【正文】 感謝張海淑、張克、楊文義、高明等同學(xué)的幫助和支持，愿我們的友誼長存!感謝我的父母，在我的學(xué)習(xí)和生活上傾注了心血，我的進(jìn)步離不開他們的付出!最后向所有關(guān)心和幫助過我的老師和同學(xué)們表示真誠的感謝。在學(xué)習(xí)期間，不僅感受到了指導(dǎo)老師們極好的人格魅力，也不斷地為他們的學(xué)識(shí)、工作風(fēng)格、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)精神所折服。在論文的選題、研究方法、整體思路及至論文撰寫和修改的過程中都凝聚了于濤、范云霄老師無限的心血和辛勤的汗水。在此基礎(chǔ)上，對(duì)優(yōu)化后的模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，從而得到了優(yōu)化后的滑塊的位移，速度，加速度曲線。 （3）研究了參數(shù)化設(shè)計(jì)與優(yōu)化的步驟，在ADAMS中建立了壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)化模型并以滑塊最大加速度達(dá)到最小為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)模型進(jìn)行了優(yōu)化。本文對(duì)壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)及六連桿優(yōu)化設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)分析進(jìn)行了研究得出了如下主要結(jié)論： （1）建立了壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析模型，解決了六連桿機(jī)構(gòu)滑塊的位移、速度、加速度與各機(jī)構(gòu)參數(shù)在曲柄轉(zhuǎn)角任意時(shí)刻的關(guān)系，建立了通用的數(shù)學(xué)表達(dá)式，從而為壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)。6 結(jié)論本文通過對(duì)機(jī)械壓力機(jī)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的分析，確定了本課題的主要研究內(nèi)容。 本章小結(jié)介紹了機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，在ADAMS中建立六連桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)化模型，確定設(shè)計(jì)變量和目標(biāo)函數(shù)，對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，實(shí)現(xiàn)基于ADAMS的參數(shù)化設(shè)計(jì)。 ，壓力機(jī)在工時(shí)，滑塊在其行程的上死點(diǎn)先快速下滑到工作區(qū)域附近，而在工作區(qū)域，滑塊幾乎是恒定下行，并且保持低速，到達(dá)下死點(diǎn)后，滑塊又高速返回上死點(diǎn)，為下一行程做好準(zhǔn)備。 （6）對(duì)由分析結(jié)果繪制的數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行比較。 （3）根據(jù)分析結(jié)果繪制仿真過程中的數(shù)據(jù)曲線，還可以對(duì)各曲線進(jìn)行分析比較。 （2）可以進(jìn)一步分析和檢驗(yàn)仿真結(jié)果，可以驗(yàn)證分析結(jié)果。ADAMS軟件仿真分析結(jié)果的后處理，是通過PostPoreessor模塊來完成，它可以回放機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫，并繪制運(yùn)動(dòng)曲線，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)。 模型的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真與分析在完成建立幾何模型，定義運(yùn)動(dòng)副和驅(qū)動(dòng)，前處理就已經(jīng)基本結(jié)束,就可以進(jìn)行仿真計(jì)算。根據(jù)要求偏心輪以轉(zhuǎn)速20r/min順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。偏心輪相對(duì)于大地旋轉(zhuǎn)，所以在偏心輪與大地之間添加旋轉(zhuǎn)副；偏心輪相對(duì) 六連桿機(jī)構(gòu)的模型 添加約束和驅(qū)動(dòng)后的模型圖于三角板旋轉(zhuǎn)，兩者之間添加旋轉(zhuǎn)副；三角板相對(duì)于連桿旋轉(zhuǎn)，添加旋轉(zhuǎn)副；三角板相對(duì)于連桿旋轉(zhuǎn)，添加旋轉(zhuǎn)副；連桿與大地之間施加旋轉(zhuǎn)副；連桿與滑塊之間施加旋轉(zhuǎn)副；滑塊做上下滑移運(yùn)動(dòng)，在滑塊與大地之間添加滑移副。 添加約束將模型導(dǎo)入ADAMS后，要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，還要根據(jù)各構(gòu)件的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況對(duì)模型添加運(yùn)動(dòng)副和驅(qū)動(dòng)，完成設(shè)置后，才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與仿真。3）曲柄毛坯是鍛件，偏心輪毛坯是鑄件，鑄件成本更低。曲軸工作時(shí)，不但承受扭矩，還承受彎矩，偏心輪工作時(shí)，只承受扭矩，彎矩由軸芯承受。該模型由偏心輪、三角板、連桿、連桿和滑塊組成。