机械数控机床毕业设计45卡盘多刀半自动车床主传动系统优化设计.doc
机械数控机床毕业设计45卡盘多刀半自动车床主传动系统优化设计
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共50页)
编号：527594
类型：共享资源
大小：207.48KB
格式：ZIP
上传时间：2015-11-19
上传人：QQ28****1120
认证信息
个人认证
孙**（实名认证）
辽宁
IP属地：辽宁
6
积分
- 关 键 词：
-
机械毕业设计论文
- 资源描述：
-
机械数控机床毕业设计45卡盘多刀半自动车床主传动系统优化设计,机械毕业设计论文
- 内容简介：
-
1 卡盘多刀半自动 车床主传动系统 优化 设计 摘要 ： 机械优化设计方法是现代产品设计方法中的最为重要的一种。在本文中，分析了车床主传动系统 优化设计数学模型的建立方法。在处理实际的具体问题时，运用了优化设计的理论和方 法，对方案进行了最优化。首先是建立数学模型即选择适当的优化目标； 其次是确定设计变量和约束条件，并选择合适的优化计算方法；然后是利用 MATLAB优化工具箱编制计算机程序，运行求解； 最后对得到的结果进行分析处理并与实际相结合，从而得到最终的最优方案。 本 次设计中主要是对 C7620型车床的主传动系统进行优化，主要 是结合传统的设计方法和目前的机床主传动系统的优化设计方法 ，从而确定了论文的设计内容。机床主传动系统的优化设计发展很快， 主要是从两个方面进行了主传动系统的优化设计：一是以传动齿轮的体积和最小为优化目 标；二是以车床主轴箱展开图的总中心距最小为目标为优化目标。所有 参数的选取都是以传统的设计方案为准则的，例如 C7620型车床的运动参数、 主传动系统图和主传动转速图等。在保证机床传动性能不变的情况下， 不仅使车床主传动系统的制造成本最低、 体积最小， 而且 使得 车床的经济性更加优越 。 关键词： 优化设计 ； 主传动系统 ； 数学模型 ；优 化工具箱 中图分类号 ： TH 文献标识码 :A nts 2 Optimal Design of Main Transmission System of Semiautomatic lathe with chuck and more tools Abstract： In the latest product designs, the machinery optimized design is the most important one. This paper has analyzed how to establish the optimization design mathematical model in the lathe main transmission system. When dealing with the problems in practice, it uses the optimized design theory and method, in order to make the project optimized. First of all, a mathematical model was established, which select optimized target; next the variable and the restriction condition were determined, and selected the best way of the optimized calculation; computer program was established in the MATLAB optimization toolbox, which got the result. Finally, the result which conforms to reality was analyzed and dealt with; thus, obtained the final most superior object. In the design, it has optimized the main transmission system of C7620 lathe. This text designs mainly depend on the traditional design and the optimization design for the main transmission system of the present machine