【正文】 和工作機類型、傳動位置要求及工作條件來確定。 在傳統(tǒng)的普通 v帶設計時，一般都按照以下幾個步驟進行： ① 計算設計功率Pc； ② 初選普通 V 帶的型號 ； ③ 選取小帶輪的基準直徑及大帶輪基準直徑； ④ 驗算帶速； ⑤ 初選中心距和帶的基準長度 ； ⑥ 驗算小帶輪包角； ⑦ 確定 v 帶的根數 ；⑧ 計算初拉力； ⑨ 計算帶輪軸上的壓力。 上 述步驟中，在小帶輪基準 直 徑選取、帶的長度和確定中心距時。都存在形成多方案的 可能性。其主要依據是：在小帶輪基準直徑選取時，傳統(tǒng)設計要求小帶輪 基準直徑 要不小于給定的該類帶型的最小直徑。而帶輪基準直徑的選取通常應考慮系列值，不 應 只考慮單個值。因為直徑越小 ， 單根帶允許傳遞的功率越小，帶的根數越多。對不同的傳遞功率要求的帶的根數也不 同 ，并且在設計時還對使用帶的最多根數有所限制。 在 V帶長度的選取時，常規(guī)設計采用由初選的中心距根據公式計算出帶長。而在設計 手 冊 上 帶的長度有其系列，一般各帶 帶型 有 12～ 17種之多。并且?guī)чL是影響帶的壽命的因素之一。常規(guī)設計步驟中有關帶長的選取有一定的局限性 。 帶傳動的帶速應合理選擇 帶速對傳動能力、傳動帶壽命及軸與軸承所受壓力都有較人影響， 因 而有必要確定較合理的帶速，對小帶輪基準直徑選擇亦有一定指導意義。選定小帶輪基準直徑后，即 可 算出最大應力點處最小應力對應的帶速。由 于 傳動帶在循環(huán)變應力下工作，最大應力越小帶的壽命越長；循環(huán)次數達到一定數值時，傳動帶發(fā) 生疲勞破壞。初拉力是保證帶傳動正常 工 作的重要因素。傳動帶工作時的初拉力即在克服離心力作用的情況下使帶傳遞有效圓周力。充分發(fā)揮其傳動能力。初拉力過小易出現打滑，傳動能力不能充分發(fā)揮；過大則帶的壽 命降低，而且軸和軸承受力增大。傳遞一定功率時，帶速越高則有效圓周力越小，所需帶的根數越少，帶傳動尺寸也越??；帶速過大，帶在單位時間內繞過帶輪次數就增加，使其疲勞壽命降低，同時使離心力顯著增大，帶與帶輪間接觸壓力降低，傳遞有效圓周力 2 便減少。 設計時考慮中心距可調節(jié)的方案 確定中心距在常規(guī)設計過程中起著重要的作用，它決定著帶的長度和小帶輪的包角。在選取帶傳動的中心距時，一般 跟 據經驗公式預估，而此經驗公式給出的取值范圍是比較大的。此時不同的設計者就有可能設計出不同的方案出來。 對于將 v帶傳 動放在高速級 上 的裝置。由電機直接帶動主動帶輪，在安裝和工作中電機的位置是可以調整的，即中心距 a可調。對這類 V帶傳動的設計， 據據傳 動 的 結 構 需 要 初 步 確 定 中 心 距 0a ， 其 取 值 范 圍 為 ：1 2 0 1 20 .7 ( ) 2 ( )d d d dd d a d d? ? ? ?， 0a 確定后 ，根據帶傳動的幾何關系，按下式計算出帶的計算長度 Ld0: 2210 0 1 2 0()2 ( )24 ddd d d ddL a d d a? ?? ? ? ? 根據計算長度 Ld0，從機械設計手冊查 V帶長度表中，選取和 Ld0相近的基準長度 Ld，再根據 L來計算實際的中心距 0a 。由 于 這類 V帶傳動的中心距是 可 以調整的，故 可以 采用 下 式作近似計算，即 00 2ddLLaa ???， 考慮到安裝調整和補償初拉力的需要，中心距的變動范圍為 amin=a– ； max da a L?? 。 對于中心距可調的 V帶傳動裝置，當安裝的空間尺寸給定時，初選中心距可 不 按范圍值進行選取， 而 直接由空間尺寸決定。在這種情況下，帶傳動的張緊裝置采用定期張緊和自動張緊裝置。 設計中 v 帶傳動的壽命應予以充分考慮 常規(guī)的 V帶設計中沒有將帶傳動的設計壽命作為設計的主要指標。而在實際使用中帶的使用壽命是必須考慮的問題。而帶的壽命和帶傳動的帶輪直徑、傳動比、帶速、帶長以及應力循環(huán)次數等有關。傳統(tǒng)設計中，在考慮 上 述 因素 或變量取值時沒有明確 V帶傳動壽命的問題 ， 造成有些 V帶設計使用壽命較低。 優(yōu)化的定義 優(yōu)化是科學 研究 、工程技術和經濟管理等領域的重要研究工具。它所研究的問題是討論在眾多的方案中尋找最優(yōu)方案。例如，工程設計中怎樣選擇設計參數，使設計方案既滿足設計要求又能降低成本；資源分配中，怎樣分配有限資源，使 3 分配方案既能滿足各方面的基本要求，又能獲得好的經濟效益；在人類活動的各個領域中，諸如此類，不勝枚舉。