【文章內(nèi)容簡介】 高 8 齒根高 10 齒全高 18齒頂圓直徑184856齒根圓直徑148820基圓直徑 齒寬173168 高速級齒輪的設(shè)計，閉式傳動，懸臂布置，輸入功率，小齒輪轉(zhuǎn)速。（1）選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) ①選用直齒圓柱齒輪。 ②壓力機(jī)為一般的工作機(jī)器速度不高，故選用7級精度。 ③材料選擇：小齒輪材料為（調(diào)質(zhì))，硬度280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì))，硬度240HBS。 ④選取小齒輪的齒數(shù)，大齒輪的齒數(shù)。（2）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計計算公式： 式（） ①確定公式內(nèi)各計算數(shù)值試選載荷系數(shù)計算小齒輪的傳遞的轉(zhuǎn)矩： 式（） 由表107選取齒寬系數(shù)由表106查的材料的彈性影響系數(shù)由1021d按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。由式1013計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 式（）由圖1019取接觸疲勞壽命系數(shù)，計算接觸疲勞許用應(yīng)力：取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式1012得： ②計算 計算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值： 計算圓周速度： 式（）計算齒寬： 式（）計算齒寬與齒高之比：模數(shù)： 式（）齒高： 式（）齒寬與齒高之比： 式（）計算載荷系數(shù)：根據(jù)，7級精度，由圖108查的動載系數(shù)；直齒輪；由表102查的使用系數(shù)；由表104用插值法查的7級精度、小齒輪懸臂布置時；由，查圖1013得。故 式（）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正算得分度圓直徑： 式（）計算模數(shù)： 式（）（3）按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計計算公式： 式（） ①確定公式內(nèi)計算數(shù)值由圖1020c查的小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限由圖1018取彎曲疲勞壽命系數(shù)，計算彎曲疲勞許用應(yīng)力：取彎曲疲勞安全系數(shù)S=計算載荷系數(shù)： 式（）由表105查得齒形系數(shù)： 由表105查得應(yīng)力校正系數(shù)： 計算大小齒輪的并加以比較：通過結(jié)果比較可知大齒輪的數(shù)值大 ②設(shè)計計算 式（）圓整模數(shù)小齒輪的齒數(shù)：由于可能會發(fā)生干涉，故選取的齒數(shù)大一些，選取小齒輪齒數(shù)為28。大齒輪的齒數(shù)。 低速級齒輪的計算結(jié)果 名稱符號小齒輪 大齒輪 模數(shù) 5 齒數(shù) 28114分度圓直徑140570 中心距 355 壓力角 齒頂高 5 齒根高 齒全高 齒頂圓直徑150580齒根圓直徑基圓直徑 齒寬145140 偏心齒輪芯軸設(shè)計 壓力機(jī)多采用整體芯軸的形式，偏心齒輪在芯軸上旋轉(zhuǎn)，借助偏心部分帶動連桿滑塊運(yùn)動。芯軸安裝在機(jī)身上，它僅起支承作用。 偏心齒輪式有下列優(yōu)點(diǎn): （1）受力情況好 曲柄工作時受彎短和扭矩的聯(lián)合作用。偏心齒輪工作時，只承受扭矩，彎矩。 （2）制造容易 曲軸需經(jīng)鍛造，機(jī)加工復(fù)雜。偏心齒輪一般用鑄造毛坯，芯軸加工容易。機(jī)身結(jié)構(gòu)比較簡單。 （3）結(jié)構(gòu)緊湊 芯軸垂直于機(jī)身正面布置偏心齒輪在上橫梁內(nèi)，外形尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，可使傳動部分封閉在機(jī)身內(nèi)。缺點(diǎn)是偏心部分和連桿大端的結(jié)構(gòu)尺寸較大，故曲柄滑塊中的摩擦扭矩較大。芯軸采用45號鋼，需經(jīng)調(diào)制處理，與偏心齒輪軸瓦配合的部分需經(jīng)磨削加工。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，芯軸直徑： 式（）取芯軸只承受彎矩，而扭矩由偏心齒輪來承受。偏心齒輪受到連桿的作用力以后，分別以及兩個集中力作用在芯軸上。由于芯軸在機(jī)身上的配合較長較緊，故可認(rèn)為兩端插入受集中載荷、作用的梁。也可視為兩端為簡支及外加反力偶、的簡支梁。 