟動會，聯合有關部門和行業協會，共同實施“卓越工程師教育培養計劃”，主要目的就在于培養和造就一大批創新能力強、適應社會發展需要的高質量工程技術人才，目前教育部已經批準61所高校為第一批“卓越工程師教育培養計劃”實施高校。

對于機械專業的畢業生而言，不僅要培養學生熟練掌握專業基礎理論知識的能力，還要注重培養學生的實踐應用能力、思維開創性和創新性等能力。所以“卓越工程師教育培養計劃”明確要求行業和企業必須要深度參與人才的培養過程，學校也要按照機械行業的通用標準來培養工程人才，同時要注重培養學生的工程能力和創新能力，以提高學生的工程應用能力和社會適應性。在機械工程專業的培養方案與計劃中，現代機械設計系列課程毫無疑問是與工程實際與工程應用聯系最為緊密的課程，也是將來對機械專業學生工程應用能力和社會適應性影響最大的主干課程，課程包括材料力學、工程力學、有限元分析、機械振動、機械設計、優化設計與理論、機械結構測試與分析等，這類課程不僅是機械工程專業本科生與研究生重要的專業基礎課和學習后續專業課的基礎，也是現代設計方法與工程技術的重要組成部分，更是非常重要的培養學生科研水平與實踐應用能力的系列課程。課程的培養方案、教學計劃以及教學方式嚴重影響機械專業學生的培養質量，也直接影響機械專業“卓越工程師教育培養計劃”的成敗與實施效果。

1　利用教學計劃修訂的契機完善課程體系的設置

培養方案和教學計劃是高校根據不同層次不同專業的培養目標和培養規格所制定的實施人才培養活動的具體方案，一般包括課程體系、教學計劃、課程教學大綱等，其核心是課程體系。高校在編制或修訂機械工程專業的培養方案時，在課程體系的設計上，要針對社會對機械專業人才的需求，面向行業、企業和現實社會生活，既要注重傳統基礎理論的夯實和前沿專業科技的發展，又要注重學科與課程的系統性和專業課程的教學實踐性，還要圍繞企業的需求和市場的變化，始終保持對市場和企業的高敏感度，強調企業對學生具備的職業能力的要求，突出社會對學生具備的基本素質的培育。所以新的機械專業課程體系，需要對機械設計系列課程的設置與安排，作較大的調整，增加開設實驗應力分析、有限元分析、機械振動、機械結構的測試分析以及優化設計等現代設計類的重要課程，以保證學生接受到系統全面的現代機械設計方面的理論和方法，掌握最新的測試技術與分析手段，使學生在畢業后的短時間內，就能夠獨當一面地運用現代的設計方法和計算、測試手段解決企業面臨的具體工程。現代設計的技術和方法對學生的實踐性和動手能力要求較高，所以還要增加實踐教學所占學時的比例，安排足夠的時間或較多的機會讓學生接觸到社會或企業，以加強專業技能技巧的實際訓練（即職業訓練），培養動手能力、實踐能力和創新能力，提高實際工作能力，以便一進入社會就能很快上手，縮短適應時間。

2　利用研究型教學的機會改進傳統的教學方式

研究型教學是教師在教學過程中通過優化課程結構，建立一種基于研究探索的學習模式。研究型教學模式將學習、研究、實踐有機結合起來，充分發揮學生的主體作用，使學生能創造性地運用知識和能力，在主動探索、主動思考、主動實踐的研究過程中，自主地發現問題、研究問題和解決問題的一種教學模式。在研究型教學中，教師的職能將由“教”轉變為“導”。課堂教學方面，由傳統的單向灌輸轉變為啟發互動式，要引導學生自主探究和體驗新知識；課外教學方面，將教學與實際結合起來，通過親身實踐，擴大知識視野，獲得科學研究的基本訓練和研究技能。

