关于结构优化设计与机械产品设计的分析

关于结构优化设计与机械产品设计的分析

杨超

佛山市顺德区美的洗涤电器制造有限公司528311

摘要：机械优化设计是近年来发展起来的一门新的学科，非常有发展潜力的研究方向，是解决复杂设计问题的一种有效工具，在机械应用的实践中，机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计的效率和质量。本文主要对现代机械产品设计特征，机械结构优化的设计类型等进行了分析。

关键词：结构优化设计；机械产品；设计

引言：机械产品的应用范围是极其广泛的，深刻影响着我国各行各业的发展。为了机械产品能够在人们的生产和生活中正常发挥作用，机械结构的优化设计是十分必要的。我国在机械结构的优化设计方面，已经展开了诸多的研究，并取得了一定的研究成果。主要表现在汽车工业、焊工航天、船舶行业等几个领域。机械结构的优化设计，不仅在提升机械产品的性能方面具有重大作用，对于机械制造业增强自身的竞争力，在未来的市场中立足也有深远的影响。

一、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。

二、现代机械产品设计特征

各个要素相互配合。对于现代机械来说，我们必须将多个因素协调配合。比如：将新的设计理念和人的需求、生存环境相连接。同时，将各个要素进行延伸，全面考虑人的感官以及生物特性，使其达到一个最好的效果，并且还要把机械生命周期全面考虑进去，最终实现可持续发展。

大量运用计算机技术。由于现代科学技术的不断发展，要求设计人员能力与判断能力要逐步提高，然而，由于计算机的大量应用，这样一来，便可以制定出大量快速的方法。由此看来，越来越突出新方法的重要性。这样一来，使传统机械设计面临巨大的挑战。

设计范围广，手段更新颖。对于传统机械设计来说，过于强调力学的作用，很多新方法的运用都是为获得高强度的效果，因此，在设计过程中，必须要过于强调把握力学能力，因此，在设计中范围更加广泛，手段也逐渐增多。

避免浪费现象的出现。在设计过程中，必须要以总设计目标作为其准则，进而设计出更合理的方案，每一个方案都要经过多次修改才可以应用，所以，每一个设计都需要消费大量的时间以及资源。机械设计是一项耗费时间长，效率又非常低的工作。但是，现代机械设计对浪费问题引起高度重视，把各个数据参数以及设计方案都输入到计算机系统中，进而产生立体图，这样一来，技术人员通过对数字进行调整来选择最合理的设计方案。因此，从时间以及资源消耗等方面来说，现代机械设计是非常科学、合理的。

广泛应用CAD技术。传统的机械设计都是建立在手工操作基础上的，但是，一般来说，人脑思维进度会被此种缓慢操作所约束，传统机械设计必须借助二维图来表达抽象的内容，但是，如果应用CAD技术之后，便可以有效解决此类问题。并且，机械技术人员能够快速从计算机系统中得出较为准确的计算结果，并且，也可以使计算机中的三维图和人脑思维构相接轨。

三、机械设计中的家电结构设计

家电结构设计的内容很多，在这里主要叙述家电结构设计的几大重要内容。首先是组装结构设计，随着社会的发展，人们对家电设计又有了一个新的追求，那就是家电设计要追求一种组装简单和零部件简单的目标，家电结构设计就是为了解决组装简单和零部件简单这一问题而存在的，家电结构设计能够使家电产品变得更加的便利和简单，在家电结构设计中，组装结构设计是主要内容之一。

其次是家电参数设计。家电产品是一种使用频率比较高的产品，家电结构设计师在进行家电产品的设计时，要注意家电产品的很多参数，比如说家电的受热参数、家电的动态参数和家电的受损参数等等一些参数。家电的受热参数、家电的动态参数和家电的受损参数在很大程度上影响了家电产品的使用寿命，作为一位家电产品设计师，首要的任务就是要做好延长家电产品使用寿命的工作，而除了家电产品的后期维护之外，家电结构设计则是唯一能够延长家电产品使用寿命的途径，我们要高度重视家电参数设计。

最后是连接件的设计。家电产品设计很注重连接件的设计，因为家电产品是一种高频使用的产品，家具产品的使用频率相比于家电产品的使用频率要低得多，所以家电产品的连接件必须能够使家电产品很结实，而且要比较简单，家电产品结构设计的连接件设计是家电产品结构设计中的重中之重，不仅仅是家电产品结构设计的重点，而且是决定一件家电产品好坏的主要决定因素，作为家电产品的设计师，要高度重视家电产品结构设计的连接件设计。

四、机械结构优化的设计类型

机械结构优化可以从以下几个类型进行分析：

4.1尺寸优化设计

机械产品实施优化设计过程中对尺寸数据有精准的要求。因此实施优化设计汇总需确保各零件尺寸与实际工作需求相符，若产品为多个零件组成结构，若其中一个零件尺寸存在误差均会对零件连接效果造成极大影响，甚至加剧机械磨损导致产品报废。因此机械产品零件越多及机械结构复杂程度越高，对各零件精细度的要求也有所提高。开展机械产品尺寸优化的前提条件机械产品拓扑关系及形状不发生改变，通过计算机技术的应用对具体尺寸变化进行有效调整，可确保机械产品性能的增强。

4.2形状优化设计

想要提高机械设备的性能，也可以从机械结构的形状入手。但是，很多大型的机械设备结构复杂，各个构件的形状复杂，难以进行分析，给优化设计工作带来了很大的困难。从20世纪60年代起，关于这一难题的研究开始在国内外的机械行业盛行起来，大量研究成果也纷纷涌现。在我国的结构优化方面，也有王世军对机器人结构的优化设计、田方对轴对称机械零件的结构优化等研究成果。

4.3动态性能优化设计

机械产品的动态性能，就是机械结构在受到外界作用时，表现出来的外型上的变化规律，还有一些相关的运动参数。机械产品的动态性能，可以反映机械产品工作强度的大小和工作寿命的长短。所以，对机械结构的动态性能进行优化，能够减轻机械的工作负担，在同样工作强度的条件下延长了机械产品的使用寿命。

五、结束语

机械结构的优化设计，给机械产品的质量和性能带来了提升，给机械行业的发展带来了机遇。通过优化设计，机械产品的生产周期大大缩短，机械产品的制造企业竞争力大大增强。我国的机械行业应当积极把握结构优化分析的发展方向，提高优化设计的技术水平，让机械制造业发展到一个新的高度。

参考文献：

[1]徐明照.浅谈结构优化设计与机械产品设计[J].致富时代月刊，2016（9）：279-279；

[2]郭振标.机械结构优化设计应用与趋势研究[J].环球市场，2017（2）：249-249；

[3]甘信峰.结构优化设计与机械产品设计的创新[J].装备制造，2018（11）：209-209.