机械优化设计心得体会
机械优化设计心得体会
【篇一：机械优化设计三个案例】
机械优化设计案例1
1. 题目
对一对单级圆柱齿轮减速器，以体积最小为目标进行优化设计。
2.已知条件
已知数输入功p=58kw，输入转速n1=1000r/min，齿数比u=5，齿轮的许用应力[?]h=550mpa，许用弯曲应力[?]f=400mpa。 3.建立优化模型
3.1问题分析及设计变量的确定
由已知条件得求在满足零件刚度和强度条件下，使减速器体积最小的各项设计参数。由于齿轮和轴的尺寸（即壳体内的零件）是决定减速器体积的依据，故可按它们的体积之和最小的原则建立目标函数。
单机圆柱齿轮减速器的齿轮和轴的体积可近似的表示为：
222
v?0.25?b(d12?dz21)?0.25?b(d2?dz22)?0.25(b?c)(dg2?dg2)? ?d02c?0.25?l(dz21?dz22)?7?dz21?8?dz22
?0.25?[m2z12b?dz21b?m2z12u2b?dz22b?0.8b(mz1u?10m)2?2 .05bdz22?0.05b(mz1u?10m?1.6dz2)?dz22l?28dz21?32dz22]
式中符号意义由结构图给出，其计算公式为
d1?mz1,d2?mz2dg2?um1z?10m
dg2?1.6dz2,d0?0.25(um1z?10m?1.6dz2)
c?0.2b
由上式知，齿数比给定之后，体积取决于b、z1 、m、l、dz1 和dz2 六个参数，则设计变量可取为
x?[x1
3.2目标函数为
222222
f(x)?0.785398(4.75x1x2x3?85x1x2x3?85x1x3?0.92x1x6?x1x5?2 222220.8x1x2x3x6?1.6x1x3x6?x4x5?x4x6?28x5?32x6)?min
x2x3x4x5
x6]t?[bz1mldz1dz2]t
3.3约束条件的建立
1）为避免发生根切，应有z?zmin?17，得
1
g1(x)?17?x2?
2 )齿宽应满足
?min?
b
??maxd，?min和?max为齿宽系数?d的最大值
和最小值，一般取?min=0.9，?max=1.4，得
g2(x)?0.9?x1(x2x3)?0
g3(x)?x1(x2x3)?1.4?0
3）动力传递的齿轮模数应大于2mm，得g4(x)?2?x3?0
4）为了限制大齿轮的直径不至过大，小齿轮的直径不能大于
d1max，得
?0g5(x)?x2x3?300
5）齿轮轴直径的范围：dzmin?dz?dzmax得
g6(x)?100?x5?0g7(x)?x5?150?0g8(x)?130?x6?0?0g9(x)?x6?20 0
6）轴的支撑距离l按结构关系，应满足条件：l?b?2?min?0.5dz2（可取?min=20），得
g10(x)?x1?0.5x6?x4?40?0
7）齿轮的接触应力和弯曲应力应不大于许用值，得
g11(x)?1468250(x2x3x1)?550?0g12(x)?7098g13(x)?
22
x1x2x3(0.169?0.6666?10?2x2?0.854?10?4x2)22x1x2x3(0.2824?
0.177?102x2?0.394?10?4x2)
?400?0
?400?0
2
8）齿轮轴的最大挠度?max不大于许用值[?]，得
44
g(x)?117.04xxxxx4?0 4235)?0.003 14
9）齿轮轴的弯曲应力?w不大于许用值[?]w，得
12.85?106x42g15(x)?3()?2.4?1012?5.5?0
x5x2x312.85?106x42
g16(x)?3()?6?1012?5.5?0
x6x2x3
4.优化方法的选择
由于该问题有6个设计变量，16个约束条件的优化设计问题，采用传统的优化设计方法比较繁琐，比较复杂，所以选用matlab优化工具箱中的fmincon函数来求解此非线性优化问题，避免了较为繁重的计算过程。
5.数学模型的求解
5.1.1将已知及数据代入上式，该优化设计的数学优化模型表示为： 2222
minf(x)?0.785398(4.75x1x2x3?85x1x2x3?85x1x3?2220.92x1x6? x1x5?0.8x1x2x3x6?1.6x1x3x6?x4x5222?x4x6?28x5?32x6)
subject to:
g1(x)?17?x2?0g2(x)?0.9?x1(x2x3)?0g3(x)?x1(x2x3)?1.4?0g4(x) ?2?x3?0g5(x)?x2x3?300?0g6(x)?100?x5?0g7(x)?x5?150?0g8(x )?130?x6?0
3
g9(x)?x6?200?0
g10(x)?x1?0.5x6?x4?40?0g11(x)?(x2x3x1)?550?0
g12(x)?22?400?0x1x2x3(0.169?0.6666?10?2x2?0.854?10?4x2)g 13(x)?22?400?0x1x2x3(0.2824?0.177?102x2?0.394?10?4x2)
44g14(x)?117.04x4(x2x3x5)?0.003x4?0
12.85?106x42g15(x)?3()?2.4?1012?5.5?0
x5x2x312.85?106x42
g16(x)?3()?6?1012?5.5?0
x6x2x3
5.1.2运用matlab优化工具箱对数学模型进行程序求解
首先在matlab优化工具箱中编写目标函数的m文件 myfun.m,返回x处的函数值f：
function f = myfun(x)
f=0.785398*(4.75*x(1)*x(2)^2*x(3)^2+85*x(1)*x(2)*x(3)^2-
85*x(1)*x(3)^2+0.92*x(1)*x(6)^2-
x(1)*x(5)^2+0.8*x(1)*x(2)*x(3)*x(6)-
