带传动的多目标优化设计

优化设计技术

机械优化设计摘要机械优化设计是最优化技术在机械设计领域的移植和应用,其基本思想是根据机械设计的理论,方法和标准规范等建立一反映工程设计问题和符合数学规划要求的数学模型,然后采用数学规划方法和计算机计算技术自动找出设计问题的最优方案。作为一门新兴学科，它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上，通过计算机的数值计算,能从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案，使期望的经济指标达到最优，它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题。优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法。因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。本文论述了优化设计方法的发展背景、流程，并对无约束优化及约束优化不同优化设计方法的发展情况、原理、具体方法、特点及应用范围进行了叙述。另外，选择合适的优化设计方法是解决某个具体优化设计问题的前提，而对优化设计方法进行分析、比较和评判是其关键，本文分析了优化方法的选取原则。之后对并对近年来出现的随机方向法、遗传算法、蚁群算法和模拟退火算法等新兴优化方法分别进行了介绍。本文以交通领域中建立最优交通网路为例说明了优化设计方法的应用特点。关键词：机械优化设计；约束；特点；选取原则

目录第一章引言 (1) 1.1优化设计的背景 (1) 1.2机械优化设计的特点 (2) 1.3优化设计的模型 (3) 1.4优化设计的流程 (4) 第二章优化设计方法的分类 (6) 2.1无约束优化设计方法 (7) 2.1.1梯度法 (7) 2.1.2牛顿型方法 (7) 2.1.3共轭梯度法 (8) 2.1.4变尺度法 (8) 2.2约束优化设计方法 (9) 2.2.1直接解法 (9) 2.2.2间接解法 (11) 2.3多目标优化方法 (13) 2.3.1主要目标法 (14) 2.3.2加权和法 (14) 第三章各类优化设计方法的特点 (15) 3.1无约束优化设计方法 (15) 3.2约束优化设计方法 (16) 3.3基因遗传算法（Genetic Algorithem,简称GA） (16) 3.4模糊优化设计方案 (17) 第四章优化方法的选择 (18) 4.1优化设计方法的评判指标 (18) 4.2优化方法的选取原则 (19) 第五章机械优化设计发展趋势 (21) 第六章 UG/PRO-E建模 (23) 参考文献 (27)

机械优化设计

《机械优化设计》实验教学大纲湖南农业大学工学院 2007年11月

《机械优化设计》实验教学大纲 1、实验课程号：30179B1 2、课程属性：选修 3、实验属性：非独立设课 4、学时：总学时40，实验学时8 学分：2 5、实验应开学期：第5学期（秋季） 6、先修课程：理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、Visual Basic语言或C语言一、课程的性质和任务《机械优化设计》课程是高等工科院校中机械类专业指导委员会指定的一门主干课程，是一门用以培养学生在机械设计中应用现代设计方法的专业课，其目的是使学生树立优化设计的思想,掌握优化设计的基本概念和基本方法, 并初步具有应用机械优化设计的基本理论和基本方法解决简单工程实际问题的初步能力。为学生的毕业设计及科学研究打下一定的基础，该课程是在高年级设置的专业选修课，可供机械类或近机类专业的学生选修。该课程在机械类或近机类专业的教学计划中占有重要的地位和作用。二、实验的目的与基本要求 1、加深对机械优化设计方法的基本理论和算法步骤的理解。 2、掌握数学模型的建立方法 3、掌握几种常用的最优化计算方法。 4、能运用计算机语言来编程上机解答，培养学生独立编制、调试计算机程序的能力。 5、培养学生灵活运用优化设计方法解决工程实际问题的初步能力。三、实验考核方式及办法课程实验不单独考试，根据实验内容当场在计算机上查看实验结果运行情况，要求打印出实验程序、并结合学生实际动手能力和学习态度进行评分，计入课程考试，实验课成绩占课程总分成绩的15%。四、实验项目一览表序号实验项目实验类型实验方法实验要求每组人数适用专业实验学时 1 优化方法编程验证任选做其中两工科类 4

传动轴优化设计

汽车传动轴的可靠性优化设计摘要：运用可靠性优化设计方法，建立了传动轴的可靠性分配模型及可靠性优化设计的数学模型，并进行了实例计算。关键词：传动轴；可靠性；优化设计前言传动轴是汽车传动系中传递力矩的关键零件之一，其工作性能直接影响汽车是否能正常工作。传动轴的传统设计方法是以材料力学为基础，根据轴的强度计算初定其内、外径!然后校核临界转速和稳定性"。这种强度计算的特点是将传动轴的应力、强度都视作常量"。但由于各种因素的影响，轴的应力、强度是随机变量，因而按这种方法设计出的传动轴很难达到最优的结果。可靠性优化设计是可靠性技术与优化技术相结合的一种设计方法，它的基本思想是在使结构或零部件达到最佳的性能指标时，要求不安全元件的工作可靠度不低于某一规定的水平；或在保证元件的主要性能条件下，使其可靠度达到最大。这样的设计方法不仅可保证零件的可靠度，而且使零件最优。本文运用这一方法对某汽车传动轴进行了设计，达到了比较满意的效果。一传动轴的可靠度分配模型两端连接万向节的传动轴，其主要失效形式有轴管折断、扭断，花键的齿面磨损、点蚀等。考虑到传动轴中任何一种失效都将

