機(jī)械類職稱論文代寫(2)
機(jī)械類職稱論文篇二
淺談機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘要：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是在總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)所確定的原理方案，確定并繪出具體的結(jié)構(gòu)圖，以體現(xiàn)所要求的功能。本文介紹機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)特點(diǎn)、基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以及優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn);基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則;優(yōu)化設(shè)計(jì)
Abstract: The mechanical structure design task is based on the overall design of the project, according to the principle of the structure, determined and plotted in detail, in order to reflect the required functions. In this paper, the characteristics of mechanical design basic design criteria, and the method of optimization design.
Keywords: structural design; basic design criteria; optimization design
中圖分類號(hào)：TB482.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：
引言
機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞，直接決定該產(chǎn)品的使用壽命以及力學(xué)性能，因此機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在整個(gè)工程或產(chǎn)品中尤為重要。機(jī)械結(jié)構(gòu)的功能主要是靠機(jī)械零部件的幾何形狀及各個(gè)零部件之間的相對(duì)位置關(guān)系實(shí)現(xiàn)的。零部件的幾何形狀由它的表面所構(gòu)成，一個(gè)零件通常有多個(gè)表面，在這些表面中有的與其它零部件表面直接接觸，把這一部分表面稱為功能表面。在功能表面之間的聯(lián)結(jié)部分稱為聯(lián)接表面。
1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)
(1)重要性。它是集思考、繪圖、計(jì)算(有時(shí)進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn))于一體的設(shè)計(jì)過(guò)程，是機(jī)械設(shè)計(jì)中涉及的問(wèn)題最多、最具體、工作量最大的工作階段，在整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，平均約80%的時(shí)間用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的成敗起著舉足輕重的作用。
(2)多解性。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在滿足功能的前提下方案并不唯一。
(3)復(fù)雜性。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段是一個(gè)很活躍的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，常常需反復(fù)交叉的進(jìn)行。為此，在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須從機(jī)器的整體出發(fā)去了解對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的基本要求。
2 機(jī)械結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
2.1 實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
產(chǎn)品的設(shè)計(jì)主要目的是為了實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能要求，因此實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先考慮的問(wèn)題。要滿足功能要求，必須做到以下幾點(diǎn)。
明確功能：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是要根據(jù)其在機(jī)器中的功能和與其他零部件相互的連接關(guān)系，確定參數(shù)尺寸和結(jié)構(gòu)形狀。零部件主要的功能有承受載荷、傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，以及保證或保持有關(guān)零件或部件之間的相對(duì)位置或運(yùn)動(dòng)軌跡等。設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)應(yīng)能滿足從機(jī)器整體考慮對(duì)它的功能要求。