tool. Lathe main transmission system has developed quickly in these years. In the paper, there are two aspects in the optimization design for the main transmission system: made the sum volume of the transmission gear minimized; another, the most minimal center distance of expansion graph of the lathe main axle box minimized. All the parameter in the design are abide to the traditional design project, for instance, the motion parameter of C7620 lathe, the main transmission system graph and the main transmission, etc. Without changing option of transmission system, not only achieved the optimization design for the lathe, with the lowest price of the lathe main transmission system, the smallest volume, but also caused the lathe the efficiency to be more superior. Key words： optimization design; main transmission system; mathematical model; optimization toolbox nts 3 目 录 1 绪 论 . (4) 1.1 从传统设计到优化设计 (4) 1.2 优化设计的简介和工作方法 (5) 1.3 优化设计的计算方法 (6) 1.4 机械优化设计的发展概况 (7) 1.5 本论文研究的意义及任务 (8) 2 车床主传动优化设计模型的建立 . (9) 2.1 C7620 卡盘多刀半自动车床的简介 (9) 2.2 机械优化设计问题的建模 (10) 2.2.1 建模的步骤 (10) 2.2.2 常用优化设计可选优化目标 (11) 2.3 数学模型的统一表达形式 (12) 2.4 优化设计数学模型的三要素 (12) 2.4.1 设计变量及选取原则 (12) 2.4.2 目标函数及选取原则 (14) 2.4.3 约束条件及选取原则 (16) 3 运用 MATLAB 对模型求解 . (19) 3.1 MATLAB 软件介绍 (19) 3.2 MATLAB的优化工具箱 (20) 3.3 优化工具箱在最优化问题中的应用 (21) 3.3.1 线性规划 (21) 3.3.2 二次规划 (22) 3.3.3 无约束优化问题 (24) 3.3.4 有约束非线性规划优化问题 (27) 3.3.5 多目标规划 (29) 3.3.6 MATLAB 的优化求解步骤 (32) 3.4 对本此优化计算结果的分析 (36) 4 从另外角度的车床主传动系统的优化设计 . (37) 4.1 以车床各 传动轴之间的中心距和 最小为优化目标 (37) 4.2 车床主传动系统多目标优化设计 (40) 4.3 对优化结果进行分析 (46) 5 结 论 . (46) 参考文献 . (48) 谢 辞 . (50) nts 4 1 绪 论 任何机器的成功 应 用，必然要 经过设计 、制造、 实验 、 维护 、改 进 等多 个环节 ，其中机械 设计 是首要 环节 。如果 没 有机械 设计现 代化，就不 会 有高水平的机械 工业 。因此高水平的机械 设计技术 必然 会 引起机械 设计 人 员 的追求与高度重视 。 多年 来 ，机械 设计 人 员 在机械 设计 中大都是采用 传统 的 设计 方法， 凭借经验 、图 表和模 拟的办 法，借助有限的 计 算次 数 ，得到有限的 设计 方案，然后确定出的设计结 果 却 不能令人 满意 。如何使自己 设计 的 结 果能 够获 得公 认 最优，如 设计 出的机械 产 品 结 构最 紧凑 、成本最低、重量最 轻 、工作性能最好等，即技 术经济 效果最佳， 这 是机械 设计 人 员毕 生的愿望。