- 相關(guān)推薦
機(jī)械優(yōu)化設(shè)計學(xué)結(jié)
優(yōu)化設(shè)計是一門新興學(xué)科, 它建立在數(shù)學(xué)規(guī)劃理論和計算機(jī)程序設(shè)計基礎(chǔ)上, 通過計算機(jī)的數(shù)值計算, 能從眾多的設(shè)計方案中尋到盡可能完善的或最適宜的設(shè)計方案, 使期望的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu), 它可以成功地解決解析等其它方法難以解決的復(fù)雜問題, 優(yōu)化設(shè)計為工程設(shè)計提供了一種重要的科學(xué)設(shè)計方法, 因而采用這種設(shè)計方法能大大提高設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量。優(yōu)化設(shè)計主要包括兩個方面: 一是如何將設(shè)計問題轉(zhuǎn)化為確切反映問題實(shí)質(zhì)并適合于優(yōu)化計算的數(shù)學(xué)模型, 建立數(shù)學(xué)模型包括: 選取適當(dāng)?shù)脑O(shè)計變量, 建立優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)和約束條件。目標(biāo)函數(shù)是設(shè)計問題所要求的最優(yōu)指標(biāo)與設(shè)計變量之間的函數(shù)關(guān)系式, 約束條件反映的是設(shè)計變量取得范圍和相互之間的關(guān)系; 二是如何求得該數(shù)學(xué)模型的最優(yōu)解: 可歸結(jié)為在給定的條件下求目標(biāo)函數(shù)的極值或最優(yōu)值的問題。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計就是在給定的載荷或環(huán)境條件下, 在機(jī)械產(chǎn)品的形態(tài)、幾何尺寸關(guān)系或其它因素的限制范圍內(nèi), 以機(jī)械系統(tǒng)的功能、強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)性等為優(yōu)化對象, 選取設(shè)計變量,建立目標(biāo)函數(shù)和約束條件, 并使目標(biāo)函數(shù)獲得最優(yōu)值一種現(xiàn)代設(shè)計方法, 目前機(jī)械優(yōu)化設(shè)計已廣泛應(yīng)用于航天、航空和國防等各部門。
2 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型的建立
優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型包括優(yōu)化設(shè)計三要素,即設(shè)計變量、約束條件和目標(biāo)函數(shù)。
1)設(shè)計變量
設(shè)計變量是一組彼此獨(dú)立的設(shè)計參數(shù); 其個數(shù)稱為優(yōu)化設(shè)計的維數(shù)。一般情況下, 為使問題簡單化, 應(yīng)盡量減少設(shè)計變量個數(shù), 將那些對設(shè)計指標(biāo)影響比較大的設(shè)計參數(shù)定為設(shè)計變量。若幾個設(shè)計變量用X1, X2Xn表示, 可把它們看作一個矢量X, 則可用矩陣的形式表示為X=[X1X2……Xn]T
2)約束條件
在優(yōu)化設(shè)計過程中, 設(shè)計變量的取值通常不是任意的, 總要受到某些實(shí)際條件的限制, 這些限制條件稱為約束條件或約束函數(shù)。約束條件一般分為邊界約束和性能約束。約束按其數(shù)學(xué)表達(dá)式形式又可分為不等式約束和等式約束, 寫成統(tǒng)一的格式為:
gi(x)≤ 0或gi(x)≥0 (i=1, 2, …, n)
hj(x)=0 (j=m+1, m+2, …P)
m代表不等式約束的個數(shù); (p-m)代表等式約束的個數(shù)。
3)目標(biāo)函數(shù)