1.6*x(1)*x(3)*x(6)+x(4)*x(5)^2+x(4)*x(6)^2+28*x(5)^2+32*x(6)^2)由于约束条件中有非线性约束，故需要编写一个描述非线性约束条件的m文件mycon.m：
function[c,ceq]=myobj(x)
c=[17-x(2);0.9-x(1)/(x(2)*x(3));x(1)/(x(2)*x(3))-1.4;2-x(3);x(2)*x(3)-300;100-x(5);x(5)-150;130-x(6);x(6)-200;x(1)+0.5*x(6)-x(4)-
40;1486250/(x(2)*x(3)*sqrt(x(1)))-550;
7098/(x(1)*x(2)*x(3)^2*(0.169+0.006666*x(2)-0.0000854*x(2)^2))-400;7098/(x(1)*x(2)*x(3)^2*(0.2824+0.00177*x(2)-
0.0000394*x(2)^2))-400;117.04*x(4)^4/(x(2)*x(3)*x(5)^4)-
0.003*x(4);(1/(x(5)^3))*sqrt((2850000*x(4)/(x(2)*x(3)))^2+2.4*10^1 2)-5.5;(1/(x(6)^3))*sqrt((2850000*x(4)/(x(2)*x(3)))^2+6*10^13)-
5.5];
ceq=[];
最后在command window里输入：
x0=[230;21;8;420;120;160];%给定初始值
4
[x,fval,exitflag,output]=fmincon(@myfun,x0,[],[],[],[],[],[],@myo bj,output)%调用优化过程
5.1.3最优解以及结果分析
运行结果如下图所示：
由图可知，优化后的最终结果为
x=[123.3565 99.8517 1.7561 147.3157 150.4904 129.5096]
f(x)=2.36e*107
由于齿轮模数应为标准值，齿数必须为整数，其它参数也要
5
【篇二：一位老机械设计工程师的工作心得体会】
一位老机械设计工程师的工作心得体会
机械设计往往离不开自己的阅历，经验的积累固然可以从书本上学
到不少，但是事非躬亲很难在脑海中留下深刻的印象，对别人的经验，自己没有一定的基础，要理解吸收真的是一件很不容易的事。
图纸，投入生产，我没见过多少能立即按图加工装配，在审图、工
艺等过程发现大堆的问题很常见，包括所谓“资深”的高工，总工拿
出的图纸，还是经过多次开会研究反复讨论的出来的结果，原因是
多方面的，绘图的规范性，看图者的水平是一方面，但设计方对制
造工艺的了解不深入是主要原因。怎样判定自己对制造的了解程度？最简单的方法是随手抓一张自己设计的东西的图纸你是否能说出它
的制造全过程。铸、锻、车、钳、铣、刨、磨，只是这样子，肯定
是不行，在机械厂做过几年的谁不知道？必须细分下去，要全面了
解各过程。比如说铸造时候怎么分型，浇口冒口怎么放，可能会有
什么样的铸造缺陷产生，零件结构在热处理的时候会不会导致意外
情况发生的，怎么在零件结构上进行优化，切削加工过程，在脑海
中虚拟出来，总共用几把刀，转速，
走刀量，甚至铁屑望哪里飞，各把刀使用的顺序，车工，铣工，磨
工的操作动作全过程，如此等等，才算是有了比较好的基础。不是
说搞设计的一定要会玩车床，铣床，会烧电焊才可以，但是要知道
这些作业特点，在设计时加以充分考虑，作为搞机械设计的人这样
才比摇车床烧电焊的强，才有安身立命之处。如此，在设计过程中，就会规避一些不合理的结构，设计的质量自然提高不少，可是还不够，一个有十年八年的工龄的技工能提出比你更成熟的细节方案
（尽管整体的设计统筹他们做不了），但是多少个不眠的夜晚设计
出就这样一个结果，岂不是斯文扫地耶？唯一的解决办法，多看书。别人总结出来的通常与生产相结合，俱是心血的结晶。带着问题学，多想就能消化。再也不会说“只要保证同心度就行了”这样愚蠢的回答，关键是你已经指出保证同心度的方法，甚至前辈的错误。这个
时候，没人再叫你小钱、小赵，连老板都叫你钱工、赵工，挺受尊
敬的吧。摸摸下巴，胡子长出来了，尿布丢了，孩子叫妈了，呵呵
成就感也来了。可是设计总是为了使用，好的设计必须具备一点点
人性的，设计一套工艺装备，一试产，效率高质量好，老板来搞杯
庆功酒。过了几天，发现人家弃之不用了，原因是操作者骂娘啊。
用起来痛苦啊。而且要注意的细节又多，别个就是个操作工他要是
考虑的那么多因素就不会还在那里做操作工了啊。设计不利于使用，就面临淘汰，有很多的成套设备，如汽车的发动机变速箱之类正常
运转时“挺好的，“，可其中一个小键槽，一个轴承位，什么的地方
坏了，
整个就不能用，厂方只卖整件，要配件不卖，自己加强还真的没地
方加了，换了几个厂去买，摆了一堆，用户只好敬而远之，立了个
技改项目－－可怜的技改。这样的事情只要是在机械行业转的久的
都会有所见所闻。使用根本就离不开维修，好的设计更不能忽视维
修性。在一条大型的的生产线上，关键的设备，总共一年也就维修
那么两次，但是每此都要把设备大卸八块，行车叉车千斤顶撬杠十
八般兵器还不够用，老师傅们还要自己专门动脑动手玩几样好用的
专用家当来伺候，导致停产的损失已经超过设备本身的价值，真是
个无言的结局。一套大型设备仅因更换一只油封什么的，都要几乎
将整机完全分解，使用单位不骂设计干的是断子绝孙的玩意才怪，
真的是设计者的悲哀。
我们搞设计不光是要站在制造的基础上，还要有创新，但一定要学
会继承。现在，全社会都在强调创新，但我们不能一强调创新，就
瞧不起原有的东西。通常的创新分为两种，一种就是构成事物旧有
元素的重新组合，一种是在旧有元素上加一些新的元素。所以，不
管怎样，创新的东西总是含有一些旧有事物的影子是不可否认的。
正像哲学中所讲，新事物都是在肯定中否定，否定中有肯定中产生的。比如我们人类，虽然说是大自然的天之骄子，但实际上，我们99%的基因都是和大猩猩一样的。如果人类不是在继承大猩猩的基
因基础上，有1%的突破，人类的出现是难以想象的，如果有人说我