在 这 种情 况 下出 现了许 多 现 代 设计 方法如： 计 算机 辅 助 设计 、优化 设计 、可靠性 设计 、有限元法、 工业艺术 造型 设计 、反求工程 设计 、三次 设计 等。 1.1 从传统设计到优化设计 传统 的 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 模拟或试验来 确定初始 设计 方案。然后，根据初始 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 要求。如果不完全 满 足性能指 针 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 针 的要 求为止。 整 个传统设计过 程就是人工 试凑 与定性分析比 较 的 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 ，并不是根据某中理论精 确 计 算出 来 。 实践证 明，按照 传统 的 设计 方法做出的 设计 方案，大部分有改 进 提高的余地，而不是最佳 设计 方案。 传统设计 方法只是被 动 地重复分析 产 品性能，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 。作 为 一 项设计不仅 要求方案可行、合理，而且 应该 是某 项 指 标达 到最优的理想方案。而 现 代 设计 的工作借助于 电 子 计 算机， 应 用一些精确度 较 高的力 学 的 数 值分析法（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 的可行性 设计 。 nts 5 1.2 优化设计的简介 和工作方法 优化 设计 （ Optimal design） 是建立在最优化 数学 方法和 计 算机及其 计 算技术 基 础 上的，可 实 现产 品的 质 量 、 性能和成本等 设计 指 针 最优的一 种现 代化工程设计 方法。优化 设计 是近年 来发 展起 来 的 一门学 科， 这 是 60 年代初期 开始 ，最优化技 术 和 计 算机技 术 在 设计领 域中 应 用的 结 果。优化 设计为 工程 设计提 供了一种重要的科 学 方法，使得在解 决 复 杂设计问题时 ，能 从众 多的 设计 方案 寻 到 尽 可能完善的或最适宜的 设计 方案。因而采用 这 种 设计 方法能提高 设计效 率和 设计质量。 机械优化 设计 是使某 项 机械 设计在规 定的 条 件 设计限 制 条 件下，优 选设计参数 ，使某 项设计 指 标获 得最优值。工程 设计 上的 “ 最优值 ” （ optimum）或 “ 最佳值 ” ，系 统 在 满 足多种 设计 目 标 约 束 条 件下所 获 得的最令人 满意 和最适宜的值。它反映了人 们 的意 图 和目的， 这 种不同于表示事物本身 规 律的极值 最大值和最小值。但是在很多情 况 下，也可以也可以用最大值和最小值 来 代表最优值。最优值的概念是相 对 的， 随着 科 学技术的发 展及 设计条 件的 变动 ，最优值的 标 准也将发 生 变 化，也就是 说 ，优化 设计 反映了人 们对 客 观 世界 认识 的深化，它要求人 们根 据事物的客 观规 律，在一定的物 质基础 和技 术条 件下，充分 发挥 人的主 观能动 性，得出最优的 设计 方案。 在 设计过 程中，常常需要根 据产 品 设计 的要求，合理确定各种 参数 ，例如：重量、成本、性能承 载 能力等 等，以 达 到最佳的 设计 目 标 。 这就 是 说 ，一 项工 程设计总 是要求在一定的技 术 和物 质条 件下，取得一 个 技 术 性指 标为 最佳的 设计 方案。优化 设计 就是在 这样 的 条 件下 产 生 和发 展起 来 的。所 谓优 化 设计 即就是把 实际问题转 化 为 在 规 定的各种 设计限 制 条 件下的最优化 问题，这 需要通 过分 析，首先建立优化 数学 模型，然后 运 用最优化原理和方法，在 计 算机 上进 行自 动寻 优 计算， 选 出最优 设计 方案。 目前优化 设计 方法 在结 构 设计 、化工系 统设计 、 电气传动设计 、制造 工艺设计 等方面中都有 广泛 的 应 用，而且取得了不少成果。在机械 设计 中， 对 于机构、零件、部件、 工艺设备等 的基本 参数 ，以及一 个 分系 统 的 设计 ，也 有许 多 运 用优化 设计 方法取得了良好的 经济 效果的 实 例。 实践证 明，在机械 设计 中采用优化 设计 方法， 不仅 可以 减轻 机械 设备 自重，降低材料消耗与制造成本，而且可以提高nts 6 产 品的 质 量与工作性能。因此优化 设计 已成 为现 代机械 设计理论 和方法中的一 个重要 领 域。 