目標(biāo)函數(shù)也稱評價函數(shù), 它是評價設(shè)計方案優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。例如, 質(zhì)量最輕, 體積最小等結(jié)構(gòu)指標(biāo); 效率最高, 可靠性最好等性能指標(biāo)以及成本最低, 生產(chǎn)率最高等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等等。這些設(shè)計指標(biāo)可以表示成為設(shè)計變量的函數(shù), 稱為目標(biāo)函數(shù),F(x)=F(x1, x2…xn), 可將最佳值統(tǒng)一定為目標(biāo)函數(shù)的極小值即F(x)→min。
3 求解優(yōu)化問題的基本思路和方法
求解優(yōu)化問題可以用解析法和數(shù)值迭代方法。解析法是利用數(shù)學(xué)解析法(如微分、變分等方法)來求解。數(shù)值迭代方法則是利用函數(shù)在某一局部區(qū)域的某些性質(zhì)和函數(shù)值, 采用某種算法逐步逼近到函數(shù)極值點(diǎn)的方法。首先從某一初始點(diǎn)X( 0)出發(fā), 按照某種優(yōu)化方法所規(guī)定的原則, 確定適當(dāng)?shù)乃阉鞣较騞( 0), 計算最佳步長a( 0)。求目標(biāo)函數(shù)的極值點(diǎn), 即獲得一個新的設(shè)計點(diǎn)X( 1);然后, 再從X( 1)點(diǎn)出發(fā), 重復(fù)上述過程, 獲得第二個改進(jìn)設(shè)計點(diǎn)X( 2)。如此
迭代下去, 可得X( 3),X( 4)…, 最終得到滿足設(shè)計精度要求的逼近理論最優(yōu)點(diǎn)的近似最優(yōu)點(diǎn)X。
4 常用優(yōu)化設(shè)計可選優(yōu)化目標(biāo)
在工程設(shè)計問題中, 追求的目標(biāo)可各種各樣,按追求目標(biāo)的多少, 可分為單目標(biāo)函數(shù)和多目標(biāo)函數(shù)。如設(shè)計多級齒輪傳動系統(tǒng)時, 要求在滿足規(guī)定的傳動比和給定最小齒輪直徑的情況下, 追求系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量最小, 箱體的體積最小, 各級傳動的中心距之和最小, 承載能力最高, 壽命最長等。目標(biāo)函數(shù)作為評價方案中的一個標(biāo)準(zhǔn), 有時不一定有明顯的物理意義和量綱, 它只是設(shè)計指標(biāo)的一個代表值。正確地建立目標(biāo)函數(shù)是優(yōu)化設(shè)計中很重要的工作, 它既要反映用戶的要求, 又要敏感地、直接地反映設(shè)計變量的變化, 對優(yōu)化設(shè)計的質(zhì)量及計算難易都有一定的影響。
5 優(yōu)化設(shè)計方法的分類及其特點(diǎn)
以上比較全面地介紹了一些優(yōu)化設(shè)計方法,每種方法都有各自的特點(diǎn)。這里把這些方法總結(jié)歸納出以下幾類,著重討論這幾類優(yōu)化設(shè)計方法的特點(diǎn)。
5.1 有約束優(yōu)化設(shè)計法
機(jī)械優(yōu)化問題大多數(shù)都是有約束的優(yōu)化問題,根據(jù)處理約束條件的方法的不同可以分為間接法和直接法。
間接法常見的方法有增廣拉式乘子法、罰函數(shù)法。它是將有約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束優(yōu)化問題,再通過無約束優(yōu)化方法來求解�；蛘邔⒎蔷�性約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃問題來處理。
直接法常用的方法有復(fù)合形法、約束坐標(biāo)輪換法、網(wǎng)絡(luò)法等。其內(nèi)涵是構(gòu)造一個迭代過程,使每次的迭代點(diǎn)都在可行域中,同時逐步降低目標(biāo)函數(shù)值,直到求得最優(yōu)解。
5.2 無約束優(yōu)化設(shè)計法
無約束化優(yōu)化設(shè)計就是沒有約束函數(shù)的優(yōu)化設(shè)計。無約束優(yōu)化設(shè)計法很多,包括牛頓法、坐標(biāo)輪換法、共扼方向法、單純形法、變尺度法、梯度法等。在尋優(yōu)過程中是否利用到目標(biāo)函數(shù)的性態(tài)(如可微性)是區(qū)別無約束優(yōu)化設(shè)計法中直接法和間接法的標(biāo)準(zhǔn)。此法具有計算效率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
5.3 模糊優(yōu)化設(shè)計方法