有志气，不需要继承大猩猩的基因，
我自己搞一个100%纯人类基因，那您就是再过一亿年，也搞不出来
一个人类来。所以说，不能为了创新，把旧有的东西全盘抛弃。原
有的东西就如同一盘菜，创新就如同一点点调料，有了这么一点调料，菜的味道更加鲜美。但没有人为了纯鲜美，不要菜，光来一盘
炒调料的。所以我们强调创新，但不能忘记继承，只有继承，没有
创新，那是因循守旧，而只有创新，没有继承，那是空中楼阁。
1：1的克隆可能很多的人认为是最安全最省事的一种设计方式。但是作为从事设计行业的人来讲，克隆是一件可耻的事情。所谓一抄
二改三创造。简练的概括了设计人员的成长之路。刚入门的时候，
只能照抄，但是在抄袭的同时要拼命的去理解原设计者的意图和思维，理解整个机器的传动，各个装置之间的相互关联，每个零件的
相互关系，理解了之后就可以出图，图纸上就可以有明确的尺寸配
合要求，形位公差约束。只知道画下来，随手胡扯几根线条上去，
大概感觉机器精度比较高，就玩命的把精度往上提动不动就0.005，0.002，在图纸上大言不惭的签名在设计栏。号称自己搞的东西是很
精密的。这种不知所谓的号称机械机械设计工程师的信手拈来满地
都是。
模仿优秀的作品是每一个设计师的必走之路。但是做设计，一定要
有自己的想法，人也要有自己鲜明的个性，久了，就形成
了自己的风格，风格的养成与一个人的艺术素养和个人修养有直接
关系。罗嗦的人搞出来的东西就是那么罗嗦的，小气的人搞出来的
东西就是一副小家子气，不负责任的人搞出来的机器就跟那人的德
行一样的不负责任。能有自己的设计理念，设计风格，就是不一样，
这样捣腾出来的东西就有了独特的灵魂。行家一看就知道，这是用
心的杰作。
在抄袭的时候积累了经验就要抱着否定的态度学习。查阅资料，多
看些经典的设计案例，和设计的禁忌，与自己接触过的一些东西进
行对比，就有了大的提高。就可以在现有的机器上动手术。如：提
高机器的附加值，完善更多的功能，让整机具备更高的可靠度。从
而迎合高端的客户；或者进行结构精简，保留一些常用功能，降低
成本，满足些买不起那么也用不上多功能的客户的需求。做到这样
就可以称的上做机械设计开始入门了。能不能成为世界级的发明家
这个事情很难说的，呵呵。但是凭自己多年经历见识，将一些结构
进行组合，变异，嫁接，创造一些新的东西是不难的。与其用一生
的时间去研究永动机之类的高深课题，或者搞一些莫名其妙不能创
造任何价值的所谓专利，不如用自己有限的生命去做些能在这个美
丽的星球上留下点印记的事情。到时候老得快死了，临终的时候还
会想到，活了这么多年，捣腾了那么多机器在地球上跑，足以含笑
九泉。
【篇三：一位机械设计专家的心得体会,个人强力推荐】一位机械设计专家的心得体会，个人强力推荐
在工程设计的各学科当中，机械设计是发展最早，且已经发展得日
臻完善的学科。机械这种东西比较直观，所有的东西都摆在面上，
好不好使一目了然，当造成破坏和事故的时候，也更容易遭人诟病，使你无处遁形，也不好狡辩。
机械设计的范围很广，天上飞的，地上跑的各种各样的东西，当你
拆了电缆、卸掉管路以后，基本上就算是机械结构。许多人认为：
‘水、电、风、气’的家伙都是有专业的，人家是‘术业有专攻’，但你
要是搞机械的，大家就可以认为你是‘万金油’，在总结一个现场故障
的时候，当别人都有理由逃遁以后，剩下的那个倒霉家伙就是你，
即使就真的是人家的毛病，只要别人稍稍耍一点赖，说他不明白，
他就可以安然脱逃，领导是绝对不会允许你逃走的，因为你是机械
专业的。所以，为避免尴尬，许多的东西都是你要学习的。
在机械专业混了不少年的事，虽然机械行业看似庞杂，好像没有什
么头绪，似乎不知从哪里下手，但我习惯上总体将机械分成两大类：一类是‘运动结构’，另一类是‘静态结构’。运动结构可以从飞行装置
算起，从航天器，到飞行器，再到各种运动的设备，本质都是一样
的东西。静态结构包含各种桥梁、建筑结构、各种工业的仓体、支
撑结构和各种梁体、底座、绗架、网架等等。相对而言，机械设计的‘人才’也可以分成两类，一类是擅长设计‘运动结构’的家伙，另一类人才是善于设计‘静态结构’的。
除了人才以外，还有一部分是混在机械设计领域里的家伙，这部分人里面有一部分是老板，自称懂机械，实际是一知半解，他们不需要理解具体的结构，只要挣钱就好，这类老板不好相处。另一部分是学什么都不明白，基本上是抄了一辈子别人的图纸的笨家伙，鄙人就属于这类人。
1 静态钢结构
许多搞机械的、自认为是有天赋的家伙自己就瞧不起稿‘静态结构’的其他人，他们觉得设计各种支撑梁、连杆、绗架、底座，以至于是设计斜拉结构和悬索结构的人都是没有什么水平的人，干这种活体现不了人生的价值，事实并不是这样的。当一个重载箱型梁破坏的时候，能说得清楚是什么原因导致破坏的人实际上并不是很多，这正说明懂得设计这种东西的人其实不多。
除此以外，什么时候用绗架，什么时候用箱型梁，其各自的载荷特点和承载方式也是许多‘聪明人’说不清楚的。我国因为没有工程学的教育，大家又都学的很窄，纯理论的课堂教育。于是，很多的问题都说不清。计算一个承载结构，不外乎是计算强度、刚度和结构的稳定性。计算强度是比较简单的事情，你只要上过中专，你就应该很明确地计算出一个断面的强度，无论断面的结构有多复杂，就是花费的时间长短的问题。假如你说不会算，谁都帮不上你，只有再回学校念书。而刚度的计算就比较复杂一些，要考虑各种工况，考虑最复杂的一种组合状态，这就不是学校里能学到的东西了，想学明白了，第一要有好的师父，师父就不明白，你学不明白。第二，就是你要肯学，要下功夫。
比较复杂的问题是计算一个结构的稳定性，它不仅要考虑工况，许多外在的条件你必须要考虑进去。比如：当你设计一个大型的料仓和附属结构的时候，要考虑的因素就特别多，例如，风雪引起的荷载，地震的不同振型引起的破坏效应等等东西。就仓体的支撑形式而言，条件许可的时候，要尽可能采用较为‘柔和’的多柱支撑结构，在地震过程中，它的‘弹性’和‘柔软性’都比较好，在承受以‘扭转’振型为主的地震破坏中，边上的柱子的联结节点可以‘拧断’，以吸收地震的冲击波。当地震过后，虽然有些支撑体破坏了，但整体结构是完整的，达到这种水平，你就基本是‘人才’了。当不允许采用多柱支撑
