广州鼎汉轨道交通车辆装备有限公司广东省广州市510032
摘要：伴随着制造业经济的不断发展，国内现有的机械设计科学技术应用水平也得到了有效的提升，为制造业生产效率提升奠定了坚实的基础。在这一基础上，机械结构的优化设计工作就显得十分重要。作者通过总结实际工作经验对机械结构优化设计应用与研究进行探讨，旨在提升制造业机械设计质量。
关键词：机械结构；优化设计；应用与研究
引言
在科学技术不断研发更新的当前时期下，制造生产企业想要在现有的经济市场竞争中赢得有效的立足之地，就必须提升自身的市场竞争实力。在这一过程中，企业自身制造业生产产品的更新、提升产品的复杂性就成为适应市场发展的重要手段。在传统的工业生产期间，产品的生产方式比较单一，新形式的生产方法研发，在很大程度上降低了生产成本并缩短了生产周期，高效提升企业的市场竞争力。基于此，针对机械结构优化设计应用与研究这一课题进行深入研究对于生产效率的提升具有重要现实意义。
1机械优化设计的发展概况
在传统的机械产品制造过程中，采用的生产方式一般是单纯的按批次制造方法，生产的产品类型极具单一特点。现阶段，该种形式已经得到了很好的改善，更多的机械产品生产采用的批量较小、种类较多的生产方式，新生产方式的采用，在很大程度上提升了机械制造企业的生产市场竞争实力，继而在市场中占据更多的市场份额，提升企业自身的经济效益和社会效益[1]。与此同时，机械优化设计的开展还有效的节省了制造企业的生产时间，降低成本的同时，优化了现有的生产效率。
2机械结构优化设计应用
2.1系统模块的优化设计
系统优化指的是，设计人员先将机械机构视作一个整体，将优化流程看作是完整的结构。将每一个优化元素视作单独的部件，明确这些单独部件存在密切联系的关系。这样的层次化设计，能够实现设计元素既是单独的个体，又是共同的整体，能够达成整体优化的目的。目前来看，机械机构优化系统模式一般是按照德国VDI2221设计方式[3]。当然也有一些机构优化系统采用的是我国自主研发的系统设想。根据用户需求进行机械结构设计，质量功能分部位首先根据用户需求明确机械结构基本功能和特征，之后根据机械结构的功能特征确定各个零部件的特征。将零部件特征作为核心，在讨论和实验的过程中明确零件工艺特征。最后按照工艺特征分析，得出系统优化作业特征，决定最后的系统优化方法。
2.2产品特征的优化设计
在优化设计机械系统的结构时，需要根据产品发展特点，进行相对应的优化设计。在此过程中最重要的技术就是计算机辅助，计算机辅助贯穿于机械产品优化设计的始终，能够帮助设计人员提高优化设计效果和自动化水平，完成机械机构优化的管理、协调、表达。总结来说，现如今产品特征优化主要包括如下方法。首先是实例法。实例法通过框架结构完成概念实体、工程实例描述。在推理的过程中获取候选资源，并将候选资源匹配进入到优化防范与匹配设计。其次为编码法，这种方式结合运动转换，实现机构整理与分离。通过知识库搜集与整理方式，完成机械结构优化设计，确定优化设计的方案。最后是混合性表达，这种方式将网络系统、框架、过程、规则进行整合，实现高质量的产品特征设计。CAD软件中，常用NEXPERT-OBJECT完成优化方案制定。在结束目录优化与否设计以后，实现机构组、功能模块、功能分解的组织优化，为优化提供辅助工效。上述方法全部需要在实际应用中，根据产品自身特点进行选择。
2.3机械结构设计中抗磨损优化
2.3.1闭式齿轮设计改造
闭式齿轮，主要是指2齿轮相互接触传送。在机械运转中，齿轮之间不断接触摩擦，机械能转化为热能，齿轮温度升高，齿轮之间的磨损程度增加。对此，齿轮设计改造中，在增强齿轮硬度、提高齿轮抗摩能力的同时，应选择耐热性较强的齿轮。若成本允许，可挑选高强度金属材料作为齿轮原材料，以提高齿轮的抗摩能力以及机械设备的质量与寿命。