模糊優(yōu)化設(shè)計法是將模糊信息和因素量化,建立由模糊約束條件、模糊變量以及模糊目標(biāo)函數(shù)組成的模糊數(shù)學(xué)模型,再通過從模糊到非模糊的變化來實(shí)現(xiàn)模糊數(shù)學(xué)模型的轉(zhuǎn)化,最終利用優(yōu)化算法進(jìn)行求解。
5.4 基因遺傳算法
基因遺傳算法是目前非常流行的一種優(yōu)化算法,簡稱GA。在目前可檢索的期刊文獻(xiàn)中基于基因遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化研究的論文占了所有關(guān)于優(yōu)化算法研究論文的很大的一部分。
GA是一種基于自然群體遺傳演化機(jī)制的高效探索算法,它是美國學(xué)者Holland于1975年首先提出來的。
GA摒棄了傳統(tǒng)的搜索方式,模擬自然界生物進(jìn)化過程,采用人工進(jìn)化的方式對目標(biāo)空間進(jìn)行隨機(jī)化搜索。它將問題域中的可能解看作是群體的一個個體或染色體,并將每一個體編碼成符號串形式,模擬達(dá)爾文的遺傳選擇和自然淘汰的生物進(jìn)化過程,對群體反復(fù)進(jìn)行基于遺傳學(xué)的操作(遺傳,交叉和變異),根據(jù)預(yù)定的目標(biāo)適應(yīng)度函數(shù)對每個個體進(jìn)行評價,依據(jù)適者生存,優(yōu)勝劣汰的進(jìn)化規(guī)則,不斷得到更優(yōu)的群體,同時以全局并行搜索方式來搜索優(yōu)化群體中的最優(yōu)個體,求得滿足要求的最優(yōu)解。
6 優(yōu)化設(shè)計方法的選擇
在優(yōu)化設(shè)計中,對于同一優(yōu)化問題往往可以有不同的優(yōu)化方法。有的優(yōu)化方法效果較好,有的則較差,甚至?xí)䦟?dǎo)致錯誤的結(jié)果。因此,根據(jù)優(yōu)化設(shè)計問題的特點(diǎn)(如約束條件),選取適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法是非常關(guān)鍵的。以下列舉了4個選擇優(yōu)化方法的基本原則:
(1)效率要高。所謂效率要高就是所采用的優(yōu)化算法所用的計算時間或計算函數(shù)的次數(shù)要盡可能地少。
(2)可靠性要高。可靠性要高是指在一定的精度要求下,在一定迭代次數(shù)內(nèi)或一定計算時間內(nèi),求解優(yōu)化問題的成功率要盡可能地高。
(3)采用成熟的計算程序。解題過程中要盡可能采用現(xiàn)有的成熟的計算程序,以使解題簡便并且不容易出錯。
(4)穩(wěn)定性要好。穩(wěn)定性好是指對于高度非線性偏心率大的函數(shù)不會因計算機(jī)字長截斷誤差迭代過程正常運(yùn)行而中斷計算過程。
除了上述4個基本原則外,選擇恰當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法還需要個人的經(jīng)驗(yàn),這樣可以運(yùn)用一些技巧,簡便解題程序和步驟。這些經(jīng)驗(yàn)包括對各種常用優(yōu)化算法的特點(diǎn)要非常清楚,比如它們的計算精度、收斂性、穩(wěn)定性等等,這樣才能互相比較,從中找到一個最合適的算法出來。此外,還需深入分析優(yōu)化模型的約束條件、約束函數(shù)、設(shè)計變量以及目標(biāo)函數(shù),根據(jù)復(fù)雜性、準(zhǔn)確性等條件對它們進(jìn)行正確地選取和建立。
7 未來前景和地位
近年來, 優(yōu)化設(shè)計方法已在許多工業(yè)部門得到應(yīng)用, 并發(fā)揮著重要的作用, 相對來講, 優(yōu)化方法在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用稍晚一些, 直到60 年代后期才開始有較成功的應(yīng)用, 但發(fā)展卻十分迅速。在機(jī)構(gòu)綜合, 機(jī)械零部件設(shè)計, 專用機(jī)械設(shè)計和工藝設(shè)計等方面都獲得應(yīng)用, 并取得豐碩的成果。機(jī)構(gòu)運(yùn)動參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計是機(jī)械優(yōu)化設(shè)計中發(fā)展較早的領(lǐng)域, 不僅研究了連桿機(jī)構(gòu), 凸輪機(jī)構(gòu)等再現(xiàn)函數(shù)和軌跡的優(yōu)化設(shè)計問題, 而且還提出一些標(biāo)準(zhǔn)化程序。