在ADAMS/view界面中，單擊菜單文件/導(dǎo)入后，在彈出的對(duì)話框中，將文件類型設(shè)置為Parasolid格式，然后在讀取文件輸入框中選擇相應(yīng)的文件，就可以將模型導(dǎo)入到ADAMS中。本文中的模型導(dǎo)入的是在Pro/E三維建模軟件建立中的Parasolid格式的文件,其擴(kuò)展名為*.xt。ADAMS提供的模型數(shù)據(jù)交換接口有Parasolid、STEP、IGES、SAT、DXF和DWG等格式。對(duì)一些復(fù)雜機(jī)模型無法在ADAMS中直接建模。使用自頂向下的建模方法，首先建立組件文件，并建立骨架，然后裝配各元件，完成模型的裝配。 偏心輪 三角板 連桿 連桿將零件圖裝配，此工作機(jī)構(gòu)的裝配采用自頂向下設(shè)計(jì)裝配的方式裝配。 六連桿機(jī)構(gòu)三維模型的建立及導(dǎo)入 （1）用Pro/E進(jìn)行三維建模利用Pro/E中的拉伸、旋轉(zhuǎn)、倒角、圓角等基本的特征命令對(duì)零件進(jìn)行建模。優(yōu)化前取700mm優(yōu)化后取665mm，優(yōu)化前取150mm優(yōu)化后取151mm。 因?yàn)樘摂M樣機(jī)模型與點(diǎn)是關(guān)聯(lián)的，模型中參數(shù)點(diǎn)的位置發(fā)生變化，與點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的連桿的尺寸也發(fā)生改變。在系統(tǒng)優(yōu)化求解的過程中，每改變一次設(shè)計(jì)變量的值，系統(tǒng)就會(huì)仿真一次，優(yōu)化結(jié)束后系，統(tǒng)給出優(yōu)化計(jì)算的數(shù)據(jù)。選擇已經(jīng)存在的測(cè)量值Jiasudu(滑塊的加速度測(cè)量曲線)的最大值作為目標(biāo)函數(shù)，設(shè)計(jì)變量為DV_DV_DV_DV_DV_DV_6，測(cè)量函數(shù)見公式（）式（），優(yōu)化目標(biāo)是使滑塊的最大加速度達(dá)到最小。 （1）確定約束條件模型中需要滿足機(jī)構(gòu)中存在曲柄的條件： （2）創(chuàng)建測(cè)量函數(shù)測(cè)量函數(shù)就是將約束條件定義為函數(shù)，作為約束函數(shù)。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，加速度的最大值，使工作時(shí)的沖擊振動(dòng)噪聲小，模具壽命長，對(duì)該壓力機(jī)進(jìn)行優(yōu)化。壓力機(jī)滑塊的運(yùn)動(dòng)特性是由各構(gòu)件的長度和相對(duì)位置確定的，改變構(gòu)件的尺寸會(huì)引起壓力機(jī)性能的變化，,因?yàn)槎噙B桿機(jī)構(gòu)中桿件的數(shù)目較多，所以如何選擇構(gòu)件的的尺寸以保證滑塊具有符合工藝要求的最佳運(yùn)動(dòng)特性，是模型優(yōu)化的關(guān)鍵。在優(yōu)化分析過程中，可以設(shè)定設(shè)計(jì)變量取值的范圍，并可以設(shè)定一定的約束條件以保證目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)取值在合理的范圍內(nèi)。目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值對(duì)應(yīng)著最佳的最佳的設(shè)計(jì)。在此前提下目標(biāo)函數(shù)的值取得最優(yōu)的過程被稱為優(yōu)化分析。用戶可以得到以下內(nèi)容： （1）當(dāng)設(shè)計(jì)變量發(fā)生變化時(shí)，對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響情況； （2）設(shè)計(jì)變量發(fā)生變化對(duì)樣機(jī)性能以及目標(biāo)函數(shù)的影響程度； （3）設(shè)計(jì)變量取何值時(shí)優(yōu)化結(jié)果取得最優(yōu)值；通過評(píng)估分析設(shè)計(jì)變量，可以得到設(shè)計(jì)變量對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響度大小，評(píng)估分析設(shè)計(jì)變量的方法如下：選擇仿真/設(shè)計(jì)計(jì)算菜單項(xiàng)，彈出相應(yīng)的對(duì)話框，選擇設(shè)計(jì)研究選項(xiàng)，設(shè)計(jì)研究的目標(biāo)是Jiasudu（滑塊加速度測(cè)量曲線），在設(shè)計(jì)變量框中選擇設(shè)計(jì)變量DV_1，默認(rèn)級(jí)別框中輸入5，選擇開始按鈕，完成對(duì)設(shè)計(jì)變量的評(píng)估設(shè)置。 點(diǎn)的參數(shù)化 設(shè)計(jì)變量的設(shè)計(jì)研究設(shè)計(jì)研究設(shè)當(dāng)設(shè)計(jì)變量中只有一個(gè)變量在其變化范圍內(nèi)取不同的值時(shí)，目標(biāo)函數(shù)的變化情況，此時(shí)目標(biāo)函數(shù)只有一個(gè)設(shè)計(jì)變量，其他設(shè)計(jì)變量不產(chǎn)生變化。因?yàn)閹缀吸c(diǎn)是與模型相關(guān)聯(lián)的，參數(shù)化幾何點(diǎn)后，模型被參數(shù)化。創(chuàng)建設(shè)計(jì)變量后，用設(shè)計(jì)變量來代替幾何點(diǎn)的坐標(biāo)。設(shè)計(jì)變量的初始值取為模型初始狀態(tài)各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值。本文在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，不改變曲柄的旋轉(zhuǎn)中O點(diǎn)的位置。在參數(shù)化幾何體時(shí)，通常是先創(chuàng)建幾何點(diǎn)，在創(chuàng)建兒何體時(shí)選擇創(chuàng)建的幾何點(diǎn)，也就是在點(diǎn)上創(chuàng)建幾何體。