第8章機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例

1、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)第八章第八章 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)v前面我們較系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論和方法。v本章將首先介紹機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)和應(yīng)用技巧；v接著通過(guò)幾個(gè)典型機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例，來(lái)說(shuō)明在解決一個(gè)工程實(shí)際優(yōu)化問(wèn)題時(shí)，建立優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型、選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法、編程、最終得出復(fù)合要求的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果等問(wèn)題機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)用技巧應(yīng)用技巧v一、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般過(guò)程一、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般過(guò)程1）建立優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型2）選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法3）編寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序4）準(zhǔn)備必要的初始數(shù)據(jù)進(jìn)行上機(jī)計(jì)算5）對(duì)計(jì)算機(jī)求得結(jié)果進(jìn)行必要的分析機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的選擇優(yōu)化方法的選擇數(shù)

2、數(shù)學(xué)學(xué)模模型型問(wèn)題規(guī)模問(wèn)題規(guī)模目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)的性態(tài)的性態(tài)計(jì)算精度計(jì)算精度問(wèn)題種類問(wèn)題種類第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)用技巧應(yīng)用技巧機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化方法總的選用原則有以下幾點(diǎn)：優(yōu)化方法總的選用原則有以下幾點(diǎn)：1、算法的通用性，即在一定精度要求下，是否對(duì)各種不同特性的優(yōu)化問(wèn)題都能獲得成功。 優(yōu)化問(wèn)題的特性一般表現(xiàn)在目標(biāo)函數(shù)的性質(zhì)上，例如：變量的數(shù)目、非線性的程度、各變量間的交互作用程度、是單峰還是多峰、是否利用梯度信息、初始點(diǎn)是否可以任選等。2、其次看計(jì)算目標(biāo)函數(shù)的次數(shù)。在同樣精度下，希望計(jì)算目標(biāo)函數(shù)的次數(shù)越少越好。3、第三要看在同樣精度的情況下，算法收斂所需的計(jì)算機(jī)時(shí)間，即：計(jì)算效率，

3、當(dāng)然越快越好。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)v二、建立數(shù)學(xué)模型的基本原則二、建立數(shù)學(xué)模型的基本原則在能夠確切反映工程實(shí)際問(wèn)題的基礎(chǔ)上力求簡(jiǎn)潔在能夠確切反映工程實(shí)際問(wèn)題的基礎(chǔ)上力求簡(jiǎn)潔1 1、設(shè)計(jì)變量的選擇、設(shè)計(jì)變量的選擇設(shè)計(jì)參數(shù)的取舍設(shè)計(jì)參數(shù)的取舍盡量減少設(shè)計(jì)變量的數(shù)目盡量減少設(shè)計(jì)變量的數(shù)目 一個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)方案可以用一組基本參數(shù)的數(shù)值一個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)方案可以用一組基本參數(shù)的數(shù)值來(lái)表示。來(lái)表示。為了進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，都要尋找并確定為了進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，都要尋找并確定最佳的設(shè)計(jì)參數(shù)。最佳的設(shè)計(jì)參數(shù)。 這些參數(shù)中，有的可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定等選定，這些參數(shù)中，有的可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定等選定，在設(shè)計(jì)過(guò)程中始終保持不變，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中可認(rèn)

4、為在設(shè)計(jì)過(guò)程中始終保持不變，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中可認(rèn)為是是設(shè)計(jì)常量設(shè)計(jì)常量. .機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)v例如：材料的機(jī)械性能參數(shù)例如：材料的機(jī)械性能參數(shù)v狀態(tài)參數(shù)：如功率、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、撓度、狀態(tài)參數(shù)：如功率、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、撓度、壓力、速度等可由設(shè)計(jì)對(duì)象的尺寸、載荷以及構(gòu)壓力、速度等可由設(shè)計(jì)對(duì)象的尺寸、載荷以及構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系等計(jì)算得出件間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系等計(jì)算得出 設(shè)計(jì)變量間應(yīng)相互獨(dú)立，否則會(huì)使目標(biāo)設(shè)計(jì)變量間應(yīng)相互獨(dú)立，否則會(huì)使目標(biāo)函數(shù)出現(xiàn)函數(shù)出現(xiàn)“病態(tài)病態(tài)”“山脊山脊”，“溝谷溝谷”第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)用技巧應(yīng)用技巧機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)v2、目標(biāo)函數(shù)的確定、目標(biāo)函數(shù)的確定目標(biāo)函數(shù)一項(xiàng)設(shè)計(jì)所追求的指標(biāo)的數(shù)學(xué)反映要求：能