由變形協(xié)調(diào)條件可知，兩端轉(zhuǎn)角為零，可寫出以下方程： 連立解方程： 式（） 式（） 芯軸強(qiáng)度計算簡圖 式（） 式（）式中： ， ， 為芯軸軸瓦長度；為連桿上的作用力；為芯軸軸瓦端面至機(jī)床中心的距離。計算芯軸應(yīng)力：將代入公式中得： 又則材料為45鋼，，故安全。 本章小結(jié)對壓力機(jī)傳動系統(tǒng)進(jìn)行布置和設(shè)計，并選擇電動機(jī)，對傳動零件進(jìn)行設(shè)計計算并進(jìn)行強(qiáng)度校核，設(shè)計計算的主要零件有帶輪，低速級齒輪，高速級齒輪，芯軸。5 六連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和運(yùn)動分析 六連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計基礎(chǔ) 機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計概念最優(yōu)化設(shè)計是在現(xiàn)代計算機(jī)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)。是根據(jù)最優(yōu)化原理和方法綜合各方面的因素，以人機(jī)配合方式或“自動搜索”方式，在計算機(jī)上進(jìn)行的半自動或自動設(shè)計，選出在現(xiàn)有工程條件下的最佳設(shè)計方案的一種現(xiàn)代設(shè)計方法[6]。其原則是最優(yōu)設(shè)計，設(shè)計手段是電子計算機(jī)及計算程序，設(shè)計方法是采用最優(yōu)化數(shù)學(xué)方法。概括起來，最優(yōu)化設(shè)計工作包括以下兩部分內(nèi)容[6]： （1）設(shè)計問題的物理模型轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)模型。建立數(shù)學(xué)模型時要選取設(shè)計變量，列出目標(biāo)函數(shù)，給出約束條件．目標(biāo)函數(shù)是設(shè)計問題所要求的最優(yōu)指標(biāo)與設(shè)計變量之間的函數(shù)關(guān)系式； （2）采用適當(dāng)?shù)淖顑?yōu)化方法，求解所建立的數(shù)學(xué)模型。可歸結(jié)為在給定條件(例如約束條件)下求目標(biāo)函數(shù)的極值或最優(yōu)值問題。機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計，就是在給定的在載荷或環(huán)境條件下，在對機(jī)械產(chǎn)品的性態(tài)、幾何尺寸關(guān)系或其他因素的限制(約束)范圍內(nèi)，選取設(shè)計變量，建立目標(biāo)函數(shù)并使其獲得最優(yōu)值的一種設(shè)計方法。設(shè)計變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件這三者在設(shè)計空間(以設(shè)計變量為坐標(biāo)軸組成的實(shí)空間)的幾何表示中構(gòu)成設(shè)計問題。所謂機(jī)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計就是根據(jù)機(jī)構(gòu)分析及設(shè)計理論，采用數(shù)學(xué)上的最優(yōu)化方法，借助計算機(jī)進(jìn)行計算，使所設(shè)計的機(jī)構(gòu)最優(yōu)地滿足預(yù)定的各項(xiàng)設(shè)計要求，從而得到最優(yōu)的設(shè)計方案。在利用最優(yōu)化方法進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計時，首先要建立一個包括各設(shè)計變量(如各構(gòu)件的尺寸參數(shù)和位置參數(shù)等)的目標(biāo)函數(shù)(如以連桿上一點(diǎn)M軌跡誤差最小作為設(shè)計且標(biāo))，然后在所給約束條件(如存在曲柄、傳動角在許可范圍內(nèi)、結(jié)構(gòu)尺寸合理等)的范圍內(nèi)，運(yùn)用合理的優(yōu)化方法，通過循環(huán)反復(fù)的大量計算和評比，對各設(shè)計變量進(jìn)行優(yōu)選，以求得目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解。 數(shù)學(xué)模型的建立[6] （1）設(shè)計變量 在設(shè)計過程中進(jìn)行選擇并最終必須確定的各項(xiàng)獨(dú)立參數(shù)，稱為設(shè)計變量。在選擇過程中它們是變量，這些變量一旦確定，設(shè)計對象就完全確定。最優(yōu)化設(shè)計是研究怎樣合理的優(yōu)選這些設(shè)計變量的一種現(xiàn)代設(shè)計方法。