機械優化設計論文范文
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第1篇
《機械優化設計》課程理論教學體系的建設主要包括優化課程內容、制定課程教學大綱、編寫課程教案幾個方面。如前所述，機械優化設計課程教學需要克服“四個脫節”。因此在課程體系研究方面主要解決實現理論基礎教學和應用能力培養相結合，以及課程內容與技術發展相結合兩個問題。
（1）實現理論基礎教學和應用能力培養相結合針對因該課程數學基礎較多導致工科學生畏難情緒大，學習熱情不高等問題，在課程數學理論基礎等知識點方面，側重算法原理的講解而非算法過程的介紹；側重使學生掌握使用現有數學工具解決工程問題，而非自行編制算法程序求解數值問題。從而使學生從算法原理和理論基礎中跳出來，提升到知識的應用的層次。
（2）課程內容與技術發展相結合機械設計問題已經從求解小規模單一問題發展到求解大規模復雜性問題。因此優化方法也從經典的優化方法發展到多學科設計優化、智能優化方法、基于仿真的優化等領域。因此課程內容應和技術發展相結合，適當引入先進優化方法的介紹。為學生從解決簡單數值問題過渡到今后解決復雜工程問題提供知識儲備。適應“卓越計劃”提出的培養學生工程能力的要求。
1.2《機械優化設計》實驗課程體系的建設
《機械優化設計》實驗課程體系的建設主要包括實驗內容與實驗項目的設置、制定實驗教學大綱、編寫實驗指導書幾個方面。實驗體系建設的主要目的是使實驗項目設置與工程問題相結合，實驗內容與工程實踐所需的綜合性知識應用相適應。
（1）首先在實驗項目設置時，根據“卓越計劃”的要求，以培養學生的工程能力和知識的綜合運用能力為目標。通過建立知識-能力-實驗內容關系矩陣。將各個知識點的能力培養落實到各個實驗項目環節。并且實驗項目的設置突出和其他相關課程內容、工程問題相結合。避免知識點與工程應用脫節，從而達到工程技術人才的具備知識的綜合運用能力的培養要求。
（2）其次在實驗項目設置時，對不同類型的實驗項目，優化其實驗方法及其目的。主要改革體系現在以下三個方面：算法原理類實驗，避免要求學生采用通用語言編寫成熟優化算法的實驗。而采用數值計算軟件驗證，并要求主要對比分析不同算法的求解過程的特點。工程問題類實驗。側重于工程優化問題數學模型的構建，如何選擇合適的優化方法求解。綜合類實驗，和考核環節的課程project相結合，采取開放式的實驗方式。側重于培養學生對知識的綜合運用能力、工程素質和合作意識。
1.3《機械優化設計》教學方法研究
教學方法有多種，不同的方法有不同的特點和其適應性。本項目研究的一個重要內容之一是擬比較幾種方法的特點，將其融入到不同實驗的教學過程中。
（1）對于基礎理論的介紹，以板書教學為主，多媒體教學為輔。這樣有利于學生理解理論基礎，克服學生對數學推導的畏懼心理。
（2）對于各種算法的介紹，在簡單介紹其原理的基礎上，采用對比教學的方法，側重于各種算法特點和適用性的比較。并應用結合成熟的數值計算軟件，采取現場實驗教學的方法進行講解。
（3）在考核形式方面。除日常的考核和實驗成績考核以外，結合課程項目教學的方法，讓學生以組為單位完成一個自選的項目（Project），并以組為單位做一個展示（Presentation）。一方面鍛煉學生運用知識綜合解決問題的能力，另一方面培養學生的團隊協作和工程素質。
2改革特色及成效
“卓越計劃”強調學生工程實踐能力的培養。因此結合“卓越計劃”的實施契機，在對課程建設中存在的問題進行系統深入地分析的基礎上，經過不斷的教學研究與實踐，我校《機械優化設計》實驗教學已初步形成了特色。并取得了一定的成效。主要體現在以下幾個方面：
（1）在理論教學建設方面實現理論基礎教學和應用能力培養相結合；課程內容與技術發展相結合。從而使學生從算法原理和理論基礎中跳出來，提升到知識的應用的層次。適應“卓越計劃”提出的培養學生工程能力的要求。
（2）在實驗課程建設方面根據“卓越計劃”的要求，以培養學生的工程能力和知識的綜合運用能力為目標。通過建立知識-能力-實驗內容關系矩陣。將各個知識點的能力培養落實到各個實驗項目環節。并針對不同類型實驗，優化其實驗方法。
