关于周江南2011毕业设计开题报告.doc

毕业设计(论文)开题报告 题 目_基于SolidWorks 的轮胎定型硫化机最优化设计 院、系(部) _机 械 工 程 学 院_ 专业及班级 _机 设 074 班_ 姓 名 _周 江 南_ 学 号 _07405100313_指 导 教 师 _ 周 明_ 日 期 _2011 年 1 月 9 号_湖南工业大学机械工程学院毕业设计(论文)开题报告题 目硫化机优化设计选题类型优化技术攻关、优化技术改造、优化技术应用1、 本课题的生产背景以及应用价值的详细说明：随着中国的经济迅速发展，世界经济发展中心向东亚地区倾斜，其中制造业尤为凸显， 在这样大的发展背景下，怎样降低制造业生产成本，提高企业经济效益，作为即将进入制造业的应届大学生来说，是机遇，同时也面临挑战。这就要求我们除了具备一些理论知识之外，还应该具有较强的专业素质，这其中包括创新的构思、设计理念的培育、专业知识的综合运用。 作为一名机械设计及其自动化毕业的大学生，我选的课题是硫化机优化设计，它的应用价值有很多方面，例如：1、经济效益方面：节省生产成本，提高经济效益。2、生产性能方面：优化硫化机机械结构模型，提高生产效率。3、安全保障方面：实行机械的全自动化，避免安全事故的发生。二、 论文选题在该领域国内、国外研究现状人类社会最巨大的科技成果是平板硫化机的创造与利用车、铣、盘算机及平板硫化机技巧在机械制作设备中的利用是世纪内制作业发展的最重大的技巧前进.自从美国第1台数控铣床问世至今已经历了50个年头.数控设备包含:镗磨,加工中心、冲压、电加工以及各类专机,形成宏大的数把持造设备家族,每年全世界的产量有10,20万台,人类社会最巨大的科技成果是平板硫化机的创造与利用车、铣、盘算机及平板硫化机技巧在机械制作设备中的利用是世纪内制作业发展的最重大的技巧前进.自从美国第1台数控铣床问世至今已经历了50个年头.数控设备包含:镗磨,加工中心、冲压、电加工以及各类专机,形成宏大的数把持造设备家族,每年全世界的产量有10,20万台,产值上百亿美元。世界制作业在十几年中经历了几次重复,曾一度几乎快成为夕阳工业,所以美国人起首提出了要振兴现代制作业.全世界数控平板硫化机制作业都经过重大改组.如美国,德国等几大制作商都经过较大变动,从涌现明显的回升,在全世界制作业形成新的技巧更新浪潮.如德国机床行业从订货合同,生产任务饱满。 优化设计是20世纪60年代初发展起来的一门新学科，它是将最优化原理和计算技术应用于设计领域，为工程设计提供一种重要的科学设计方法。利用这种新的设计方法，人们就可以从众多的设计方案中寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和质量。因此优化设计是现代设计理念和方法的一个重要领域，它已广泛应用于各个工业部门。（1）、硫化机传统设计到硫化机优化设计硫化机的设计，一般需要经过调查分析、方案拟定、技术设计、零件工作图绘制等环节。硫化机传统设计方法通常在调查分析的基础上，参照同类产品通过估算、经验类比或实验来确定硫化机初始设计方案。然后，根据硫化机初始设计方案的设计参数进行强度、刚度、稳定性等性能分析计算，检查各性能是否满足设计指标要求。如果不完全满足性能指标的要求，设计人员将凭借经验或直观判断对参数进行修改。这样反复进行分析计算-性能检验-参数修改，直到性能完全满足设计指标的要求为止。整个硫化机传统设计过程就是人工试凑和定性分析比较过程，主要的工作是性能的重复分析，至于每次参数的修改，仅仅凭借经验或直观判断，并不是根据某种理论精确计算出来的。实践证明，按照硫化机传统设计方法作出的设计方案，大部分都有改进提高的余地，而不是最佳设计方案。 