它又分為參數(shù)化點(diǎn)的位置，參數(shù)化Marker點(diǎn)的位置和參數(shù)化幾何體。 設(shè)計(jì)變量有整數(shù)(Integer)、實(shí)數(shù)(Real)、字符串(string)和目標(biāo)(object)四種類型，變量用的最多的是實(shí)數(shù)型，當(dāng)變量類型是整數(shù)時(shí)，即使賦予實(shí)數(shù)，變量值自動(dòng)取整；當(dāng)變量選擇為字符串型時(shí)，只能賦予變量一段字符串；當(dāng)變量為目標(biāo)時(shí)，變量可以取構(gòu)件、構(gòu)件的元素、運(yùn)動(dòng)副、驅(qū)動(dòng)、載荷等。通過參數(shù)化分析，令設(shè)計(jì)變量在合理的范圍內(nèi)取一系列的值進(jìn)行研究，進(jìn)行一系列的分析。 設(shè)計(jì)變量不僅能夠方便的對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行管理，還可以非常方便的對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行修改。 （3）將創(chuàng)建的模型進(jìn)行渲染并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析 對(duì)模型中的滑塊進(jìn)行測(cè)量可得：；；。 模型的關(guān)聯(lián)幾何點(diǎn)明細(xì) （2）創(chuàng)建各連桿和滑塊點(diǎn)擊工具欄中的創(chuàng)建連桿的圖標(biāo) ，點(diǎn)擊POINT_POINT_4，創(chuàng)建曲柄的桿，用同樣的方法可以創(chuàng)建其他連桿。在創(chuàng)建幾何點(diǎn)時(shí)，為了方便創(chuàng)建，可以先在任意地方創(chuàng)建6個(gè)幾何點(diǎn)。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(duì)位置和運(yùn)動(dòng)規(guī)律,來建立該虛擬樣機(jī)的簡化模型?；谝陨显瓌t建立壓力機(jī)的虛擬樣機(jī)模型。 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(shí)，為了縮短建模時(shí)間，提高工作效率，同時(shí)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(duì)運(yùn)動(dòng)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。 六連桿機(jī)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化分析壓力機(jī)滑塊的運(yùn)動(dòng)特性是由各構(gòu)件的長度和相對(duì)位置確定的，改變構(gòu)件的尺寸等參數(shù)會(huì)引起壓力機(jī)性能的變化。對(duì)于復(fù)雜的問題，建立數(shù)學(xué)模型往往會(huì)遇到很多困難，有時(shí)甚至比求解更為復(fù)雜。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)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。由設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)變量值，使得目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)值。在機(jī)械設(shè)計(jì)中絕大多數(shù)屬于約束優(yōu)化問題。在機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計(jì)中，性能約束是由機(jī)構(gòu)的某種性能或設(shè)計(jì)要求推導(dǎo)出來的一種約束條件，是根據(jù)對(duì)機(jī)械的某項(xiàng)性能要求而構(gòu)成的設(shè)計(jì)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(gè)設(shè)計(jì)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(duì)關(guān)系。因?yàn)榈仁郊s束對(duì)設(shè)計(jì)變量的約束嚴(yán)格，起著降低設(shè)計(jì)自由度的作用，一個(gè)等式約束可以消去一個(gè)設(shè)計(jì)變量，當(dāng)p=n時(shí)，即可由p個(gè)方程組解得唯一的一組設(shè)計(jì)變量這樣只有唯一確定的方案，無優(yōu)化而言。約束的形式，可能是對(duì)某個(gè)或某組設(shè)計(jì)變量的直接限制，稱為顯約束；也可能是對(duì)某個(gè)或某組設(shè)計(jì)變量的間接限制，稱為隱約束。 （3）約束條件如前所述，目標(biāo)函數(shù)取決于設(shè)計(jì)變量，而在很多實(shí)際問題中設(shè)計(jì)變量的取值范圍是有限制的或必須滿足一定的條件。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(píng)價(jià)函數(shù)，是用來評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。在最優(yōu)化設(shè)計(jì)問題中，可以只有一個(gè)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(jì)中要提出多個(gè)目標(biāo)函數(shù)時(shí)，稱為多目標(biāo)函數(shù)，如式()所示。目標(biāo)函數(shù)是設(shè)計(jì)中預(yù)期要達(dá)到的目標(biāo)，是設(shè)計(jì)變量的標(biāo)量函數(shù)。