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城南学院 毕业设计毕业设计( (论文论文) )开题报告开题报告 题目题目:汽车起重机起升机构卷筒优化设计汽车起重机起升机构卷筒优化设计 课课 题题 类类 别:别:设计论文论文 学学 生生 姓姓 名:名:许磊 学学号:号:200679250137200679250137 班班级:级:机制机制 06040604 专业(全称专业(全称) :机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 指指 导导 教教 师:师:梁波梁波何建军何建军 20102010 年年 3 3 月月 一、本课题设计(研究)的目的:一、本课题设计(研究)的目的:一、本课题设计(研究)的目的:一、本课题设计(研究)的目的: 卷筒是起升机构中用来缠绕钢丝绳的部件。卷筒由卷筒轴、法兰式内齿圈、卷筒 毂、轴承和轴承座等组成,作用是卷绕钢丝绳,传递动力,把旋转运动转换成直线运 动,一般存在体积、重量较大,效率低,寿命短等缺点。因此本次设计主要是对其进 行优化设计,以达到最佳的工作效率。 通过对该结构的工作原理和特点分析, 确定机构优化设计的设计变量、 约束条件、 目标函数,以建立优化设计的数学模型。利用 MATILAB 及其优化工具箱对优化模型进 行求解,得到相关构件的结构参数,即提高了机构的性能,又可为进一步的优化和设 计打下基础。 二、设计(研究)现状和发展趋势(文献综述二、设计(研究)现状和发展趋势(文献综述二、设计(研究)现状和发展趋势(文献综述二、设计(研究)现状和发展趋势(文献综述) : 起升机构是起重机的重要组成部分,它的性能在很大程度上影响整个起重机的性 能和工作效率。但目前在机械设备如汽车起重机起升机构的设计上多采用传统设计方 法,这会带来很多的弊病,因此已有一些文献研究采用现代设计方法如优化设计等来 改善该类机构的性能。 卷筒的形式卷筒在起升机构中用来缠绕钢丝绳以传递动力。卷筒组由卷筒、 卷筒轴、齿轮联轴节、轴承支架等部件组成。卷筒轴通过齿轮联轴节与减速器连接。 铸造卷筒一般用HT200,特殊需要时可用ZG25H、ZG35E制造。焊接卷筒采用Q235等 钢板卷成筒状焊接而成,大大减轻了卷筒重量。 钢丝绳在卷筒上卷绕时,有单层卷绕与多层卷两种卷绕方式。桥架类型起重机多 采用单层卷绕,在起重机卷筒的工作表面上加工有螺旋槽,以增加钢丝绳与卷筒的接 触面积,降低了其间的接触应力,同时还能使钢丝绳有规律的卷绕,减少钢丝绳的摩 损,延长使用寿命。多层卷绕多用于起升高度较大或结构尺寸受限制的地方,如汽车起 重机常制成不带螺旋槽光面卷筒,钢丝绳可以紧密排列。 方案优化是比参数优化层次更高的优化设计。现在通用的以数学规划论为理论的 最优化设计是在产品原理方案已定的情况下, 对其局部进行参数优化的方法。由于参 数优化未涉及到更高层次的原理方案优化, 不能代表产品的整个设计, 说明不了产 品设计的全过程。为此, 采用功能分析法与层次分析法对汽车起重机的起升机构进行 方案优化设计, 构成“功能技术矩阵”, 得到系统总体解析的全部方案, 并通过科 学的评价和决策, 从定性和定量两个方面得出最优方案。功能分析法是方案优化决策 的一种有效方法,其以事物的多样性为客观基础, 以工程和用户需要为准则, 以事实 为依据, 对产品及其构成要素的功能和实现功能的方法进行具体分析, 从而构成“功 能技术矩阵”, 寻找系统总体解析的全部方案;并根据任务、目标及约束条件进行 方案评价和决策, 得出最佳方案。 如在满足承载能力和传动比分配要求条件下,以起升机构的减速器中心距最小为 优化目标,建立了该问题的模糊优化设计的数学模型。由于传统的优化方法存在着求 解过程复杂和寻优过程容易陷入局部最优解的题,故应用matlab 遗传算法工具箱寻求 问题最优解,可使求解过程得到简化,能可靠地获得全局最优解。采用的优化方法合 理, 与问题的实际非常接近, 经过实例的计算, 反映了优化设计较常规设计的优点, 得到了更优越的起升机构的设计方案。 模糊优化设计综合考虑了影响机构传动性能的各种模糊因素,更接近客观实际; 而遗传算法具有全局搜索能力,进行启发式搜索和并行计算,其搜索效率和精度均较 高.