导致传动轴功能的丧失。故传动轴可看作是由各种性能组成的串联系统。对于这一串联系统，其可靠度模型可视为：一般传动轴的预定可靠度指标考虑到工作中轴管折断、扭断造成的危害最大，故取；同样花键齿根折断所造成的危害也较大，故取；由于花键齿面即使产生一些磨损，也并不影响传动轴正常工作，故，这样传动轴的可靠度可大于0.94. 二传动轴的可靠性优化设计 2.1 传动轴可靠性优化设计的方法一般来说，传动轴设计所涉及的参数有：轴管的内外径D、d，花键轴的底径D2和外径D1 。为了减少设计参量的个数，使问题得到简化，一般先对传动轴管进行可靠性优化设计，确定其内外径，在此基础上再对花键进行可靠性校核计算。本文主要进行前部分工作。

传动轴设计计算

编号：传动轴设计计算书编制：日期：校对：日期：审核：日期：批准：日期：

一．计算目的我们初步选定了传动轴，轴径选取Φ27（详见《传动轴设计方案书》），动力端选用球面滚轮万向节，车轮端选用球笼万向节。左、右前轮分别由1根等速万向节传动轴驱动。通过计算，校核选型是否合适。二．计算方法本车传动轴设计不是传统载货车上从变速器到后驱动桥之间长轴传动设计，而是半轴传动设计。而且传动轴材料采用高级优质合金钢，且热处理工艺性好，使传动轴的静强度和疲劳强度大为提高，因此计算中许用应力按照半轴设计采用含铬合金钢，如40Cr、42CrMo、40MnB,其扭转屈服极限可达到784 N/mm2左右，轴端花键挤压应力可达到196 N/mm2。传动轴校核计算流程：

1.1 轴管直径的校核校核：两端自由支撑、壁厚均匀的等截面传动轴的临界转速 22 2 8 1.2x10 n e l d D+ =(r/min) 式中L传动轴长，取两万向节之中心距：mm D为传动轴轴管外直径：mm d为传动轴轴管直径：mm 各参数取值如下：D＝φ27mm，d＝0mm 取安全系数K=n e/n max，其中n max为最高车速时的传动轴转速，取安全系数K＝n e/n max=1.2～2.0。实际上传动轴的最大转速n max＝n c/（i g×i0），r/min 其中：n c－发动机的额定最大转速，r/min； i g－变速器传动比； i0－主减速器传动比。

1.2 轴管的扭转应力的校核校核扭转应力： τ＝ ][164 4τπ≤) -(d D DT J （N/mm 2） ][τ……许用应力，取][τ＝539N/mm 2[高合金钢（40Cr 、40MnB 等）、中频淬火抗拉应力≥980 N/mm 2，工程应用中扭转应力为抗拉应力的0.5～0.6，取该系数为0.55，由此可取扭转应力为539 N/mm 2，参考GB 3077-88] 式中： T j ……传动系计算转矩，N ·mm ，2/k i i T T d g0g1x ema j η= N ·m T emax －发动机最大转矩N ·mm ； i g1－变速器一档传动比或倒档传动比； i g0－主减速器传动比 k d －动载系数 η-传动效率 1.3 传动轴花键齿侧挤压应力的校核传动轴花键齿侧挤压应力的校核 ][)2 )(4(2121j j ZL D D D D T σσ≤-+= （N/mm 2 ）式中：T j －计算转矩，N ·mm ； D 1,D 2－花键的外径和径，mm ； Z ………花键齿数 L ………花键有效长度

单元教学优化设计的方法和原则

单元教学优化设计的方法和原则陕西省宁强县巴山申学殷文刚内容摘要单元教学设计是一定水平阶段教学计划的具体化，体现了教师的教学理念。好的单元教学设计应该依据学生学习需求、教学内容、教学目标和教学环节等方面来操作，并注意教学反思，以简洁明了和适用为呈现原则。关键词单元教学设计方法原则单元教学设计，是按照某一水平阶段的教学计划，把一项教学内容的教学目标、教学重点与难点、教与学的方法和手段、教学步骤、教学组织形式、教学评价、教学资源开发等因素，按照课次相互衔接，科学系统地进行编排而成的，反映了教师对某一教学内容的整体教学构思和设计，是对水平阶段教学计划的具体化。教学活动的质量主要依靠老师的设计，“教学设计是一个分析教学问题、设计解决方法和加以实施并由此进行评价和修改，直至获得解决问题的最优方法的过程。”这是一个科学、逻辑的过程。我们可以通俗地将课堂活动设计理解为:根据学生的需求，为了完成一定的教学目标，对课堂上要教什么(课程、内容等)和怎么教(组织、方法、传媒的使用等)进行设计。教学设计体现了教师的教学理念，是教师学习、思考和创新的过程。好的都设计依据的是学生的学习需求、教学内容、教学目标和教学各环节的目的。一、前提和准备:了解学生需求，分析教材 (一)了解学生需求。学生的发展是新课程的出发点和归宿。历史课程分