优化设计的 工作方法一般可概括 为： 1) 根据 设计 要求和目的定 义 优化 设计问题 ； 2) 建立优化 设计问题的数学 模型； 3) 选用合 适的优化 计 算方法； 4) 确定必要的 数 据和 设计 初始 点 ； 5) 编写 包括 数学 模型和优化算法的 计 算机程序，通 过计 算机求解 计 算并 输出 结 果； 6) 最后 对结 果 数 据 进 行 合理行分析。 上述优化 设计过 程中其核心是 进 行如下 两项工 作：一是分析 设计 任 务 ， 将设计课题转 化 为 一 个 最优化 问题， 即建立优化 数学 模型；二是 选用 使用的优化方法在 计 算机上求解 数学 模型，自 动寻 求最优方案。 1.3 优化设计的计算方法 用于 求解优化 问题的 基本思路和方法 ，或 寻 优方法， 称为优 化 设计 方法或优化方法。 求解优化 问题 可以用解析法和 数 值迭代方法。解析法是利 用数学 解析法(如微分、 变 分等方法 )来 求解。 数 值迭代方法 则是 利用函 数在某一局部区 域的某些性 质 和函 数 值 ,采用某种算法逐步逼近到函 数 极值 点 的方法 。 目前，在机械 设计 中所采用 的优化方法可用下面 的关系说 明： 优化设计 解析法；微分法；变分法 。 参数分析法：图解法； 网络法。 数值计算法 确定型优化方法 连续变量优化方法：线性规划方法； 非线性规划方法； 几何规划方法； 动态规划方法； 状态空间法； 离散变量优化方法：整数规划方法； 离散变量优化方法； 非确定性优化方法 随机优化方法：随机规划方法； 随机模拟方法； 随机变量优化方法； 模糊优化方法 nts 7 1.4 机械优化设计的发展概况 近几十年以 来 ，以 计 算机技 术 、 数学规 划 论为 方法 发 展起 来 的优化 设计 方法，首 先在结 构 设计 、化 学 工程、航空、造船等 部门 的 设计 中得到 应 用。而在机械 设计 方面的 应 用稍晚一些。 从国际 上 来讲 ，是在 60 年代后期才得到迅速 的发 展。从国内 范 围来说 ，只是近几年 来 才 开始 重 视 起 来 。优化 设计 方法 虽然发 展 历 史很短，但 进 展很迅速， 无论 在机构 综 合、机械的通用零件 设计 、 还 是在各中 专 用机械 设计 和 工艺设计 方面都很快得到了 应 用，并 取得了一定的成果。 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 提出了一些 标 准化程序。机构 动 力 学 优化 设计 方面也有很大的 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 近几年也有了很大 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 轴 、弹 簧、制 动 器等的 结构参数 优化。二 级齿轮减 速器在 满 足 强 度和一定体 积 下的 单位功率的 减 速器重量最小的 设计 ， 双 功率流 齿轮减 速 传动 的最佳 级数 、 传动 比和设计参 数 的 设计 ， 多级齿轮装 置 传动 比的最佳分配，机 床齿轮变 速箱各 个轴 中心距总 和最小的优化 设计 ， 轴 的优化 设计 ，摩 擦离合器的优化 设计 。除此之外，在锻压设备、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。 最优化 设计技术 近年 来 在机械中的 应 用取得了初步的成果，但是 还 面 临着许多 问题 需要解 决。 例如， 标 准零 部件系列 参数 的制定，整机优化 设计 模型及方法的研究，机械 设计问题的 目 标决 策 问题， 以及 动态系统、随 机 变 量、可靠优化 设计 等一系 列问题， 尚需要 较 大的努力，才能 适应 机械 工业发 展的需要。 总 的 来 看，机械有优化 设计 是 适应 生 产现 代化要求 发 展起 来 的 一门崭 新的 学科。它是在 现 代机械 设计理论发 展基 础上产 生的一种新的 设计 方法。因此，在加强现 代化机械 设计理论 研究的同 时 ，必 须进 一步加 强机 械工程 问题的 优化 设计数学 模型的研究，以便能与 计 算机的 应 用等，更加 紧 密的 联 系起 来 ， 进 一步提高我国 机械 产 品的 设计 水平。把优化 设计 方法与 计 算机 辅 助 设计结合 起 来 ，是 设计过程完全自 动 化，已成 为设计 方法的一 个 重要 的发 展 趋势 。 