在機(jī)械設(shè)計中常用的獨(dú)立參數(shù)有結(jié)構(gòu)的總體布置尺寸，構(gòu)件的幾何尺寸和材料的力學(xué)和物理特性等等。在這些參數(shù)中，凡是可以根據(jù)設(shè)計要求事先給定的，則不是設(shè)計變量，而成為設(shè)計常量．只有那些需要在設(shè)計過程中優(yōu)選的參數(shù)，才看成是最優(yōu)化設(shè)計中的設(shè)計變量。設(shè)計變量有連續(xù)變量和離散變量兩種，大多數(shù)機(jī)械優(yōu)化問題中設(shè)計變量都是連續(xù)變量，可用常規(guī)的優(yōu)化方法進(jìn)行求解；若變量只能取跳躍式的值才有意義，則稱為離散變量，對于離散變量的優(yōu)化問題既可以用離散優(yōu)化方法求解，也可先將其視為連續(xù)變量，用常規(guī)的優(yōu)化方法求得優(yōu)化結(jié)果后，再進(jìn)行圓整或標(biāo)準(zhǔn)化處理，以求得一個合理的最優(yōu)解． 設(shè)計變量的個數(shù)稱為優(yōu)化問題的維數(shù)，如有n(n=l，2，…)個設(shè)計變量，則稱為一維優(yōu)化設(shè)計問題。設(shè)計空間的維數(shù)又表征設(shè)計的自由度，設(shè)計變量越多，則設(shè)計自由度越大，可供選擇的方案越多，設(shè)計越靈活，容易得到比較理想的設(shè)計方案．但隨之而來的問題是，使設(shè)計問題復(fù)雜化，優(yōu)化設(shè)計更困難，求解更復(fù)雜．因此，在滿足設(shè)計基本要求的前提下，應(yīng)盡量減少設(shè)計變量的數(shù)目，盡可能按照成熟的經(jīng)驗(yàn)將一些參數(shù)定為設(shè)計常量，只選擇那些對目標(biāo)函數(shù)影響較大的設(shè)計參數(shù)為設(shè)計變量，以使優(yōu)化設(shè)計容易進(jìn)行。各個設(shè)計變量用矩陣表示為： （2）目標(biāo)函數(shù)在最優(yōu)化設(shè)計中，可將所追求的設(shè)計目標(biāo)(最優(yōu)指標(biāo))用設(shè)計變量的函數(shù)形式表達(dá)出來，這一過程稱為建立目標(biāo)函數(shù)。目標(biāo)函數(shù)是設(shè)計中預(yù)期要達(dá)到的目標(biāo)，是設(shè)計變量的標(biāo)量函數(shù)。最優(yōu)化設(shè)計的過程就是優(yōu)選設(shè)計變量使目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)值，或找出目標(biāo)函數(shù)的最小值(或最大值)的過程。在最優(yōu)化設(shè)計問題中，可以只有一個目標(biāo)函數(shù)，稱為單目標(biāo)函數(shù)，如式()所示．當(dāng)同一設(shè)計中要提出多個目標(biāo)函數(shù)時，稱為多目標(biāo)函數(shù)，如式()所示。在一般的機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計中，多目標(biāo)函數(shù)的情況較多。單目標(biāo)函數(shù)的形式為： 式()多目標(biāo)函數(shù)的形式為： 式()其中為分目標(biāo)函數(shù)；加權(quán)因子，且目標(biāo)函數(shù)又稱為評價函數(shù)，是用來評價設(shè)計方案優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。目標(biāo)函數(shù)愈多，對設(shè)計的評價愈周全，設(shè)計的綜合效果愈好，但對問題的求解也愈復(fù)雜，求解過程愈加繁瑣。 （3）約束條件如前所述，目標(biāo)函數(shù)取決于設(shè)計變量，而在很多實(shí)際問題中設(shè)計變量的取值范圍是有限制的或必須滿足一定的條件。在最優(yōu)化設(shè)計中，對設(shè)計變量的取值加以某些限制的條件稱為約束條件或設(shè)計約束，簡稱約束。約束的形式，可能是對某個或某組設(shè)計變量的直接限制，稱為顯約束；也可能是對某個或某組設(shè)計變量的間接限制，稱為隱約束。按照設(shè)計約束的形式不同，約束有不等式約束和等式約束兩類，一般表達(dá)為： 式()式中，和是設(shè)計變量的函數(shù)；p為等式約束的數(shù)目，m為不等式約束的數(shù)目，而且等式約束的p個數(shù)必須小于設(shè)計變量的個數(shù)n。因?yàn)榈仁郊s束對設(shè)計變量的約束嚴(yán)格，起著降低設(shè)計自由度的作用，一個等式約束可以消去一個設(shè)計變量，當(dāng)p=n時，即可由p個方程組解得唯一的一組設(shè)計變量這樣只有唯一確定的方案，無優(yōu)化而言。按照設(shè)計約束的性質(zhì)不同，約束有性能約束和邊界約束兩類。