析学生在目标设定、教学过程、课程评价和教学资源的开发等方面都突出了以学生为主体的思想。课程实施应成为学生在教师指导下构建知识、提高技能、活跃思维、发展个性、发展心智和拓展视野的过程。在教学活动设计的过程中考虑学生的需求和发展，是教学理念的一个根本转变;为了学生的可持续发展，教师必须做好学生的需求分析，切实了解学生想做什么，会做什么，应该做什么的问题。体现学生需求与发展的课堂活动将会是生动活泼的。分析学生需求涉及以下方面（1）学生的兴趣爱好和生活经历。（2）学生的心理和年龄特点、智能因素和认知能力、学习特点。(3) 学生以往的学习经历，如知识掌握，具备了什么学习能力，掌握了什么学习技能，存在着什么问题等。（二）分析教材。能够深入分析教材，全面掌握教材，确定教什么和教到什么程度，应该是课堂教学活动设计的基础，是取得较好教学效果的前提条件。大量事实证明，只有对教材进行深入细致的分析，真正领会教材的实质，对教材的处理符合学生的认知规律，才能够促进学生的学习，取得良好的教学效果。分析教材包括以下几个方面：（1）明确教学的总目标，领会教材的编写意图;（2）分析教材的知识体系，学生学习的基本知识是什么，所学内容在整个教材知识体系中的位置是什么，前后有什么联系，明确具体的教学要求和能力要求是什么。分析的结果是设计教学活动时的参考。（3）分析教材的重点、难点及其内容的组织结构，以便在活动设计时突出重点，突破难点。二、关键：确定教学内容确定教学内容包括以下方面，可依据对学生需求和教材的分析确定如下

偏心齿轮传动的快速优化设计_吕新生

文章编号:1004-2539(2004)02-0021-04 偏心齿轮传动的快速优化设计吕新生1高洪2张晔1 (1.合肥工业大学,安徽合肥230009) (2.安徽工程科技学院,安徽芜湖241000) 摘要偏心齿轮虽然在制造上与普通渐开线齿轮无异,却属于变传动比的非圆齿轮传动,设计计算十分复杂。本文将优化设计概念引入非圆齿轮设计,使非圆齿轮设计方法从传统的基于分析的设计发展为基于综合的设计,避免了带有较大盲目性的参数试凑和反复校验过程,提高了非圆齿轮传动设计的科学性和一次成功率。关键词偏心齿轮非圆齿轮优化目标规划引言齿轮机构是应用最为广泛的机械传动机构,具有传递功率大、效率高、传动准确可靠、寿命长、结构紧凑等优点。通常所说的齿轮传动是指传动比为常数的齿轮传动,其主要功能是传递匀速运动和恒定的动力(功率),而非圆齿轮则更多地作为运动控制元件使用,广泛应用于轻工、纺织、烟草、食品等机械中[1~5],在机构创新设计中具有重要作用。非圆齿轮传动20世纪30年代就已出现,20世纪50年代原苏联学者李特文在文献[1]中首次建立了非圆齿轮传动的系统理论,20世纪70年代起这项技术被介绍到国内,并开始进行系统研究,但至今应用有限,甚至在我国机械专业的本科生教材中都未包含这部分内容。其重要原因在于,非圆齿轮设计计算复杂,制造也很困难。进入20世纪70年代以后,由于计算机技术和数控技术的发展和广泛应用,使制约非圆齿轮应用的两大难点都有了得以克服的可能,因而掀起了新的一轮非圆齿轮研究及应用热潮,国外甚至有人将其称为非圆齿轮的/再发明(Rediscovering)0,不仅开展非圆齿轮传动的研究,而且开展了非圆带、链传动的研究,形成一个内容丰富的非匀速比传动研究领域[4]。由于齿轮数控技术的发展,非圆齿轮的制造已不再困难,但是,非圆齿轮设计计算复杂这一难点尚未得到根本克服,具体表现在以下两点。 1)现有文献中给出的某些计算公式作为分析计算工具无疑是正确的,但是如果将其用于设计计算,则缺乏可操作性,例如,文献[4]中给出的偏心齿轮计算公式以瞬时啮合角作为基本变量,要求计算时首先设定A值,其/缺点是A角的设定范围不易掌握,而且几何中心距的变化情况、特别是它的最小值l mi n不能直接求出0。[4] 2)现有文献中给出的设计方法(包括计算机辅助设计方法)均属于基于分析的设计方法,即,给定一组参数,得到分析计算(校核计算)结果,如发现不妥,则修改给定参数,再作分析与校核,具有较大的盲目性。本文将优化设计概念引入非圆齿轮设计,使非圆齿轮设计方法从传统的基于分析的设计发展为基于综合的设计,避免了带有较大盲目性的参数试凑和反复校验过程,提高了非圆齿轮传动设计的科学性和一次成功率,力求从根本上扭转由于非圆齿轮设计计算复杂困难而限制其广泛应用的局面。 1偏心齿轮简介非圆齿轮种类繁多,包括内、外啮合的直齿、斜齿偏心齿轮、椭圆齿轮,变性椭圆齿轮,以及多圈非圆齿轮等非封闭形非圆齿轮。其中偏心齿轮是指一对普通渐开线直齿圆柱齿轮,但其回转中心与几何中心不重合,形成一偏心距,从而实现变速比传动,具有制造上与普通渐开线齿轮无异、可在一定范围内代替制造复杂的其它非圆齿轮的诱人特点。吴序堂、王贵海于20世纪90年代出版的5非圆齿轮与特种齿轮传动设计6一书中[4]首先系统地提出偏心齿轮的设计方法(注:在文献[1]、[2]中也曾提到偏心圆齿轮,但那是指瞬心线为偏心圆的齿轮,而不是文献[4]5~7节中所说的回转中心与几何中心不重合的普通渐开线圆柱齿轮,后者可以同一般齿轮一样加工,却能获得非圆齿轮的传动效果),并首次提出非圆齿轮的CAD/C AM。虽然偏心齿轮在制造时与普通渐开线齿轮没有什么区别,但在设计时却与定传动比齿轮传动迥然不同,这是因为非圆齿轮传动中很多参数是瞬时变化的,例 21 第28卷第2期偏心齿轮传动的快速优化设计