功能合理的分配：產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)具體情況，通常有必要將任務(wù)進(jìn)行合理的分配，即將一個(gè)功能分解為多個(gè)分功能。每個(gè)分功能都要有確定的結(jié)構(gòu)承擔(dān)，各部分結(jié)構(gòu)之間應(yīng)具有合理、協(xié)調(diào)的聯(lián)系，以達(dá)到總功能的實(shí)現(xiàn)。多結(jié)構(gòu)零件承擔(dān)同一功能可以減輕零件負(fù)擔(dān)，延長(zhǎng)使用壽命。V型帶截面的結(jié)構(gòu)是任務(wù)合理分配的一個(gè)例子。纖維繩用來(lái)承受拉力;橡膠填充層承受帶彎曲時(shí)的拉伸和壓縮;包布層與帶輪輪槽作用，產(chǎn)生傳動(dòng)所需的摩擦力。例如，若只靠螺栓預(yù)緊產(chǎn)生的摩擦力來(lái)承受橫向載荷時(shí)，會(huì)使螺栓的尺寸過(guò)大，可增加抗剪元件，如銷、套筒和鍵等，以分擔(dān)橫向載荷來(lái)解決這一問(wèn)題。
功能集中、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化：為了簡(jiǎn)化機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，降低加工成本，便于安裝，在某些情況下，可由一個(gè)零件或部件承擔(dān)多個(gè)功能。功能集中會(huì)使零件的形狀更加復(fù)雜，但要有度，否則反而影響加工工藝、增加加工成本，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況而定。
2.2 滿足強(qiáng)度要求的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
等強(qiáng)度準(zhǔn)則，零件截面尺寸的變化應(yīng)與其內(nèi)應(yīng)力變化相適應(yīng)，使各截面的強(qiáng)度相等。按等強(qiáng)度原理設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，材料可以得到充分的利用，從而減輕了重量、降低成本。如懸臂支架、階梯軸的設(shè)計(jì)等。
合理力流結(jié)構(gòu)，為了直觀地表示力在機(jī)械構(gòu)件中怎樣傳遞的狀態(tài)，將力看作猶如水在構(gòu)件中流動(dòng)，這些力線匯成力流。表示這個(gè)力的流動(dòng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考察中起著重要的作用。
力流在構(gòu)件中不會(huì)中斷，任何一條力線都不會(huì)突然消失，必然是從一處傳入，從另一處傳出。力流的另一個(gè)特性是它傾向于沿最短的路線傳遞，從而在最短路線附近力流密集，形成高應(yīng)力區(qū)。其它部位力流稀疏，甚至沒(méi)有力流通過(guò)，從應(yīng)力角度上講，材料未能充分利用。因此，若為了提高構(gòu)件的剛度，應(yīng)該盡可能按力流最短路線來(lái)設(shè)計(jì)零件的形狀，減少承載區(qū)域，從而累積變形越小，提高了整個(gè)構(gòu)件的剛度，使材料得到充分利用。
減小應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)，當(dāng)力流方向急劇轉(zhuǎn)折時(shí)，力流在轉(zhuǎn)折處會(huì)過(guò)于密集，從而引起應(yīng)力集中，設(shè)計(jì)中應(yīng)在結(jié)構(gòu)上采取措施，使力流轉(zhuǎn)向平緩。應(yīng)力集中是影響零件疲勞強(qiáng)度的重要因素。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免或減小應(yīng)力集中。其方法在相應(yīng)的章節(jié)會(huì)作介紹，如增大過(guò)度圓角、采用卸載結(jié)構(gòu)等。
使載荷平衡結(jié)構(gòu)，在機(jī)器工作時(shí)，常產(chǎn)生一些無(wú)用的力，如慣性力、斜齒輪軸向力等，這些力不但增加了軸和軸襯等零件的負(fù)荷，降低其精度和壽命，同時(shí)也降低了機(jī)器的傳動(dòng)效率。所謂載荷平衡就是指采取結(jié)構(gòu)措施部分或全部平衡無(wú)用力，以減輕或消除其不良的影響。這些結(jié)構(gòu)措施主要采用平衡元件、對(duì)稱布置等。
2.3 滿足結(jié)構(gòu)剛度的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
為保證零件在使用期限內(nèi)正常地實(shí)現(xiàn)其功能，必須使其具有足夠的剛度。
2.4 考慮加工工藝的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的是：保證功能的實(shí)現(xiàn)，使產(chǎn)品達(dá)到要求的性能。但是，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果對(duì)產(chǎn)品零部件的生產(chǎn)成本及質(zhì)量有著不可低估的影響。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)力求使產(chǎn)品有良好的加工工藝性
2.5 考慮裝配的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
裝配是產(chǎn)品制造過(guò)程中的重要工序，零部件的結(jié)構(gòu)對(duì)裝配的質(zhì)量、成本有直接的影響。
2.6 考慮造型設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則
產(chǎn)品的設(shè)計(jì)不僅要滿足功能要求，而且還應(yīng)考慮產(chǎn)品造型的美學(xué)價(jià)值，使之對(duì)人產(chǎn)生吸引力。從心理學(xué)角度看，人60%的決定取決于第一印象。技術(shù)產(chǎn)品的社會(huì)屬性是商品，在買方市場(chǎng)的時(shí)代，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)一個(gè)能吸引顧客的外觀是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)要求;同時(shí)造型美觀的產(chǎn)品可使操作者減少因精力疲憊而產(chǎn)生的誤操作。外觀設(shè)計(jì)包括三個(gè)方面：造型、顏色和表面處理。