5、夠用來(lái)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣必須是設(shè)計(jì)變量的可計(jì)算函數(shù)第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)用技巧應(yīng)用技巧機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)v1）、優(yōu)化目標(biāo)的選擇：）、優(yōu)化目標(biāo)的選擇：應(yīng)當(dāng)對(duì)所追求的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行細(xì)致分析，從應(yīng)當(dāng)對(duì)所追求的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行細(xì)致分析，從中選擇最重要、最具代表性的指標(biāo)作為優(yōu)化中選擇最重要、最具代表性的指標(biāo)作為優(yōu)化目標(biāo)目標(biāo)q2 2）、優(yōu)化指標(biāo)矛盾的處理）、優(yōu)化指標(biāo)矛盾的處理第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)用技巧應(yīng)用技巧機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中，可作為參考目標(biāo)函數(shù)的有在機(jī)械設(shè)計(jì)中，可作為參考目標(biāo)函數(shù)的有： v一般機(jī)械：體積最小、重量最輕v應(yīng)力集中現(xiàn)象突出的構(gòu)件：應(yīng)力集中系數(shù)最小v精密儀器：精度最高或誤差最小v若對(duì)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性有專門(mén)要求，則應(yīng)

6、針對(duì)其動(dòng)力學(xué)參數(shù)建立目標(biāo)函數(shù)；v對(duì)于要求再現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，則應(yīng)根據(jù)機(jī)構(gòu)的軌跡誤差最小建立目標(biāo)函數(shù)。 第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)用技巧應(yīng)用技巧機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)v3、約束條件的確定、約束條件的確定約束條件是就工程設(shè)計(jì)本身而提出的對(duì)設(shè)計(jì)變量取值范圍的限制條件，也是設(shè)計(jì)變量的可計(jì)算函數(shù)。約束條件的分類約束條件的分類1 1）性能約束：根據(jù)設(shè)計(jì)性能或指標(biāo)要求而定的）性能約束：根據(jù)設(shè)計(jì)性能或指標(biāo)要求而定的一種約束條件，一種約束條件，例如：零件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定例如：零件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等性等2 2）邊界約束：是對(duì)設(shè)計(jì)變量取值范圍的限制。）邊界約束：是對(duì)設(shè)計(jì)變量取值范圍的限制。也稱為側(cè)面約束。也稱為側(cè)面約束。例如

7、齒輪的模數(shù)，齒數(shù)的上下例如齒輪的模數(shù)，齒數(shù)的上下限等。限等。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)在性能約束中，又有復(fù)雜和簡(jiǎn)單之分在性能約束中，又有復(fù)雜和簡(jiǎn)單之分 約束函數(shù)有的很簡(jiǎn)單，可以表示成顯式形式，約束函數(shù)有的很簡(jiǎn)單，可以表示成顯式形式，即反映設(shè)計(jì)變量之間明顯的函數(shù)關(guān)系，這類約束叫即反映設(shè)計(jì)變量之間明顯的函數(shù)關(guān)系，這類約束叫做做顯式約束顯式約束。例如設(shè)計(jì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)時(shí)的曲柄存在。例如設(shè)計(jì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)時(shí)的曲柄存在約束條件約束條件 有的只能表示成隱式形式，例如復(fù)雜結(jié)構(gòu)的性有的只能表示成隱式形式，例如復(fù)雜結(jié)構(gòu)的性能約束函數(shù)（變形、應(yīng)力、頻率等），需要通過(guò)有能約束函數(shù)（變形、應(yīng)力、頻率等），需要通過(guò)有限元或動(dòng)力學(xué)計(jì)算求得