空心传动轴的优化设计

空心传动轴的优化设计一、问题描述设计一重量最轻的空心传动轴。空心传动轴的D 、d 分别为轴的外径和内径。轴的长度不得小于5m 。轴的材料为45钢，密度为7.8×10-6㎏/㎜，弹性模量E=2×105MPa ，许用切应力[τ]=60MPa 。轴所受扭矩为M=2×106N·mm 。二、分析设计变量：外径D 、内径d 、长度l 设计要求：满足强度，稳定性和结构尺寸要求外，还应达到重量最轻目的。三、数学建模所设计的空心传动轴应满足以下条件：（1）扭转强度空心传动轴的扭转切应力不得超过许用值，即 τ≤[]τ 空心传动轴的扭转切应力: () 4 416d D MD -= πτ 经整理得 0107.1544≤?+-D D d （2）抗皱稳定性扭转切应力不得超过扭转稳定得临界切应力: ττ'≤ 2 327.0?? ? ??-='D d D E τ 整理得： 028.722 3 44≤?? ? ??---D d D d D D （3）结构尺寸 min l l ≥ 0≥d 0≥-d D

?????? ????=??????????=l d D x x x X 321 则目标函数为：()()[]() 32 22166221012.61012.6min x x x d D l x f -?=?-=-- 约束条件为：0107.1107.1)(15 4 14 25441≤?+-=?+-=x x x D D d X g 08.728.72)(2 /312142 4 112 /3442≤??? ? ??---= ? ? ? ??---= X x x x x x x D d D d D D g 055)(33≤-=-=x l X g 0)(24≤-==x d X g 0)(215<+-=-=x x d D X g 四、优化方法、编程及结果分析 1优化方法综合上述分析可得优化数学模型为：()T x x x X 321,,=；)(min x f ； ()0..≤x g t s i 。考察该模型，它是一个具有3个设计变量，5个约束条件的有约束非线性的单目标最优化问题，属于小型优化设计，故采用SUMT 惩罚函数内点法求解。 2方法原理内点惩罚函数法简称内点法，这种方法将新目标函数定义于可行域内，序列迭代点在可行域内逐步逼近约束边界上的最优点。内点法只能用来求解具有不等式约束的优化问题。对于只具有不等式约束的优化问题 )(min x f ),,2,1(0)(..m j x j g t s =≤

多目标规划

生态学（一级学科）；生态系统生态学（二级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布多目标规划是数学规划的一个分支。研究多于一个的目标函数在给定区域上的最优化。又称多目标最优化。通常记为 MOP(multi-objective programming)。目录编辑本段多目标规划 multiple objectives programming 数学规划的一个分支。研究多于一个目标函数在给定区域上的最优化。又称多目标最优化。通常记为 VMP。在很多实际问题中，例如经济、管理、军事、科学和工程设计等领域，衡量多目标规划