3 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
優(yōu)化方法是隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用而迅速發(fā)展起來(lái)，較早應(yīng)用于機(jī)械工程等領(lǐng)域的設(shè)計(jì)。采用優(yōu)化方法，既可以使方案在規(guī)定的設(shè)計(jì)要求下達(dá)到某些優(yōu)化的結(jié)果，又不必耗費(fèi)過(guò)多的計(jì)算工作量，因而得到廣泛的重視，其應(yīng)用也越來(lái)越廣。優(yōu)化方法的發(fā)展經(jīng)歷了數(shù)值法、數(shù)值分析法和非數(shù)值分析法三個(gè)階段。
20世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的數(shù)學(xué)規(guī)劃理論形成了應(yīng)用數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，為優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。20世紀(jì)60年代電子計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的手段，使工程技術(shù)人員把主要精力轉(zhuǎn)到優(yōu)化方案的選擇上。最優(yōu)化技術(shù)成功地運(yùn)用于機(jī)械設(shè)計(jì)還是在20世紀(jì)60年代后期開(kāi)始。
近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)，在引入優(yōu)化設(shè)計(jì)方法后，使得在設(shè)計(jì)工程中既能夠不斷選擇設(shè)計(jì)參數(shù)并評(píng)選出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，又可加快設(shè)計(jì)速度，縮短設(shè)計(jì)周期。在科學(xué)技術(shù)發(fā)展要求機(jī)械產(chǎn)品更新日益所dvd今天，把優(yōu)化設(shè)計(jì)方法與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，使設(shè)計(jì)工程完全自動(dòng)化，已成為設(shè)計(jì)方法的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。
3.1無(wú)約束優(yōu)化設(shè)計(jì)法
無(wú)約束優(yōu)化設(shè)計(jì)是沒(méi)有約束函數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。無(wú)約束可以分為兩類，一類是利用目標(biāo)函數(shù)的一階或二階導(dǎo)數(shù)的無(wú)約束優(yōu)化方法，如最速下降法、共軛梯度法、牛頓法及變尺度法等。另一類是只利用目標(biāo)函數(shù)值的無(wú)約束優(yōu)化方法，如坐標(biāo)輪換法、單形替換法及鮑威爾法等。此法具有計(jì)算效率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
3.2 約束優(yōu)化設(shè)計(jì)法
優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題大多數(shù)是約束的優(yōu)化問(wèn)題，根據(jù)處理約束條件的方法的不同可分為直接法和間接法。直接法常見(jiàn)的方法有復(fù)合形法、約束坐標(biāo)輪換法和網(wǎng)絡(luò)法等。其內(nèi)涵是構(gòu)造一個(gè)迭代過(guò)程，使每次的迭代點(diǎn)都在可行域中，同時(shí)逐步降低目標(biāo)函數(shù)值，直到求得最優(yōu)解。
間接法常見(jiàn)的有懲罰函數(shù)法、增廣乘子法。它是將約束優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化成無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題，再通過(guò)無(wú)約束優(yōu)化方法來(lái)求解，或者非線性優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化成線性規(guī)劃問(wèn)題來(lái)處理。
3.3遺傳算法
遺傳算法(Genetic Algorithm簡(jiǎn)稱GA)，是20世紀(jì)70年代初期由美國(guó)密執(zhí)根(Michigan)大學(xué)霍蘭(Holland)教授提出的一種全新概率優(yōu)化方法。GA是一種非確定性的擬自然算法，它仿造自然界生物進(jìn)化的規(guī)律，對(duì)一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的群體進(jìn)行繁殖演變和自然選擇，適者生存，不適者淘汰，如此循環(huán)往復(fù)，使群體素質(zhì)和群體中個(gè)體的素質(zhì)不斷演化，最終收斂于全局最優(yōu)解。遺傳算法具有魯棒性、自適應(yīng)性、全局優(yōu)化性和隱含并行性。
4 結(jié)語(yǔ)
機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中起著舉足輕重的作用。本章主要討論機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、步驟和思維方式。機(jī)器工作原理及裝配的設(shè)計(jì)要求是確定零部件結(jié)構(gòu)和形狀的主要因素，其次是材料的選擇、制造工藝方面的要求，使之具有良好的工藝性(加工、裝配)。此外，零部件的結(jié)構(gòu)和形狀的完善對(duì)強(qiáng)度和剛度的提高有很大的影響。
參考文獻(xiàn)
1.張磊. 小議機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法及重要性. 城市建設(shè)理論研究，2012
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