8、，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)誤差要用數(shù)值限元或動(dòng)力學(xué)計(jì)算求得，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)誤差要用數(shù)值積分來(lái)計(jì)算，這類約束叫做積分來(lái)計(jì)算，這類約束叫做。第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)用技巧應(yīng)用技巧機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)選擇約束條件時(shí)應(yīng)避免相互矛盾的約束，從而使選擇約束條件時(shí)應(yīng)避免相互矛盾的約束，從而使可行域?yàn)榭占?，使?wèn)題無(wú)解；可行域?yàn)榭占?，使?wèn)題無(wú)解；還要盡量減少不必要的約束，否則增加計(jì)算量，還要盡量減少不必要的約束，否則增加計(jì)算量，減小可行域的范圍，影響尋優(yōu)效果。減小可行域的范圍，影響尋優(yōu)效果。第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)用技巧應(yīng)用技巧機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)v三、數(shù)學(xué)模型的尺度變換三、數(shù)學(xué)模型的尺度變換在工程實(shí)際問(wèn)題中，不同的設(shè)計(jì)變量，其量綱一般是不同的，數(shù)量集的差別往

9、往也很大；在優(yōu)化迭代中，這種差別對(duì)計(jì)算數(shù)值變化的靈敏性、收斂性、穩(wěn)定性，都有不同程度的影響。為了提高優(yōu)化收斂速度，提高計(jì)算穩(wěn)定性，在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中，常采用尺度變換措施。第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)用技巧應(yīng)用技巧機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)v尺度變換通過(guò)放大或縮小各坐標(biāo)的比例尺，以達(dá)到改善數(shù)學(xué)模型性態(tài)，使之易于求解的技巧v1、目標(biāo)函數(shù)的尺度變換在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，若目標(biāo)函數(shù)嚴(yán)重非線性，致使函數(shù)性態(tài)惡化，此時(shí)，無(wú)論采用何種優(yōu)化方法，其計(jì)算效率都不會(huì)高，而且計(jì)算穩(wěn)定性差。這時(shí)就需要對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行尺度變換。第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)用技巧應(yīng)用技巧機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)尺度變換前的等值線圖尺度變換前的等值線圖尺度變換后的等值線圖尺度變換后的等值線圖機(jī)械優(yōu)化

10、設(shè)計(jì)v2、設(shè)計(jì)變量的尺度變換對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行重新標(biāo)度，使它們稱為無(wú)量綱和規(guī)格化的設(shè)計(jì)變量。方法：ix原原設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)變變量量ik新新設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)變變量量iy第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)用技巧應(yīng)用技巧機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)尺度變換因子：尺度變換因子：001/1,2,.iiikxxin原設(shè)計(jì)變量的初始值，0(1,2,. )1XXini選得靠近時(shí)，則y均在 附近變化00XXXk遠(yuǎn)離時(shí)，可以進(jìn)行若干次迭代計(jì)算后，用X 替代作新得尺度變換機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)v3、約束函數(shù)的規(guī)格化約束函數(shù)的尺度變換在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中，約束條件都是根據(jù)工程實(shí)際問(wèn)題擬定的，因此，約束函數(shù)值的數(shù)量級(jí)往往會(huì)相差很大。對(duì)于設(shè)計(jì)變量的微小變化，它們的靈敏度也完全不同，靈敏度

11、高的約束條件在極小化過(guò)程中首先得到滿足，靈敏度低的就很難滿足，因此需要對(duì)數(shù)量級(jí)相差很大的約束條件進(jìn)行尺度變換第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)用技巧應(yīng)用技巧機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)于剛度、強(qiáng)度等性能約束，可建立如下約束條件：對(duì)于剛度、強(qiáng)度等性能約束，可建立如下約束條件：1010ff g(X)= g(X)= 這樣就使得各約束函數(shù)的取值范圍都限制在這樣就使得各約束函數(shù)的取值范圍都限制在0,10,1區(qū)區(qū)間內(nèi)，從而使搜索過(guò)程穩(wěn)定進(jìn)行并加快收斂速度。間內(nèi)，從而使搜索過(guò)程穩(wěn)定進(jìn)行并加快收斂速度。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)第二節(jié)機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)第二節(jié)機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)一、數(shù)學(xué)模型的建立一、數(shù)學(xué)模型的建立機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)這根主軸時(shí)，有兩個(gè)重