结构时，支撑形式的的刚度就一定比较大，柱子就不允许被拧断，
这时的变形就被转移到仓体本身上去了，你必须选择一个变形/破坏点，通过它的破坏而保留结构的完整性。
采用少柱结构时，就必须要慎重使用型钢作为柱子，有些时候，方
形或圆形就可能是你的唯一选择。
重载箱形梁的破坏，你要是细看或者说你看明白了，你就知道：真
正由弯矩导致的破坏并不很多。一般情况下，主要是扭转载荷破坏
了结构。扭转载荷首先是破坏了箱形梁的纵横筋板之间的焊缝，导
致形变的加大，而形变的增
加又进一步破坏了纵横结构，最后导致了翼板（有时称梁的‘上下盖板’）与间隔结构的分离，失去了承载的理论位置，最终使整体结构
分崩离析。
煤矿上使用的液压支架就是一种典型的重型承载支撑结构，其顶梁、掩护梁、连杆、底座的设计都比较讲究。什么地方要加强是非常重
要的，也有许多的学问。在型式试验的时候，虽然只有5000次的循环，看似次数很少，但能撑过试验结束的的架型也并不很多，或多
或少都有些问题。尽管现在是有限元时代了，但根本问题并没有完
全解决，特别是偏载试验，从根本上讲还是扭转载荷作用的问题许
多人没有完全理解透，或者没计算好。能设计结构巧妙而又经久耐
用的钢梁其实并不是一件非常简单的事情，是很看一个人的功底的，它和在学校的学习和后天的锻炼都有很大的关系，别小看了它。
在结构设计的时候，你需要特别重要的是：除了正常计算弯曲载荷
以外，一定要搞清楚最大的扭转载荷，这种载荷可能不一定是什么
东西施加给梁体的，也可能是基础的不均匀沉降造成的，假如你当
时没有仔细考虑基础沉降的问题，到时候，土建的家伙是救不了你的，你哭都没人理你。如果是薄板结构，你还必须计算剪切和冲切
的问题，你的钢梁是没问题，但人和物件掉到底下去了，你同样有
不可推卸的责任。
筋板的联结也是特别重要的东西，焊缝尽可能不放在受力大的位置上，如果必须放在那里，要作额外的加强和支撑，通过增加局部的
刚度，减少此处的形变，使变形发生在非焊接位置。当然，书上说
了许多特别细致的东西，都特别重要。有人会说：你说了一大堆没
有用的东西，到底用什么来衡量一个家伙是不是行呢？这个我比较
在行，因为我不会干什么，再不知谁会干？岂不是要饿死？其实，
衡量一个家伙只用一个标准就够了，他自己设计的结构，随便取一
个截面，他都能讲得清楚何处的应力是多大？哪个断面在何种条件
下可能破坏，这个截面破坏以后引起的后果是什么？什么条件下，
整体结构会崩溃？在众人面前可以讲清这件事，他就合格了。假如
是抄图，抄一辈子也还是抄。 2 静态铝结构
假如我们把钢结构叫‘重型结构’的话，铝结构就是‘轻结构’，它的设
计与钢结构是完全不同的，或者说根本就是两码事。有些时候，因
为某些需求，你必须设计铝结构。
铝结构得到充分的发展是在二战时期，当时是‘玩命时代’，你的飞机
速度快，灵活，载弹量大，生存条件好，你就有了制空权，一旦有
了这东西，就可以在人家头上扔炸弹，炸掉滚针轴承厂，潜艇制造厂，me109 的组装厂、重水厂，最后纳粹就玩完了。
在这场竞争中，美国佬胜出，直到制造出b29的时候，世界知道，
大局已定了。
铝是一种柔软而耐氧化的物质，正是因为这些特点，它不太适合做
结构件使用，首先是不宜焊接，另外是比钢材的耐温性能差许多，
但对于某些领域又必须使用它，于是人们开发了许多与钢结构完全
不同的设计方式来利用铝及其合金结构。
由于铝的机械性能差，美国率先开发所谓的‘硬铝’用作航空材料，除
少量必须用钢材的结构以外，当年的大型轰炸机的机身和机翼都是
这东西，由于铝的延展性能好，做结构件时，要充分利用这种性能，使应力大的地方实行一体化的结构设计，避免使用铆接，连接的位
置可以在‘中性线’上，大大地提高了铝结构的整体承载能力。这一点
和钢结构的设计完全不同。
这种设计思想一直延续到今天，当代的高速列车就采用了大量的铝
结构件，这些结构件是大型的铝型材，从车厢的断面上看，是由几
块大型型材拼接而成的，受力区域都是连续结构，不会有焊接或铆
接的设计结构。假如你原来是搞钢结构的人，后来转到设计铝结构，你就要特别注意这一点，你必须要能独立拆解一个铝断面，用什么
方式提高强度和刚度？用什么方式进行联结？同时要知道热挤机是
否可以挤出你要的断面，有没有这么大的力能参数。把铝结构联结
到一起的方式也不如钢结构多，早年一般是铆接，今天还在用，世
界上铆制铝的铆接设备和铆钉并不很多，说白了吧！就美国佬和欧
洲有。日本准备要造100吨级以上的大飞机了，为什么没有早动手，日本没有合适的航空铆钉。今天，铝结构可以焊接，当然，方法比
较特殊，还有一种被称为‘摩擦搅拌焊’的工艺，做厚结构时也用得比
较好。
假如你做铝结构设计，能设计断面，会计算，再能拆了这个结构，
分块做型材，再将其联结起来，你就会有饭吃，做这个的家伙比作
钢结构挣钱多。
3 纤维热压增强材料合金材料
随着人们对航空器‘更高、更大、更快、更远、寿命更长、事故条件
下的生存能力更强’的多‘更’要求，铝材已经远远不能满足这些要求了。无论是强度、刚度和温度适应性及稳定性能都不够了。这时，纤维
热压增强材料就开始逐步登上历史舞台了。
这些纤维热压增强材料主要是做结构用的碳纤维结构材料和做蒙皮
及结构翼板的凯夫拉夹层材料。碳纤维的模量很大，用它制作的结构，在有很高的强度的同时可以有很大的刚性，这是其它材料所不
具备的。碳蜂窝结构是历史上最强的蜂窝结构。
凯夫拉夹层结构是由凯夫拉纤维和薄铝板的多层复合体，欧洲称‘凯
夫拉三明治’，由于它的模量略小，具有一定的弹力和变形能力，是
作轻结构蒙皮的上等材料，有时是唯一的选择。
作碳纤维结构设计时，你主要是考虑用什么结构形式，它和加工方
法有密切的关系。在断面很薄的时候，蜂窝结构是你的唯一选择。
会蜂窝结构的设计，你可以有一碗不错的饭，就可以作真正的白领了。
