本文以某游乐设备制造企业YGPPZ型游乐设备的研发为研究背景,以该型游乐设备回转装置为研究对象,进行静动态特性分析及结构优化等研究,为类似装置的结构分析及优化提供借鉴和参考。运用力学相关理论及有限元方法对该型回转装置在运动过程中出现的不同工况、受力情况及结构的约束条件进行分析和模拟研究,得出正常作业时其最危险工况。以最危险工况作为该型回转装置后续分析研究的条件,经模态分析得出该型回转装置前10阶固有频率和振型特征;采用谐响应分析得出该型回转装置的谐响应曲线,明确Y向振动为该型回转装置的主振方向、第3阶固有频率为该型回转装置的动刚度,以及易引起结构共振的激振载荷频率。瞬态动力学分析启动阶段主轴的应力、位移随时间变化等情况,其中主轴启动后约5.4 s时,主轴轴承支承及键槽处呈现较大范围的应力集中,最大应力出现在键槽挤压面与底面相交处,且超过许用应力值;主轴启动后约3s时,主轴轴肩外侧圆周出现最大总位移,其值为0.16058 mm,主轴Y向最大位移为0.15989 mm,主轴-X向最大位移绝对值为0.15956 mm,分别发生在主轴轴肩右侧、下侧及键槽受挤压面上侧;约6 s时,主轴摇臂端受到摇臂及其负载的重力与离心力的合力作用使其Y向最大位移达到0.1244 mm。主轴上最大应力与最大位移随时间变化的趋势基本相同。由静力学分析可知,该型回转装置的承载特性较富余,适宜进一步优化。本文以主轴最小柔度为优化目标对主轴进行拓扑优化,得出可优化的区域及危险部位,通过分析主轴受力及拓扑优化效果,取主轴配重端最小内径作为整轴内径。对该型回转装置关键部件进行参数相关性分析,识别关键的试验因子,将其作为设计变量;以该型回转装置的近似体积为目标函数,在满足约束条件的情况下,使目标函数值最小化,建立数学模型,分别采用MATLAB平台改进快速粒子群优化算法、ISIGHT平台近似模型更新全局优化算法进行求解,分别获得满足目标函数最小化的最优解。采用蒙特卡洛抽样技术的描述性抽样分别对两种优化算法获得的最优解进行6Sigma质量分析。得出具有较高可靠度的最优解的Sigma水平为1.6258,可靠度为0.896,对较高可靠度的优化解进行基于模拟退火算法的6 Sigma优化,再对优化后的最优解进行6 Sigma质量分析及有限元分析。结果表明:该型回转装置的Sigma水平均为8,最大等效应力降低44.99%,质量减少9.3%,动刚度由优化前的第3阶固有频率33.882Hz变为优化后的第4阶固有频率52.502 Hz,由此证实该装置的力学性能得到有效改善,抗低频干扰能力进一步增强。