第2篇
【關鍵詞】機械設計；材料；標準化
一、機械設計中對材料的選擇
1、機械零件材料的選擇應滿足基本要求
1.1使用性能要求。材料在使用過程中的表現，即使用性能，是選材時應考慮滿足的根本要求。不同零件所要求的使用性能是很不一樣的，有的零件主要要求高強度，有的則要求高的耐磨性，有的甚至無嚴格的性能要求，僅僅要求有美麗的外觀。因此，在選材時，首要的任務就是準確地判斷零件所要求的主要使用性能。
1.2工藝性能要求。材料的工藝性反映的是材料本身能夠適應各種加工工藝要求的能力，即要求所選材料在加工制造時首先能夠造出成品來，并且能夠便于制造、同時必須保證質量。1）熱加工工藝性能熱加工工藝性能主要指鑄造性能、鍛造性能、焊接性能和熱處理性能。2）切削加工性能金屬的切削加工性能一般用刀具耐用度為60min時的切削速度V60來表示，V60越高，則金屬的切削性能越好。
2、機械零件材料選擇的方法
2.1選材對產品壽命周期成本的影響。顯然，材料的選用極大地影響了產品壽命周期成本的各個組成部分。工程實踐中，在保證產品合理功能（或性能）的前提下，雖然一般是選用價格便宜的材料，可降低產品的壽命周期成本；但同時我們更應注意的是，有時若選用成本雖高但性能更優的材料，由于產品的自重減輕、使用壽命延長、維修費用減少、能源費用降低等多方面的有利因素，從產品壽命周期成本角度考慮，反而是經濟的。
2.2制造方法的選擇是材料選擇過程中一個不可分割的因素，即應將結構設計、材料選擇及其可用的加工方法作為一個有機的整體看待。選材時不僅要考慮零件的某單項加工工序的成本，更重要的是應綜合考慮其整個加工路線所涉及的全部加工工序之總成本。
二、機械設計標準化
1、機械零件是機器的基本組成要素，對于機械零件設計工作來說，標準化的作用是很重要的。所謂零件的標準化，就是通過對零件的尺寸、結構要素、材料性能、檢驗方法、設計方法、制圖要求等，制定出各式各樣的大家共同遵守的標準。
能以最先進的方法在專門化工廠對那些用途最廣的零件進行大量的、集中的制造，以提高質量、降低成本。統一材料和零件的性能指標，使其能夠進行比較，并提高零件性能的可靠性。采用標準結構及零、部件，可以簡化設計工作，縮短設計周期，提高設計質量。
2、搞好設計階段的標準化工作是降低產品成本的重要途徑。在市場經濟體制下，生產廠家應根據市場的需求變化，不斷更新產品品種，提高產品質量，降低物資消耗，提高經濟效益。要達到這些目的，都離不開標準化，必須用標準化手段，從嚴把好產品設計這一關，才能使企業在市場競爭中求得生存和發展，加快新產品開發。
三、影響機加工件表面層物理力學性能的因素
機械加工中工件由于受到切削力和切削熱的作用，其表面層的物理力學性能將產生很大的變化，造成與基體材料性能的差異，這些變化主要表現為表面層的金相組織和硬度的變化及表面層出現的殘余應力。
1、表面層金相組織的變化
影響磨削燒傷的因素有：砂輪材料對于硬度太高的砂輪，鈍化磨料顆粒不易脫落，砂輪容易被切削堵塞。因此，一般用軟砂輪好。磨削用量當磨削深度增大時，工件表面及表面下不同深度的溫度都將提高，容易造成燒傷；當工件縱向進給量增大時，磨削區溫度增高，但熱源作用時間減小，因而可減輕燒傷。但提高工件速度會導致其表面粗糙度值增大。提高砂輪速度可彌補此不足。實踐證明，同時提高工件速度和砂輪速度可減輕工件表面燒傷。冷卻方式采用切削液帶走磨削區熱量可避免燒傷。但由于旋轉的砂輪表面上產生強大的氣流層，切削液不易附著，以致沒有多少切削液能進入磨削區。因此，可采用高壓大流量的冷卻方式，一方面可增加冷卻效果，另一方面可以對砂輪表面進行沖洗，使切屑不致堵塞砂輪。
2、加工表面的冷作硬化
加工過程中表面層金屬產生塑性變形，使晶體間產生剪切滑移，晶格嚴重扭曲，并產生晶粒的拉長、破碎和纖維化，引起材料的強化，其強度和硬度均有所提高，這種變化的結果稱為冷作硬化。加工表面層冷作硬化指標以硬化層深度、表面層的顯微硬度及硬化程度表示。一般硬化程度越大，硬化層的深度也越大。
