机械优化设计

机械优化设计主编孙靖民第八章第一节应用技巧

第二节机床主轴结构优化设计

第三节圆柱齿轮减速器的优化设计

第四节平面连杆机构的优化设计

第五节汽车悬架系统的优化设计

第六节热压机机架结构的优化设计

第七节月生产计划的最优安排

第八章机械优化设计实例前面几章系统地介绍了机械优化设计的理论和方法。本章将首先针对机械优化设计实践中需要注意的问题介绍一些可供使用的方法；接着通过对机床主轴结构优化设计、齿轮减速器优化设计、平面连杆机构优化设计等工程实例的分析，来说明在解决一个工程实际问题时，建立优化设计数学模型，选择适当的优化方法，编制计算机程序，最终得出符合要求的优化设计结果等问题。第一节应用技巧一、机械优化设计的一般过程

二、建立数学模型的基本原则

三、数学模型的尺度变换一、机械优化设计的一般过程1)建立优化设计的数学模型。

2)选择适当的优化方法。

3)编写计算机程序。

4)准备必要的初始数据并上机计算。

5)对计算机求得的结果进行必要的分析。二、建立数学模型的基本原则1.设计变量的选择

2.目标函数的确定

3.约束条件的确定三、数学模型的尺度变换1.目标函数的尺度变换

2.设计变量的尺度变换

3.约束函数的规格化三、数学模型的尺度变换图8-1目标函数尺度变换前后性态(等值线)的变化

a)变换前函数的等值线b)变换后函数的等值线第二节机床主轴结构优化设计一、数学模型的建立

二、计算实例

三、进一步的考虑图8-2机床主轴变形简图第三节圆柱齿轮减速器的优化设计(1)边界约束如最小模数，不根切的最小齿数，螺旋角，变位系数，齿宽系数的上、下界等的限制。

(2)性能约束如接触强度、弯曲强度、总速比误差、过渡曲线不发生干涉、重合度、齿顶厚等的限制。

一、单级圆柱齿轮减速器的优化设计

二、二级圆柱齿轮减速器的优化设计

三、2K-H(NGW)型行星齿轮减速器的优化设计第三节圆柱齿轮减速器的优化设计图8-4二级减速的最大尺寸二、二级圆柱齿轮减速器的优化设计1.接触承载能力

2.设计变量的确定

3.目标函数的确定

4.约束条件的建立三、2K-H(NGW)型行星齿轮减速器的优化设计1.目标函数和设计变量的确定

2.约束条件的建立三、2K-H(NGW)型行星齿轮减速器的优化设计图8-72K-H型行

星轮系机构简图

1—中心轮2—行

星轮3—壳体第四节平面连杆机构的优化设计一、曲柄摇杆机构再现已知运动规律的优化设计

二、曲柄摇杆机构再现已知运动轨迹的优化设计第四节平面连杆机构的优化设计图8-8曲柄摇杆机构简图一、曲柄摇杆机构再现已知运动规律的优化设计1.设计变量的确定

2.目标函数的建立

3.约束条件的确定二、曲柄摇杆机构再现已知运动轨迹的优化设计图8-10曲柄杆机构的向量关系第五节汽车悬架系统的优化设计1.目标函数

2.设计变量

3.约束函数第六节热压机机架结构的优化设计1.以重量最轻为目标的优化设计

2.以应力最小为目标的优化设计第六节热压机机架结构的优化设计图8-13框板

a)结构图b)简化图第七节月生产计划的最优安排一、常用优化方法程序的使用说明1.随机方向法RANDIR.for2.复合形法(COMPLE·for)(1)子程序名

(2)程序使用方法示例二、常用优化方法程序考核题1.一维搜索方法程序考核题

2.无约束优化方法程序考核题

3.约束优化方法程序考核题三、计算机实习建议1.实习目的

2.实习内容

3.实习报告内容1.实习目的1)加深对机械优化设计方法的基本理论和算法步骤的理解。

2)培养学生独立编制计算机程序的能力。

3)掌握常用优化方法程序的使用方法。

4)培养学生灵活运用优化设计方法解决工程实际问题的能力。2.实习内容1)一维搜索法程序的编制、调试和考核(0.618法和二次插值法任选一种)。

2)无约束优化方法程序的编制、调试和考核(坐标轮换法、POWELL法和DFP法任选一种)。

3)阅读理解已在计算机上调试好的约束优化方法程序，了解程序的结构特点，掌握程序的使用方法，并对2～4个数学考题进行计算。

4)对小型的机械设计问题(例如：弹簧、凸轮机构、二杆或三杆桁架等)进行优化设计计