纤维热压增强材料的联结就比较特殊了，它与钢铁结构和铝结构的
联结方式是截然不同的。这种材料一般是采用粘--铆联结方式。承载
的联结体是环氧或类环氧胶，而铆钉只是辅助固定的方式，无论是
哪国的铆钉都不会有这样大的联结强度。
粘--铆结构有其致命的缺陷，腐蚀会沿着边界层渗透，当层间结构被破坏到一定的程度，这种看似无敌的结构体就会瞬间崩溃，而在这
之前是没有任何先兆的。
在设计过程中，要特别注意标注材料的表面处理和粘接方式，以及
搭接界面的封闭处理。总体技术要求要标明多长的周期要进行层间
结构的探伤处理，探伤显示的损坏结果到什么程度就要报废，而不
管它看起来是新还是旧。碳纤维还被用来作为结构的增强材料，粘
接在梁体的表面以提高强度，它属于专门的学科。
你需要学习的实际是两种东西，一种是碳纤维结构件，一种是碳--钛复合拉杆，学会这两种东西，可以设计f1 或者设计飞行器。在工程
设计的时候，有时客户会提一两种特殊的结构给你，这是你的附属
结构，一种是间隔消音结构，结构体之间要有一定的距离，内表面
要粘贴某规格的沥青石棉毡，结构之间要悬挂式布置一定克重的玻
璃纤维毡，这是依据声频特性计算出来的，有些时候这些东西你也
必须会。再有一种东西就是防弹结构，防炮弹的东西不是咱设计的
范畴，那东西咱搞不了。防枪弹的结构主要是硬式和软式两种，软
式的也是一种凯夫拉夹层复合结构，以前要自己设计，现在可以买
得到。
说‘静态结构’和设计，俺就知道这些了，按中国成语说‘坐井观天’，
俺就是那只井底的大蛤蟆，也希望有一天爬到井台上来看看世界，但，很难啊！不过，上面说的这些东西，俺可以替你做，即使是纤
维材料，俺从压机替你做，做了设备再替你设计结构。具体你要知
道多少东西，那就要看你自己了，客户要侬作什么，侬没有自己的
选择，白相白相以后就得干活，到底是钢结构、铝结构、还是复合
结构，你的老板说了算，你说不会，他不给你发薪水
4 运动结构
说到搞‘运动结构’设计的家伙，有时看不起搞‘静态结构’设计的人，
在有些场合也是有一定的道理的。
设计一个‘运动结构’，不仅要考虑机构在运动过程中的完整性，还有保证在规定的时间内完成规定的任务，这些任务有时是精密的动作，有时是一个变化着的力，有时二者兼备。
既然是为了完成一个运动的任务，从总体上说，各种运动机构都是
类似的，从宏观上看都是一样的东西。运动系统在运动过程中都包
含有‘启动、加速、工作运转、减速、停止’等过程，怎么能很好地完
成这些动作，才是问题的关键所在。
我习惯上将‘运动系统’分成几大类：第一类是‘大惯量系统’，其自身
的启动惯性较大，而工作载荷并不很大，例如，棒材轧机的定尺飞剪，设计的关键问题是要在规定的时间内启动到位，完成剪切动作，真正的剪切力并不很大。
第二类是‘大载荷系统（或外加大惯性体），这类系统的自身惯性很小，而工作载荷很大。例如，航母上的蒸汽弹射器，设计的关键是
如何在瞬间发出巨大的推动力，而这种大推力又是可以精密控制的，设计这种东西有难度，有时，你设计了也没有条件加以实现。第三
类是混合系统，自身的惯性比较大，工作载荷也特别大，有时载荷
还有不确定性，例如，轧机、热带飞剪等冶金设备就是如此。
5 驱动装置电机
你无论是设计哪种系统，首先你要分清楚这东西的实质所在，才能
选择用什么方式加以驱动。说到这里，我们不得不说一下驱动一个
系统用到的原动机。原动机主要有各种电动机、活塞式内燃机、涡
轮轴式燃气轮机、外燃式的斯特林机、驱动大型风机和压缩机的蒸
汽轮机等。无论如何，我们最多采用的是各种电动机。
各种电动机都有不同的启动特性和负载特性，要根据不同的情况加
以选择和控制。设计棒材轧机的定尺飞剪时，主要考虑电机的启动
特性，电机要适应频繁的连续启动，启动过程要准确。设计轧机的
时候，主电机主要考虑的是过载倍数是否合适，过载倍数不够，轧
机的力能参数不够，光能转又有什么用？。
设计冷床的时候，假如你是采用启动/停止的方式，就要选择较大的
电机，当采用气动离合器的方式时，电机相对就小些。这些都是根
据计算得出的。
说到计算一个电机驱动的系统时，电机是否合适？曾经有许多的说法，很多书里说了不同的观点，有时把人说得云山雾罩，不知所以然，有些东西我参考，有些东西只是看看算了。
什么叫电机选择得合适？就是在工作载荷的条件下基本达到额定状态，留下一点富裕就够了，留多少富裕的功率，那要看你选择的是
谁的电机，假如是德国的电机，你在90%的额定条件下可以长期使用，如果是美国的电机，有时可以使到100%。有些电机，你就要慎重，可以询问厂家，到底可以在什么条件下使用，给你的答复有时
是75%，有时还要低，但你也要遵循，谁让你想少花银子呢？
电机到底在什么条件下会烧了，一堆人可能有许多的说法，无论谁
说过什么，最终的答案都只是一种：那就是积累的热量。请你记住，只有发热超过散热并累计上升到规定的温度，同时持续一定的时间，最终烧毁绝缘的时候，电机就烧了。
在实际的设备设计中，有时，你按工作载荷计算的电机功率是不能
满足启动要求的，因为过长的启动时间将瞬间产生大量的热，使系
统马上被‘顶掉’。但你若是按启动工况计算电机的功率，就会严重富裕，这将导致系统的效率下降，对整个的工厂是没什么好处的。这时，你就要在这两者之间做出平衡，平衡不了的时候，就要另加一
个装置专门负责启动，这种东西的工作原理各不相同，最简单的就
是两个电机串在一起，用离合器联接，启动的时候，两个电机同时
工作，正常工作的时候，断开一个，使用一个。
其实，你只需掌握几点关键的东西：启动期间的发热是否超限，如
果启动的次数很少，首次启动是冷车启动，即使发热略有超过，也
不会怎么样，但时间不能太长，长了，对电机的寿命有影响。电机
在工作期间的过载问题必须仔细计算，力能参数满足需求的时候，
主要是计算每一个循环的发热是否满足要求，应该使用什么方式进
行散热，对于封闭式电机的计算要特别注意使用的环境。而对于特
殊的气候条件，比如湿热带的气候，要使用专门的湿热带电机，以前，有的公司出口设备到印尼去就有这类的问题。在系统减速阶段，你可能用到某些减速的方式，假如和电机的力能参数有关的话，也