設(shè)計(jì)空間的維數(shù)又表征設(shè)計(jì)的自由度，設(shè)計(jì)變量越多，則設(shè)計(jì)自由度越大，可供選擇的方案越多，設(shè)計(jì)越靈活，容易得到比較理想的設(shè)計(jì)方案．但隨之而來的問題是，使設(shè)計(jì)問題復(fù)雜化，優(yōu)化設(shè)計(jì)更困難，求解更復(fù)雜．因此，在滿足設(shè)計(jì)基本要求的前提下，應(yīng)盡量減少設(shè)計(jì)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(jì)常量，只選擇那些對(duì)目標(biāo)函數(shù)影響較大的設(shè)計(jì)參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，以使優(yōu)化設(shè)計(jì)容易進(jìn)行。在這些參數(shù)中，凡是可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求事先給定的，則不是設(shè)計(jì)變量，而成為設(shè)計(jì)常量．只有那些需要在設(shè)計(jì)過程中優(yōu)選的參數(shù)，才看成是最優(yōu)化設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)變量。最優(yōu)化設(shè)計(jì)是研究怎樣合理的優(yōu)選這些設(shè)計(jì)變量的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。 數(shù)學(xué)模型的建立[6] （1）設(shè)計(jì)變量 在設(shè)計(jì)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(jì)變量。所謂機(jī)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)就是根據(jù)機(jī)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)理論，采用數(shù)學(xué)上的最優(yōu)化方法，借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，使所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)最優(yōu)地滿足預(yù)定的各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求，從而得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計(jì)，就是在給定的在載荷或環(huán)境條件下，在對(duì)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(jì)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(jì)方法。建立數(shù)學(xué)模型時(shí)要選取設(shè)計(jì)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(jì)問題所要求的最優(yōu)指標(biāo)與設(shè)計(jì)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。其原則是最優(yōu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)手段是電子計(jì)算機(jī)及計(jì)算程序，設(shè)計(jì)方法是采用最優(yōu)化數(shù)學(xué)方法。5 六連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)分析 六連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)概念最優(yōu)化設(shè)計(jì)是在現(xiàn)代計(jì)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)。計(jì)算芯軸應(yīng)力：將代入公式中得： 又則材料為45鋼，故安全。也可視為兩端為簡支及外加反力偶、的簡支梁。偏心齒輪受到連桿的作用力以后，分別以及兩個(gè)集中力作用在芯軸上。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。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。機(jī)身結(jié)構(gòu)比較簡單。 （2）制造容易 曲軸需經(jīng)鍛造，機(jī)加工復(fù)雜。 偏心齒輪式有下列優(yōu)點(diǎn): （1）受力情況好 曲柄工作時(shí)受彎短和扭矩的聯(lián)合作用。 低速級(jí)齒輪的計(jì)算結(jié)果 名稱符號(hào)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(jì) 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(dòng)連桿滑塊運(yùn)動(dòng)。故 式（）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正算得分度圓直徑： 式（）計(jì)算模數(shù)： 式（）（3）按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算公式： 式（） ①確定公式內(nèi)計(jì)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(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力：取彎曲疲勞安全系數(shù)S=計(jì)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(jì)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(jì)計(jì)算