在機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計中，性能約束是由機(jī)構(gòu)的某種性能或設(shè)計要求推導(dǎo)出來的一種約束條件，是根據(jù)對機(jī)械的某項(xiàng)性能要求而構(gòu)成的設(shè)計變量的函數(shù)方程；邊界約束又稱為區(qū)域約束或輔助約束，用以限制某個設(shè)計變量(結(jié)構(gòu)參數(shù))的變化范圍，或規(guī)定某組變量間的相對關(guān)系。帶有設(shè)計約束條件的優(yōu)化問題稱為約束優(yōu)化問題，反之則稱為無約束優(yōu)化問題。在機(jī)械設(shè)計中絕大多數(shù)屬于約束優(yōu)化問題。 （4）優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型的一般形式選取設(shè)計變量、列出目標(biāo)函數(shù)、給定約束條件后便可構(gòu)造最優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型。由設(shè)計變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件三要素所組成的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型可表述為：在滿足約束條件下，尋求一組設(shè)計變量值，使得目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)值。為了適應(yīng)計算機(jī)程序解題，一般將優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型表示為如下標(biāo)準(zhǔn)形式： .(subject to) 對于約束優(yōu)化問題，若目標(biāo)函數(shù)，和所有約束函數(shù)、都是設(shè)計變量的線性函數(shù)時，稱為線性規(guī)劃問題，若它們不全是設(shè)計變量的線性函數(shù)稱為非線性規(guī)劃問題。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計中，絕大多數(shù)都屬于約束非線性規(guī)劃，即約束非線性最優(yōu)化問題。建立數(shù)學(xué)模型是最優(yōu)化過程中非常重要的一步，數(shù)學(xué)模型直接影響設(shè)計結(jié)果。對于復(fù)雜的問題，建立數(shù)學(xué)模型往往會遇到很多困難，有時甚至比求解更為復(fù)雜。這時要抓住關(guān)鍵的因素，適當(dāng)忽略不重要的成分，使問題合理簡化，以利于列出數(shù)學(xué)模型。 六連桿機(jī)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計和優(yōu)化分析壓力機(jī)滑塊的運(yùn)動特性是由各構(gòu)件的長度和相對位置確定的，改變構(gòu)件的尺寸等參數(shù)會引起壓力機(jī)性能的變化。為了改善壓力機(jī)的性能，降低壓力機(jī)在工作過程中的速度，加速度的幅值，使工作時的沖擊振動噪聲小，模具壽命長，對該壓力機(jī)進(jìn)行優(yōu)化[15]。 虛擬樣機(jī)模型的建立在建立壓力機(jī)的虛擬樣機(jī)模型時，為了縮短建模時間，提高工作效率，同時簡化虛擬樣機(jī)的優(yōu)化步驟，不需要使幾何零件的外形尺寸和細(xì)節(jié)與實(shí)際零件完全一致，只需使對運(yùn)動分析結(jié)果有影響的零件的尺寸外形與實(shí)際零件尺寸完全一致即可。同時為了減少模型系統(tǒng)的規(guī)模，對那些不影響運(yùn)動分析結(jié)果的零件，在建立模型是可以忽略?；谝陨显瓌t建立壓力機(jī)的虛擬樣機(jī)模型。為了方便分析，此處將偏心輪簡化為曲柄來進(jìn)行分析與優(yōu)化。根據(jù)壓力機(jī)的實(shí)際模型，不改變各構(gòu)件的尺寸、相對位置和運(yùn)動規(guī)律,來建立該虛擬樣機(jī)的簡化模型。建立模型時，首先創(chuàng)建幾何點(diǎn)，然后在創(chuàng)建構(gòu)件時選擇幾何點(diǎn)，將構(gòu)件和幾何點(diǎn)關(guān)聯(lián)，具體方法為: （1）創(chuàng)建幾何點(diǎn)創(chuàng)建6個幾何點(diǎn)，分別為：POINT_1（0，0），POINT_2（700，150），POINT_3（，），POINT_4（0，90），POINT_5（0，590），POINT_6（0，950）。在創(chuàng)建幾何點(diǎn)時，為了方便創(chuàng)建，可以先在任意地方創(chuàng)建6個幾何點(diǎn)。然后點(diǎn)擊創(chuàng)建幾何點(diǎn)的點(diǎn)表格，彈出一構(gòu)造點(diǎn)框圖，在該框圖中輸入各點(diǎn)的坐標(biāo)值，點(diǎn)擊確定，各