机械结构优化设计的综述分析

机械结构优化设计的综述分析

摘要：机械结构优化设计对于行业发展有着至关重要的作用，在科学技术不断发展的背景下，必须结合规划理论内容对机械设计约束条件进行分析，以实际应用需求为基础找到最优的设计方案，通过深度优化解决多样化问题，提升机械产品的生产质量和效率。基于此，下面对机械结构设计进行综述，对内容及特点进行分析，分析现阶段的要求后提出了几点思考，以期能够提供参考借鉴。

关键词：机械结构；设备；优化设计；发展趋势

前言：

相关机械行业若想契合时代发展需求，就必须大力开展设计与研究，逐渐转变多样化生产方式，通过优化机械结构设计提高产品性能、降低产品成本，结合计算机技术的优势满足市场需求，提升相关企业的市场占有率。现阶段，我国市场发展速度正不断加快，因此需要结合实际需求，对机械结构的尺寸、形状等进行优化，从而对机械行业提出的新要求。

1机械结构优化设计的内容和特点

若想进行优化设计必须总结机械结构的特点，尽可能了解机械结构的相关基本要求，从而能够达到预期效果。

1.1结构设计内容

机械结构设计必须从整体功能需求入手，对抽象的机械原理进行分析后划出结构图，明确标注材料、形状、尺寸等基本参数，随后明确相关加工工艺，且必须达到的强度、刚度要求，保证自动化设备的运行性能和可靠性。在此设计过程中，需要设计人员对原有结构问题整合，将众多设计内容转化为设计方案语言，随后对机械构件的、表面粗糙度、公差大小等进行优化，保证零部件之间能够有效配合，保证后续工作能够顺利开展[1]。

图1.机械结构模拟

1.2结构设计特点

机械结构设计特点鲜明，设计中需要进行反复修改与调整，满足后续设备应用的需求，特点主要体现在以下几个方面。首先，结构设计的综合性较强，设计中需要进行计算、绘图，综合对比后做出科学优化，并结合实验进行综合检测；其次，设计存在多解性特点，各种方案的应用性能存在差异，所以需要机械结构设计过程中对某些问题针对解决；最后，设计过程中存在反复交叉性，为了避免后期应用出现问题，必须通过设计降低机械结构性能影响。

2机械结构设计的要求分析

机械设备对运行性能和功能的要求较高，需要注意对机械结构进行优化和创新，需要充分把握设计要点提升机械结构设计性能。

2.1以用户需求为基础

在自动化设备设计过程中，应将用户需求作为设计基础，在充分了解后设计出相关产品，从而发挥出设计的应有价值。如在五轴关节型机器人手臂设备中，应在设计之前应了解设备应用方向，对机械结构设计的外形、性能等方面进行优化，准确了解工作环境抓取需求，最大化提升运转工作时的效率和准确性，保证客户对自动化设备的满意度。

2.2满足设备质量要求

机械结构属于自动化设备中的重要组成部分，要求对机械结构设计质量予以高度重视，设计必须获取相应的数据，基于获取到的数据信息保证自动化控制性能，以此不断提高机械结构的刚度、强度、稳定性。同时，为了能够进一步满足

设备质量的要求，需要分析现阶段机械结构设计中存在的不足，从机械结构设计

的动态化特性方面入手，防止后续应用风险问题的出现。

2.3满足使用功能需求

设计机械结构应满足设备运转工作的基础要求，并在此基础上做出一定的功

能创新，保证设备能够发挥出应有的功能，保证设计自动化设备整体更具竞争力，满足后续应用的功能性需求。同时，机械结构功能设计需要从运行稳定性、可靠

性方面入手，如在机器人手臂结构设计中，需要安装横向或纵向的滑动装置，通

过自动化控制系统进行控制，保证其功能性满足实际需求。

2.4强化产品优化设计

当前我国各类机械设备的更新速度较快，若想契合时代发展需求，需要进一

步强化产品优化设计，包括零部件尺寸、形状、连接等方面，以此使设备整体性

能不断提升。同时，设计应在思维上保持先进性，设计要与现代科学技术结合，

且过程中应对控制性能、运转性能等方面加大关注力度，注意保持创造性设计思维，以此保证自动化设备能够满足实际需求。

3机械结构优化设计的具体类型

3.1尺寸优化

机械产品在长期运行过程中会存在磨损情况，如尺寸设计中存在问题，则长

期运作可能导致磨损加剧，所以需要在设计中结合计算机技术，考虑产品设计尺

寸的影响，保障尺寸能够达到相关要求。同时，机械产品为达到相关要求，需要

在设计中明确产品的零部件尺寸，并对全过程相关数据记录在档案中，避免出现

不符合规格的情况而影响后续设备应用。

图2.结构尺寸设计

3.2结构优化

多学科结构的优化是近年来的重点研究方向，需要充分考虑多学科结构的影响，对优化预期结果进行评判，为优化设计提供了理论保障和基础，提升机械结

构优化的设计效果，促进结构优化设计的系统化发展。同时，为了能够进一步推

动机械制造行业快速发展，设计需要还明确优化设计目标，并在此基础上结合MDO理论进行优化，使产品质量大大提升。

3.3拓扑优化

拓扑优化是十分重要的环节，工作重点在于结构参数的优化，要求相关人员

加大了对拓扑结构的研究，从其关键点的角度出发所进行的各种优化和升级。首先，需要了解设备连续的拓扑结构主要指根据孔洞的个数；其次，需要根据不同

连接方式的特点进行边界优化和升级；最后，进行上述操作时需要以提升机械产

品性能为基础，根据不同关键点的位置进行确定[2]。

4机械结构优化设计的几点思考

机械结构设计是一个较为复杂的过程，在设计时主要可从方法创新和加强优

化设计两个方面做出改善，加强优化设计提升机械结构设计质量。

4.1结构设计方法创新

通过对工作强度的控制，在当前的机械结构优化设计的工作中，整合系统化、理论化、科学化的方向，推动结构优化的设计发展。利用设计软件进行三维建模，通过计算机软件进行装配模拟设计，对零部件结构和尺寸做出优化，借助计算机