硫化机传统设计方法只是被动地重复分析产品的性能，而不是主动地设计产品的参数，从这个意义上讲它没有真正体现“设计”的含义。其实“设计”一词本身就包含优化的概念。作为一项设计不仅要求方案可行、合理，而且应该是某些指标达到最优化的理想方案。设计中的优化思想在古代就有所体现。例如，我国宋代建筑师李诫在其著作营造法式一书中曾指出：园木做成矩形截面梁的高宽比应为三比二。这一结论和抗弯梁理论推得的结果十分接近。根据梁弯理论，最佳截面尺寸应使梁截面抗弯截面系数W最大。设截面宽为b，高为h,根据梁弯曲理论，最佳截面尺寸应使梁截面抗弯截面系数W最大。设截面宽为b,高为h,则要求 的求解，需要采用数学规划理论并借助于电子计算机才能完成。基于这一原因，“设计”中优化的概念一直未能得以很好的体现。直至20世纪60年代，电子计算机和计算技术迅速发展，优化设计才有条件日益发展起来。近20年来，随着电子计算机的应用，在机械设计领域内，已经可以用现代的设计方法和手段进行设计，来满足对机械产品提出的要求。 现代化的设计工作已不再是过去那种凭借经验或直观判断来确定结构方案，也不是像过去“安全寿命可行设计”方法那样，即在满足所提出的要求的前提下，先确定结构方案，再根据安全寿命等准则，对该方案进行强度、刚度等的分析、校核，然后进行修改，以确定结构尺寸。而是借助电子计算机，应用一些精确度较高的力学的数值分析方法（如有限元法等）进行分析计算，并从大量的可行设计方案中寻找出一种最优的设计方案，从而实现用理论设计代替经验设计，用精确计算代替近似计算，用优化设计代替一般的安全寿命的可行设计。 优化方法在机械设计中的应用，既可以使方案在规定的设计要求下达到某些优化结果，又不必耗费过多的计算工作量。因此，产品结构、生产工艺等的优化已经成为市场竞争的一种手段。例如，根据材料介绍，利用一个化工优化系统（CHEOPS)的计算机手段，对一个化工厂进行设计。根据所给数据，在16小时内，进行16000个可行性设计的选择，从中选出一个成本最低、产量最大的方案，并给出必需的精确数据。而在这之前，求解这个词题，曾用一组工程师工作一年，但仅做了三个设计方案，而它们的效率却没有一个可以和上述方案相比。又例如，美国贝尔（Bell)飞机公司采用优化方法解决450个设计变量的大型结构优化问题，在对一个机翼进行质量设计中，减轻质量达35%。波音（Boeing) 公司也有类似的情况，在747机身的设计中，收到了减轻质量、缩短生产周期、降低成本得人效果。武汉钢铁公司所引进的1700薄板轧机时德国DMAG公司提供的。该公司在对此产品进行优化修改后，就多赢利几百万马克。优化方法不仅用于产品结构的设计、工艺方案的选择，也用于运输路线的确定、商品流通量的调配、产品配方的配比等等。目前，优化方法在机械、冶金、石油、化工、电机、建筑、宇航、造船、轻工等部门都已得到广泛的应用。（2）、硫化机机械优化设计发展概况 在第二次世界大战期间，由于军事上的需要产生了运筹学，提供了许多用古典微分法和变分法所不能解决的最优化方法。20世纪50年代发展起来的数学规划理论形成了应用数学的一个分支，为优化设计奠定了理论基础。20世纪60年代电子计算机和计算技术的发展为优化设计提供了强有力的手段，使工程技术人员能够从大量繁琐的计算机工作中解放出来，把主要精力转到优化方案选择的方向上来。虽然近20多年来优化设计方法已在许多工业部门得到应用，但最优化技术成功地运用于机械设计还是在20世纪60年代后期开始的；虽然历史较短，但进展迅速。十多年来在机构综合、机械零部件设计、专用机械设计和工艺设计方面都获得应用并取得一定成果。 机构运动参数的优化设计是机械优化设计中发展较早的领域，不仅研究了连杆机构、凸轮机构等再现函数和轨迹的优化设计问题，而且还提出一些标准化程序。