要仔细计算，力能参数合适以后，再算发热量，总之，你什么都算过，并且都算对了，在工程中出的错误就少。
真正选择电机的时候，你会看到有同步机，异步机，异步机里还有
众多的分类，当然还有直流机、各种伺服电机、步进电机、开关磁
阻电机，许多我都用过，书里有明确的原理说明，厂家有详细的曲
线参数表，这些东西我不能侃，一侃就要露怯，在选电机之前要仔
细地想好了，你要驱动的是什么系统，到底会发生什么事情，这才
是问题的关键。
在使用电机不方便的场合下，可能你被迫要使用其他的原动机，例如，在输油中继站要使用柴油机，这东西和电机的特性是完全不同的，要考虑一大堆的东西，比如液力耦合器及控制系统，调速装置，齿轮变速箱，散热器和循环系统等，你别嫌麻烦，挣钱麻烦吗？
在输气的线路上，假如气体的热值和灰份等质量合适又有处理站的话，可能使用涡轮轴燃气轮机，这东西是高速机，减速装置比较复杂，还要有一大堆的监控系统，但它的效率很高，装置比较小。还
有使用斯特林机的，可能场合特殊，那东西很安静，有在车上使用的，我没用过。
6 被驱动装置假如一个驱动力可以使系统启动的话，系统就可以开
始运转，但运转的过程中还会发生许多的问题。按我的习惯，我把
这些问题归为四类，即：
（1）控制位置精度的问题。
（2）平衡问题。
（3）振动问题。
（4）润滑问题。
（1）控制位置精度
控制位置精度的问题是一个比较复杂的问题，它与控制系统的选择、被驱动件的惯量、控制的算法等一系列因素有关。对于要求高速运动，而定位准确的物体，减少自身的惯量而提高其刚度是尤其重要的。有时，你必须放弃钢铁、铝合金等结构而转求采用复合材料。
不管对谁来说，一个大而重的东西比轻的东西就是难以控制。在提
高刚度的同时，还应该提高结构的自振频率，这对于提高位置控制
精度都有很大的帮助。
就控制系统来说，不是你选择的系统精度越高就越好，过高的精度
有时没有必要，它无故地增加了制造的成本。有时，你提出的、超
高的精度其实是实现不了的，比如，你要求热轧板带的精度到‘缪’级
就很难做到。还有就是，太高的精度引起的系统震荡也是很难处理的，有时是对生产过程的严重干扰，可以大大地降低生产效率。
提高一个系统的位置控制精度和算法还有很大的关系，你的算法比
较先进，简单地解出轨迹和正确地修正和差补，都是提高控制精度
的有效手段。作为机械设计者，在设计这类东西时，你应该是先设
计好你的所有机构，做完所有的惯量计算，找到最大的惯性力作用
点和外载荷的附加点，再和专业的自控公司的家伙谈控制，看他们
的伺服电机或步进电机的力能参数是不是可以，控制卡是不是有这
么高的响应和适当的电流输出，你就可以得出结论，谁的东西是可
以使用的，谁是真正混事的家伙。只有这样，你设计的东西，你才
知道最终是不是可以使用，即使在使用中有问题，也可以知道是在
哪里出了问题？到底是驱动跟不上？还是算法的问题，或是控制电
路的问题。不知道这些，永远是糊涂的。
（2）平衡问题
说到一个系统的平衡问题，也有许多的讲究，例如大型的棒材轧机
的冷床就是一个很好的例子。
从精轧机经过倍尺飞剪上到冷床的棒材的规格随着生产的规格调整
时刻在变化中，规格从∮10到∮40都有，究竟在哪一点平衡冷床是
有说道的，你要和轧钢工艺的家伙仔细探讨，找到最常生产的规格，还要考虑生产的连续时间，工作做细了，对设备的寿命、电耗都有利，但能考虑这些东西的家伙是非常少的。
平衡不好的话，不仅是设备寿命受影响，基础的寿命减低，还可能
把床面甩下来，几百吨的家伙，甩飞是什么后果？所以，当你接手
设计这东西的时候，会有许多的人劝你这家伙的可怕后果，但东西
设计好，摆在那里，大家能抄许多年，也是一件趣事。
（3）振动问题
平衡问题与振动问题有时是一个问题，有时是两个问题，有时二者
有关系，有时一点关系都没有。做好平衡在某些场合可以减少振动，有时就不能，甚至根本就不能。
运动系统的振动有许多的原因，一些是由不平衡引起的，这些东西
只要简单地加以平衡就可以解决。有些是由于外界的激振源的振动
频率和系统接近而导致振动，附近的空压机、活塞式内燃机、有时
甚至是某些液压泵组也
机械优化设计论文(基于MATLAB工具箱的机械优化设计)
基于MATLAB工具箱的机械优化设计 长江大学机械工程学院机械11005班刘刚 摘要：机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计效率和质量。本文系统介绍了机械优化设计的研究内容及常规数学模型建立的方法，同时本文通过应用实例列举出了MATLAB 在工程上的应用。 关键词：机械优化设计；应用实例；MATLAB工具箱；优化目标 优化设计是20世纪60年代随计算机技术发展起来的一门新学科, 是构成和推进现代设计方法产生与发展的重要内容。机械优化设计是综合性和实用性都很强的理论和技术, 为机械设计提供了一种可靠、高效的科学设计方法, 使设计者由被动地分析、校核进入主动设计, 能节约原材料, 降低成本, 缩短设计周期, 提高设计效率和水平, 提升企业竞争力、经济效益与社会效益。国内外相关学者和科研人员对优化设计理论方法及其应用研究十分重视, 并开展了大量工作, 其基本理论和求解手段已逐渐成熟。 国内优化设计起步较晚, 但在众多学者和科研人员的不懈努力下, 机械优化设计发展迅猛, 在理论上和工程应用中都取得了很大进步和丰硕成果, 但与国外先进优化技术相比还存在一定差距, 在实际工程中发挥效益的优化设计方案或设计结果所占比例不大。计算机等辅助设备性能的提高、科技与市场的双重驱动, 使得优化技术在机械设计和制造中的应用得到了长足发展, 遗传算法、神经网络、粒子群法等智能优化方法也在优化设计中得到了成功应用。目前, 优化设计已成为航空航天、汽车制造等很多行业生产过程的一个必须且至关重要的环节。 一、机械优化设计研究内容概述 机械优化设计是一种现代、科学的设计方法, 集思考、绘图、计算、实验于一体, 其结果不仅“可行”, 而且“最优”。该“最优”是相对的, 随着科技的发展以及设计条件的改变, 最优标准也将发生变化。优化设计反映了人们对客观世界认识的深化, 要求人们根据事物的客观规律, 在一定的物质基和技术条件下充分发挥人的主观能动性, 得出最优的设计方案。 优化设计的思想是最优设计, 利用数学手段建立满足设计要求优化模型; 方法是优化方法, 使方案参数沿着方案更好的方向自动调整, 以从众多可行设计方案中选出最优方案; 手段是计算机, 计算机运算速度极快, 能够从大量方案中选出“最优方案“。尽管建模时需作适当简化, 可能使结果不一定完全可行或实际最优, 但其基于客观规律和数据, 又不需要太多费用, 因此具有经验类比或试验手段无可比拟的优点, 如果再辅之以适当经验和试验, 就能得到一个较圆满的优化设计结果。 传统设计也追求最优结果, 通常在调查分析基础上, 根据设计要求和实践