一个方案的好坏往往难以用一个指标来判断，而需要用多个目标来比较，而这些目标有时不甚协调，甚至是矛盾的。因此有许多学者致力于这方面的研究。1896年法国经济学家 V. 帕雷托最早研究不可比较目标的优化问题，之后，J.冯·诺伊曼、H.W.库恩、A.W.塔克尔、A.M.日夫里翁等数学家做了深入的探讨，但是尚未有一个完全令人满意的定义。求解多目标规划的方法大体上有以下几种：一种是化多为少的方法，即把多目标化为比较容易求解的单目标或双目标，如主要目标法、线性加权法、理想点法等；另一种叫分层序列法，即把目标按其重要性给出一个序列，每次都在前一目标最优解集内求下一个目标最优解，直到求出共同的最优解。对多目标的线性规划除以上方法外还可以适当修正单纯形法来求解；还有一种称为层次分析法，是由美国运筹学家沙旦于70年代提出的，这是一种定性与定量相结合的多目标决策与分析方法，对于目标结构复杂且缺乏必要的数据的情况更为实用。编辑本段规划简史多目标最优化思想，最早是在1896年由法国经济学家V.帕雷托提出来的。他从政治数学规划经济学的角度考虑把本质上是不可比较的许多目标化成单个目标的最优化问题，从而涉及了多目标规划问题和多目标的概念。1947年，J.冯·诺伊曼和O.莫根施特恩从对策论的角度提出了有多个决策者在彼此有矛盾的情况下的多目标问题。1951年，T.C.库普曼斯从生产和分配的活动中提出多目标最优化问题，引入有效解的概念，并得到一些基本结果。同年，H.W.库恩和 A.W.塔克尔从研究数学规划的角度提出向量极值问题,引入库恩-塔克尔有效解概念，并研究了它的必要和充分条件。1963年，L.A.扎德从控制论方面提出多指标最优化问题，也给出了一些基本结果。1968年，A.M.日夫里翁为了排除变态的有效解，引进了真有效解概念，并得到了有关的结果。自70年代以来，多目标规划的研究越来越受到人们的重视。至今关于多目标最优解尚无一种完全令人满意的定义，所以在理论上多目标规划仍处于发展阶段。编辑本段求解方法化多为少的方法即

同步带传动类型及及设计计算标准

同步带传动类型及及设计计算标准 (GB-T10414?2-2002同步带轮设计标准) 圆弧齿同步带轮轮齿ArctoothTimingtooth 直边齿廓尺寸Dimensionoflineartypepulley

1、同步带轮的型式 2、齿型尺寸、公差及技术参数 3、各种型号同步带轮齿面宽度尺寸表 4、订购须知圆弧齿轮传动类型： 1)圆弧圆柱齿轮分单圆弧齿轮和双圆弧齿轮。 2)单圆弧齿轮的接触线强度比同等条件下渐开线齿轮高，但弯曲强度比渐开线低。 3)圆弧齿轮主要采用软齿面或中硬齿面，采用硬齿面时一般用矮形齿。圆弧齿轮传动设计步骤： 1)简化设计：根据齿轮传动的传动功率、输入转速、传动比等条件，确定中心距、模数等主要参数。如果中心距、模数已知，可跳过这一

步。 2)几何设计计算：设计和计算齿轮的基本参数，并进行几何尺寸计算。 3)强度校核：在基本参数确定后，进行精确的齿面接触强度和齿根弯曲强度校核。 4)如果校核不满足强度要求，可以返回圆弧齿轮传动的特点： 1)圆弧齿轮传动试点啮合传动，值适用于斜齿轮，不能用于直齿轮。 2)相对曲率半径比渐开线大，接触强度比渐开线高。 3)对中心距变动的敏感性比渐开线大。加工时，对切齿深度要求较高，不允许径向变位切削，并严格控制装配误差。单圆弧齿轮传动小齿轮的凸齿工作齿廓在节圆以外，齿廓圆心在节圆上；大齿轮的凹齿工作齿廓在节圆内，齿廓圆心略偏於节圆以外(图2单圆弧齿轮传动的嚙合情况)。由於大齿轮的齿廓圆弧半径p2略大於小齿轮的齿廓半径p1，故当两齿廓转到K点，其公法线通过节点c时，齿便接触，旋即分离，但与它相邻的另一端面的齿廓随即接触，即两轮齿K1﹑K'1、K2﹑K'2﹑K3﹑K'3……各点依次沿嚙合线接触。因此，圆弧齿轮任一端面上凹﹑凸齿廓仅作瞬时嚙合。一对新圆弧齿轮在理论上是瞬时点嚙合，故圆弧齿轮传动又常称为圆弧点嚙合齿轮传动。轮齿经过磨合后，实际上齿廓能沿齿高有相当长的一段线接触。圆弧齿轮传动的特点是：(1)综合曲率半径比渐开线齿轮传动大很多，其接触强度比渐开线齿轮传动约高0.5～1.5倍；

传动轴设计

本科毕业设计（论文）通过答辩课程设计题目：转向轴的设计学生：学号：院（系）：专业：指导教师： 2006年 12月 10日

转向轴的设计陕西科技大学机械制造技术基础课程设计任务书题目：设计“转向轴”（年产10000件）内容：⑴零件图 1张 ⑵毛坯图 1张 ⑶工序图 1张 ⑷机械加工工艺卡片 1套 ⑸工艺规程 1套 ⑹课程设计说明书 1份

