C语言实训报告--网格法.doc

C语言实训报告 学院： 机械工程学院 班级： 姓名： 学号： 一、 设计题目：基于网格法的蜗杆传动优化设计。蜗杆与涡轮可用来传递空间两交错轴间的运动和动力。由于其具有传动比大且结构紧凑等优点，在各类机械设备的传动系统中应用广泛。 设计一普通圆柱蜗杆，已知参数：输入功率；蜗杆转速；传动比；由电动机驱动，载荷平衡。蜗杆材料，表面硬度，蜗轮材料为，离心铸造，蜗杆减速器每日8h，全年按300个工作日计，要示工作寿命不低于10年。根据以上条件进行优化设计，通常在满足使用要求的前提下，以结构尺寸是否紧凑、传动效率是否较高作为评判设计优劣的指标，在此以传动中心别具匠心为目标函数：式中：传动中心距；蜗杆轴向和蜗轮端面模数；蜗杆直径系数；蜗杆头数；蜗轮齿数；工程传动比；分析：由上式可知传动中心别具匠心与模数、蜗杆直径系数和蜗杆头数有关。此三个参数可作为独立设计变量，即，与此相对应，目标函数可写为:在进行蜗杆传动设计时，各参数应满足强度和刚度方面的要求，应用网格法可求解这一问题。网格法是约束直接优化方法中较为简单的一种方法，它的基本思想是将可行域分为许多网格，求出满足设计约束的网格点上的目标函数值，比较它们的大小，从中选择函数值最小的网格点。依次循环，直到网格之间的距离达到控制精度，即可得满足精度要求的近似最优解。网格法的算法步骤为：（1）给定目标函数初值（一个足够大的正数）、对应各设计变量的等分数和计算精度。（2）将区间进行等分，间距为，各分点坐标为,式中:共有T个分点： （3）对T个分点按顺序逐一进行可行性检查，放弃那些不满足设计约束的网格点，计算满足设计约束的网格点所对应的目标函数值，并与目标函数初值比较，若，则。否则，判别下一个网格点。（4）如果则停止计算，即为所求的最优点和最优值。否则取转向步骤（2）继续计算。二.流程图i0m0i1+doublefun(doublex20)int yesorno(int ng, double x20)i=0hi=(bi-ai)/mii+ini2=0x2=a2+i2*h2i1=0x1=a1+i1*h1i0=0x0=a0+i0*h0NYNYNYf=fun(x)x0i=xi,xmini=xifo=fcontinueNYcontinueNYi2m2i=0NYi1=fo yesorno=0rno=0i0+三 .源程序#includestdio.h /*预处理命令*/#includestdlib.h#includemath.h /*主函数*/main()double fun(double x20);int yesorno(int ng, double x20);double x20;double a20=2.0,7.0,2.0; /*定义网格区间上限*/double b20=8.0,25.0,3.0; /*定义网格区间下限*/int n=3;int m20=12，24，10; /*定义网格区间的等分值*/double eps=0.1;double x020=0.2,0.3;double xmin20,fmin;double f0=10.0e5,f;double h20;double hmax;int i;int i0,i1,i2;int ng=10; /*参数约束条件个数*/dofor(i=0;in;i+)hi=(bi-ai)/mi; /*将区间ai,bi进行mi等分*/for(i2=0;i2=m2;i2+) /*网格法划分区间*/x2=a2+i2*h2;for (i1=0;i1=m1;i1+)x1=a1+i1*h1;for(i0=0;i0=f0)continue;for(i=0;in;i+)x0i=xi;xmini=xi;f0=f; fmin=f;hmax=0.0; /*网格精度细化*/for(i=0;ihmax) hmax=hi; /*求最大间距hmax*/if(hmaxeps)for(i=0;ieps);printf(the results:n);for(i=0;in;i+)printf(x%d=%10.5en,i,xmini);printf(f0=%10.5en,fmin);printf(hmax=%10.5en,hmax);return(0);int yesorno(int ng, double x20)int i,yesorno=1;double zp,z1,z2,z3,z4,z5;double gx20; /*网格区间三维坐标的约束条件*/gx0=-x0+2.0;gx1=-8.0+x0; /*蜗杆轴向和蜗杆端面模数m的范围：2.0=m=8.0*/ gx2=-25.0+x1;gx3=-x1+7.0; /*蜗杆直径系数q的范围：7.0=q=25.0*/gx4=-x2+2.0;gx5=-3.0+x2; /*蜗杆头数z1的范围：2.0=z1=3.0*/gx6=-atan(x2/x1)+10.0*3.1415926/180;gx7=-20.0*3.1415926/180.0+atan(x2/x1); /*蜗杆导程角计算约束*/z1=-0.8881*2.0*x1/(x1+18.0*x2);zp=4.02*exp(z1);z2=x0*(x1+18.0*x2);z3=pow(z2,3.0);z4=0.125*z3;gx8=-252.0+170100.0*zp/sqrt(z4); /*蜗杆接触强度校合计算*/z5=x1+1.0;gx9=-146.0+745000.0/(pow(x0,3.0)*x2*(0.5+sqrt(z5); /*蜗杆弯曲强度校合*/for(i=0;i0.0)yesorno=0;break;return( yesorno);double fun(double x20)double f;f=0.5*x0*(x1+18*x2);return(f); 四.运行结果 五、结果分析程序运行结果是：模数m=5.82289蜗杆直径系数q=11.5007蜗杆头数=2.22689中心距a=150.186=7.803mm6 校核查机械设计手册，选择标准尺寸：a/min: 160i: 18m /mm: 6.3d1 /mm: 80z1: 2z2： 36x2: -0.1: 85706普通圆柱蜗杆传动的基本参数及其匹配(摘自GB 100