【正文】 ....................................................................................................................... 15 謝辭 ............................................................................................................................... 17 參考文獻(xiàn)： .................................................................................................................... 18 附程序代碼 .................................................................................................................... 19 1 緒論 制造業(yè)是我國工業(yè)的主體，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國制造業(yè)的增加值占整個(gè)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的78%，從業(yè)人員占 82%，國內(nèi)生產(chǎn)總值的約 40%、財(cái)政收入的 50%、外貿(mào)出口的 80%來源于制造業(yè)。因此，必須大力推進(jìn)制造業(yè)信息化，以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，提高我國制造業(yè)的整體素質(zhì)和競爭力。結(jié)合我國國情，立足應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)，為我國制造企業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新提供成熟成套的技術(shù)和軟件工具是實(shí)現(xiàn)制造業(yè)信息化的有效措施。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為使用最廣的機(jī)械零件之一 , 實(shí)現(xiàn)其數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造對(duì)制造業(yè)的信息化具有重要意義。 2 設(shè)計(jì)要求 根據(jù)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論，根據(jù)參數(shù)化設(shè)計(jì)的原理，建立起考慮傳動(dòng)性能時(shí)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，并采用一定的 算法，編出程序來實(shí)現(xiàn)其參數(shù)化設(shè)計(jì)過程。 3 平面四桿機(jī)構(gòu)簡況與本課題的研究意義 平面四桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用十分廣泛，它不僅在眾多工農(nóng)業(yè)機(jī)械和工程機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用，而且諸如人造衛(wèi)星太陽能板的展開結(jié)構(gòu)、機(jī)械手的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)折疊傘的收放機(jī)構(gòu)及人體假肢等也都用有連桿機(jī)構(gòu)。正因如此，如何根據(jù)最優(yōu)化方法來設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)，使其能最佳地滿足設(shè)計(jì)要求，一直是連桿機(jī)構(gòu)研究的一個(gè)重要課題。對(duì)多桿多自由度平面連桿的研究，也提出了一些有關(guān)的分析及綜合的方法。在研究方法上，優(yōu)化設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)用已成為研究連桿機(jī)構(gòu)的重要方法，并已相應(yīng)地編制出大量的、適用范圍廣、計(jì)算機(jī)時(shí)少、使用方便的通用軟件。 平面四桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)： 連桿機(jī)構(gòu)的共同特點(diǎn)是原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)都要經(jīng)過一個(gè)與機(jī)架直接相連的一個(gè)中間機(jī)構(gòu)（稱為連桿）才能傳動(dòng)從動(dòng)件，故稱之為連桿機(jī)構(gòu)。 （ 2）在連桿機(jī)構(gòu)中，在原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不變的條件下，可以改變各構(gòu)件的相對(duì)長度來 使從動(dòng)件得到不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 利用連桿機(jī)構(gòu)還可以很方便地達(dá)到改變運(yùn)動(dòng)的傳遞方向、擴(kuò)大行程、實(shí)現(xiàn)增力和遠(yuǎn)距離傳動(dòng)等目的。 在實(shí)際生產(chǎn)中 ,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)系到生產(chǎn)成本的減低。進(jìn)一步開發(fā)出設(shè)計(jì) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)軸 專用設(shè)計(jì)程序，并通過設(shè)計(jì)程序 ,對(duì) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 尺寸進(jìn)行初步的優(yōu)化，對(duì) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 的后續(xù)設(shè)計(jì)提供最有參考價(jià)值的數(shù)據(jù)。