陕西科技大学课程设计说明书目录第1章………………………………………设计说明第2章………………………………………零件分析第3章………………………………………工艺分析第4章………………………………………制定工艺路线第5章………………………………………机械加工余量的确定第6章………………………………………确定切削用量第7章………………………………………加工的几点说明第8章………………………………………总结第9章………………………………………参考文献

转向轴的设计设计说明本次课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。由于能力所限设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。 1 .2.1 零件的分析 1.2.1.1 生产类型本题目所要加工的为一阶梯轴，要求批，量为10000件，可确定其生产类型为大批量生产。 1.2.1.2 零件分析题目所给定的零件是一主要支撑传动件和传递扭矩的阶梯轴，轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由圆柱面、圆锥面、螺纹、花键、沟槽等。考虑到加工工艺，在车外圆时在两端车刀无法顺利退出所以零件在两端应加退刀槽，详见零件图。 1.2.1.3 零件的工艺分析阶梯轴零件图样的视图正确、完整、尺寸、公差及技术要求齐全。本零件各表面的加工并不困难，但零件左边的键槽与其左端面距离只有3mm，有点小加工时估要精确的保证上述要求则比较困难。分析该零件是作传动齿轮转矩所用，故可以将其键槽长度做的稍微小一点，也保证了阶梯轴的强度。又零件图中的直线度精度要求较高，加工时比较困难，即定位基准要保证。 1.2.2 工艺规程的设计 1.2.2.1 确定毛坯的制造形式

流程优化设计解决方案样本

流程优化设计解决方案一、流程优化设计的指导思想: 流程优化的核心内涵是流程价值分析, 以企业价值流程分析为导向, 建立面向客户关系的价值管理体系, 能够避免企业过去”纵向价值链”管理模式不能适应当今激烈竞争市场的诸多弊端: 没法快速响应客户的需求, 过多的资金投入, 过长的建设和发展周期, 低效率的管理机制, 针对这些现象, 我们提出优化流程把握以下方面: 1、以流程价值分析为工具: 经过对企业流程的价值分析, 清楚地界定企业的主业务流程和支持业务流程, 有利于组织结构优化和组织资源的整合, 有利于识别顾客的现实需求, 有利于竖立为顾客服务的思想; 从而建立起以顾客为中心的业务流程。 2、以组织结构优化为基础: 组织是实现企业特定目标的有机载体。以主业务流程为核心, 支持业务流程为后盾, 建立组织的运行政策: ①、确定各岗位的专业化, 部门的划分, 以及直线指挥系统与参谋系统的相互关系等方面的工作任务组合; ②、建立职权指挥系统, 控制幅度和集权分权等部门与部门、人与人之间相互影响、协调和控制的机制; ③、建立最优化业务流程和信息流, 以及相应的最有效的协调和管理手段, 形成一套管理机构, 以及与之相配套的支持系统。 3、以建立核心竞争力为流程优化的目标:

在流程优化的设计中, 经过价值分析、识别、创立企业的核心能力, 使企业的核心能力成为企业战略的中心, 以此塑造企业的核心竞争力。二、流程优化设计的原则: 1、并行管理原则: 应体现为顾客创造有益价值的服务理念, 强调流程为顾客而设, 组织结构应为流程而定; 而不是流程为组织而定, 各部门职能独立和分割, 应以价值流程为中心, 强调企业整体目标和利益。 2、整体最优原则: 流程优化过程中, 应充分体现系统论思想; 注重整体流程的系统优化, 以整体流程全局最优为目标, 消除部门主义、利益分散主义。 3、集成化原则: 最大限度地实现信息整合和时时共享, 充分运用最新的IT技术, 来形成信息的获取、处理和共享使用机制, 将企业的监控机制有机的融合在业务流程和信息流之中, 有利于将过程控制与结果控制结合起来。 4、均衡发展原则: 流程优化涉及到企业的销售、研发、生产、财务等各个方面, 可是对企业来讲, 各个方面并不均衡; 因此, 企业应对某些局部流程进行管理创新, 以达企业的均衡发展。 5、简约化原则:

matlab链传动的优化设计

《链传动的优化设计》题目电动机通过链传动带动运输机，传动功率P=10kW，电动机转速n1=970r/min，从动轮转速n2=330r/min，希望链节距t<=12.7mm，中心距α≤60t。原设计方案用三排链，链节距t=12.7mm，中心距α=55t，小链轮z1=25.为发挥链的最大传动能力，试改良原设计方案。解：取kA=1.3 19≤z1≤25 9.5≤t≤12.7 50≤α≤60 0.6≤v≤15 z 1 x 1 (1)设计变量X= t = x 2 αx 3 (2)寻优数学模型minf(X)=(kA*P)/(P0*kx*kα*ki) 约束条件 g1(x)=19-x1≤0 g2(x)=x1-25≤0 g3(x)=9.5-x2≤0 g4(x)=x2-12.7≤0 g5(x)=50*x2-x3≤0 g6(x)=x3-60*x2≤0 g7(x)=37.1134-x1*x2≤0 g8(x)=x1*x2-972.835≦0 (3)优化程序首先编写目标函数M文件myfun.m:

