纺织机械四连杆打纬机构最优化设计实验试验报告

1实验报告课程名称： 机械优化设计 实验项目： 四连杆打纬机构最优化设计实验 专业班级： 201X 级机械工程及自动化 XX班 学 号： XXXXXXXXXX 姓 名： XXXXXX 指导老师： XXXXXX 日 期： 201X.12.12 机械工程试验教学中心2a 2a 19 0实 验 2 四 连 杆 打 纬 机构最优化设计实验报告实验日期 201X 年 12 月 11 日报告日期 201X 年 12 月 12 日班级 201X 级机自 XX班 姓名 XXXXX 学号 XXXXXXXXXXXX 1、实验目的了解四连杆打纬机构的主要工艺设计参数作用。 1学习如何建立最优化设计的数学模型。 2学习在 MATLAB软件平台上编写求解优化模型的程序。 3学习上机调试、运行所编写的最优化程序。 42、建立最优化数学模型，并说明为什么要建立筘座脚最大摆程约束（1）确定设计变量为了使梭子能在梭口满开后尽快进入梭道，改善开口机构与打纬机构之间的运动滞后问题，必须使筘座在完成打纬后，尽快地回摆至指定位置。因此，要求四连杆打纬机构有较强的急回特性，为尽快的形成足够的梭口空间创造条件。以四连杆机构的四个杆件的长度作为设计变量，设曲柄、牵手、筘座脚及机架长度分别为r1,r2,r3,r4=x1,x2,x3,x4(2)定义目标函数一般以筘座回摆动程为梭子宽度的 2倍时，梭子方可进入梭道为好。所以，以牵手栓由前极限位置后摆至 9 cm时，曲柄转动的相应角度 作为优化设计的目标函数， 值越小，开口机构与投梭机构的运动配合的滞后程度就越小，相应的设计方案也就越好。(3)定义约束函数第一个约束条件应为曲柄存在：故由杆长定理即最短杆长度加最长杆长度小于等于 13432121/90)(cosrra)(2cs12prcos2aqrtpo132)(cos32141minrr 2)(cos32411maxrr0mSmS 2)(cos2)(cos 432123143212313 rrr 3432121/90)(cosxxa)(2s2211pcos(aqrtpco)(1axXF2222 1 134134163()()()coscos0mxxxxgXS 05./217 r3)(8Xg其他两杆长度之和，知曲柄存在的约束条件（r1 为曲柄）：当最长杆为 r2时有：r1+r2r3+r4当最长杆为 r3时有：r1+r3r2+r4当最长杆为 r4时有：r1+r4r2+r3第二个约束条件应为保证机构传力性能良好，应使压力角 50，即机构传 2动角 条件：40140第三个约束条件应曲柄与牵手长度比 r1/r2条件 3r1/r20.5 r2/r13第四个约束条件应为筘座脚摆幅的约束条件，筘座脚摆幅过小，不利于梭子引纬； 4筘座脚摆幅过大，易磨损纱线，造成经纱断头。-允许的筘座摆幅(=15cm) Sm-实际的筘座摆幅(4)建立最优化数学模型令x1,x2,x3,x4T=r1,r2,r3,r4T，便可以建立以下形式的数学模型：约束条件如下： 13412()0gx223x3314()Xx 0)(80.cos3221424 xgo 8.5 o4g9(x)=x10g10(x)=x20g11(x)=x30g12(x)=x403、编制 MATLAB 优化程序（1）编写目标函数文件，命名为 fxx.m保存，程序代码如下：function f=fxx(x)a1=acos(x(4)2+x(3)2-(x(2)+x(1)2)/(2*x(4)*x(3)-90/x(3);p=sqrt(x(4)2+x(3)2-2*x(3)*x(4)*cos(a1);a2=acos(x(1)+x(2)2+p2-902)/(2*(x(1)+x(2)*p);f=acos(x(1)2+p2-x(2)2)/(2*x(1)*p)-a2;（2）编写约束条件文件，命名为 subj.m保存，程序代码如下：function w=subj(x)g(1)=x(3)+x(4)-x(1)-x(2);g(2)=x(2)+x(4)-x(1)-x(3);g(3)=x(2)+x(3)-x(1)-x(4);g(4)=-(x(2)2+x(3)2-(x(4)-x(1)2)/(2*x(2)*x(3)+cos(3.14*40/180);g(5)=-cos(3.14*140/180)+(x(2)2+x(3)2-(x(4)+x(1)2)/(2*x(2)*x(3);g(6)=-x(3)*(acos(x(4)2+x(3)2-(x(2)+x(1)2)/(2*x(3)*x(4)-acos(x(4)2+x(3)2-(x(2)-x(1)2)/(2*x(3)*x(4)+150;g(7)=-x(1)/x(2)+0.5;g(8)=-x(2)/x(1)+3;g(9)=x(1);g(10)=x(2);g(11)=x(3);g(12)=x(4);if any(gep)|(hep/1000) %终止条件if j=1k=1;j=0;endq=2*rand(n,1)-1;s=q/norm(q);x=x0+h*s;w=subj(x);while w=1 %满足约束条件F=fxx(x);if F=mh=h/2;k=1;endendMODEL=abs(F0-F);endfprintf(1, x* x*=% 3.4fn,x(1)fprintf(1, % 3.4fn,x(2)fprintf(1, % 3.4fn,x0(3)fprintf(1, % 3.4fn,x0(4)fprintf(1, f* f*=% 3.4fn,fxx(x0)*180/pi)elsex0 is not a feasible intial point!end4、实验结果6 填写优化结果数据记录表根据优化求解的结果，填写下表 绘出优化前后筘座的运动规律曲线图 根据优化计算结果，试分析优化前、后打纬滞后角变化优化前的四连杆为 r1= 70 1r2=189r3=683r4=753对应的 = 89.0126由优化结果可得此四连杆打纬机构最优解对应的连杆长