机械优化设计综述及其应用举例

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1、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；MatlabSummaryofMechanicalOptimalDesignandApplicationGOUXiaoMi

2、ng(ChongqingUniversityofTechnology,ChongqingAutomobileInstitute,Chongqing,400054,Chain)Abstract:Mechanicaloptimaldesignisaverypracticalcomprehensivediscipline,itplaysaveryimportantroleinmodernmechanicaldesign.Itsvalueisveryhigh,andisverypromisingresearchdirection.Thisarticlesummarizedthe

3、basictheoryofoptimaldesign,researchideas,optimaldesignmethod,theapplicationofsoftwareandpossibleproblemsinusethesoftware.Analyzetheapplicationandtrendsofoptimizationmethods.AnduseMatlaboptimizationtoolboxtoanalyzetheoptimaldesignofproducts.Keywords：mechanicaloptimaldesign;optimizationmet

4、hod;wormtransmission;Matlab0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

5、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。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

6、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

7、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、寿命、尺寸范围及其他一些技术要求的限制条件下寻找一组设计参数。因此机械优化设计问题就是在满足一系列设计参数的限制条件情况下优选一组设计参数，使得设计参数对应的设计指标达到最佳值。机械优化设计问题在数学上可以表达为以等式或不等式函数描述的约束条件和以多变量函数描述的优化设计目标，这就是优化设计的数学模型。优化数学模型中包含了目标函数、