浅谈机械优化设计

浅谈机械优化设计
所谓的机械设计，是指根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式，各个零件的材料和形状尺寸，润滑方法等进行构思，分析和计算并将其转化为具体的描述，以作为制造依据的工作过程。

而机械没计方面包括：力学、机械制图、机械制图的相关软件（CAD、ADAMS、CAD辅助设计）、机械设计、机械原理、互动性与技术测量、液气压传动与控制以及机电一体化控制设计。

下面所讲的是机械设计其中的一个方面。

一般一部机器的设计程序有以下几个阶段：
一、计划阶段。

在计划阶段中应对所需要设计的机器的要求情况做充分的调查研究和分析，使得透过分析，能够进一步明确机器所应具有的功能，并为以后的决策提出由环境、经济、加工以及时限等方面所确定的约束条件。

二、方案设计阶段，此阶段决定这设计的成败，在此阶段中，要处理好需要与可能、理想与现实发展目标与当前目标等之间可能产生的：矛盾问题。

方案的设计所界定的不单单是产品的发展方向，更重要的是检验设计者对于产品的开发及认识，以及创新。

初步设计的主要步骤是：确定工作原理和基本结构型式、运动设计、设计主要零部件.绘制初步总图，初步设计审查。

三、技术设计阶段，其目标是产生总装配草图及部件装配草图。

根据总装配草图和部件装配草图对产品进行设计。

在技术设计阶段要根据审查意见修改设计、设计全部零部件，绘制新的总图，技术设计总查。

在接下来的工作|殳计阶段，要根据审查意见修改设计，绘制全部工作图和制定全部技术文件，而相对于批量或大量生产的产品，还要进行定型设计。

四、技术文件编制阶段：其种类较多，常用的有计算机的设计计算说明书、使用说明书、标准件明细表等等。

五、计算机在机械设计中的应用，随着计算机技术的发展，计算机在机械设计中得到了日益广泛的使用，并出现了许多高效率的设计分析软件，利用此类软件可以在设计阶段进行多方案的对比，以及可以对不同的方案其结构强度，刚度和动力特性进行精确的分析。

因此，计算机在机械设计进程中起到不可估计的作用。

制定设计任务是设计的前期工作，其根据是用户订货，市场需要和新的科研成果，设计部门应用各种技术和市场情报拟列可能方案，比较其利弊，与经营部门和用户共同商议。

制定合理的设计任务目标，对于新型设计极其重要任务目标的失误有可能造成经济上的严重损失，甚至使得整个计划面失败，而与之相关的，就是要确定总体方案，即确定所要应用的工作原理和与之相应的结构型式。

当总体方案确定后，要运用机构学的知识，选用合适的机构以得到所需要的运动方案。

在绘制零件图的同时还需要进行两项工作，其一、工艺性审核，使零件便于加工并降低制造成本。

其二、标准审核，使零件结构要素、尺寸、公差配合，热处理条件以及标准和通用零件等符合标准的规定。

零件图完成后开始图纸核对，这是非常重要的工作，经过仔细校对的图纸能保证加工后装酬顷利，最可靠的校对方法是根据已绘制好的零件图重绘出一张总装配图，所有的矛盾之处就会体现出来。

从上述所述来看，仅有以上的程序是远远不够的，机械设计的目的是将设计思维上升为理性过程，从而使设计能循一定的逻辑进行，使更多的设计人员能做出好的设计。

而提高设计和制造经济性指标的途径有：①采用先进的现代没计方法（CAD），使设计参数最优化，达到尽可能精确的计算结果，保证机器足够的可靠性；②最大限度地采用标准化、系列化及通用化的零部件；③合理的组织和没计过程；④力求改善零件的结构工艺性，使其用料少，易加工，易装配。

然而不得不提的是，进入21世纪，我国经济进入了突飞猛进的发展期，作为经济发展重要基石的机械工业也随之取得了飞速发展。

然而，在取得成绩的同时，还应该看到，我们付出了高额的能源代价，能源短缺已成为我国经济社会发展的致命瓶颈。

我国GDP占全世界的4%，而能源消耗却占到了10%，已成为世界第二大能源消耗国。

为维持经济和社会的可持续发展，我们必须节约资源消耗，在机械工程中节材是社会可持续发展的必然要求。

因此，机械设计的努力目标为，在各种限定的条件下设计出最好的机械，即做出优化没计，但优化设计需要综合地考虑诸多要求，其中包括：最好的工作性能、最低的制造成本、最小尺寸和需要、使用中的最可靠性、最低消耗和最少环境污染，它们之间的相对重要性因机械种类和用途的不同而异。

而没计者的任务就是要按照具体情况权衡轻重，统筹兼顾，使设汁的机械有最优的综合技术经济效果。

而优化设计的发展经历了一个漫长的过程，以前的优化没计主要是依靠设计者的知识、经验和远见，但随着机械工程基础理论和价值工程，系统分析等新
学科的发展，制造和使用的技术经济数据资料的积累，以及计算机的推广使用，机械优化逐渐含弃主观判断从而依靠科学计算。

机械设计所依据的计算准则有：强度准则、刚度准则、耐热性准则、震动稳定性准则、寿命准则（磨损以及腐蚀在一般情况下是不可避免的而所谓的寿命准则主要是指在保证机械零件在寿命范围内，不要发生过度的磨损和腐蚀，通常在设计时采用润滑剂减少磨损，采用抗腐蚀陛材料减少腐蚀）、可靠性准则等等。

从技术经济角度来看，机械工业节材必须考虑以下四个方面：降低产品的材料消耗；减少制造过程中的材料消耗量；提高产品质量；延长产品规定的服役期间。

如今，由于机械工程的知识总量以扩大到远非个人所能掌握，一定得专业化是必不可少的。

但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。

而现在人们更多的注意了基础理论，拓宽专业领域，台并过细的专业，因此，对于现在的机械设计发展来说，综合一专业分化一再综合的反复循环，是知识发展的台理的和必经的过程。

要想跟上时代的步伐，就要做好充足的准备，来迎接新时代的挑战。

参考文献：
【1】《机械优化设计》.科技博览
【2】[杨世明，腾献银，赵镇宏，等.机械设计【M】.北京：电子工业出版社.2007.
【3】《机械设计、制造工艺、质量检测与标准规范书》.。