再编写非线性约束函数M文件mycon.m: 主程序：运行结果

即最少的链排数为1.1619 所以得到较好的设计方案为（最优解） z1=23,z2=67;t=12, α=762;zp(排数)=2 源程序分析：我们在处理链传动问题上，应用了Matlab优化工具箱进行优化问题求解，调用了fmincon函数来求解，fmincon函数是优化工具箱中较为通用的一个函数，基本上可以解决单目标优化的各种问题。在这过程中，不用编写大量的优化算法程序，提高了设计效率，同时优化工具箱选用较可靠的优化算法，设计精度也得到较好的提高。程序框图

复杂载荷作用下的传动轴结构强度分析与优化设计

现代设计技术 2016-06-20

目录 1 问题描述 (2) 1.1 CAD模型简述 (2) 1.2 模型受力情况分析 (2) 2 有限元模型的建立 (3) 2.1 单元类型的选择及依据 (3) 2.2 模型材料属性 (4) 2.3 模型前处理 (5) 2.4 模型网格划分 (6) 2.5 建立刚性区域 (7) 3 有限元模型的加载 (9) 3.1 模拟轴承约束的施加 (9) 3.2 模型施加径向载荷 (9) 4 传动轴的优化设计 (11) 5课程总结 (16)

复杂载荷作用下的传动轴结构强度分析与优化设计1 问题描述 1.1 CAD模型简述作为机械传动中的常见部件，传动轴通过连接键连接左右传动齿轮。由于齿轮啮合作用力效果，传动轴往往受到弯扭组合变形作用，受力情况复杂。传统的材料力学知识对于上述复杂载荷作用下的传动轴结构强度分析很困难，相对于轴上的键槽、轴肩等辅助定位和安装的微细结构都无法考虑，这就需要借助有限元软件对上述结构及相关细节进行进一步的强度分析。传动轴模型CAD示意图如图1所示，相关尺寸如图2所示。图1传动轴三维模型传动轴总体长度427mm，各细节尺寸如图2所示。图2传动轴尺寸示意图 1.2 模型受力情况分析传动轴两端键槽通过连接键与传动齿轮连接，这里大键槽受径向力作用，作用力大小2KN，小键槽受径向力作用，作用力大小3KN，作用在两端的转矩大小为为2KN/m。

2 有限元模型的建立通过import命令导入上述传动轴模型文件，导入模型如图3所示。图3导入模型示意图 2.1 单元类型的选择及依据由于这里的传动轴属于三维实体模型，故需要采用三维单元类型对模型进行定义。SOLID 186单元是一个高阶3维20节点固体结构单元，SOLID 186具有二次位移模式可以更好的模拟不规则模型，尤其针对传动轴的键槽、轴肩等特征。该单元通过20个节点来定义，每个节点有3个沿着xyz三个方向平移的自由度，并具有任意的空间各向异性，支撑塑性，超弹性，蠕变，应力钢化，大变形，大应变能力。

传动轴结构分析与设计(精)

第五节传动轴结构分析与设计传动轴总成主要由传动轴及其两端焊接的花键轴和万向节叉组成。传动轴中一般设有由滑动叉和花键轴组成的滑动花键，以实现传动长度的变化。为了减小滑动花键的轴向滑动阻力和磨损，有时对花键齿进行磷化处理或喷涂尼龙层；有的则在花键槽中放入滚针、滚柱或滚珠等滚动元件，以滚动摩擦代替滑动摩擦，提高传动效率。但这种结构较复杂，成本较高。有时对于有严重冲击载荷的传动，还采用具有弹性的传动轴。传动轴上的花键应有润滑及防尘措施，花键齿与键槽间隙不宜过大，且应按对应标记装配，以免装错破坏传动轴总成的动平衡。传动轴的长度和夹角及它们的变化范围由汽车总布置设计决定。设计时应保证在传动轴长度处在最大值时，花键套与轴有足够的配合长度；而在长度处在最小时不顶死。传动轴夹角的大小直接影响到万向节十字轴和滚针轴承的寿命、万向传动的效率和十字轴旋转的不均匀性。在长度一定时，传动轴断面尺寸的选择应保证传动轴有足够的强度和足够高的临界转速。所谓临界转速，就是当传动轴的工作转速接近于其弯曲固有振动频率时，即出现共振现象，以致振幅急剧增加而引起传动轴折断时的转速。传动轴的临界转速为 22 2 8 10 2.1 C c C k L d D n + ? = (4—13) 式中，n k为传动轴的临界转速(r／min)；L C为传动轴长度(mm)，即两万向节中心之间的距离；d c和D c分别为传动轴轴管的内、外径(mm)。在设计传动轴时，取安全系数K=n k／n max=1.2～2.0，K=1．2用于精确动平衡、高精度的伸缩花键及万向节间隙比较小时，n max为传动轴的最高转速(r／min)。由式(4—13)可知，在D c和L c相同时，实心轴比空心轴的临界转速低，且费材料。另外，当传动轴长度超过1．5m时，为了提高n k以及总布置上的考虑，常将传动轴断开成两根或三根，万向节用三个或四个，而在中间传动轴上加设中间支承。传动轴轴管断面尺寸除满足临界转速的要求外，还应保证有足够的扭转强度。轴管的扭转切应力τc应满足