机械优化设计综述及其应用举例
机械优化设计综述与应用 苟晓明 （重庆理工大学重庆汽车学院，重庆市400054） 摘要：机械优化设计是一门实践性很强的综合性学科，在现代机械设计中占有非常重要的地位，其应用价值十分高，是非常有发展潜力的研究方向。文章对机械优化设计的基本理论，基本研究思路、优化设计方法、软件的应用情况以及应用中可能遇到的问题等分别进行了简述，分析了优化设计应用的发展趋势。并应用Matlab优化工具箱对产品进行了优化设计应用实例分析。 关键词：机械优化设计；优化方法；蜗杆传动；Matlab Summary of Mechanical Optimal Design and Application GOU Xiao Ming (Chongqing University of Technology, Chongqing Automobile Institute,Chongqing,400054,Chain) Abstract: Mechanical optimal design is a very practical comprehensive discipline, it plays a very important role in modern mechanical design. Its value is very high, and is very promising research direction. This article summarized the basic theory of optimal design, research ideas, optimal design method, the application of software and possible problems in use the software. Analyze the application and trends of optimization methods. And use Matlab optimization toolbox to analyze the optimal design of products. Key words：mechanical optimal design; optimization method;worm transmission; Matlab 0 引言 优化设计是20世纪60年代发展起来的，以数学规划理论为基础，根据最优化的原理和方法，应用计算机技术，寻求最优设计参数的一种新方法，为工程设计提供了一种重要的科学设计方法。优化设计首先需根据工程需要将实际问题转化成数学模型，然后选择合理的优化方法，通过计算机求得最优解。能使设计周期大大缩短，提高计算精度、设计效率和设计质量。因此优化设计是现代设计理论和方法的一个重要领域，它已广泛应用于各个工业部门，已成为设计方法的一个重要发展趋势。 1 优化设计基本概念 机械优化设计就是在满足给定的载荷、环境条件、产品的形态、几何尺寸关系或其它约束条件下,以机械系统的功能、强度和经济性等为优化对象,选取设计变量,建立目标函数和约束条件, 利用数值优化计算方法使目标函数获得最优设计方案一 种现代设计方法]3 1[ 。进行最优化设计时，首先必须将实际问题加以数学描述，形成一组由数学表达式组成的数学模型，然后选择一种最优化数值计算方法和计算机程序，在计算机上运算求解，得到一组由数学表达式组成的最优设计参数。利用优化设计，可进一步改善和提高产品的性能；在满足各种设计条件下减少产品或工程结构重量，从而节省产品成本消耗、降低工程造价;可以进一步提高产品或工程设计效率。因此，优化设计是直接提高产品设计性能、降低产品成本的有效设计方法。优化设计可给企业带来直接的经济效益，从而提高企业产品的竞争能力。 优化设计的目标是使设计对象最优，而优化设计的手段是计算机及优化计算软件。优化计算软件是以优化计算方法为基础而形成的应用程序系统。因此，优化设计还可以被理解为采用计算程序的从设计空间搜索最佳设计方案的现代设计手段。优化设计与常规设计相比具有借助计算机为工具的明显特征。优化设计中优化计算方法的数学基础包括线性规划、非线性规划、动态规划、几何规划等内容的数学规划理论。 优化设计一般包含如下主要内容:①将设计中的实际物理模型抽象为数学模型。确定设计过程中主要的设计目标和设计条件，在此基础上构造评价设计方案的目标函数和约束条件等。②数学模型的求解。根据数学模型的性质，选择合适的优化方法，并利用计算机进行数学模型的求解，得到优化设计方案。 任何机械设计问题，总是要求满足一定的工作条件、载荷和工艺等方面要求，并在强度、刚度、
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研究生学位课程 读书笔记 科目清洁生产 专业环境工程 学号 201131497 姓名吴金鸿 日期 2012年06月29日 西北大学研究生处