nts 8 1.5 本论文研究的意义及任务 车床 主传动 系 统设计 是一 个 比 较 复 杂的问题 , 在 设计 车床 的 主传动 常 规变速系 统时 , 当 车床 的 运动参数 如 转 速范 围 、 电动 机功率、公比基本确定以后 ,通常采用 图 解的方法 来设计传动 系 统 ， 即使用 转 速 图 直 观地表达 出 传动 系 统 中，各轴 的 变 化 规 律和 传动 副的速 比关 系。在确定以上 参数 后 ， 可以 有许 多不同的 传动方案 , 有多种 转 速 图 ， 从理论上说 可以有 n 个转 速 组 ,其中 传动数相 同的 变 速 组有 m 个 ， 安排列 组 合原理 ， 则 有!mn个 方案 ， 同 时 再改 变变 速 组的扩 大 顺 序 ， 则将 有!mnn个 方案。他 们 之中自然有优劣之分 ,按常 规 方 法设计时 ,因需要 进 行大量反复、繁 琐 的 计 算 ,只 能对 几种方案 进 行 计 算和比 较 ,要找到最佳 结 果是比 较 困难 的。而且以往 对 车床 主传动 系 统 的优化 设计 ,大多是在 给 定了 设计 方案的前提下 对参数进 行优化 ,而 未进 行 传动 方案的优化 决 策 ,传动 方案的优化是 进 一 步设计 的前提 ,直接影 响着设计结 果。 优化设计可以降低车床的制造成本， 可以减少主轴箱的体积，如果采用模块化的程序设计可以很大程度上减少 车床 设计的设计周期。 因此 这次 对车床主传动系统进行优化设计是有很重要的现实意义，而且是很有必要的。这也是我选这个课题的最终目的。 通过本课题的设计，我会对车床主传动系统的优化设计有一个深入的了解，并 把一些方法应用于实际的设计中去。 本课题的主要任务是 以传统车 床主传动系统 的设计方法为基础进行优化设计。车床 优化设计主要涉及 两 方面的内容 ： 首先根据实际应用确定 车床 主传动系统的最优方案标准 , 并构造出相应的数学模型。具体包括确定优化变量 ,建立目标函数 ,列出约束条件等 ； 其次选择能够找出最优方案的寻优策略 ,并将优化算法进行计算机编程 , 求出优化结果。与此同时 ,还需要考虑算法的收敛性、通用性和稳定性问题以及计算效率等。 目前 用优化 设计 的 理论 和方 法对 车床 主传动 系 统进 行分析 , 提出 车床 主传动 系 统方 案的优化 设计 ，以及 将 CAD 设计 方法和优化 设计 的思想引入 主传动 系统设计 中，可以在 满 足一定 的约 束 条 件下 ,获 得最优方案。如今最有效、最快、最新的优化 设计 思想就是 应 用分 级 模 块 化 设计 的思想 , 并用 图论 中的 理论对主传动 系 统进 行分析 , 最后完成 车床 主传动 系 统方 案 决 策的优化 设计 。 我想未来的车床 主传动 系 统 的优化 设计 ，会朝着 更加完善，更加精确的 ， 多 个目标进行 优化nts 9 的方向发展，而且优化设计 会更加切合实际的。 那么在车床主传动系统的优化设计领域里，同样会 有新的进展 ，会出现更加快捷 、更加科学、 更加有效的 优化设计方法，而且其操作过程反而更加简单，易于设计工作者 所接受 。 2 车床主传动 优化设计模型 的 建立 2.1 C7620 卡盘 多刀半自动车床的简介 1） 车床 的 规 格及用途 C7620 型 车床 是用于 车削 加工的机床，是加工 盘 套 类零件 的高效率机床。 主传动 采用 双 速 电 机， 结 构 简单 ， 工艺 范 围广 ，适用于加工大回回 转 直 径 小于 200mm的各种 轴类 、套 类和盘类 工件的各种回 转 表面。前、后刀架的 纵向 与 横 向 进给 由液 压驱动 ，并分 别用节 流 阀调节进给 量，液 压系统采 用集成安 装 。机床 电气 -液压 控制，并插孔 板调节 程序， 实现 加工 过 程自 动 循 环 。 2） C7620 型 车床 的主要技 术参数 （ 1） 机床的运动参数是指机 床执行件的运动速度。机床的极限转速为r p mnr p mn 90,1000 m i nm a x ； 变 速 级数 Z=8 级。 （ 2） 电动机输入功率为 kwkwp 10/5.71 输入转速1 7 1 0 / m innr1440 / minr 刀架上最大加工直径 200mm 床身最大回转直径 350mm。如图所示图 1 和图 2 分别是 C7620 型车床的主传动系统图和相应的主运动转速图 12, 13。 z 4z 3z 2z 15 9 32 5 38 8 35 4 38 1 2 . 57 2 2 . 53 6 2 . 54 5 2 . 57 . 