【正文】 的 設計 目 標 。但是在很多情 況 下，也可以也可以用最大值和最小值 來 代表最優(yōu)值。工程 設計 上的 “ 最優(yōu)值 ” （ optimum）或 “ 最佳值 ” ，系 統(tǒng) 在 滿 足多種 設計 目 標 約 束 條 件下所 獲 得的最令人 滿意 和最適宜的值。因而采用 這 種 設計 方法能提高 設計效 率和 設計質(zhì)量。優(yōu)化 設計 是近年 來發(fā) 展起 來 的 一門學 科， 這 是 60 年代初期 開始 ，最優(yōu)化技 術 和 計 算機技 術 在 設計領 域中 應 用的 結(jié) 果。而 現(xiàn) 代 設計 的工作借助于 電 子 計 算機， 應 用一些精確度 較 高的力 學 的 數(shù) 值分析法（如有限元法等） 進行分 析計 算， 并從 大量的可行 設計 方案中 尋 找出一種最優(yōu)的 設計 方案， 從 而 實現(xiàn)用 理論設計 代替 經(jīng)驗設計 ，用精確 計 算代替近似 計 算，用優(yōu)化 設計 代替一般的安全 壽命 的可行性 設計 。 從這個 意 義 上 講它沒 有真正體 現(xiàn) “ 設計 ” 的含 義 。 實踐證 明，按照 傳統(tǒng) 的 設計 方法做出的 設計 方案，大部分有改 進 提高的余地，而不是最佳 設計 方案。 這樣 反復 進行分 析計 算 —— 性能 檢驗 —— 參數(shù) 修改，直到性能完全 滿 足 設計 指 針 的要 求為止。然后，根據(jù)初始 設計 方案的 設計參數(shù)進 行 強 度、剛 度 、穩(wěn) 定性等性能分 析計 算， 檢 查各性能是否 滿 足 設計 要求。在 這 種情 況 下出 現(xiàn)了許 多 現(xiàn) 代 設計 方法如： 計 算機 輔 助 設計 、優(yōu)化 設計 、可靠性 設計 、有限元法、 工業(yè)藝術 造型 設計 、反求工程 設計 、三次 設計 等。 多年 來 ，機械 設計 人 員 在機械 設計 中大都是采用 傳統(tǒng) 的 設計 方法， 憑借經(jīng)驗 、圖 表和模 擬的辦 法，借助有限的 計 算次 數(shù) ，得到有限的 設計 方案，然后確定出的設計結(jié) 果 卻 不能令人 滿意 。如果 沒 有機械 設計現(xiàn) 代化，就不 會 有高水平的機械 工業(yè) 。 (27) 多目標規(guī)劃 (20) 優(yōu)化工具箱在最優(yōu)化問題中的應用 (12) 優(yōu)化設計數(shù)學模型的三要素 (11) 數(shù)學模型的統(tǒng)一表達形式 (10) 建模的步驟 (9) 機械優(yōu)化設計問題的建模 (8) 2 車床主傳動優(yōu)化設計模型的建立 ...................................................................... (9) C7620 卡盤多刀半自動車床的簡介 (6) 機械優(yōu)化設計的發(fā)展概況 mathematical model。 another, the most minimal center distance of expansion graph of the lathe main axle box minimized. All the parameter in the design are abide to the traditional design project, for instance, the motion parameter of C7620 lathe, the main transmission system graph and the main transmission, etc. Without changing option of transmission system, not only achieved the optimization design for the lathe, with the lowest price of the lathe main transmission system, the smallest volume, but also caused the lathe the efficiency to be more superior. Key words： optimization design。 puter program was established in the MATLAB optimization toolbox, which got the result. Finally, the result which conforms to reality was analyzed and dealt with。 關鍵詞： 優(yōu)化設計 ； 主傳動系統(tǒng) ； 數(shù)學模型 ；優(yōu) 化工具箱 中圖分類號 ： TH 文獻標識碼 :A 2 Optimal Design of Main Transmission System of Semiautomatic lathe with chuck and more tools Abstract： In the latest product designs, the machinery optimized design is the most important one. This paper has analyzed how to establish the optimization design mathematical model in the lathe main transmission system. When dealing with the problems in practice, it uses the optimized design theory and method, in order to make the project optimized. First of all, a mathematical model was established, which select optimized target。所有 參數(shù)的選取都是以傳統(tǒng)的設計方案為準則的，例如 C7620型車床的運動參數(shù)、 主傳動系統(tǒng)圖和主傳動轉(zhuǎn)速圖等。 本 次設計中主要是對 C7620型車床的主傳動系統(tǒng)進行優(yōu)化，主要 是結(jié)合傳統(tǒng)的設計方法和目前的機床主傳動系統(tǒng)的優(yōu)化設計方法 ，從而確定了論文的設計內(nèi)容。在處理實際的具體問題時，運用了優(yōu)化設計的理論和方 法，對方案進行了最優(yōu)化。 1 卡盤多刀半自動 車床主傳動系統(tǒng) 優(yōu)化 設計 摘要 ： 機械優(yōu)化設計方法是現(xiàn)代產(chǎn)品設計方法中的最為重要的一種。