機械設計系列課程研究型教學的關鍵是圍繞“卓越工程師教育培養計劃”的培養目標和要求，培養具有較強的工程素養、工程應用能力和實踐動手能力的機械工程師。所以在理論教學過程中，一方面保證理論體系的完整性；另一方面要提高多媒體課件的質量，課件中要增加具體的工程實例，注重引導學生注意身邊的工程問題，鼓勵學生參與提煉工程主題，并將教學重點內容提煉成具體的工程主題，引導學展開課堂討論，并根據所學的知識提出解決問題的方法，這樣可以將抽象的理論與具體的工程背景結合，使抽象的工程問題變得豐滿有趣，從而強化學生的工程概念與背景。在實踐教學過程中，要想方設法創造條件和機會讓本科生走進企業，讓碩士生進入研究生工作站。目前第一批參與“卓越工程師教育培養計劃”的高校普遍提出校企聯合培養工程技術人才的模式，讓學生有半年以上的時間在企業實習或參加社會實踐，學生在企業的學習任務主要是培養他們的工程實踐能力，養成工程創新的意識。在企業學習階段安排的教學環節包括認識實習、生產實習、畢業實習、部分基礎課和專業課的學習、畢業設計等，甚至還可以讓學生在企業進行1周至3個月的中短期課程學習或者工程實踐。這種校企合作培養的做法基本與歐洲應用技術型大學的培養模式相似，可以使畢業生將來能夠很快的適應社會、適應工作崗位，從而減少畢業后重新培訓與學習的時間，縮短適應周期。

3　利用參與項目的機會培養學生的工程背景與素養

目前很多機械專業畢業生進入工作單位，都需要較長時間的重新學習與適應，才能具備基本的工程素養與概念，還要再經過更長時間的鍛煉才能具有現代設計的科研能力與水平，才能獨立開展科學研究和解決具體的工程實際問題。這個過程往往需要2～5年的時間，使得企業既浪費人力又浪費財力。造成如此現狀的原因主要在于學生參與的項目或課題很少，不能真正將學到的知識應用于解決具體的工程問題，所以在學校學習階段，需要注重讓學生參加項目或課題的鍛煉。

學生可以參與項目是廣義的、多種多樣的，可以是老師所研究縱向和橫向項目的子課題，可以是學生的畢業設計與論文，可以是教學過程中提煉出來的工程實例，也可以是學生在企業實習或實踐中發現的工程問題，還可以是生活中與專業知識有關的現象，甚至可以參與博碩士研究生的研究課題等等。很多大學正在實施的“研本1+1引領計劃”，就是研究生根據自己的專業知識、研究方向和經歷對本科生進行一對一的引領，實現對本科生在科技創新和社會實踐的引導。

針對學生的不同學習階段，通過自主選題或導師命題的方式布置與工程實際相關的一系列項目，把學生分成若干小組，以組建學習小組的形式讓學生共同進行課題的研究，每一小組承擔相關的子課題。在教師和研究生的指導下，各小組的學生經過文獻資料的查閱、研究方案的討論、導師的定期輔導、學生做演示文稿匯報等過程后，獨立或半獨立地進行理論分析、實驗測試、仿真計算以及優化設計，最后撰寫課題研究報告并總結研究的方法與成果，從而系統全面地完成課題的研究工作并以成果的形式予以展現。這一培養過程的顯著特點是將學生的選擇項目與工程應用、生產實際、日常生活緊密接軌，不但能夠激發學生的學習潛能，培養學生獨立思考與解決問題的能力，還可以培養學生的“團隊意識”與交流合作的素質。最為重要的是，可以通過具體的工程課題，讓學生得到完整與系統的工程訓練，這也是“卓越工程師教育培養計劃”的核心。

4　利用大學生第二課堂培養創新意識和動手能力

大學生第二課堂是培養“卓越工程師”的主陣地，也是培養大學生創新意識和動手能力的主課堂，對拓展學生的綜合素質起到非常重要的作用。學生可以選擇參加科技競賽、、參加講座、申報專利、參加科研課題等多種方式來鍛煉自己。

對于機械專業學生來說，組織他們參加各種職業資格考試，例如見習工程師培訓與考試，可以使學生掌握現代的設計理念和先進的工程設計與研究方法，增加相關行業的基本知識與技能；支持他們參與各級各類的競賽活動，如“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽、全國的大學生數學建模競賽、電子設計競賽、機械設計創新大賽、全國周培源大學生力學競賽、英語演講比賽等各級各類競賽，可以調動學生的主動性、積極性、創造性，激發學生潛能，展示學生的才能；鼓勵他們走進開放的工程力學與現代測試分析實驗室，為學生設計若干綜合性和研究型的實驗，在實驗室中培養和訓練學生使用使用測量設備與儀器的能力；吸引他們進入研究生工作室和機械結構分析研究中心，為學生提供有限元分析軟件、優化設計等現代的分析手段，使學生掌握先進的機械設計與分析方法；最后，讓學生參加教師與研究生的項目與課題，提供他們走進企業的機會，參加工程項目的測試、分析與優化等綜合型的研究工作，從而增強學生的工程概念與意識，提高與鍛煉學生解決工程實際問題的能力，最終提高學生的社會適應性，成為合格的卓越機械工程師。

參考文獻

[1] 周雪梅，滕靖.面向卓越工程師培養的教學改革研究[J].中國科教創新導刊，2011（5）：50.