12、要因素需要考慮。一在設(shè)計(jì)這根主軸時(shí)，有兩個(gè)重要因素需要考慮。一是主軸的自重；一是主軸伸出端是主軸的自重；一是主軸伸出端c c點(diǎn)的撓度。點(diǎn)的撓度。 對(duì)于普通機(jī)床，不要求過(guò)高的加工精度，對(duì)機(jī)床主對(duì)于普通機(jī)床，不要求過(guò)高的加工精度，對(duì)機(jī)床主軸的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以選取主軸的自重最輕為目標(biāo)，外伸軸的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以選取主軸的自重最輕為目標(biāo)，外伸端的撓度為約束條件。端的撓度為約束條件。當(dāng)主軸的材料選定時(shí)，其設(shè)計(jì)方案由四個(gè)設(shè)計(jì)變量決當(dāng)主軸的材料選定時(shí)，其設(shè)計(jì)方案由四個(gè)設(shè)計(jì)變量決定?？讖蕉?。孔徑d d、外徑、外徑D D、跨距、跨距l(xiāng) l及外伸端長(zhǎng)度及外伸端長(zhǎng)度a a。由于機(jī)床。由于機(jī)床主軸內(nèi)孔用于通過(guò)待加工的棒料，其大

13、小由機(jī)床型號(hào)主軸內(nèi)孔用于通過(guò)待加工的棒料，其大小由機(jī)床型號(hào)決定。不作為設(shè)計(jì)變量。故設(shè)計(jì)變量取為決定。不作為設(shè)計(jì)變量。故設(shè)計(jì)變量取為機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)123TTxx x xlda 2213214f xxxxd機(jī)床主軸優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)為機(jī)床主軸優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)為再確定約束條件再確定約束條件 00g xyy在外力在外力F F給定的情況下，給定的情況下，y y是設(shè)計(jì)變量是設(shè)計(jì)變量x x的函數(shù)的函數(shù), ,其值按其值按下式計(jì)算下式計(jì)算23FalayI機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)4464IDd 231304426403Fxxxg xyE xd 剛度滿足條件，強(qiáng)度尚有富裕，因此應(yīng)力約束條件可剛度滿足條件，強(qiáng)度尚有富裕，因此應(yīng)力

14、約束條件可不考慮。邊界約束條件為設(shè)計(jì)變量的取值范圍，即不考慮。邊界約束條件為設(shè)計(jì)變量的取值范圍，即minmaxminmaxminmaxlllDDDaaa 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì) 將所有的約束函數(shù)規(guī)格化，主軸優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型將所有的約束函數(shù)規(guī)格化，主軸優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型可表示為：可表示為： 2213223131044221min32min42max53min1464/1031/01/0/101/0f xxxxdFxxxgxyE xdgxxlgxxDgxxDgxxa 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì) 第三節(jié)第三節(jié) 圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)圓柱齒輪減速器是一種非常廣泛的機(jī)械傳動(dòng)裝置。圓柱齒輪

15、減速器是一種非常廣泛的機(jī)械傳動(dòng)裝置。目前我國(guó)減速器存在的問(wèn)題：體積大，重量重、承載目前我國(guó)減速器存在的問(wèn)題：體積大，重量重、承載能力低、成本高和使用壽命短等問(wèn)題。能力低、成本高和使用壽命短等問(wèn)題。對(duì)減速器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，就要考慮：提高承載能力、對(duì)減速器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，就要考慮：提高承載能力、減輕重量和降低經(jīng)濟(jì)成本。減輕重量和降低經(jīng)濟(jì)成本。減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)一般是在給定功率減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)一般是在給定功率P P、齒數(shù)比、齒數(shù)比u u、輸入轉(zhuǎn)速輸入轉(zhuǎn)速n n以及其他技術(shù)條件和要求下，找出一組使以及其他技術(shù)條件和要求下，找出一組使減速器的某項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)。減速器的某項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)