在本文中，分析了車床主傳動系統(tǒng) 優(yōu)化設計數(shù)學模型的建立方法。首先是建立數(shù)學模型即選擇適當?shù)膬?yōu)化目標； 其次是確定設計變量和約束條件，并選擇合適的優(yōu)化計算方法；然后是利用 MATLAB優(yōu)化工具箱編制計算機程序，運行求解； 最后對得到的結(jié)果進行分析處理并與實際相結(jié)合，從而得到最終的最優(yōu)方案。機床主傳動系統(tǒng)的優(yōu)化設計發(fā)展很快， 主要是從兩個方面進行了主傳動系統(tǒng)的優(yōu)化設計：一是以傳動齒輪的體積和最小為優(yōu)化目 標；二是以車床主軸箱展開圖的總中心距最小為目標為優(yōu)化目標。在保證機床傳動性能不變的情況下， 不僅使車床主傳動系統(tǒng)的制造成本最低、 體積最小， 而且 使得 車床的經(jīng)濟性更加優(yōu)越 。 next the variable and the restriction condition were determined, and selected the best way of the optimized calculation。 thus, obtained the final most superior object. In the design, it has optimized the main transmission system of C7620 lathe. This text designs mainly depend on the traditional design and the optimization design for the main transmission system of the present machine tool. Lathe main transmission system has developed quickly in these years. In the paper, there are two aspects in the optimization design for the main transmission system: made the sum volume of the transmission gear minimized。 main transmission system。 optimization toolbox 3 目 錄 1 緒 論 ................................................................................................................... (4) 從傳統(tǒng)設計到優(yōu)化設計 (4) 優(yōu)化設計的簡介和工作方法 (5) 優(yōu)化設計的計算方法 (7) 本論文研究的意義及任務 (10) 常用優(yōu)化設計可選優(yōu)化目標 (12) 設計變量及選取原則 (12) 目標函數(shù)及選取原則 (14) 約束條件及選取原則 (16) 3 運用 MATLAB 對模型求解 ............................................................................. (19) MATLAB 軟件介紹 (19) MATLAB 的優(yōu)化工具箱 (21) 線性規(guī)劃 (21) 二次規(guī)劃 (22) 無約束優(yōu)化問題 (24) 有約束非線性規(guī)劃優(yōu)化問題 (29) MATLAB 的優(yōu)化求解步驟 (32) 對本此優(yōu)化計算結(jié)果的分析 (36) 4 從另外角度的車床主傳動系統(tǒng)的優(yōu)化設計 .................................................... (37) 以車床各 傳動軸之間的中心距和 最小為優(yōu)化目標 (37) 車床主傳動系統(tǒng)多目標優(yōu)化設計 (40) 對優(yōu)化結(jié)果進行分析 (46) 5 結(jié) 論 ................................................................................................................. (46) 參考文獻 ................................................................................................................... (48) 謝 辭 ................................................................................................................... (50) 4 1 緒 論 任何機器的成功 應 用，必然要 經(jīng)過設計 、制造、 實驗 、 維護 、改 進 等多 個環(huán)節(jié) ，其中機械 設計 是首要 環(huán)節(jié) 。因此高水平的機械 設計技術 必然 會 引起機械 設計 人 員 的追求與高度重視 。如何使自己 設計 的 結(jié) 果能 夠獲 得公 認 最優(yōu)，如 設計 出的機械 產(chǎn) 品 結(jié) 構最 緊湊 、成本最低、重量最 輕 、工作性能最好等，即技 術經(jīng)濟 效果最佳， 這 是機械 設計 人 員畢 生的愿望。 從傳統(tǒng)設計到優(yōu)化設計 傳統(tǒng) 的 設計 方法通常在 調(diào) 查分析的基 礎 上， 參 照同 類產(chǎn) 品通 過 估算、 經(jīng)驗 模擬或試驗來 確定初始 設計 方案。如果不完全 滿 足性能指 針 的要求， 設計 人 員將憑借經(jīng)驗 或直 觀 判 斷對參數(shù)進 行修改。 整 個傳統(tǒng)設計過 程就是人工 試湊 與定性分析比 較 的 過 程，主要的工作是性能的重復分析，至于每次 參數(shù) 的修改， 僅僅憑借經(jīng)驗 或直 觀 判 斷 ，并不是根據(jù)某中理論精 確 計 算出 來 。 傳統(tǒng)設計 方法只是被 動 地重復分析 產(chǎn) 品性能，而不是主 動 地 設計產(chǎn) 品的 參數(shù) 。作 為 一 項設計不僅 要求方案可行、合理，而且 應該 是某 項 指 標達 到最優(yōu)的理想方案。 5 優(yōu)化設計的簡介 和工作方法 優(yōu)化 設計 （ Optimal design） 是建立在最優(yōu)化 數(shù)學 方法和 計 算機及其 計 算技術 基 礎 上的，可 實 現(xiàn)產(chǎn) 品的 質(zhì) 量 、 性能和成本等