2.3.2开式齿轮设计改造
在机械传动中，开式齿轮是其中的重要部分，应用较为广泛，它的应用，提高了机械生产效率。开式齿轮中的齿轮是完全暴露的，在无保护状态下运转工作，若不加强保养与清理，导致齿轮在存在灰尘、碎屑情况下仍在运转，极易导致齿轮磨损。对此，在开式齿轮运行中，应经常为齿轮添加润滑油，减小齿轮间的摩擦，降低机械磨损程度。在润滑油使用中，操作人员应充分考虑齿轮间的磨合情况，周边自然环境影响等。做好日常清理工作，是为减少颗粒物对齿轮的腐蚀，避免增大对齿轮的摩擦力。另外，应加强齿轮齿根的抗弯曲疲劳能力，以降低机械传动的抗磨损状况。
3机械结构优化设计应用的未来发展前景
3.1更利于大型复杂结构模型构建
机械结构优化工作开展水平的不断提升，与时代的发展、行业的创新之间具有密不可分的联系，20世纪中期以来，机械设计工作的发展方向越来越趋向于结构模型的复杂化，同时对于大型结构模型的有效构建也起到了重要的促进作用，即高度优化了传统制造行业中机械产品模型的构建水平和质量。与此同时，设计变量参数量增加，使得结构分析的推导与数值计算工作开展难度也得到了相应的提升，随着大型机械设备的不断研发更新，传统的结构优化并未及时更新出有效的算法公式，为机械优化设计质量提升造成了一定的不良影响。此时，全新机械结构优化设计方法的运用，能够在很大程度上为大型结构系统的运行优化创造奠定技术应用基础。具体而言，通过将较为复杂的结构进行分解程不同的子结构进行逐一分解优化。
3.2机械结构优化设计后能够解决更多的机械设计问题
经过长时间的发展，机械结构优化设计在未来的发展过程中逐渐拥有了处理以下问题的能力：①建模能力。在机械结构优化设计后，可以直接运用除数学方法之外的经验与知识进行建模处理；②随机变量优化设计。在该项设计中，主要的设计内容是指将随机设计的变量进行确定,然后构建随机性的目标函数，对机械结构的随机模型进行相应的计算求解，得出最佳设计参数。③多学科系统优化设计。在该项机械结构优化设计工作开展过程中，主要是将诸如搜索策略与数据分析以及设计管理等内容进行有效的集成，通过对集成结果的分析，总结出整个机械结构工程运行系统的构成情况。在系统的分解研究期间，可以发现机械设备的每一种子系统的变量以及设计函数的构成状况都具有一定的协调性。
结束语
综上所述，在制造业机械结构生产研发过程中，机械结构的优化设计,在很大程度上推动了制造业机械产品的质量提升和性能优化，同时，也为机械行业实现可持续发展带来的发展机遇。另一方面，机械结构优化设计工作的展开，也在很大层面上有效缩短了机械产品的生产周期，提升了制造行业企业本身的市场竞争实力，最终推动了国内整个工业、制造行业的技术应用水平。由于受到多种因素的影响，文中的内容并不全面，有待补充，希望其中的部分内容能够为后续关于本课题的研究提供参考。
参考文献
[1]张钟文.试析机械结构优化设计的应用及趋势[J].装备制造技术,2016(07):270-271.
[2]房灿.机械结构优化设计应用与趋势研究[J].科技创新与应用,2016(18):137.
[3]刘世庚,张德珍,徐淑琼.机械结构优化设计研究应用及前景展望[J].科技视界,2014(16):107.
[4]胡如夫,吴南星,孙庆鸿.机械结构虚拟优化设计技术与应用研究[J].中国工程科学,2004(10):45-47+78.
[5]李欣.复合迭代法在工程机械结构优化设计中的应用[J].工程机械,1987(04):9-13.