现代机械结构动态设计及应用

现代机械结构动态设计及应用

吴海莽

（广东正业科技股份有限公司广东省东莞市52300）

摘要：机械设计是影响机械产品性能、质量、成本和经济效益的一项重要工作。机械产品能否得到广大消费者的认可，很大程度上取决于他的设计。随着科学技术的进步以及生产技术的发展，市场竞争日益激烈，企业为了获得自身的生存和发展，我们必须不断引进具有市场竞争力的新产品。因此，机械产品更新换代的周期将日以缩短，对机械产品的质量和品种的要求也将得到提高。本文将通过机械结构、机械结构的动态设计和及其的应用来分析研究。

关键词：现代机械结构；动态设计；应用

目前，因为我国设计方法的落后，技术人员知识的老化以及许多先进的设计理论、方法和技术不完全的掌握和不能运用在实践操作过程中，我国现在的机械产品与世界先进水平相差甚远。设计水平的落后必然导致机械产品性能和质量的落后。机械产品不但难以进入国际市场，就连国内市场也难以维持。想要从根本上扭转这种局面，就必须大力加强机械产品的设计工作。

1.机械结构的设计

设计是人类改造自然的基本活动之一。它与人类的生产活动和生活息息相关。在漫长的自然改造历史中，人类一直从事设计活动。通过成功的设计物品来满足文明社会的需要。机械是机器与机构的总称，从结构和运动的角度看，机构与机器没有区别。尽管机械的类型很多，性功能差异也比较的大，但是机械设计的要求却大体相同。

设计绝不能视为只是计算和绘图。机械结构的程序千变万化，即使机械本身只有那几个元素但是设计是一项具有创造力的工作，他将机械重新组合，形成了各种各样的机器。机械设计的过程是复杂的，同时不仅只是涉及了市场需求，技术预测、人机工程等几个反面可预见的工作，还要加上机械种类繁多但是性能差异巨大，所以设计者在设计机械的过程中要根据具体情况进行相应的处理。

但是一般来说，一台新的机器从着手设计到制造出来需要六个阶段。第一阶段是制定一个工作计划，根据社会市场的需要确定设计机器的功能范围和性能指标，并根据现有技术实现的可能性来澄清设计中需要解决的问题。OGY、数据和研究结果。拟订设计工作和方案计划书。第二阶段就是方案设计，按设计任务书的要求，了解并分析同类机器的设计、生产和使用情况以及制造厂的生产技术水平，研究实现机器功能的可能性，提出多种方案。第三阶段是技术设计，技术设计包括运动学设计、动力学计算、零件设计、总装配草图的测距以及总装配图与零件工作图的设计。第四阶段是建筑设计。根据技术设计的结果，考虑零件的工作能力和结构可制造性。确定配合件之间的公差。第五阶段则是试制，试验以及鉴定了。所设计的机器能否达到预期的功能，满足要求，其可靠性、经济性等，必须通过试验样机试验来检验。经过鉴定后再通过专业人士和市场分析报告进行科学评估，最后确定产品时候可以投入生产或者要进行一些设计上的改进。最后阶段接是设计定型产品了。经过试验和鉴定，做出一些必要的设计修改，然后可以进行一些小批量生产。在获得实际情况后，根据获得的数据和使用后的反馈，对设计进行进一步修改，这即是对最终产品的设计，然后便可以正式正式投入生产。

实际上，机械设计的每一个阶段都是相互关联的。在某一阶段发现问题后，有必要返回先前的相关条件来修改设计。直至问题的解决。有事可能会遇见要将整个方案都推倒重来的时候，因此，整个机械设计过程是一个不断修改、不断改进、逐步解决问题的过程，接近最优的结果。

2.机械结构的动态设计

传统的机械结构设计只考虑了它的静态特性和静载作用下的强度和刚度问题，即使外载荷是动态载荷，通常也是按某种等效原则简化成静态载荷处理。机器的静态强度和刚度固然十分重要，但工作时的震动会影响他的工作能力和性能，还会导致与它的配套工作设备的破坏，会产生噪声，影响操作者的身心健康，污染环境等等，因此，现代机械设计以及逐步发展到静态设计和动态设计并举的沉痼，以满足机械静、动态特性和低震动、低噪声的要求。动态设计的一般过程是：

