機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用與趨勢(shì)分析

李 榮 傅 強(qiáng)

(浙江圣奧家具制造有限公司，浙江 杭州 311228)

1機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)加工概述

機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)加工分為設(shè)計(jì)和加工2個(gè)環(huán)節(jié)。所謂機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是指根據(jù)機(jī)械運(yùn)作的基本原理，對(duì)機(jī)械各個(gè)零部件之間的能量傳遞形式、尺寸、結(jié)構(gòu)等多個(gè)方面進(jìn)行構(gòu)思和設(shè)計(jì)，對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將計(jì)算過(guò)程轉(zhuǎn)化為機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的語(yǔ)言描述，作為機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的參數(shù)和依據(jù)。而機(jī)械加工主要指的是將機(jī)械零部件的諸多性能按照一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃歸和執(zhí)行，利用專業(yè)的生產(chǎn)制造技術(shù)使得加工原材料從毛坯的狀態(tài)變?yōu)榫哂袑?shí)用價(jià)值的、精度較高的器械。在機(jī)械制造過(guò)程中，零件是機(jī)械的基本構(gòu)成單位，應(yīng)當(dāng)特別重視對(duì)機(jī)械零件的規(guī)范化處理。在機(jī)械整體的設(shè)計(jì)加工制造過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)特別注意貫徹機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化原理，降低機(jī)械加工的生產(chǎn)成本，提高機(jī)械加工產(chǎn)品的質(zhì)量。機(jī)械加工設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化一方面有諸多益處，另外一方面卻也給設(shè)計(jì)加工的工作人員提出了更高要求。工作人員在機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)加工的過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)按照現(xiàn)代機(jī)械加工的要求，不斷提高產(chǎn)品的質(zhì)量，做到精益求精。

2機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中選材的分類

2.1金屬種類

在大多數(shù)的機(jī)械加工中，金屬種類的材料都占據(jù)著舉足輕重的地位。而且很多機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)部分也在使用金屬材料，甚至有的時(shí)候其實(shí)用率高達(dá)100%。在使用金屬種類材料時(shí)，其最大的優(yōu)勢(shì)就是本身的硬度較高，而且可以降低成本，對(duì)機(jī)械的各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)都能起到不同程度地滿足效果，因此它得到了最廣泛的運(yùn)用。而且當(dāng)兩種金屬混合成一種新型的合金時(shí)，它具備著兩種金屬的更為優(yōu)異的性質(zhì)，因此，在機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中使用的也比較多。

2.2陶瓷類材料

在選用陶瓷類材料的時(shí)候，其主要的部分是氧化硅和碳化硅。而這種材料最優(yōu)異的特點(diǎn)就是耐化學(xué)腐蝕性比較高，同時(shí)，還具有較高的硬度和比較低的密度。所以，在對(duì)機(jī)械施工的時(shí)候，一些需要密封性較強(qiáng)的元件就可以采取陶瓷類的材料進(jìn)行制作。不過(guò)，值得注意的是，陶瓷類材料本身造價(jià)是非常昂貴的，并且還容易破碎，在使用的過(guò)程中需要小心仔細(xì)。

2.3高分子類材料

高分子的材料具體是指的類似合成纖維之類的材料，其材料的來(lái)源是比較廣泛的，并且運(yùn)用到多個(gè)領(lǐng)域。其最大的優(yōu)勢(shì)就是在制造的過(guò)程中所產(chǎn)生的能耗是比較小的，比如，它可以通過(guò)在天然氣中提取等一系列優(yōu)勢(shì)，使得這種材料在機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中也得到了較為廣泛的運(yùn)用。