机构动力学优化设计方面也有很大进展，如惯性力的最优平衡，主动件力矩的最小波动等的优化设计。机械零、部件的优化设计最近十几年也有很大发展，主要是研究各种减速器的优化设计、液压轴承和滚动轴承的优化设计以及轴、弹簧、制动器等的结构参数优化。除此之外，在机床、锻压设备、压延设备、起重运输设备、汽车等的基本参数、基本工作机构和主体结构方面也进行了优化设计工作。 近年来，机械优化设计的应用愈来愈广，但还面临着许多问题需要解决。例如，机械产品设计中零、部件通用化、系列化和标准化，整机优化设计模型及方法的研究，机械优化设计中离散变量优化方法的研究，更为有效的优化设计方法的发掘等一系列问题，都需要做较大的努力才能适应机械工业发展的需要。近年来发展起来的计算机辅助设计（CAD)，在引人优化设计方法后，使得在设计过程中既能不断选择设计参数并评选出最优化设计方案，又可以加快设计速度，缩短设计周期。在科学技术发展要求机械产品更新周期日益缩短的今天，把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来，使设计过程完全自动化，已成为设计方法的一个重要发展趋势。硫化机优化设计包括建立优化设计问题的数学模型和选择恰当的优化方法与程序两方面的内容。由于硫化机优化设计是应用数学方法寻求硫化机设计的最优方案，所以首先要根据实际的硫化机优化设计问题建立相应的数学模型，即用数学形式来描述实际设计问题。在建立数学模型时，需要应用专业知识确定设计的限制条件和所追求的目标，确立各设计变量之间的相互关系等。 硫化机优化设计问题的数学模型可以是解析式、试验数据或经验公式。虽然它们给出的形式不同，但都是反映设计变量之间的数量关系的。数学模型一旦建立，硫化机优化设计问题就变成一个数学求解问题。应用数学规划方法的理论，根据数学模型的特点，可以选择适当的优化方法，进而可以选取或自行编制计算机程序，以计算机作为工具求得最佳设计参数。三、论文选题的研究内容、实施方案和拟解决的关键问题研究内容第一章 绪论11 选题的背景及研究意义12 国内外研究现状分析 121 国外研究现状分析 122 国内研究现状分析13 本文研究的主要内容和方法 131 研究的主要内容 132 研究的主要方法第二章 轮胎定型硫化机第三章 硫化机几何模型的建立 3.1 产品结构的划分 3.2 零件建模 3.3 装配件的设计第四章 工作机构的干涉检查 第五章 硫化机主传动运动仿真第六章 有限元技术与优化设计第七章 结论实施方案虚拟样机技术是建造物理样机前对设计对象在计算机上建立的虚拟模型机，利用其完成设计对象功能的可行性及其工作性能的分析，更好地理解系统的运动特性、动力特性，比较设计方案，优化设计，提高产品质量和机械设计效率等。仿真模型的建立和模拟现实条件是虚拟样机的重要基础。拟解决的关键问题本课题以轮胎定型硫化机(简称硫化机)的设计为例，运用SolidWorks对其进行建模，最后以一定的装配关系和约束条件来完成对硫化机的几何建模，并利用Solidworks Cosmotion对其工作机构进行运动仿真；应用“质量特性”功能，完成整机重心的分析和配重的设计、建模，以此来介绍用SolidWorks 进行大型产品设计的方法和思路。4、 论文选题研究工作基础条件（主要设备、仪器及材料，实验地点或协作单位）本论文的完成将在周明老师悉心指导下完成。老师从事机械设计的科研工作多年，尤其是在机械优化设计方面，更是具有丰富的理论知识和实践经验，见解独到，本论文将得到他最大的指导和帮助。本人在本科生学习阶段和日常工作过程中已初步掌握了机械设计方面的基本理论及相关知识，采用了理论与实践相结合，规范分析与实证分析相结合、总体分析与个案分析相结合的方法，在查阅大量的文献资料的基础上，结合自己在课题调研和以往的学习经历，运用定性与定量的分析方法，分析与归纳相结合对机械优化设计建立优化设计问题的数学模型和选择恰当的优化方法等问题进行论证，使问题的阐述更具有说服力和实用性。