影響冷作硬化的主要因素：切削用量切削速度增大，刀具與工件接觸擠壓時間短，塑性變形小。速度大時溫度也會增高，有助于冷硬的恢復，冷硬較弱。進給量增大時切削力增加，塑性變形也增加，硬化加強。但當進給量較小時，由于刀具刃口圓角在加工表面單位長度上的擠壓次數增多，硬化程度也會增大。刀具刀具刃口圓弧半徑增加，對表層擠壓作用大，使冷硬增加；刀具副后刀面磨損增加，對已加工表面摩擦增大，使冷硬增加；刀具前角加大可減小塑性變形，使冷硬減小。工件材料工件材料的硬度越低，塑性變形越大，切削后冷作硬化現象越嚴重。
3、表面層的殘余應力
切削過程中金屬材料的表層組織發生形狀和組織變化時，在表層金屬與基體材料交界處將會產生相互平衡的彈性應力，該應力就是表面殘余應力。表面層的殘余應力的產生，主要有以下三種原因。
3.1冷態塑性變形引起的殘余應力在切削力作用下，已加工表面發生強烈的塑性變形，表面層金屬體積發生變化，此時基體金屬受到影響而處于彈性變形狀態。切削力去除后，基體金屬趨向恢復，但受到已產生塑性變形的表面層的限制，恢復不到原狀，因而在表面層產生殘余應力。
3.2熱態塑性變形引起的殘余應力工件被加工表面在切削熱的作用下產生熱膨脹，此時基體金屬溫度較低，因此表層產生熱壓應力。當切削過程結束時，表面溫度下降，由于表層已產生熱塑性變形并受到基體的限制，因而產生殘余拉應力。
3.3金相組織變化引起的殘余應力切削時產生高溫會引起表面層金相組織變化。由于不同的金相組織有不同的密度，表面層金相組織變化引起體積變化，當表面層體積膨脹時，因受到基體的限制，產生了壓應力。表面層體積縮小，則產生拉應力。
總之，在市場經濟中，為了更好滿足企業的發展，機械產品越來越先進，品種越來越多。這就要求我們在機械設計當中，對材料的選擇、標準化的應用提高到一個新的認識，在加工過程中，減少影響表面層物理力學性能的因素以及劑的合理運用。努力把我們加工成本降到合理的水平，從而提高企業的經濟效益。
參考文獻
第3篇
德國人發明的這一種變元法，是目前世界上最為科學易懂的變元方法，它能夠衍生出許多不同的方法，具有很大的可塑性。這種方法的內涵主要有兩部分：它變化內容多樣，包括材料、數量、位置、尺寸、形狀、連接、工藝七個方面；另一部分是上述七個方面的具體運用，運用的前提條件是機械基本結構，這些元素在其基本結構的基礎上進行一定的變化，這樣就有不同的形式，新的機械結構設計方案就創造出來了，這樣就達到了優化設計機械結構的目的。接下來筆者將會重點介紹七種創新方案在機械結構設計的具體運用，其最終目的還是滿足整個機械產品的生產的要求，這也是目前機械工作者普遍使用的方案。
1.1材料變元
現實生活中很多種材料都可以用來設計機械結構，不一樣的材料要求的加工方法和手段不一樣、適用的結構類別不一樣、零件需要的大小也不一樣。材料的變元可以變化出不一樣的結構模式。比如說：在進行鋼材料的結構設計過程中，零件的截面面積越大，材料結構強度就越大、越硬；在鐵材料的結構設計中，為了使結構變強變硬，人們通常使用加強筋和隔板的方法；在塑料材料的結構設計中，塑料件的筋板和壁厚應該無差而別且對稱均勻。
1.2數量變元
在產品的結構當中主要包括以下幾個方面，即零件以及輪廓面、線和加工、工作面共同構成了產品本身，如果想要將機械的結構目的進行改變，那么就可以通過調節上述結構元素而實現。就好比在鑄件的過程中，是希望越簡單便捷越好的。能夠節省一些不必要的零件配置，又能在安裝的時候方便人們的使用，這在無形中就提高了工作效率，比如安裝一個螺絲釘的時候，如果按照螺釘和墊圈以及彈簧墊圈才能結合在一起的模式去安裝，那么就需要最少三個步驟，但是如果把它們設計為一體的話，就可以大量地節省安裝的時間，提高了效率。
1.3位置變元
在實際操作過程中，產品結構的元素之間的位置是可以進行調換的，這樣可以無形中使結構本身的設計更加完善。比如，零件的焊縫位置應該對應中性軸或者至少需要靠近中性軸，這樣便于將收縮力減少或者能夠避免產品的變形。除此之外，零件的擺放問題也十分重要，如果雜亂無章則會大大阻礙操作速度。
1.4尺寸變元
零件的尺寸必須符合使用的標準才行，必須在各項標準合格之后才可以進行操作，比如：在冷沖壓彎這一工藝中，就需要零件按照既定的需求進行彎曲，如果零件在加工的過程中，實現了標準的彎度，那么就算是一個成品，不需要再度進行加工。如果不符合產品的需求那么還需要進一步的加工整形來達到產品的要求。