優(yōu)化這一技術，正是為這些問題的解決，提供理論基礎和求解方法，它是一門應用廣泛 、實用性很強的科學。 常見 V 帶傳動的幾種優(yōu)化方法 ? 基于 Kisssoft的 V帶傳動設計 ? 基于 Visual Basic的 V型帶傳動計算機輔助設計 ? 用 EXCEL 20xx實現 普通 v帶傳動設計的輔助計算方法 ? 模糊數學理論確定 V帶傳動的應用 ? 基于 MFC的普通 V帶傳動設計 ? 基于遺傳算法的普通 V帶傳動的優(yōu)化設計 ? 基于 MATLAB關于 V帶傳動的優(yōu)化設計 優(yōu)化方法的確定 通過比較發(fā)現，常見的 V帶傳動優(yōu)化設計方法中， 軟件平時接觸較少；而使用 EXCEL 20xx 進行設計 的方法是一種新穎但是仍然計算繁瑣，而且優(yōu)化效果一般的方法；模糊數學理論確定 V 帶傳動的應用方法是利用 模糊數學理論，采用加權平均法確定中心距，提高確定中心距的科學性 的方法，這種方法與 MATLAB 多目標優(yōu)化法有異曲同工之妙，但是沒用借助計算機的輔助計算，計算量大；基于 MFC 的設計方法，程序編寫復雜，相比之下沒有 VB和 MATLAB 使用方便；通過比較發(fā)現使用 MATLAB 和 VB是相對更為方便和高效的方法，在本次設計中選用 MATLAB 進行 V 帶傳動的優(yōu)化設計，關于選擇 MATLAB進的突出優(yōu)點在下一節(jié)進行設計的說明。 4 編程效率高 它是一種面向科學與工程計算的高級語言，允許用數學形式的語言編寫程序，且比 Basic、 Fortran 和 C 等語言更加接近我們書寫計算公式的思維方式，用Matlab 編寫程序猶如在演算紙上排列出公式與求解問題。因此， Matlab 語言也可通俗地稱為演算紙式科學算法語言由于它編寫簡單，所以編程效率高，易學易懂。 用戶使用方便 MATLAB 語言是一種解釋執(zhí)行的語言（在沒被專門的工具編譯之前），它靈活、方便，其調試程序手段豐富，調試速度快，需要學習時間少。人們用任 何一種語言編寫程序和調試程序一般都要經過四個步驟：編輯、編譯、連接以及執(zhí)行和調試。各個步驟之間是順序關系，編程的過程就是在它們之間作瀑布型的循環(huán)。MATLAB 語言與其它語言相比，較好地解決了上述問題，把編輯、編譯、連接和執(zhí)行融為一體。它能在同一畫面上進行靈活操作快速排除輸入程序中的書寫錯誤、語法錯誤以至語意錯誤，從而加快了用戶編寫、修改和調試程序的速度，可以說在編程和調試過程中它是一種比 VB 還要簡單的語言。 擴充能力強 高版本的 MATLAB 語言有豐富的庫函數，在進行復雜的數學運算 時可以直接調用，而且 MATLAB 的庫函數同用戶文件在形成上一樣，所以用戶文件也可作為 MATLAB 的庫函數來調用。因而，用戶可以根據自己的需要方便地建立和擴充新的庫函數，以便提高 Matlab 使用效率和擴充它的功能。另外，為了充分利用 Fortran、 C 等語言的資源，包括用戶已編好的 Fortran， C 語言程序，通過建立 Me 調文件的形式，混合編程，方便地調用有關的 Fortran， C 語言的子程序。 語句簡單，內涵豐富 MATLAB 語言中最基本最重要的成分是函數，其一般形式為「 a， 6， c?? ] = fun（ d， e， f，??），即一個函數由函數名，輸入變量 d， e， f,??和輸出變量 a， b， c??組成，同一函數名 F，不同數目的輸入變量（包括無輸入變量）及不同數目的輸出變量，代表著不同的含義（有點像面向對象中的多態(tài)性。這不僅使 Matlab 的庫函數功能更豐富，而大大減少了需要的磁盤空間，使得 Matlab編寫的 M 文件簡單、短小而高效。 5 高效方便的矩陣和數組運算 MATLAB 語言象 Basic、 Fortran 和 C 語言一樣規(guī)定了矩陣的算術運算符、關系運算符、邏輯運算符、條件運算符及賦值運算符， 而且這些運算符大部分可以毫無改變地照搬到數組間的運算，有些如算術運算符只要增加“”就可用于數組間的運算，另外，它不需定義數組的維數，并給出矩陣函數、特殊矩陣專門的庫函數，使之在求解諸如信號處理、建模、系統(tǒng)識別、控制、優(yōu)化等領域的問題時，顯得大為簡捷、高效、方便，這是其它高級語言所不能比擬的。