[2] 汪木蘭，周明虎，李建啟.以項目教學為載體制訂先進制造技術卓越工程師培養方案[J].中國現代教育裝備，2010（12）：15-19.

[3] 尹立孟.卓越工程師培養中的師資問題與課程體系設置[J].重慶科技學院學報，2011（19）：163-164.

第9篇：機械優化設計總結范文

關鍵詞：撥叉 solidThinking Inspire 概念模型 拓撲

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（b）-0000-00

1引言

撥叉[1]應用于拖拉機的變速箱的換擋機構中。作為變速器的重要部件，撥叉不僅要有足夠的剛度、強度，還要有良好的可靠性。本文利用UG[2]建立了撥叉的三維模型，利用有限元軟件[3，4]對撥叉進行了強度分析。利用solidThinking Inspire[5]工具建立了變速箱撥叉的拓撲空間，得到整個拓撲概念模型，大大節約了工程材料，為設計提供了有價值的理論依據。

2 變速箱撥叉強度分析

在UG中按設計圖紙尺寸對撥叉進行了簡化的三維建模，利用UG與ANSYS軟件的接口將所建立的撥叉三維模型導入ANSYS軟件中。

變速器撥叉的材料選用鑄鋼ZG310-570，屈服強度310MPa，抗拉強度570MPa，彈性模量為E=206Gpa，泊松比為0.3，對三維模型進行網格劃分。 由于撥叉一端繞軸旋轉；撥叉兩側往復與齒輪面接觸受力，所以在有限元軟件中采用孔固定約束。撥叉叉爪兩側所承受的最大載荷為7KN，加載與撥叉爪兩側面上，方向為側面的垂直方向。

對變速箱有限元模型進行求解，得到變速箱撥叉的位移分布云圖和應力分布云圖，如圖1和圖2所示。

有靜力分析結果可知，變速箱撥叉最大形變發生在兩個撥爪處，其大小為0.05957mm，滿足設計要求。最大應力發生在兩個撥爪與基體的連接處，大小為106.798MPa，在鑄鋼的強度范圍之內，滿足設計要求。所以變速箱撥叉強度存在較大富裕，具有輕量化的優化空間。

3 變速器撥叉的拓撲優化

將模型導入SolidThinking Inspire中。將中間部分定義為變速箱撥叉的設計空間，根據變速箱撥叉的實際工況，對孔進行固定約束，定義相應的載荷，將形狀約束設置為單向拔模對稱約束。

對模型進行解算，解算后的模型如圖3所示。

將SolidThinking Inspire優化后的概念雛形保存為stl文件，將其作為重建模型的參考。結合零件制造的工藝性要求，將stl文件導入到CAD軟件中進行重建，圖4為重建的變速箱撥叉模型的高清渲染圖。

該結果表明新設計的變速器撥叉不但滿足性能要求，而且質量減少了20%，實現模型優化與工藝性的統一。該優化設計方法達到了降低零件制造成本的目的。

4 總結

（1）本文利用ANSYS得到了變速箱撥叉在靜力作用下的位移分布云圖和應力分布云圖。結果表明變速箱撥叉強度存在較大富裕（2）利用solidThinking Inspire軟件在靜強度下對變速箱撥叉進行了結構拓撲優化。通過優化使變速箱撥叉材料達到一個最優化的分布，在滿足給定剛度和強度條件下使撥叉的用料最少，節省了大量工程材料。

參考文獻c

[1] 孫付春，錢揚順，等. 基于實體的插秧機撥叉工藝研究及模具設計 [J].中國農機化，2013，34：117-119.

[2] 高東強，黎忠炎，等.基于UG的圓柱凸輪參數化建模與仿真加工[J].機械設計與制造，2010，10：207-209.

[3] 趙永輝，馬力，王元良，等.自卸車舉升機構三角臂拓撲優化設計[J].專用汽車，2009，9：33-34.