16、的設(shè)計(jì)參數(shù)。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)第三節(jié)第三節(jié) 圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì) 不同類型的減速器，選取的設(shè)計(jì)變量使不同的。不同類型的減速器，選取的設(shè)計(jì)變量使不同的。 展開(kāi)式圓柱齒輪減速器：齒輪齒數(shù)、模數(shù)、齒寬、展開(kāi)式圓柱齒輪減速器：齒輪齒數(shù)、模數(shù)、齒寬、螺旋角及變位系數(shù)等。螺旋角及變位系數(shù)等。 行星齒輪減速器：除此之外，還可加行星輪個(gè)數(shù)。行星齒輪減速器：除此之外，還可加行星輪個(gè)數(shù)。 設(shè)計(jì)變量應(yīng)是獨(dú)立參數(shù)，非獨(dú)立參數(shù)不可列為設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)變量應(yīng)是獨(dú)立參數(shù)，非獨(dú)立參數(shù)不可列為設(shè)計(jì)變量。例如齒輪齒數(shù)比為已知，一對(duì)齒輪傳動(dòng)中，只變量。例如齒輪齒數(shù)比為已知，一對(duì)齒輪傳動(dòng)中，只能取能取Z1Z

17、1或或Z2Z2一個(gè)為設(shè)計(jì)變量。一個(gè)為設(shè)計(jì)變量。 又如中心距不可取為設(shè)計(jì)變量，因?yàn)辇X輪齒數(shù)又如中心距不可取為設(shè)計(jì)變量，因?yàn)辇X輪齒數(shù)確定后，中心距就隨之確定了。確定后，中心距就隨之確定了。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì) 不同的設(shè)計(jì)要求，目標(biāo)函數(shù)不同。若減速器的不同的設(shè)計(jì)要求，目標(biāo)函數(shù)不同。若減速器的中心距沒(méi)有要求時(shí)，可取減速器最大尺寸最小或重中心距沒(méi)有要求時(shí)，可取減速器最大尺寸最小或重量最輕作為目標(biāo)函數(shù)。量最輕作為目標(biāo)函數(shù)。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì) 14minminf xmf xlrar 若中心距固定，可取其承載能力為目標(biāo)函數(shù)。若中心距固定，可取其承載能力為目標(biāo)函數(shù)。 1/minf x減速器類型、結(jié)構(gòu)形式不同，約束函數(shù)也不完全

18、相同。減速器類型、結(jié)構(gòu)形式不同，約束函數(shù)也不完全相同。（1 1）邊界約束）邊界約束（2 2）性能約束）性能約束機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)一、單級(jí)圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)一、單級(jí)圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)第四節(jié)第四節(jié) 平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 連桿機(jī)構(gòu)的類型很多，這里只以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)兩類連桿機(jī)構(gòu)的類型很多，這里只以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)兩類運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)為例來(lái)說(shuō)明連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般步驟運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)為例來(lái)說(shuō)明連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般步驟和方法。和方法。一、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)再現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律的優(yōu)化設(shè)計(jì)一、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)再現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律的優(yōu)化設(shè)計(jì)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)1.1.設(shè)計(jì)變量的確定設(shè)計(jì)變量的確定 決定機(jī)構(gòu)尺寸

19、的各桿長(zhǎng)度，以及當(dāng)搖桿按已知決定機(jī)構(gòu)尺寸的各桿長(zhǎng)度，以及當(dāng)搖桿按已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，曲柄所處的位置角運(yùn)動(dòng)規(guī)律開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，曲柄所處的位置角0 0 為設(shè)為設(shè)計(jì)變量。計(jì)變量。123451 2 3 40TTxx x x x xl l l l 考慮到機(jī)構(gòu)的桿長(zhǎng)按比例變化時(shí)，不會(huì)改變其運(yùn)動(dòng)考慮到機(jī)構(gòu)的桿長(zhǎng)按比例變化時(shí)，不會(huì)改變其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此在計(jì)算時(shí)常取規(guī)律，因此在計(jì)算時(shí)常取l l1 1=1 =1 ，而其他桿長(zhǎng)按比例取為，而其他桿長(zhǎng)按比例取為l l1 1 的倍數(shù)。的倍數(shù)。22212430124arccos2lllllll機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)22124303 4arccos2lllll l經(jīng)分析后，只有三個(gè)變量為獨(dú)立的：經(jīng)分析后，只有三個(gè)變量為獨(dú)立的：1232 3 4TTxx x xl l l2.2.目標(biāo)函數(shù)的建立目標(biāo)函數(shù)的建立 目標(biāo)函數(shù)可根據(jù)已知的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與機(jī)構(gòu)實(shí)際運(yùn)動(dòng)規(guī)律目標(biāo)函數(shù)可根據(jù)已知的運(yùn)動(dòng)規(guī)