在此基礎上，高版本的 Matlab 已逐步擴展到科學及工程計算的其它領域。 方便的繪圖功能 MATLAB 的繪圖是十分方便的，它有一系列繪圖函數，例如線性坐標、對數坐標，均只需調用不同的繪圖函數，在圖上標 出圖題、 XY 軸標注，格繪制也只需調用相應的命令，簡單易行。另外，在調用繪圖函數時調整自變量可繪出不變顏色的點、線、復線或多重線。這種為科學研究著想的設計是通用的編程語言所不及的。 總之， MATLAB 語言的設計思想可以說代表了當前計算機高級語言的發(fā)展方向。 帶傳動結構簡單、傳動平穩(wěn)、造價低廉、緩沖吸震，是一種常見的機械傳動，其常規(guī)設計是以保 證帶 傳動不發(fā)生打滑又有足夠疲勞壽命為 設 計準則進行的選擇設計，經驗性強，設計結果很難達到最優(yōu)。 隨著各種優(yōu)化方法的發(fā)展和成熟，人們紛紛提 出 了對這種傳 動的優(yōu)化設計。 但用 C語言等一般的算法語言需要對所用優(yōu)化方法理解的基礎上，編寫復雜而較長的優(yōu)化算法程序和調試，使許多人望而卻步。而 MATLAB軟件的優(yōu)化工具箱可以使大家從復雜的編程中解脫出來，設計人員只需給出設計參數，編寫幾個簡單的M文件，再調用相應的優(yōu)化函數就可完成，非常簡單方便。 本文以 V帶傳動沒計為例，分析建立了 V帶傳動多 目 標優(yōu)化設 計 數 學 模型，提出 了 應 用 MATLAB實現的方法和過程，并以小帶輪 直徑 和帶 輪中心距為優(yōu)化目標的舉例說明。 第一章 緒論。 主要闡述了本課題的背景、研究目的和意義等，概括了 V 帶傳動 優(yōu)化設計的幾種方法并通過比較選擇 MATLAB 進行優(yōu)化 、 MATLAB 的語言特點 ，并對論文研究內容做了概述。 第二章 MATLAB 技術研究。對于 MATLAB 優(yōu)化設計的所需要用到的主要內容和功能 —— M文件、曲線擬合和優(yōu)化工具箱 —— 進行研究。 第三章 基于 MATLAB的 V帶傳動優(yōu)化設計。主要由實際案例出發(fā)，先通過常規(guī)方法進行設計，然后 基于 MATLAB進行 Ｖ 帶傳動多目標優(yōu)化設計 —— 先 建立以 帶輪直徑 和中心距最小為綜合目標的優(yōu)化數學模型 ， 并運用權重因子將多目標轉化成 6 單目標優(yōu)化問題 —— 最后 與傳統(tǒng)設計結果比較 ，效果明顯。 第四章 總 結與展望。在最后評價了該設計的結果，歸納了 MATLAB優(yōu)化設計的優(yōu)點，并對本次畢業(yè)設計提供幫助的老師表示感謝。 7 第二章 MATLABD 技術研究 用 MATLAB 語言編寫的程序，稱為 M 文件。 M 文件有兩種形式 ： 腳本文件（ Script File）；函數文件（ Function File ）。這兩種文件的擴展名，均為“ . m” 。 腳本文件和函數文件 M 腳本文件（ Script File)—— 實際上是一 串 MATLAB 指令集合。 對于比較簡單的問題 ，在命令窗口中直接輸入指令 。 對于復雜計算，采用腳本文件（ Script file）最為合適 。 MATLAB 只是按文件所寫的指令執(zhí)行。與在命令窗口逐行執(zhí)行文件中的所有指令，其結果是一樣的。沒有輸入參數，也不返回輸出參數 M 腳本文件的特點：腳本文件的構成比較簡單，只是一串按用戶意圖排列而成的（包括控制流向指令在內的） MATLAB 指令集。腳本文件運行后 ，所產生的變量都駐留在 MATLAB 基本工作空間（ Base workspace）中。只要用戶不使用清除指 令（ clear）， MATLAB 指令窗不關閉，這些變量將一直保存在基本工作空間中。 M 函數文件（ Function File ）與腳本文件不同 ，函數文件猶如一個“黑箱”，把一些數據送進并經加工處理，再把結果送出來。 MATLAB 提供的函數指令大部分都是由函數文件定義的 .用戶可以根據需要編輯自己的 m 函數，它們可以像庫函數一樣方便的調用，從而極大地擴展了MATLAB 的能力?？梢暂斎雲?，也可返回輸出參數。 例：編寫一個函數文件，實現直角坐標 (x,y)與極坐標 (r,θ )之間的轉換。 function [r,theta] = tran(x,y) r =sqrt(x*x+y*y)。 theta =atan(y/x)。 調用 tran 函數 x0=3。y0=4。 [r,t]=tran(x0,y0)