5 / 1 0 千瓦7 1 0 / 1 4 4 0 转/ 分图 1 C7620 主 传动系统图 nts 10 1 8 0 : 1 8 045:7236:815 9 :5 425:88901 2 51 8 52 5 53 4 54 8 07 0 01 0 0 0图 2 C7620 主传动转速图 2.2 机械优化设计问题的建模 2.2.1 建模的 步 骤 对 优化 设计 建模 难 以 给 出一定的模式，主要靠借 鉴 、 实践 、 观 察与思考。但 在 实际实 施中，一般步 骤 如下： 1） 根据已 选 定的 设计 方法，按以往生 产 的 产 品或 设计经验 收集与确定 参数的 类 型、初值及其可 变动 的范 围 等。 2） 确定 独 立的 设计变 量，即 区 分出哪 些参数 是需要通 过 优化 设计 才能确定的 参数 。 3） 确定目 标 函 数 或准 则 函 数 ，并 写 出它的 数学 表 达式 ； 当 要求多 项设计 指标达 到 尽 可能最优的 值 时 ， 须 按多目 标 优化 设计来 建立目 标 函 数 。 4） 按以往的 产 品 设计 方法或使用 经验预测 可能 发 生的破坏或失效形式，并将 其表 示为 等式或不等式 的约 束形式，保 证 在求解 过 程 中设计点 移 动 限制在 设计 可行 域内 。 5） 对 建立的优化 设计 模型 进 行再分析，以 尽 可能 减 少 设计变量数和约 束 条件 数 ，有 时还 需要 对变 量、函 数 作某些 变换 ，以改善函 数 的性 态 ，提高优化 计 算 过 程的 稳 定性和 计 算效率。 6） 根据所用的 计 算机、优化方法程序， 将 模型 编 制成所能接受的 语 言程序，选顶变量的初值，以及与优化方法有关的一些操作参数等。 nts 11 2.2.2 常用优化 设计 可 选 优化目 标 在工程 设计问题 中 ,追求的目 标 可各种各 样 ,按追求目 标 的多少 ,可分 为单目 表 2.1 常用优化 设计 的可 选 优化目 标 项 目 可供 选择 的优化目 标 示例 运动学 优化设计问题 运动误 差 (例如 轨 道 曲线误差、位置角 误 差等 ) 、某 点 的速度、角速度、加速度等 。 蟹爪式 装载 机扒取机构优化 设计 ,其 设计 目 标 可取 为 ： 1曲柄直线导杆 复 演轨迹曲线误 差最小； 2扒爪位置角 误 差最小。 动 力 学 优化设计问题 力的 参数 (主 动 力、 约 束反力、力矩等 ) ,质 量 参数 (质 量 、转动惯 量等 ) 、能量、功率、 惯性力、重力、不平衡量等 。 起重机四杆 变 幅机 构优化 设计 ,其 设计 目 标 可取 为 ： 1变 幅中的力矩最小； 2机器的 质 量最小 。 产 品及机械零部件优化设计 质 量、体 积 、效率 (或功耗 ) 、温 升、可靠性、承 载 能力 (强度、 刚 度、耐磨性等 ) 、 寿命 、成本 (或价格 )等 。 动压 ,滑 动轴 承优化 设计 ，其 设计目 标 可取 为 ： 1功耗最小； 2温 升最低； 3流量最小； 4功耗和 温 升之和最小。 系 统动态 性能优化 设计 系 统 的 动态响应 ,如速度、加速度 (最大加速度、加速度均方根值 )等 动载 荷 ,噪 声 、模 态柔度、模 态阻 尼比。 齿轮传动 系 统动态 性能优化 设计 ,其 设计 目 标 可取 为 ： 1在 一 个周 期内 加速度均方根值最 小； 2齿轮传动运载 荷最小。 结构参数 优化 计 和形 状优化 设计 结 构件的 质 量最小 ； 边 界上的最大 应 力最小 ； 应 力集中系 数最 小等 。 车 刀刀具优化 设计 ： 1刀 头 品 质 最小 ； 2刀杆 边 界上最大 应 力最小；3应 力集中系 数最 小。 切削加 工工艺 过 程优化设计 加工成本、生 产 率、金 属 切除率、刀具 寿命 ,两次 更 换 刀具之间 所能生 产 的零件 数 等 。 车削 加 工工艺参数 优化 设计 ,其设计 目 标 可取 为 ： 1加工成本最低； 2加工生 产 率最高。磨削加 工工艺参数 优化 设计 ,其 设计 目 标可取每 单 位切削 宽 度上的金 属 切除率最大。 nts 12 标 函 数 和多目 标 函 数 。如 设计多级齿轮传动 系 统 时 ,要求在 满 足 规 定的 传动 比和给 定最小 齿轮 直 径 的情 况 下 ,追求系 统 的 转动惯 量最小 、 箱体的体 积 最小 、 各 级传动 的中心距之和最小 、 承 载 能力最高 、 寿命 最 长 等。目 标 函 数 作 为评 价方案中的一 个标 准 ,有 时 不一定有明 显 的物理意 义 和量 纲 ,它只是 设计 指 标 的一 个代 表值。正确地建立目 标 函 数 是优化 设计 中很重要的工作 ,它既要反映用 户 的要求 ,又要敏感地、直接地反映 设计变 量的 变 化 ,对 优化 设计 的 质 量及 计 算 难易 都有一定影 响 。