機(jī)構(gòu)動力學(xué)優(yōu)化設(shè)計方面也有很大進(jìn)展, 如慣性力的最優(yōu)平衡, 主動件力矩的最小波動等的優(yōu)化設(shè)計。機(jī)械零部件的優(yōu)化設(shè)計,最近20 多年也有很大發(fā)展, 主要是研究各種減速器的優(yōu)化設(shè)計, 滑動軸承和滾動軸承的優(yōu)化設(shè)計以及軸。彈簧、制動器等的機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。除此之外, 在機(jī)床、鍛壓設(shè)備、壓延設(shè)備、起重運(yùn)輸設(shè)備, 汽車等的基本參數(shù)、基本工作機(jī)構(gòu)和主題機(jī)構(gòu)方面也進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計工作。
優(yōu)化方法在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用, 既可以使方案在設(shè)計要求下達(dá)到良好的性能指標(biāo), 又不必耗費(fèi)過多的材料, 使機(jī)器重量降低。例如起重機(jī)主梁、塔梁、雷達(dá)接收天線機(jī)構(gòu)、機(jī)床多軸箱方案、建筑結(jié)構(gòu)等, 利用優(yōu)化設(shè)計, 可以使重量減輕15%以上。在國外, 如美國貝爾飛機(jī)制造公司采用優(yōu)化設(shè)計方法優(yōu)化了450個設(shè)計方案, 二個大型結(jié)構(gòu)問題, 使得在設(shè)計中, 重量減輕25 % 。我國某生產(chǎn)廠家引進(jìn)的17 一00薄板軋機(jī)是德國DMAG公司提供的, 該公司對此產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計后, 可以多盈利幾百萬馬克。
另外, 通過電路優(yōu)化設(shè)計, 使原來電路的性能在滿足設(shè)計功能和指標(biāo)的基礎(chǔ)上, 在一定的約束條件下, 對某些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整, 就使得電路的某些性能更為理想。目前, 已有現(xiàn)成的電路優(yōu)化軟件可對電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計, 優(yōu)化時可以同時調(diào)整電路中8個目標(biāo)參數(shù)和約束條件點(diǎn)的要求。可以根據(jù)給定的模型和一組晶體管特性數(shù)據(jù), 優(yōu)化提取晶體管模型參數(shù)。因此可以提升我國機(jī)電設(shè)備設(shè)計技術(shù)水平和企業(yè)的競爭能力, 同時顯著提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。
現(xiàn)實(shí)生活中, 優(yōu)化問題存在于很多方面, 已經(jīng)受到科研機(jī)構(gòu)、政府部門和產(chǎn)業(yè)部門的高度重視。隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 產(chǎn)品市場經(jīng)濟(jì)日趨激烈, 工礦企業(yè)迫切期望提高產(chǎn)品性能, 減少原材料消耗, 降低生產(chǎn)成本, 增強(qiáng)產(chǎn)品的競爭力, 這使得機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的應(yīng)用范圍越來越廣, 收到的效益也愈來愈顯著。
機(jī)械優(yōu)化設(shè)計學(xué)結(jié) [篇2]
學(xué)習(xí)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計以前，總感覺企業(yè)的生產(chǎn)，人類日常生活中的勞動等都是一種簡單的過程，總有一定的套路可循。但自接觸了機(jī)械優(yōu)化設(shè)計這門學(xué)科以后，讓我認(rèn)識到在人類的生產(chǎn)中，我們總是意向于得到我們最滿意的效果，如加工零件怎樣最省材料又不影響零件的加工，飯店廚師對于菜系的烹飪順序等，看似很簡單的問題，但其中卻蘊(yùn)藏著極大的智慧！就老師上課用以舉例的割木材問題中怎樣劇料使材料最省為例，細(xì)分下來積累的計算量足以令我們篩選一宿！總上的種種，就迫切的需要我們掌握一套系統(tǒng)的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計方法。
