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行为建模技术在食品包装机优化设计的应用平面四连杆机构，广泛地应用于食品包装机械领域，如封口机，包装机，步进机等。它可以很容易地完成给定的运动规律或运动轨迹重建，完成给定的运动或动作，完成一些复杂的运动要求。然而，其传统的设计方法一般来说是图解法或分析法，而其设计过程存在繁琐、盲目地削减和尝试方法、设计周期长、可靠性差的缺点，所有这些导致极低的设计精度和效率，进而无法满足现代设计要求的高速，高精密型机械。这里我们采用Pro / E行为建模技术来解决和完成两用真空包装机的优化设计，并最大限度地实现了设计过程可视化。1、 Pro / E的行为建模技术简介 行为建模模块是一个TPC（产品开发公司）开发的Pro/E功能扩展模块，在具体设计意图和设计约束的前提下，同时作为参数化设计分析工具，应当能在一系列测试参数的迭代计算后为设计师提供最好的建议。1.1、 行为建模的特点 它有三个特点：智能模式，目标驱动的设计和可扩展的开放环境。智能模式是能够获得一个产品需要加以界定和设计中涉及到的所有工程标准，这样的数据有几何尺寸，规格，设计意图等;目标驱动可以在传统设计中解决一些互相矛盾的问题，也能够获得最优解决方案，甚至可以限制多种设计参数、约束、设计标准，等等。在它的帮助下工程师可以集中精力设计更高性能和更多功能的产品。行为建模技术需要开放的可扩展的环境，这使得行为建模很容易与外部应用软件双向沟通，同时，确保设计模型的结果的自动反映，从而提供连贯完整的设计，加强了设计的灵活性。1.2、 行为建模分析设计程序 如图1所示造型特征分析灵敏度分析多目标设计研究可行性/优化设计查找不足更改模型参数 图1. 行为建模分析设计程序(1) 特征分析特征分析是一种基准特征分析方法，旨在分析灵活的参数以进行优化设计。分析模型的物理特性，模型的曲线特征，模型的曲面特征等，这些都是实施行为建模前的关键步骤。(2) 灵敏度分析 执行灵敏度分析的目的有两个：一个是从众多的设计参数确定哪些是重要参数，还有进一步确定应用优化设计的相关参数的变化范围。结果可得到一个坐标图，横坐标代表维变量，纵坐标表示相应的模型对应尺寸变量的变化情况。这个坐标图可以输出为Excel或图表格式。另外，为了动态显示模型相应的维变量的变化过程，整个过程的灵敏度分析将表示成动画，使设计师在很短的时间了解尺寸出入口的相关性。(3) 可行性/优化分析可行性/优化分析的缺点之一是能够改变一个尺寸或参数，但是不能够自动改变模式。因此，如果有多个参数需要改变时，通常有可行性/优化分析方法。这种方法可以系统计算一些特殊的尺寸值，这些尺寸值可以给设计师某些符合模型的给定约束，然后从中找到符合实际的最佳解决计划。可行性和优化的区别是流程：可行性研究实际上是分析有可能达到的目标模型参数值在一定范围的变量。涉及多个变量模型，也许有很多组合的参数达到目标参数，然而，一旦找到一个计算软件的组合，系统会锁定目标和结束，换句话说，终止条件的可行性分析是从多个解决方案方程中找出一个解决办法；而优化研究是从所有可行的解决方案找到最优解。(4) 多目标设计研究 多目标设计研究是多目标造成众多设计目标之间的参数和设计约束矛盾的特殊情况(结果均有效)时，可以找出多个方案计划，因而避免片面的使用可行性/优化方法。2、 平面四连杆机构所有的旋转复合运动平面四连杆被称为为铰链四连杆，如图2所示，这是最基本的类型/基本形式的平面四连杆机构;其他的可以被视为由基本运动转化而来的。该机构由四部分组成：杆1为机架；杆2和4合成运动杆组，可称为连架杆；2相对机架为旋转运动，称为曲柄，4相对机架为摇摆运动，称为摇杆；而不与机架直接连接的杆3，称为连杆。平面四连杆机构的杆长度满足格拉霍夫定理，有且仅有一个最短杆，且最短杆和最长杆的长度之和小于或者等于其余两杆长度之和。在图中，角称为压力角，和另一个角称为传动角，显然，角越大，Ft，F的有效分力，同样会更大，同时，力Fn越小，径向分力f更利于的机构传输。因此，衡量机构传动效果的好坏往往由值和其变化的趋势确定。在机构运动过程中，值是可变的，因此，为了保证良好的动力传输性能，在设计时，通常确定min40，在高速和动力机构的情况下，min50。图1 平面四连杆机构图3、 平面四连杆设计实例 为家庭和超市服务的双用途的真空包装机，其简化后的运动是一个铰链四连杆，要求摇杆的长度是100毫米，是一个摆角为40的准确的值；同时，传输角度不小于40，与此同时，需要的材料用量尽量最少，以满足一些有特殊要求的工作环境，上述条件是最佳设计目标。在此要求的基础上给定曲柄摇杆机构的设计参数，设置机架1为a（相应的长度参数是L4），曲轴2为b（相应的长度参数L1），连杆3为C（相应的长度参数是L2）摇臂为4为d，这里的d等于100毫米。1) 杆的长度约束a + b c + d ； a + c b + d； a + d b + c (1)2) 传动角约束min40 比较12然后取最小传动角;3) 摆动角根据两个极值可知 则摆角=|1-2|=40o设定使用材料最少的原因是要求钢筋的长度的总和需设定为最小值，这样的目标方程是长度=（a + b + c）min。基于Pro / E的铰链四杆机构的优化设计行为建模技术程序如下：参数优化的特点在于，由工作环境的约束可得各杆的长度范围是：90mma140mm;20毫米b60mm，40mmc100mm时，这里的每个杆初始长度是：a=120mm; b =50mm; c =80mm时，在Pro/ E模块环境下建立铰链四杆机构的参数化模型，并完成其运动模式定义，主要包括材料，链接，驱动等运动模型，如图3所示。图3 铰链四杆机构运动模型在Pro / E中定义的行为特征是将一部分模型特征参数将转换为设计变量，目标方程和数学模型约束条件。如图4可以看出，它们是分界面显示：最小传动角 约束条件，摆动角约束条件，曲柄存在时杆的长度约束条件，同时必须满足目标方程关系公式。图4 基于Pro / E界面的行为特征定义图5 优化设计参数的定义窗口最佳参数定义后可以进行相关敏感性的研究，在这种情况下，可以根据杆长度分析传动角度灵敏度和摆角的变化分析结果，并在模型中表现出来。优化设计的定义是最后一个步骤，如图5所示，包括选择目标方程，约束和设计变量等事宜然后将由Pro / E的自动执行优化计算，最终电脑获得最优化的解决方案是A=101.35； B =36.73；C=70.01。在软件环境下的Pro / E的机理研究，分析比较了在不同曲柄摇杆连杆机构运动周期实施运动学仿真后的实际值，并通过试验验证传动角和摆动的角度有如下结论：满足min40的前提下，摆动角度严格等于40，该方法的成功的最大化减少了目标方程值（三杆总和）。4、 总结 如上所述，铰链四连杆被广泛用于食品包装机械领域，而根据不同的场合，有不同的设计要求，传统 设计方法，包括图形法