第8章机械优化设计实例要点解析.pptVIP

不同的设计要求，目标函数不同。若减速器的中心距没有要求时，可取减速器最大尺寸最小或重量最轻作为目标函数。 若中心距固定，可取其承载能力为目标函数。 减速器类型、结构形式不同，约束函数也不完全相同。 （1）边界约束 （2）性能约束 一、单级圆柱齿轮减速器的优化设计 第四节 平面连杆机构的优化设计 连杆机构的类型很多，这里只以曲柄摇杆机构两类 运动学设计为例来说明连杆机构优化设计的一般步骤 和方法。 一、曲柄摇杆机构再现已知运动规律的优化设计 1.设计变量的确定 决定机构尺寸的各杆长度，以及当摇杆按已知运动规律开始运动时，曲柄所处的位置角φ0 为设计变量。 考虑到机构的杆长按比例变化时，不会改变其运动 规律，因此在计算时常取l1=1 ，而其他杆长按比例取为 l1 的倍数。 经分析后，只有三个变量为独立的： 2.目标函数的建立 目标函数可根据已知的运动规律与机构实际运动规律 之间的偏差最小为指标来建立，即 3.约束条件的确定 1）曲柄摇杆机构满足曲柄存在的条件 2）曲柄摇杆机构的传动角应在 和 之间，可得 二、曲柄摇杆机构再现已知运动轨迹的优化设计 所谓再现已知运动轨迹：是指机构的连杆曲线尽可能 地接近某一给定曲线。 第六节热压机机架的优化设计 机械结构优化设计，已经得到了广泛的应用和重视。 结构的优化设计通常以重量最轻和应力集中区的应 力最小作为目标函数。 1.重量最轻为目标函数 的优化设计 1）设计变量 2）目标函数——单片 框板的重量 3）约束函数 * 机械优化设计 机械优化设计 第八章 机械优化设计实例 × 前面我们较系统地学习了机械优化设计的理论和方法。 本章将首先介绍机械优化设计中的注意事项和应用技巧； 接着通过几个典型机械优化设计实例，来说明在解决一个工程实际优化问题时，建立优化设计数学模型、选择适当的优化方法、编程、最终得出复合要求的优化设计结果等问题 第一节 应用技巧 一、机械优化设计的一般过程 1）建立优化设计的数学模型 2）选择适当的优化方法 3）编写计算机程序 4）准备必要的初始数据进行上机计算 5）对计算机求得结果进行必要的分析 优化方法的选择 数 学 模 型 问题规模 目标函数和约束函数的性态 计算精度 问题种类 第一节 应用技巧 优化方法总的选用原则有以下几点： 1、算法的通用性，即在一定精度要求下，是否对各种不同特性的优化问题都能获得成功。 优化问题的特性一般表现在目标函数的性质上，例如：变量的数目、非线性的程度、各变量间的交互作用程度、是单峰还是多峰、是否利用梯度信息、初始点是否可以任选等。 2、其次看计算目标函数的次数。在同样精度下，希望计算目标函数的次数越少越好。 3、第三要看在同样精度的情况下，算法收敛所需的计算机时间，即：计算效率，当然越快越好。 二、建立数学模型的基本原则 在能够确切反映工程实际问题的基础上力求简洁 1、设计变量的选择 ①设计参数的取舍——尽量减少设计变量的数目 一个机械设计方案可以用一组基本参数的数值来表示。为了进行机械产品设计，都要寻找并确定最佳的设计参数。 这些参数中，有的可根据标准、规定等选定，在设计过程中始终保持不变，在优化设计中可认为是设计常量. 例如：材料的机械性能参数 状态参数：如功率、温度、应力、应变、挠度、压力、速度等可由设计对象的尺寸、载荷以及构件间的运动关系等计算得出 ② 设计变量间应相互独立，否则会使目标函数出现“病态”——“山脊”，“沟谷” 第一节 应用技巧 2、目标函数的确定 目标函数——一项设计所追求的指标的数学反映 要求： 能够用来评价设计的优劣 必须是设计变量的可计算函数 第一节 应用技巧 1）、优化目标的选择： 应当对所追求的各项指标进行细致分析，从中选择最重要、最具代表性的指标作为优化目标 2）、优化指标矛盾的处理 第一节 应用技巧 在机械设计中，可作为参考目标函数的有： 一般机械：体积最小、重量最轻 应力集中现象突出的构件：应力集中系数最小 精密仪器：精度最高或误差最小 若对机构的动态特性有专门要求，则应针对其动力学参数建立目标函数； 对于要求再现运动轨迹的机构设计，则应根据机构的轨迹误差最小建立目标函数。 ? 第一节 应用技巧 3、约束条件的确定 约束条件是就工程设计本身而提出的对设计变量取值范围的限制条件，也是设计变量的可计算函数。 约束条件的分类 1）性能约束：根据设计性能或指标要求而定的一种约束条件，例如：零件的强度、刚度、稳定性等 2）边界约束：是对设计变量取值范围的限制。也称为侧面约束。例如齿轮的模数，齿数的上下限等。 在性能约束中，又有复杂和简单之分 约束函数有的很简单，可以表示成显式形式，即反映设计变量