翻閱相關(guān)書籍，才了解到機(jī)械優(yōu)化設(shè)計雖然只有從近代到現(xiàn)在短短幾十年的發(fā)展歷史，但是其體系的迅速完善我想是其他學(xué)科難以企及的。如今，機(jī)械優(yōu)化方法也是各類決策方法中普遍采用的一種方法，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計作為一種現(xiàn)代化的設(shè)計方法已經(jīng)廣泛的機(jī)械設(shè)計中，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。在面對市場競爭日益激烈的大環(huán)境下，計算機(jī)處理技術(shù)日益改進(jìn)，作為新產(chǎn)品的開發(fā)與改進(jìn)環(huán)節(jié)中最重要的環(huán)節(jié)就在于如何大幅度的縮短產(chǎn)品的使用周期，如何提高新產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量，以及降低新產(chǎn)品的設(shè)計成本這些方面等對于企業(yè)縮減開發(fā)成本，更快的搶占同類產(chǎn)品的市場等具有決定性的作用！我們應(yīng)當(dāng)與時俱進(jìn)，跟上學(xué)科發(fā)展的勢頭，把機(jī)械優(yōu)化設(shè)計作為學(xué)習(xí)生活中研究與關(guān)注的對象，在平時的處事中長存優(yōu)化的思想。
機(jī)械優(yōu)化設(shè)計學(xué)結(jié) [篇3]
在現(xiàn)代社會， 人們運(yùn)用這種類型的機(jī)械， 以改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們也運(yùn)用越來 越多的機(jī)械，以提高自身的生活質(zhì)量，可以說，國民經(jīng)濟(jì)各部門及人類自身生活中使用機(jī) 械的程度，是整個社會發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。
通過本學(xué)期對機(jī)械制造基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，尤其是在趙老師的細(xì)心講解和教導(dǎo)下，我不僅系 統(tǒng)的掌握了機(jī)械知道的基本理論知識，也學(xué)會了部分的應(yīng)用技術(shù)�，F(xiàn)總結(jié)如下：機(jī)械工程材料篇 機(jī)械工程材料篇1 金屬材料的性能 在現(xiàn)代工業(yè)中，金屬材料是工程材料的核心。金屬材料有兩大類性能：一類是使用性 能，包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，它反映了金屬材料在使用過程中所顯示出來的 特性；另一類是工藝性能，包括鑄造性、鍛造性、焊接性以及切削加工性，它反映金屬材 料在制造加工過程中成型能力的各種特性。
1.1 金屬的力學(xué)性能 金屬的力學(xué)性能是指材料在各種載荷（靜載荷、沖擊載荷、疲勞載荷等）作用下表現(xiàn) 出來的抵抗變形和破壞的能力。常用的力學(xué)性能指標(biāo)有：強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性和疲勞 極限等。
強(qiáng)度是指金屬材料在載荷作用下所表現(xiàn)出來的抵抗變形或斷裂的能力。金屬材料的強(qiáng) 度是用應(yīng)力來度量的，即單位截面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力，用 σ 表示。常用的強(qiáng)度指標(biāo)有屈 服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。
（1）屈服強(qiáng)度 式中σs材料產(chǎn)生屈服時的最小應(yīng)力，單位 mpa。
