自动避障减震小车的设计（全套优秀通过答辩含CAD+三维图）
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连杆机构设计 连杆机构是最常用的机构，因此连杆机构优化设计在机构设计中十分重要，研究工作开展得也最为广泛。有大量的文献 介绍有关平面四杆机构、平面五杆机构、柔性连杆机构、曲柄连杆机构、槽轮连杆机构、凸轮连杆组合机构和齿轮连杆等机构的优化。鉴于四连杆机构的典型性，本节结合四连杆机构的函数再现优化设计问题，阐述连杆机构优化问题的一般方法及流程。 四连杆机构的优化设计就是对四连杆机构的参量进行优化调整，使得机构给定的运动和机构所实现的运动之间误差最小。因此四连杆机构的优化设计的过程，就是寻找使得四连杆机构运动误差最小的一组机构设计参量。四连杆机构设计参量确定后，就可认为实现了机构的优化设计。 四连杆机构的优化设计包括四连杆机构优化 模型建立和优化模型求解二个主要过程。通过对四连杆机构的分析确定优化方案，确定设计变量，给出目标函数，并将机构设计制约条件，如杆长条件、传动角条件等，写成相应的约束条件，即可建立机构优化设计模型。 下面介绍四连杆机构函数再现优化设计模型的建立。连杆机构函数再现设计主要通过选取输人构件和输出构件相对应若干位置、采用机构图解法或分析法确定机构各参数。图 1 是典型的平面铰链四杆机构， 、 、 和 分别表示于四个构件的长度，杆 设图 1所示的平面铰链四杆机构再现给定函数为 ，即 ， 则机构位置取决于 、 、 、 铰链 x 轴夹角 以及输人构件转角 等七个变量。 为简化问题，可令 ， 构件的长度为 1(参考构件 )，由此可将问题维数降为四维，并不影响构件输入、输出的函数关系。由此可以得到输出构件转角 外与输入构件转角 之间的函数关系式： （ 1） 机构优化设计目标就是使得输出构件转角与给定值在 ，所有位置上的误差最小。因此机构优化设计的目标函数可用下式表示 （ 2） 当输入构件转角为 时，输出构件转角 外可由下式求得， （ 3） 式中： 所以 （ 4） 将上式代入式（ 3），并令 代表设计变量 、 、及 ，机构优化设计目标函数可写为： （ 5） 机构优化设计的约束条件应根据机构设计的实际情况确定。例如曲柄摇杆式四连杆机构必须满足如下关系式： 或 （ 6） 如果机构要求传动灵活可靠，则传动角 应满足： 或 其中 从上式可知，传动角 随 的变化而变化，当 为最大值时， 为最小， 为最小值时， 为最大。要满足上式条件，约束方程应为： 曲柄摇杆机构有 ，因此，约束方程为 （ 7） 当所选定的设计变量为构件长度时，则构件长度必须是正数，即约束方程为 式中 是为了使构件长度不小于 而设的。 此外，由于具体结构尺寸的限制，往往对某些构件的长度限定在某一范围内选取，例如连杆 短为 的倍，最长为 的 倍，即 则约束方程为 （ 8） 下面介绍再现函数为 的曲柄摇杆机构的优化设计。 先变换给定函数为 ，并设输人构件初始角为，输出构件初始角为 ，选取输入构件的转角为 ,输出构件的转角为 。当输入构件从 转到 时，输出构件从转到 ，输入构件从 转到 时，输出构件则从 回到 。显然有 及 ，即及 。代入函数式 得： 设将输入构件的转角 均分成 20等分，则，取权因子 ，再令代表设计变量 、 、 及 ，则由式（ 5）得曲柄连杆机构优化目标函数为 曲柄摇杆机构优化设计约束条件如下： 由式（ 6）得： 要求传动角满足 ，由式（ 7）得： 根据机构结构尺寸， 要求各构件长度相对机架的尺寸在给定的范围内，由式 (8)得 因此曲柄摇杆机构优化设计模型如下： 采用内点惩罚函数法和 选择初始惩罚参数 ，递减函数 e = 始点 ，取惩罚函数法收敛精度 ， 一维搜索精度 。 定设计变量 根据设计要求，由机械原理知识可知，设计变量有 3、 。将曲柄的长度取为一个单位长度 1，其余三杆长可表示为 倍数。由图 1 所示的几何关系可知 4324232212)(a r c c 为杆长的函数。另外，根据机构在机器中的许可空间，可以适当预选机架 长度，取 ，经以上分析，只剩下 以，该优化问题的设计变量为 221 , 因此。本优化设计为一个二维优化问题。 立目标函数 按轨迹的优化设计，可以将连杆上 M 点 与预期轨迹点坐标偏差最小为寻优目标，其偏差为和 ,2,1 ，如图 2。为此，把摇杆运动区间 2 到5 分成 S 等分， M 点坐标有相应分点与之对应。将各分点标号记作 i ，根据均方根差可建立其目标函数，即 m 22 2)1(31 S 为运动区间的分段数 4324232212)(a r c c 于是由以上表达式便构成了一个目标函数的数学表达式，对应于每一个机构设计方案（即给定 21,，即可计算出均方根差 图 2 定约束条件 根据设计条件，该机构的约束条件有两个方面：一是传递运动过程中的最小传动角 应大于 50 度；二是保证四杆机构满足曲柄存在的条件。以此为基础建立优化线束条件。 保证传动角 50 图 3 按传动条件，根据图 3 可能发生传动角最小值的位置图，由余弦定理 6 4 2 r c c o (a r c c o （见图 3（ a） 所以 322322241 （ a） r c c o (a r c c o （见图 3（ b） 所以 322142322 （ b） 式（ a）、（ b）为两个约束条件，将 11L ， 54L ， 12 ，23 代入式（ a）、（ b），得 122211 0162 4 9 122212 曲柄存在的条件 按曲柄存在条件，由机械原理知识可知 12 ， 13 ， 3241 4321 ，4231 把它们写成不等式约束条件（将 11L ， 54L ， 12 ，23 代入上式），得 01 13 01 24 06 215 04216 04127 经过分析，上述七个约束条件式中， 紧约束条件， 3 为松约束条件，即满足 01 02 X ，必
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