废纸造纸企业的清洁生产 摘要：在废纸造纸行业发展及污染现状的基础上，提出实施清洁生产是废纸造纸行业治理污染，实现可持续发展健康之路。 关键字：废纸；清洁生产；处理 Abstract：On the basis of development and pollution status of waste paper and paper industry, Implementation of cleaner production is paper and paper industry control pollution and to achieve sustainable development of the road to health. Key Words：Wastepaper；Cleaner production；Deal with 1我国废纸造纸行业的发展 纤维原料来源紧张是今后世界造纸上业面临的重大课题之一，解决这一课题的措施，除大力发展速生人工造纸林外，回用废纸是一个重要途径，废纸造纸其有设备投资少，工艺技术简单，环境污染负荷相对较小，能有效利用废纸资源等优点，已经在造纸行业中占有相当大的比重。随着废纸回收利用的快速增长，最大限度的回收利用废纸是造纸工.业实现清洁生产，走可持续发展的主要方向之一，废纸再制浆工艺因废纸种类、来源、质量与废纸浆的用途不同差异较大，废纸制浆过程的主要污染是废水和废渣，清洁生产方案的实施是一项系统工程，涉及到观念、资金、技术、知识等诸多方面因素。废纸造纸行业应从自身的特点出发，结合其它行业清洁生产的经验，重点在物料综合利用、企业内部管理、工艺设备改造、废纸制浆新土艺、废纸脱墨技术、废水处理及综合利用等方面寻求清洁生产的机会和潜力，研制并实施各项清洁生产方案，使清洁生产在该行业获得巨大的环境、经济和社会效益[1]。 2.废纸造纸企业的清洁生产 2．1清洁生产的发展 进入 20 世纪 80 年代，全球经济发展加速，环境问题日益严峻，数十年工业排污积累的潜在危害开始暴露，气候变化等全球性问题引起了全世界的高度重视。实践中人们认识到以往的解决工业污染的方法都是治标不治本的方法，彻底的解决方法必须是“将综合预防的环境策略持续地应用于生产过程和产品中，以
机械优化设计课本中编程实例
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摘 要: 机械优化设计是将最优化原理和计算技术应用于设计领域,为工程设计提供一种重要的科学设计方法。机械优化设计包括建立优化设计问题的数学模型和选择恰当的优化方法与程序两方面的内容。由于机械优化设计是应用数学方法寻求机械设计的最优方案，所以首先要根据实际的机械设计问题建立相应的数学模型，即用数学形式来描述实际设计问题。在建立数学模型时，需要用专业知识确定设计的限制条件和所追求的目标，确立各设计变量之间的相互关系等。机械优化设计问题的数学模型可以是解析式，实验数据或经验公式。虽然它们给出的形式不同，但都是反应设计变量之间的数量关系的。MATLAB 是目前国际上最流行的科学与工程计算的软件工具, 它具有强大的数值分析、矩阵运算、信号处理、图形显示、模拟仿真和最优化设计等功能。本文用MATLAB 来解决机械设计中的几个常见的问题。 关键词:MATLAB ;优化;机械设计;软件 1 引 言 近年来发展起来的计算机辅助设计，在引入优化设计方法后，使得在设计过程中既能够不断选择设计参数并评选出最优设计方案，又可以加快设计速度，缩短设计周期。在科学技术发展要求机械产品更新日益缩短的今天，把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来，使设计过程完全自动化，已成为设计方法的一个重要趋势。 2 采用MATLAB 软件进行优化设计 2.1.问题描述: 求3682+-=t t f 的最优解 2.1.1规划模型的建立: 目标函数 36102+-=t t f 约束条件 无约束 2.1.2对应的程序: clc clear syms t f=t^2-10*t+36; x1=0; h=2; f1=subs(f,x1);
机械优化设计方法论文
浅析机械优化设计方法基本理论 【摘要】在机械优化设计的实践中，机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计的效率和质量。每一种优化方法都是针对某一种问题而产生的，都有各自的特点和各自的应用领城。在综合大量文献的基础上，总结机械优化设计的特点，着重分析常用的机械优化设计方法，包括无约束优化设计方法、约束优化设计方法、基因遗传算方法等并提出评判的主 要性能指标。 【关键词】机械；优化设计；方法特点；评价指标 一、机械优化概述 机械优化设计是适应生产现代化要求发展起来的一门科学，它包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状的优化设计等诸多内容。该领域的研究和应用进展非常迅速，并且取得了可观的经济效益，在科技发达国家已将优化设计列为科技人员的基本职业训练项目。随着科技的发展，现代化机械优化设计方法主要以数学规划为核心，以计算机为工具，向着多变量、多目标、高效率、高精度方向发展。]1[ 优化设计方法的分类优化设计的类别很多，从不同的角度出发，可以做出各种不同的分类。按目标函数的多少，可分为单目标优化设计方法和多目标优化设计方法按维数，可分为一维优化设计方法和多维优化设计方法按约束情况，可分为无约束优化设计方法和约束优化设计方法按寻优途径，可分为数值法、解析法、图解法、实验法和情况研究法按优化设计问题能否用数学模型表达，可分为能用数学模型表达的优化设计问题其寻优途径为数学方法，如数学规划法、最优控制法等。 1.1 设计变量 设计变量是指在设计过程中进行选择并最终必须确定的各项独立参数，在优化过程中，这些参数就是自变量，一旦设计变量全部确定，设计方案也就完全确定了。设计变量的数目确定优化设计的维数，设计变量数目越多，设计空间的维数越大。优化设计工作越复杂，同时效益也越显著，因此在选择设计变量时。必须兼顾优化效果的显著性和优化过程的复杂性。