σ s = fs / a0fs——屈服時的最小載荷（n） ； a0——試樣原始截面積（mm2）.（2）抗拉強(qiáng)度 σ b 單位 mpa 試中表示材料抵抗均勻塑性變形的最大能力，故又稱強(qiáng)度極限。σb = f / a b 0fb——試樣斷裂前所承受的最大載荷（n） 。塑性是指金屬材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的能力，塑性指標(biāo)也是通過拉 伸試驗(yàn)測定的。常用的指標(biāo)有兩個： （1）斷后伸長率：
式中 l0 、 l1δ = ( l1 ? l0 ) / l0 ×100%——分別為試樣原始標(biāo)距和被拉斷后的標(biāo)距（mm） 。（2）斷面收縮率：
式中ψ = ( s0 ? s1 ) / s0 ×100%s0 、 s1 ——分別為試樣原始截面積和斷裂后縮頸處的最小截面積（mm2） 。δ 、ψ 數(shù)值愈大，表明材料的塑性愈好。通常，依據(jù)斷后伸長率是否達(dá)到 5%，作為劃分為塑性材料和脆性材料的判據(jù)。
硬度是表征材料表面局部體積內(nèi)抵抗其它物體壓入時變形的能力。通常材料的強(qiáng)度越 高，硬度也越高，耐磨性也越好。常用硬度指標(biāo)有：布氏硬度（hb）洛氏硬度（hra、 hrb、hrc）和維氏硬度（hv）等 韌性是指材料斷裂前吸收的變形能量。韌性的常用指標(biāo)為沖擊韌度。
沖擊韌度 ak (ak＝ ak/fk ) 指在沖擊載荷作用下，材料抵抗沖擊力的作用而不被破壞的 能力，是材料強(qiáng)度和塑性的綜合表現(xiàn)。
疲勞極限是指許多機(jī)械零件在交變載荷作用下，雖然零件所受應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料的屈服 點(diǎn)，但在長期使用中往往會突然發(fā)生斷裂。
1.2 物理性能和化學(xué)性能 金屬材料固有的一些性能稱為物理性能，主要包括密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱 膨脹、磁性等。
金屬材料的化學(xué)性能是指金屬與周圍介質(zhì)接觸時，抵抗抵抗發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)的性 能。包括耐腐蝕性和抗氧化性。
1.3 金屬材料的工藝性能 金屬材料的工藝性能是指材料在各種加工條件下形成能力的性能，如金屬材料的鑄造 性能、焊接性能、鍛造性能、切削加工性能、沖壓性能、熱處理工藝性等。材料的工藝性 能的好壞，決定著其加工成型的難易程度，直接影響到制造零件的工藝方法、質(zhì)量和制造 成本。
2 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 金屬材料的各種性能， 尤其是力學(xué)性能與其微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)。
物質(zhì)的聚集狀態(tài)分為氣態(tài)、 液態(tài)和固態(tài)，大多數(shù)金屬材料都能用液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，并且是在固態(tài)下使用的。
2.1 晶體結(jié)構(gòu)：指在晶體內(nèi)部，原子、離子或原子集團(tuán)規(guī)則排列的方式。晶體結(jié)構(gòu)不 同，其性能往往相差很大。在研究晶體結(jié)構(gòu)時，通常以晶胞作為代表來考查。晶體結(jié)構(gòu)與 材料性能：
（一般規(guī)律）面心立方的金屬塑性最好，體心立方次之，密排六方的金屬較 差。
2.2 晶體缺陷：實(shí)際晶體中排列不規(guī)則的區(qū)域稱為晶體缺陷，按空間尺寸分為三種： 點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷。
2.3 金屬的結(jié)晶：是指液態(tài)金屬凝固成固態(tài)金屬晶體的過程。液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：
“近程有序， 遠(yuǎn)程無序”。
金屬的結(jié)晶過程包括晶核的形成和長大兩個基本過程。
形核方式：
自發(fā)形核和非自發(fā)形核。常用控制晶粒度的方法有：控制過冷度、變質(zhì)處理、附加振動等。
3 鋼的熱處理 鋼的熱處理是指把鋼在固態(tài)下加熱到一定的溫度，進(jìn)行必要的保溫，并以適當(dāng)?shù)乃俣?冷卻到室溫，以改變鋼的內(nèi)部組織，從而得到所需性能的工藝方法。熱處理是強(qiáng)化金屬材 料、提高產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命的重要途徑之一。熱處理方法雖然很多，但都是由加熱、保 溫和冷卻三個階段組成的。