因此从有关起升机构采用遗传算法进行优化得到的结果可以看出,采用遗传算法 结合模糊设计使起升机构二级齿轮减速器中心距比常规设计减少了10.44%,另外搜 索次数减少,充分体现了遗传算法的优越性。 当然, 单目标优化在实际工程中还是不够的, 多目标的优化还需要我们在实际 的工程实践中加以研究, 不断探索出更好的优化方法。 由于现行起重机起升机构多采用传统设计方法进行设计, 导致性能差, 结构笨重, 工作效率低,严重影响了起重机的整体性能,因此迫切需要采用现代设计方法如优化 设计来改善此类机构的性能,以提升我们国家汽车起重机的技术水平。 上述的一些研究也表明,采用优化设计可实现起升机构设计的轻量化,可靠化和 高效化。因此研究汽车起重机起升机构的优化设计具有一定的研究意义和工程实用价 值。 三、设计(研究)的重点与难点,拟采用的途径(研究手段三、设计(研究)的重点与难点,拟采用的途径(研究手段三、设计(研究)的重点与难点,拟采用的途径(研究手段三、设计(研究)的重点与难点,拟采用的途径(研究手段) : 设计(研究)的重点: 1. 起升机构卷筒的常规设计 2. 运用优化设计的理论,建立卷筒结构参数化的优化设计模型,并应用 Matlab 软件对模型进行计算 3. 运用有限元分析软件 ANSYS 对卷筒结构关键部件进行分析 4. 结合实际对卷筒结构的精度要求,提出对卷筒结构的制造,安装精度要求。 设计(研究)的难点: 设计要使用优化思想和方法,达到使卷筒的性能和工作效率得到提高的目的,因 此该机构合适的优化设计数学模型的建立是其中的难点问题。 拟采用的途径: 1. 广泛查阅相关文献、资料与图片,并进行消化与吸收; 2. 认真听取指导老师的意见、了解同类型的产品; 3. 汽车起重机起升机构卷筒设计参数的确定及:卷筒的运动分析、卷筒优化设 计参数的确定 四、设计(研究)进度计划:四、设计(研究)进度计划:四、设计(研究)进度计划:四、设计(研究)进度计划: 根据任务书和实际情况,在指导老师的指导下,拟作以下进度安排: 第 1-2 周毕业实习阶段毕业实习阶段:毕业实习,搜集有关资料 第 3-6 周开题阶段开题阶段:查阅资料,撰写开题报告,翻译英文文献 第 7-10 周设计初稿阶段设计初稿阶段:汽车起重机起升机构卷筒优化设计问题数学建模,撰 写论文初稿 第 11-12 周中期工作阶段中期工作阶段中期工作阶段中期工作阶段:汽车起重机起升机构卷筒优化设计的计算求解,完成 机械制图 第 13-14 周后期工作阶段:后期工作阶段:完善设计图纸,编写毕业设计说明书,修改初稿 第 15-16 周毕业设计整改毕业设计整改:图纸修改、设计说明书修改、定稿,材料复查 第 17 周毕业答辩:毕业答辩:提交材料,答辩。 参考文献参考文献参考文献参考文献 1 薛渊, 吕广明, 陆念力. 轮胎式起重机起升机构多目标最优化设计J.机械设 计与制造, 2006(6): 1 - 2. 2 唐军,胡晓兵,王渡. 起升机构减速器及卷筒的优化设计J. 机械工程师, 2006(3): 53- 54. 3 齐威160 吨特大型全路面汽车起重机起升机构优化设计D大连理工大学(硕 士学位论文),2000. 4 陈立周.机械优化设计M.上海:上海科学技术出版社,1982 5 江允正.最优化方法及应用设计M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1997 6 何挺继,朝勇.现代公路施工机械M.北京:人民交通出版社,1999 7 王之烁,王大康.机械设计综合课程设计M.北京:机械工业出版社,2004 8王春香,冯慧忠. Matlab软件在机械优化设计中的应用J.机械设计, 2004 (7) : 52 - 54. 9 D. Wang, W. H. Zhang, J. S. Jiang . Combined shape and sizing optimization of truss structures. Computational MechanicsJ, 2002, 29:307-312 10 A. Iga , S. Nishiwaki, K. Izui, M. Yoshimura. Topology optimization for thermal conductorsconsid

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