在开题报告的过程中，又对所阅读文献进行了认真整理分析，并作了进一步的深入研究。本人拟在明年5月前完成论文的初稿，6-7月完成论文答辩的准备工作。另外，学校图书馆和学院资料室提供了大量的图书资料，加上现有的网络资源都将为我的论文写作提供更多资料来源。 以上都是我顺利完成本论文的研究的坚实的精神后盾和丰富的物质基础。5、 论文选题前期准备工作（调研工作及30篇以上国内外主要参考文献）1 孙靖民，米成秋.机械结构优化设计M.哈尔滨工业大学出版社，1985.2 福克斯 R L.工程设计的优化方法M.张建中，等译.北京：科学出版社，1981.3 阿佛里耳M.非线性规划（上、下册）M.李元嘉，等译.上海：上海科学技术出版社，19804 薛嘉庆.最优化原理与方法M.北京：冶金工业出版社，1983.5 蔡宜三.最优化与最优控制M.北京：清华大学出版社，1983.6 马国瑜.化工最优化基础M.北京：化学工业出版社，1982.7 李维铮，等.运筹学M.北京：清华大学出版社，1982.8 邓乃扬等 无约束最优化计算方法M.北京：科学出版社，1983.9 马履中.机械优化设计M.南京：东南大学出版社，1993.10 郭太勇.应用NUREBS和AFEA的结构形状优化方法及应用研究D.哈尔滨工业大学博士论文，1996.11 豪格E J,阿罗拉J S.实用最优化设计-机械系统与结构系统M.郁永熙，丁惠梁，译.北京：科学出版社，1985.12Aguilar RJ. Systems Analysis and Design M.Prentice-Hall Inc. Englewood,Cliffs N.J.1973.13Gill P E,Murray W,Wright M H.Practical OptimizationM.Academic press Inc London:LTD,198114Johnson R C.Mechanical Design Synthersis with Optimization Applications. Van Nostrand Reinhold Company,1971.15Gordon S.G.,Beveridge and Robert S. Schechter. OptimezatiionM.Theory and Practics,MeGraw-Hill Book Company,197016 林翔，谢永奇. SolidWorks 2004基础教程. 北京：清华大学出版社，2004.17 侯永涛，黄娟. SolidWorks机械设计实用教程. 北京：化学工业出版社，2006.18 叶修梓，陈超祥. SolidWorks基础教程：工程图. 北京：机械工业出版社，2005.19 （美）SolidWorks公司. SolidWorks基础教程：零件与装配体（2007版）. 北京：机械工业出版社，2007.20 李维，杨丽，李光耀. SolidWorks精彩实例. 北京：清华大学出版社，2002.21 （美）SolidWorks公司. SolidWorks高级装配体建模. 北京：清华大学出版社，2003.22赵树高,张萍,邓涛,等 1轮胎硫化过程的数值模拟 J 1轮胎工业, 2001, 21 (10) : 61762223梁星宇,周木英 1橡胶工业手册 (第 3分册 ) M 1北京:化学工业出版社, 199224杨清芝主编 1现代橡胶工艺学 M 1北京:中国石化出版社,199725Accetta A, Verganud J M1Calculation of the temperatur