3機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用與趨勢(shì)分析

3.1選用經(jīng)濟(jì)的材料

在機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)選擇材料過(guò)程中，經(jīng)濟(jì)成本也是最重要的因素。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)的人員需要根據(jù)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程的具體步驟進(jìn)行詳細(xì)的了解，并且對(duì)各個(gè)過(guò)程的各種特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。這樣才可以選擇性價(jià)比更高的機(jī)械材料，大大地發(fā)揮材料的價(jià)值，使得機(jī)械的設(shè)計(jì)能夠符合相關(guān)的要求。而不同的機(jī)械材料具有不同的性能，需要對(duì)材料的使用性能進(jìn)行深入的探究，才可以選擇性價(jià)比更高的經(jīng)濟(jì)型材料，而且還需符合相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。此外，需要對(duì)于機(jī)械材料的整體預(yù)算進(jìn)行控制，主要依據(jù)2個(gè)方面的原則：一方面是需要完成機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求，在保證完成的過(guò)程中選擇價(jià)格較低的材料；而另一方面，是選擇那些性價(jià)比較高的材料，尤其是可以循環(huán)利用的材料，應(yīng)該被優(yōu)先選擇。從能源降耗問(wèn)題方面，合理地控制機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的成本，從而使整個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)收益得到有效的提高。

3.2虛擬化模式在自動(dòng)化技術(shù)中的應(yīng)用

虛擬化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是將多媒體、人工智能、電子信息等技術(shù)融合在一起，實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造的仿真效果。尤其是在機(jī)械高端制造行業(yè)遇到困難的時(shí)候，利用虛擬化的仿真系統(tǒng)可以模擬實(shí)際發(fā)生的情況，有效找出存在的問(wèn)題，明確解決問(wèn)題的方式，保證企業(yè)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。具體來(lái)說(shuō)，在石油測(cè)驗(yàn)的試驗(yàn)中，在傳感器的協(xié)助下，虛擬一個(gè)全仿真具有視覺(jué)、嗅覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)的真實(shí)環(huán)境，通過(guò)工作人員和虛擬環(huán)境的互動(dòng)影響，互相聯(lián)系，工作人員所有的感受與真實(shí)情況都是相同的，這樣就可以判斷不合格產(chǎn)品產(chǎn)生的原因，減少企業(yè)的生產(chǎn)成本。當(dāng)然我國(guó)虛擬自動(dòng)化技術(shù)還處于萌芽階段，與其他國(guó)家相比還有一定的差距，但是這個(gè)仿真虛擬系統(tǒng)在自動(dòng)化技術(shù)中確實(shí)是一項(xiàng)好的方向，需要我國(guó)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的專家學(xué)者進(jìn)行進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)和研究。

3.3連接變?cè)档驼w成本

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行實(shí)際操作時(shí)會(huì)考慮零件間所用的不同連接方式，例如，膠水粘接、焊接或選用螺紋來(lái)做固定連接等，繼而將其融入機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)行連接變?cè)獎(jiǎng)?chuàng)新，通過(guò)最為恰當(dāng)?shù)倪x擇來(lái)降低產(chǎn)品制造等諸多環(huán)節(jié)所需的整體成本，在極大程度上將經(jīng)濟(jì)效益做到擴(kuò)大化。設(shè)計(jì)人員總攬全局，對(duì)產(chǎn)品的需求進(jìn)行全面分析，對(duì)連接方式做到一些創(chuàng)新，使產(chǎn)品中各零件間能夠穩(wěn)固連接而保證整體運(yùn)行質(zhì)量。與此同時(shí)，可拆卸零件在進(jìn)行連接時(shí)需要選用螺絲固定或膠水粘接等方式，做到連接變?cè)獎(jiǎng)?chuàng)新，而降低整體成本。

3.4結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計(jì)

對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)的外觀形態(tài)設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮到各類構(gòu)件的規(guī)格和分布等因素。就彈簧設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，其主要作用為借助彈簧彈力來(lái)壓緊構(gòu)件，當(dāng)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的外部形狀有所要求時(shí)，可以通過(guò)改變彈簧的類型和形狀滿足機(jī)械結(jié)構(gòu)的外觀設(shè)計(jì)要求。但需要控制好彈簧與零部件之間的距離，以免壓緊力不足，影響結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了整個(gè)工業(yè)的發(fā)展，尤其是針對(duì)機(jī)械制造領(lǐng)域，其作用和意義更是明顯。從可持續(xù)性發(fā)展的方向來(lái)看，自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是向著綠色、環(huán)保的角度出個(gè)發(fā)的，這也是全球工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。