基于matlab的机床主轴结构优化设计.pdfVIP

３６ 工 具 技 术 基于ＭＡＴＬＡＢ的机床主轴结构优化设计 刘红娟 宝鸡文理学院 摘要：介绍了机床主轴的结构，建立了以质量最轻为目标函数的优化模型，运用 ＭＡＴＬＡＢ优化工具箱中的 ｆｍｉｎｃｏｎ函数对其进行优化设计。通过对已有的机床主轴实例进行优化求解和分析，对比优化前后的数据信息，表 明优化之后的机床主轴质量更轻，且编程简单，设计效率高。最后绘出了实例的各设计变量和目标函数之间的关 系图，并对ＭＡＴＬＡＢ求优的特点进行总结。 关键词：机床主轴；优化设计；ＭＡＴＬＡＢ；非线性约束 中图分类号：ＴＧ５０２．３；ＴＨ１２２　　　　　　文献标志码：Ａ ＭａｃｈｉｎｅＳｐｉｎｄｌｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅＯｐｔｉｍａｌＤｅｓｉｇｎＢａｓｅｄｏｎＭＡＴＬＡＢ ＬｉｕＨｏｎｇｊｕａｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅ，ａｎｄｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓｏｐｔｉｍａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｄｅｓｉｇｎｔｏｍａｋｅｔｈｅｑｕａｌｉｔｙ ｌｉｇｈｔｅｓｔ．ＴｈｅｎｉｔｄｅｓｉｇｎｓｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｕｓｉｎｇｆｍｉｎｃｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＭＡＴＬＡＢｏｐｔｉｍａｌｔｏｏｌｂｏｘ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｌｉｇｈｔｅｒａｆｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｉｓｅａｓｉｅｒ，ｄｅｓｉｇｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｈｉｇｈｅｒｂｙｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄａｎａｌｙｚｉｎｇｔｏｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｓｐｉｎｄｌｅｅｘａｍｐｌｅｓ，ａｎｄｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｄａｔａｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙｉｔｄｒａｗｓｔｈｅ ｆｉｇｕｒｅｓｂｅｔｗｅｅｎｄｅｓｉｇｎｖａｒｉａｂｌｅｓａｎｄｔｈｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎ，ａｎｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＭＡＴＬＡＢ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｃｈｉｎｅｓｐｉｎｄｌｅ；ｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎ；ＭＡＴＬＡＢ；ｎｏｎｌｉｎｅａｒｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ Ｔ Ｔ （１） ｘ＝［ｘ，ｘ，ｘ］＝［Ｌ，Ｄ，ａ］ 　引言 １ ２ ３ 机床主轴是机床中重要零件之一，其性能的好 坏直接影响机床的效率和寿命。一个性能好的机床 主轴必须满足一定的刚度要求，而决定刚度的重要 因素是主轴的结构参数，所以对其进行优化设计是 非常必要的。而运用更为简便实用的优化工具则是 提高设计效率和质量的保证，ＭＡＴＬＡＢ优化工具箱 ［１，２］ 图１　机床主轴变形简图 就是其中之一 。 　确定目标函数 　建立机床主轴的优化模型 根据动力学要求，选取机床主轴的自重最轻为 目标函数，即 机床主轴一般为多支承空心阶梯轴，为便于使 ２ ２ （２） ｆ（ｘ）＝ｍ（ｘ）＝