表 2.121列出了常用的优化 设计问题 中可供 选择 的优化目 标 。在本次设计中可以作为参考。 2.3 数学模型的统一表达形式 在 满 足一定 的约 束 条 件下， 选 取 设计变 量，使目 标 函 数值达 到最小值（或最大值），其 数学 表 达式 1, 6： npvxhmuxgtsRxxfvun,. . ,2,10)(,. . ,2,10)(.)(m in 2 1 式中 s.t. “ 满 足于 ” m 和 p 不等式 约 束 个数 和等式 约 束的 个数 ，且等式 约 束的 个数 p 必 须 小于设计变 量的 个数 n。 如 过 上式中所列 数学 模型 内 m=p=0,则 成 为 nRXxf)(min 2 2 即 这 一优化 问题 不受任何 约 束， 称为无约 束优化 设计问题 。 当目标为 )(max xf 时 ，可以用 )(min xf 或 )(/1min xf 代替。 2.4 优化设计数学模型的三要素 优化 设计数学 模型由三 个 基本要素 组 成： 设计变数 ； 约 束 条 件；目 标 函 数 。 2.4.1 设计变 量 及 选 取 原则 1 设计变量 机械 设计 方案可以用一 组 取值不同的 参数来 表示。 这些参数 可以是表示构件形 状 、大小、位置等的几何量，也可以是表示构件 质 量、速度、加速度、力或力矩等的物理量。在一 项设计 的全部 参数 中有些是已知的，另一些 则 需要在 设计 中nts 13 优 选 确定。 这 些需要优 选 确定的 独 立的未知 参数称为设计变 量。 总 之， 设计变 量必 须 是 对该项设计 性能指 针 优劣有影 响 的 参数 。 设计变 量的全体 实际 上是一 组变 量，可以是一 个 列向量表示 1, 2 , 6 , 7, 8 X= nTn Rxxx ,., 212 3 式中 T 矩 阵 的 转 置符 号 ； ix n 维 向量 X的第 i 各分量 上式 称 作 设计变数 向量。向量中分量的次序完全是任意的，可以根据使用的方便任意 选 取。 nR 表示 以设计变 量nxxx ,., 21为 坐 标轴 的 n 维 空 间 。 设计 空 间包含了 该项设计所 有可能的 设计 方案，且每 个设计 方案 对应着设计 空 间 中的一 个设计 向量或 设计点 x。 设计变 量的 数 目越多，其 设计 空 间 的 维数 越高，能 够组 成的 设计 方案的 数 量也就越多，因而 设计 的自由度也就越大， 从 而也就增加 问题的 复 杂 程度。一般 来说 ，优化 设计过 程的 计 算量 随设计变量数 目的增多而增加的。因此， 对 于一 个 优化 设计问题来说 ， 应该 恰 当 地确定 设计变 量的 数 目。并且 原则 上 讲应尽 量 减 少 设计变 量的 数 目，即 尽 可 能把那些 对设计 指 标影响 不大的 参数 取作 给 定 参数 ，只保留那些比 较活跃 的 对设计 影 响显著 的 参数 作 为设计变 量， 这样 可以使优化 设计 的数学 模型得到 简 化。 2 设计变 量 选 取 原则 表 2.2 设计变量选择原则 1 优化 设计问题 可 选 的 设计变数 机构优化 设计 各构件的 长 度 L、位置角 、曲柄初始 转 角 0 等 。 零部件优化 设计 零部件的主要性能 参数（如齿轮传动啮 合 参数 、 传动轴 直 径等）、结 构尺寸、物理和力 学参数 等 。 机 械结 构优化 设计 机构尺寸（如板厚、 断 面尺寸等）、形 状 尺寸、力 学 或物 理 参数 等 。 动态系统 优化 设计 刚 度系 数（ 如 弹 簧的 刚 度、 轴 的扭 转刚 度等）、阻尼系数 、品 质、转动惯 量、力 学 与物理 参数 、 结 构尺寸等 。 工艺参数 优化 设计 运动 速度、切削用量、 进给 量、几何尺寸等 。 nts 14 1） 对 立性 可由其它的 设计变 量 导 出的 变 量 称为 非 独 立性 变 量，一般不 选为设计变 量。 2） 重要性 对产 品性能影 响较 大， 变动 范 围不 很清楚的一 些参数 ，可 选为设计变 量。 在本次设计中，我参考有关资料，并 根据 设计变 量的 选择原则来 确定 C7620型车床主 传动系统的 设计变 量。 1） 以各传动组的齿轮模数作为设计参数。 车 床主传动系统的各传动组使用不 同模数的齿轮且同组的各级传动使用相同模数的齿轮。当两相邻传动组中有一个公用齿轮时 ,则该两相邻传动组的模数相同 ,相应模数设计参数相应减少一个。 本次设计中选 21,mm 为设计变量。 2） 以各传动组齿轮齿数作为设计参数。 在车 床主传动系统的 N 个传动组中 ,取各组的最低传动比的主动齿轮的齿数为设计参数时 ,有 N 个齿数设计参数。