3.1 熱處理按工藝方法不同可分為：整體熱處理、表面熱處理和化學(xué)熱處理。熱處理 的第一步就是把鋼的原始組織加熱，使其轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，奧氏體的形成分為四個階段：晶 核的形成、晶核的長大及滲碳體的溶解、奧氏體成分的均勻化；控制奧氏體晶粒長大的措 施：合理選擇加熱溫度和保溫時間、選用含有合金元素的鋼。
3.2 根據(jù)加熱及冷卻的方法不同，獲得金屬材料的組織及性能也不同，熱處理可分為 退火、正火、淬火和回火四種。
退火是將鋼加熱到一定溫度并保溫一段時間，然后使它慢慢冷卻，稱為退火。鋼的退 火是將鋼加熱到發(fā)生相變或部分相變的溫度，經(jīng)過保溫后緩慢冷卻的熱處理方法。退火的 目的，是為了消除組織缺陷，改善組織使成分均勻化以及細(xì)化晶粒，提高鋼的力學(xué)性能， 減少殘余應(yīng)力；同時可降低硬度，提高塑性和韌性，改善切削加工性能。所以退火既為了 消除和改善前道工序遺留的組織缺陷和內(nèi)應(yīng)力，又為后續(xù)工序作好準(zhǔn)備，故退火是屬于半 成品熱處理，又稱預(yù)先熱處理。根據(jù)鋼的化學(xué)成分和退火目的不同，退火常分為：完全退 火、球化退火、去應(yīng)力退火、擴(kuò)散退火和再結(jié)晶退火等。
正火是將鋼加熱到臨界溫度以上，使鋼全部轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻膴W氏體，然后在空氣中自然 冷卻的熱處理方法。它能消除過共析鋼的網(wǎng)狀滲碳體，對于亞共析鋼正火可細(xì)化晶格，提 高綜合力學(xué)性能，對要求不高的零件用正火代替退火工藝是比較經(jīng)濟(jì)的。
淬火是將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一段時間，然后很快放入淬火劑中，使其溫度 驟然降低，以大于臨界冷卻速度的速度急速冷卻，而獲得以馬氏體為主的不平衡組織的熱 處理方法。淬火能增加鋼的強(qiáng)度和硬度，但要減少其塑性。淬火中常用的淬火劑有：水、 油、堿水和鹽類溶液等。
回火是工件淬硬后加熱到 ac1 以下的某一溫度， 保溫一定時間， 然后冷卻到室溫的熱 處理工藝。
按回火溫度不同， 回火分為：
低溫回火 （150～250℃） 中溫回火 、 （350～500℃） 、 高溫回火（500～650℃） 4 常用的工程材料 工程材料分為金屬材料和非金屬材料，其中金屬材料是工程中應(yīng)用最為廣泛的，它包 括碳鋼、合金鋼、鑄鐵、有色金屬等。公差配合與測量技術(shù)篇 公差配合與測量技術(shù)篇5 圓柱體的公差與配合 5.1 基本術(shù)語及定義 互換性是指同一規(guī)格的零、部件可以相互替換的性能。互換性分為完全互換和不完全 互換。
我國的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分為三級：國家標(biāo)準(zhǔn)(gb)、部門標(biāo)準(zhǔn)(專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如 jb)、地方標(biāo)準(zhǔn)或 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；另外，還有國際標(biāo)準(zhǔn)(iso)等。
優(yōu)先系數(shù)是指按一定公比由優(yōu)先數(shù)所形成的一種十進(jìn)制的幾何級數(shù)。
基本尺寸是指設(shè)計給定的尺寸。
實(shí)際尺寸是指通過測量獲得的尺寸。
極限尺寸是指允許尺寸變化的兩個極限值，尺寸較大的一個稱為最大極限尺寸，較小 的一個稱為最小極限尺寸。
配合是指基本尺寸相同，相互結(jié)合的孔與軸公差帶之間的關(guān)系。配合種類有：間隙配 合、過盈配合、過渡配合。
基孔制是指基本偏差為一定的孔的公差帶與不同基本偏差的軸的公差帶形成各種配 合的一種制度，稱基孔制。代號“h” 基軸制是指基本偏差為一定的軸的公差帶與不同基本偏差的孔的公差帶形成的各種 配合的一種制度，稱為基軸制，代號“h”。