（1）首先要进行静态设计，设计的机械结构首先满足静强度和刚度的要求。

（2）通过建立静态设计产品的图纸或需要改进的产品的力学分析模型，建立了结构固有频率、振动模态、模态和动态响应的动态特性分析。

（3）根据项目的实际需求，给出了其动态特性的要求或预期的动态设计目标。

常用的机械动态设计性能方法有：

（1）力学分析法：常用于分析结构的最低固有频率和振型。

（2）传递函数法：该方法不必求解微分方程便可以求出初始条件为零的结构在变化载荷作用下的动态过程，同时还可以计算结构参数的变化对结构动态过程的影响。

（3）模态综合分析法：适用于对复杂机械系统的动态性能分析。

机械结构的动态特性分析过程十分复杂，分析技术在不断探索和发展中。随着计算机技术的发展，数值计算技术在动态特性分析中得到了广泛的应用，开发了标准的软件包，其中最有成效的数值计算手段，使得机械结构的动态特性分析变得相对简单多了。

3.机械结构的动态设计应用

机械设计的首要基本要求便是要能实现预定的功能，所谓功能是指用户提出的需要满足的使用上的特性和能力，是机械设计的最基本出发点。要满足运功性能和运动的要求便要正确选择机械结构工作的原理、所需机构的类型、拟定机械运动系统的方案；其次，机械设计要满足安全和可靠。机械的可靠性是指在规定的使用条件下、在在规定的时间内完成规定的功能的能力；机械设计是基于市场需要以及经济性的要求，在产品设计中，自始自终都应把产品设计、销售及制造三方面作为一个整体。在此之上，一些机械的零部件结构有特别的设计要求，但是机械设计的最终结果都是以一定的结构形式表看出来的，所有的计算都必须建立在一定的结构上。机器的工作是离不开人的操作的。那么在此之上机械的操作使用方便，具有工艺性及标准化、系列化、通用化也比不可少了；当然，有些机械由于工作环境和要求的不同，对设计也会提出特殊要求。例如高级轿车齿轮的减嘈功能要求，机床长期保持精度的要求，食品加工厂对食品安全生产过程中机器无毒安全的要求，纺织厂机械不得污染产品的要求等等。

近年来由于机械的广泛应用，作为各个方、面各个领域的基础设施，这些高技术科学便对机械学有了更高的要求使得我国的机械学科发展日益壮大，达到了一个不错的程度。机械学作为其他学科设备方面的基础，影响力机械工业中各个产品的性能和自动化水平。一方面。机构是由简单的运功分析和一些合成而组成的，可以用于复杂运动的分析和综合开发。另一方面，也从机构运动学到机构动力学分析和综合的方向发展。研究了机械系统合理组成的方法和标准，分析了各种机械在传动、受力和工作过程中的作用。这是个问题。

在机械产品设计过程中的一个重要环节那就是分析、计算。其中包括对产品几何模型进行分析、计算，通过运动或力分析对结构功能和性能进行分析，对设计方案进行评价等等。

4.结束语

中国的经济的发展和社会的进步，机械领域发挥着不容小觑的作用。机械是建设现代社会城市化简洁化的基础，也是我们生活密不可分的组成部分。中国虽然成为了出口制造大国，但是和日美德等先进的国家相比我们还差的很远，发展机械不容置疑刻不容缓。在建设机械强国的道路上，我们还面临着许多困难，遇见的挑战也会更加巨大。

参考文献：

[1]柴树峰.机构设计及运动仿真分析实例[J].化学工业出版社.2013.11

[2]魏洪波.现代机械设计原理与应用研究[J].中国水利水电出版社.2013.12

[3]张连洪.现代设计方法及应用[J].天津大学出版社.2013.9