当两相邻传动组中有一个公用齿轮时 ,则该两相邻传动组的最低传动比的主动齿轮的齿数可列一个齿数关系方程 ,独立齿数设计参数个数应减少一个 ,例如324112 , zizziz 。 本次设计中选用31,zz为设计变量。 3） 以 各传动组的最小传动比作为设计参数 即 。 若车 床主传动系统共有 N 个齿轮传动组 ,则有 N - 1 个独立的传动比设计参数。因 车床 主轴的最低转速和电动机的转速之比等于各传动组的最小传动比的乘积。 本次设计中选用 )/( 121 iiii 而 为设计变量。 4） 以传动齿轮的齿宽为设计参数。 本次设计中选 21,bb 为设计变量。 5） 以传动轴的直径为设计参数。本次设计中选321 , ZZZ ddd为设计变量。 计 算齿轮体积和所 涉及的 独立参数 有 , 212121 bbzzmm3211 , ZZZ dddi故设计变 量 选 为 1 2 1 3 1 2 1 1 2 31 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 , , , , , , , , , , , , , , , , , , TZ Z ZTx m m z z b b i d d dx x x x x x x x x x x2.4.2 目 标 函 数 及 选 取 原则 1 目 标 函 数 nts 15 目 标 函 数 是优化 设计 中所追求的目 标 ，是 设计变 量的函 数 。 当给 定一 组设计变 量值 时 就可 计 算出相 应 的目 标 函 数 值。因此，在优化 设计 中，就是用目 标 函 数值的大小 来 衡量 设计 方案的优劣的。故目 标 函 数 有 时 也 称为评 价函 数 。目 标 函 数的一般表示式 1, 2 , 6 , 7, 8为 nxxxfxf . .,2,1 2 4 目 标 函 数 是一 个标 量函 数 。由于目 标 函 数 值的大小，可 以评 价 设计质 量的优劣所以也叫 评 价函 数 。优化 设计 就是要 寻 求一 个 最优方案，即最优 点 *X ,从 而使目 标 函 数达 最优值 nRXXfXf ),(m in)( * 2 5 确定目 标 函 数 ，是优化 设计 中最重要的 决 策之一。因 为这不仅 直接影 响 优化设计 方案的 质 量 ，而且还 影 响 到优 化过 程。目 标 函 数 可以根据工程 问题的 要求 从不同角 度来 建立，例如：成本、重量、几何尺寸、 运动轨迹、 功率 、应 力、 动 力特性等。优化 设计 的目的是要求 所选择 的 设计变 量使目 标 函 数值达 到最优值。 当目 标 函 数 只包含一 项设计 指 标 极小化 时 ， 称 它 为单目标设计问题， 有 时 也可能要求多 项 指 标达 到极小化， 这就 是所 谓多 目 标设计问题 。 2 目 标 函 数 选 取 原则 表 2.3 目 标 函 数选 取 原则 1 目 标 函 数类 型 目 标 函 数 型式 望 目类 型 设 性能指 针 的目 标 值 为0y,实际 值 为 y,则 望 目类 型目 标 函数 形式可取 m in|m a xm in|m in)( |01020 yyyyyy iNi 最大化效益 类 型 性能比最大；承 载 能力最大；生 产 率最高，可靠性最高 m inm in1 yy 最小化成本 类 型 体 积 最小； 质 量最小， 动载 荷最小，成本最小；价格比最小；最大加速度值最小 ，误 差最小等 Niyy i 1m in|m a xm in nts 16 1） “ 最大化效益 ” 或 “ 最小化成本 ” 如承 载 能力最大、生 产 效率最高、误 差最小、成本最低或体 积 最小 、质 量最小等。 2） 重要性 评 价指 针 选 取 该 “ 产 品 ” 最能代表其性能水平的技 术 特性作为 目 标 函 数 。 3） 与 设计变 量相 关的 性能指 针 目 标 函 数应 是 n个设计变 量的函 数 。 车床 主传动系统设计中，目标函数的选择比较 多，如可以选择了 车床 主传动系统方案决策为优化目标的优化设计；要使箱体结构紧凑 , 就要使 箱 体 展开图的总中心距最小，就以各 传动轴之间的中心距和最小为优化目标 ；还可以把传动齿轮的重量和最小当作优化目标。 参考变速箱的传动系统优化设计和目前 车床 优化设计的新方
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
|
2:不支持迅雷下载,请使用浏览器下载
3:不支持QQ浏览器下载,请用其他浏览器
4:下载后的文档和图纸-无水印
5:文档经过压缩，下载后原文更清晰
|
川公网安备: 51019002004831号