5.2 尺寸的公差與配合 基本偏差是指公差帶靠近零線的那個偏差為基本偏差；公差帶位于零線上方時，基本 偏差為下偏差；公差帶位于零線下方時，基本偏差為上偏差。為了滿足生產(chǎn)的需要，國家 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置了 20 個公差等級。各級標(biāo)準(zhǔn)公差的代號分別為：it01、it0、it1、it2、…it18。
標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值的特點(diǎn)：從左至右，基本尺寸相同，隨著公差等級的越來越低，公差值越來 越大；從上至下，精度等級相同，隨著基本尺寸的越來越大，公差值越來越大。公差等級 的選用原則：在滿足使用要求的前提下，盡量選取低的公差等級，并考慮孔軸加工時的工 藝等價性。
6 測量技術(shù)基礎(chǔ) 在機(jī)械制造中，為確保加工后的零件質(zhì)量，需要對零件的長度、角度、表面粗糙度和 形位誤差等幾何量進(jìn)行檢測，并根據(jù)檢測的結(jié)果對加工方法及加工設(shè)備做出調(diào)整。 7 形位公差及測量 形位公差的研究對象是構(gòu)成零件幾何特征的點(diǎn)、線、面的幾何要素。
形位公差各項(xiàng)目的符號如圖：形位公差的標(biāo)注表示：8 表面粗糙度及測量 一臺機(jī)器的質(zhì)量，主要取決于組成機(jī)器各個零件的加工質(zhì)量和產(chǎn)品的裝配質(zhì)量。而零 件的加工質(zhì)量的主要指標(biāo)包括加工精度和表面粗糙度兩個方面。表面粗糙度對機(jī)器零件的 配合性質(zhì)、耐磨性、工作精度、抗腐蝕性均有較大的影響。選擇合理的表面粗糙度對保證 產(chǎn)品的性能、降低加工成本和選擇加工方法等方面有著非常重要的意義。金屬切削加工篇 金屬切削加工篇金屬切削加工是用切削工具從毛坯上去除多余的金屬，已獲得具有所需的集合參數(shù)和 表面粗糙度的零件的加工方法。切削加工能獲得較高精度和表面質(zhì)量，對被加工材料、零 件幾何形狀及批量生產(chǎn)具有廣泛的適應(yīng)性。機(jī)械零件除少數(shù)是采用無切屑加工的方法獲得 以外，絕大數(shù)零件都是靠切削加工來獲得。
切削運(yùn)動是指刀具與工件間的相對運(yùn)動。按作用來分，切削運(yùn)動可分為主運(yùn)動和進(jìn)給 運(yùn)動。機(jī)床通常只有一個主運(yùn)動；而進(jìn)給運(yùn)動可以是多個，也可以是一個，可以是連續(xù)的， 也可以是間歇的。切削要素包括：切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量。
刀具材料主要是指刀具切削部分的材料，是影響加工表面質(zhì)量、切削效率、刀具壽命 的基本因素。常用的道具材料有碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷材料。
外圓車刀是最基本、最典型的切削刀具。
金屬切削過程是指工件上多余的金屬層，在刀刃的切割、前刀面的推擠下，產(chǎn)生變形 滑移而變成切屑的過程。切屑有三大類型：帶狀切屑、擠裂切屑、單元切屑和崩碎切屑。
在一定的條件下切削塑性金屬，刀具切削刃附近的前面上粘附著一塊很硬的金屬堆積物， 這就是積屑瘤，為避免積屑瘤應(yīng)采用高速切削或低速切削。
組成機(jī)器的零件大小不一，形狀和結(jié)構(gòu)各不相同，其切削加工方法也多種多樣。常用 的金屬切削加工方法有車削、鉆削、鏜削、刨削、拉削、銑削和磨削等。車削加工是機(jī)械 加工中最基本、最常用的一種工藝方法，是在車床上利用工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和刀具的移動來 完成對工件的切削加工的。
學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時，我們是在趙老師的帶領(lǐng)下去實(shí)訓(xùn)基地自己親手操作的。能讓我們 有機(jī)會把理論和實(shí)踐相結(jié)合，更深刻的掌握了一些實(shí)際操作的技能。
【機(jī)械優(yōu)化設(shè)計學(xué)結(jié)】相關(guān)文章：
機(jī)械設(shè)計者的實(shí)結(jié)08-03
機(jī)械設(shè)計人員實(shí)結(jié)08-03
機(jī)械學(xué)院工業(yè)設(shè)計實(shí)結(jié)08-03
機(jī)械崗位實(shí)結(jié)08-03
機(jī)械拆裝實(shí)結(jié)08-03
機(jī)械原理實(shí)結(jié)08-03
學(xué)結(jié)自我評價08-06