主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容： （ 1）根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)際問題和對(duì)設(shè)計(jì)所提出的要求，建立優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，確定軸的設(shè)計(jì)變量，建立目標(biāo)函數(shù)、約束條件等具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型； （ 2）按照數(shù)學(xué)模 型的性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法，和相應(yīng)的計(jì)算程序，針對(duì)常用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立設(shè)計(jì)變量與各個(gè)幾何尺寸之間的基本關(guān)系，為參數(shù)化繪圖接口模塊程序編制提供依據(jù)，對(duì)設(shè)計(jì)變量數(shù)，約束條件數(shù)，目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)的復(fù)雜程度等進(jìn)行分析； （ 3）根據(jù)優(yōu)化計(jì)算結(jié)果， 對(duì) 軸 進(jìn)行再設(shè)計(jì)， 進(jìn)一步提高 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)合理性 、尋求幾何尺寸的最佳組合 , 協(xié)調(diào)零件之間的尺寸關(guān)系；分析輸出結(jié)果是否達(dá)到預(yù)期的目的，檢查數(shù)學(xué)模型，所用優(yōu)化方法及輸入數(shù)據(jù)是否正確，進(jìn)行必要的修正后再作運(yùn)算，對(duì)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使其滿足實(shí)際要求。 ②效率要高：算法的效率是指解題的效率，一般可用算法所用計(jì)算時(shí)間或計(jì)算函數(shù)的次數(shù)來衡量，最好選用不計(jì)算梯度與海色矩陣的優(yōu)化方法，盡可能選用計(jì)算過程中調(diào)用函數(shù)值次數(shù)少的優(yōu)化方法。 ④采用成熟的計(jì)算程序：對(duì)現(xiàn)有的成熟的計(jì)算程序應(yīng)盡可能的采用，使得解題簡便。然而，由于這種機(jī)構(gòu)在多數(shù)情況下應(yīng)用于載荷較重的場(chǎng)合，所以在對(duì)它的設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮其傳動(dòng)性能，尤其是隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度和承載能 力要求都有了大幅度的提高，從而對(duì)其傳動(dòng)性能提出了更高的要求。而在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為提高機(jī)構(gòu)的勞動(dòng)生產(chǎn)率，又往往要求其有急回特性。 K 的大小和最小傳動(dòng)角γ min 之間存在著一定的關(guān)系，它直接影響到機(jī)構(gòu)達(dá)到一定傳動(dòng)性能的可能性。對(duì)這一設(shè)計(jì)問題，許多文獻(xiàn)中 已有所論述，但往往沒有考慮到最小傳動(dòng)角應(yīng)該是工作行程中的最小值γ wmin ，因?yàn)闄C(jī)構(gòu)只有在工作行程中才受到較大的工作阻力的作用。 本文從機(jī)構(gòu)在工作行程中擁有最佳傳動(dòng)性能出發(fā)，通過以機(jī)構(gòu)γ wmin 最大為尋優(yōu)目標(biāo)函數(shù)對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，分析了速比系數(shù)對(duì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)工作行程傳動(dòng)性能的影響，給出了相應(yīng)設(shè)計(jì)參數(shù)。許多文獻(xiàn)中已闡述了以下結(jié)論：曲柄位于 AB0 時(shí)，傳動(dòng)角為機(jī)構(gòu)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中的最小值 γmin = arccos(1l +e )/ 2l 若滑塊從 1c 到 2c 為工作行程， 2c 到 1c 為空回行程，工作行程中一般受到較大的工作阻力，運(yùn)動(dòng)速度較慢。所以，在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與滑塊工作行程方向之間存在著合理的配置問題。 幾何尺寸設(shè)計(jì)公式 極位夾角θ與行程速比系數(shù) K的關(guān)系為θ =1800 （ K 1） /（ K + 1），根據(jù)極位夾角的定義， 00 090? 。 在Δ AC1 C2 中，根據(jù)余弦定理有 ?c o sab2a2b21 2222 ）（ ???? （ 1） 正弦定理得 c=(b+a)sin∠ AC1 C2 =(b2 a2 )sin? （ 2） 1已知相對(duì)偏心距 e的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 由式（ 1）、式（ 2）得到 a=? ?? s in4 c os1c2s in ）（ ?? （ 3） b=? ?? s in4 c os1c2s in ）（ ?? 由運(yùn)動(dòng)連續(xù)聯(lián)系性條件，相對(duì)偏心距應(yīng)不大于 PC2, 即 c ?cos? （ 4） 2已知曲柄相對(duì)長度 a的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 由式（ 1）得 b=）（ ）（ ? ?cos12 cos1a212? ?? （ 5） c= ?? sincos12 a41 2 ）（ ?? 由 Δ AC1 C2 的存在條件可得 a ? ，再由運(yùn)動(dòng)連續(xù)性條件式（ 4）和式（ 5）解得： tan( 2? ) ?? （ 6） 已知連桿相對(duì)長度 b的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由式（ 1）得 a=）（ ）（ ? ?cos12 cos1b212? ?? （ 7） c= ?? sincos12 1b4 2 ）（ ? ? 由式（ 4）和式（ 7）解得 （ 2? ） ?? （ 8） 機(jī)構(gòu)特殊位置處的傳動(dòng)角 以曲柄位于 AB0 時(shí)作為起始位置，當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)角為 0? （ ?? ?? 00 180 ）時(shí)，滑塊從 C1運(yùn)動(dòng)到 C2,處于工作行程中。 通過分析工作行程中的最小傳動(dòng)角 wmin? 可能出現(xiàn)再一下 3個(gè)特殊位置中： （ 1）當(dāng)0???時(shí)， 1??? =arccos 00 90bacosc ???，此時(shí) 1??? =1? 。 （ 3） ??? ??? 00 180 時(shí)， 3??? =arccos bacosc 0 ）（ ?? ?，此時(shí)33 ???