1.5形狀變元
機械整體的結構目的可以通過調整零件的形狀或者改變其規格的大小而實現。比如在彈簧的生產過程中需要考慮多個問題，首先是彈簧的大小及其相對的螺絲墊圈的規格，能否讓彈簧和使用的螺旋面以及被需要壓緊的零件相吻合，就需要設計出不同規則的產品，無論零件的形狀面如何都需要相匹配的彈簧來配合才行，如果零件之間的距離過大，或者不能夠將壓力有效融合，那么零件在安裝過后就不算是合格，如果這一類零件銷售在市場中，很可能造成一系列事故，那么為了防止拉簧因為這些問題而失去使用效率，就勢必要將彈簧的設計空間放大，并且實現它的自身獨特性，即使它在單獨使用的過程中也可以實現跟其他零件的配合。
1.6分析連接變元
一是聯接方法，主要的模式有焊接、膠結以及螺紋聯接等方式。二是聯接的方式，根據結構類型的不同而不同，因此為了豐富聯接方式以及尋找到最為契合的聯接方式，各個聯接的結構以及聯接的方式都可以進行相對應的合理調整。比如：針對一些需要拆卸的零件，如果在聯接的方式上不能選擇好，那么就會在聯接和拆卸方面造成一定的困難，此類的零件需要便捷的拆卸模式，比如日常生活中所購買的一些產品，像是隨聲聽的后蓋，就可以任意拆卸下來安裝電池來維持繼續使用，這樣的結構也方便用戶使用，從未為其提供便捷的操作模式。
1.7分析工藝變元
零件在產生之前，往往會有其自己的設計圖紙，而設計圖紙上面的結構內容直接決定了產品屬于何種工藝級別的零件，因為每一個設備的零件都不是完全相同的，所以零件的設計以及成本也千差萬別，如果設計工藝在產品出產之前沒有得到完善，那么勢必會影響到零件自身的質量，一旦零件沒有合乎要求，那么產品的整體結構就會受到一定的影響。因此在零件鑄造之前對于零件圖紙的研究必須給予深度的重視，現在的加工技藝正呈現著不斷創新和完善的趨勢，但是問題也就隨之而來，這些加工工藝雖然具有創新性，但是還不夠成熟，并非達到了理想中的需求，因此還需要進一步的對此加大研究的力度。
2機械結構創新的嘗試及優化測評
2.1機械結構設計的創新嘗試
防腐劑在石油以及一些石化設備中具有十分重要的作用，下文以其為例，闡述變元法在其中重要的作用。石油和石化設備必須進行防腐蝕性的設計，這樣一來，在設計的最初就應該考慮到防腐蝕性的大小和影響因素，從而采取必要的保護和防治措施，主要有以下幾個方面。首先，在總體的設計上面，對停車間給予了嚴格的要求，不能堆放雜亂，不能潮濕，不能含有其他不利于防腐的物質存在。其次，設備的使用年限與設備本身一些極為細小的間隙區有著十分重大的聯系，這些縫隙極有可能在人眼看不到的地方發生腐蝕問題，或者這些縫隙人是無法憑借手工去進行操作控制的，就像是一些產品的焊接點，這些產品貌似看起來已經不存在腐蝕的可能，但是難免會有看不到的縫隙存在，應該進行必要的封存和填補，或者干脆將縫隙擴大，這樣便于對其進行維修補救和防護。再次，溫度較高以及質量較高的濃度階梯，局部勢差問題往往在這種情況和產品中產生，一旦發生了腐蝕則不可控制。此外，每一種金屬都有著自己獨特的屬性，產品在構建的過程中不一定是一種金屬構建而成，多半是幾種金屬共同組合而成，但是不同的金屬勢必會產生接觸面的腐蝕，應該對此進行絕緣處理。最后，面積越小腐蝕的點也就越小，因此要針對產品的不同設計縮小表面積從而減少腐蝕。
2.2對機械結構變元創新設計的優化評測
機械結構在完成變元創新實踐之后。要根據目前的性能以及使用效果進行一個綜合的測評，首先要進行模糊測評，運用理論研究和一些理想化的模型設計一種測評模式，但是這種測評模式并不是實際操作中的模型，而是通過一定的數學模型，根據先進的設計理念和規劃，對其進行變化創新設計的檢測。在測試的過程中測試者憑借自己多年的使用經驗和研究理念進行對其綜合評價的過程，并根據現有的先進思維對其進行構建，在測試的過程中還需要考慮到社會實際問題，產品在經過變元之后，使用方面是否安全，便捷，可維修性是否達到了指標，并且要將邏輯推理的思維運用到其中，選擇出使用其整體變元的方案，最后針對已經選擇好了的方案，進行進一步地修改和完善，從而作用于產品的機械結構構建當中，服務于產品的整體功能。
3結束語