优化设计的概念和原理

优化设计的概念和原理优化设计的概念和原则概念 1前言对于任何设计者来说，其目的都是为了制定最优的设计方案，使所设计的产品或工程设施具有最佳的性能和最低的材料消耗和制造成本，以获得最佳的经济效益和社会效益。因此，在实际设计中，科技人员往往会先提出几种不同的方案，并通过比较分析来选择最佳方案。然而，在现实中，由于资金限制，选定的候选方案的数量往往非常有限。因此，迫切需要一种科学有效的数学方法，于是“优化设计”理论应运而生。优化设计是在计算机广泛应用的基础上发展起来的新技术。这是一种现代设计方法，它根据优化原理和方法将各种因素结合起来，在计算机上以人机合作或“自动探索”的方式进行半自动或自动设计，以选择现有工程条件下的最佳设计方案。其设计原则是优化设计:设计手段是电子计算机和计算程序；设计方法是采用最优化数学方法。本文将简要介绍优化设计中常用的概念，如设计变量、目标函数、约束条件等。 2设计变量设计变量是独立参数，必须在设计过程的最终选择中确定它们是选择过程中的变量，但是一旦确定了变量，设计对象就完全确定了。优化设计是研究如何合理优化这些设计变量值的现代设计方法。

机械设计中常用的独立参数包括结构的整体构型尺寸、部件的几何尺寸和材料的机械物理性能等。在这些参数中，根据设计要求可以预先给出的不是设计变量，而是设计常数。最简单的设计变量是元件尺寸，例如杆元件的长度、横截面积、弯曲元件的惯性矩、板元件的厚度等。 3目标函数目标函数是设计中要达到的目标在优化设计中，所追求的设计目标(最优指标)可以用设计变量的函数来表示。这个过程被称为建立目标函数。一般目标函数表示为 f(x)=f(xl，xZ，？，x) 此功能代表设计的最重要特征，如设计组件的性能、质量或体积以及成本。最常见的情况是使用质量作为一个函数，因为质量的大小是最容易量化的价值度量。尽管费用具有更大的实际重要性，但通常需要有足够的数据来构成费用的目标函数。目标函数是设计变量的标量函数。优化设计的过程就是优化设计变量，使目标函数达到最优值或找到目标函数的最小值(或最大值)的过程。在实际工程设计过程中，经常会遇到多目标函数的某些目标之间存在矛盾，这就要求设计者正确处理各目标函数之间的关系目前，对这类多目标函数优化问题的研究还没有单目标函数的研究成熟。有时一个目标函数可以用来表示几个期望目标的加权和，多目标问题可以转化为单目标问题来求解。4约束设计变量是优化设计中的基本参数。目标函数取决于设计变量。在

基于Solidworks／Simulation的链板结构尺寸优化设计

基于Solidworks／Simulation的链板结构尺寸优化设计链条是重要的基础零部件，其中滚子链链板结构为“8”字形机构合理，在国家标准中并未对影响链板应力分布的胯部尺寸进行规定。文章以ISO 08A型滚子链为例，利用Solidworks软件创建了08A型链条链节的三维模型，并利用Solidworks/Simulaiton对链板结构进行了应力分析，且根据其应力分布特点对其胯部尺寸进行了优化。结果显示：链板最大应力发生在销轴孔处，胯部应力次之，二者应力差值高达59MPa，分布极不合理，优化链板胯部尺寸得到，当胯部尺寸取值为0.4375倍节距时，销轴孔与胯部应力基本相等，差值为2MPa，应力分布合理，为链板结构设计提供理论指导。标签：滚子链；链板；应力分布；尺寸优化滚子链作为重要的机械基础零部件，作为牵引件被广泛的应用于机械传动、输送、农机、化工等行业领域[1]。链板是其重要的组成部分，其工作能力的优劣直接影响了链传动系统的整体性能。文献研究表明：“8”字形结构滚子链链板结构应力分布合理，是滚子链链板的最佳结构形式[2，3，4]，但是并未对最佳的“8”字形轮廓尺寸进行深入探讨。文章以ISO 08A型滚子链为例，利用Solidworks软件创建了链节三维模型，并且利用Solidworks/simulaiton分析了链板的结构应力，并以其胯部宽度尺寸为设计变量，链板销轴孔与胯部最大应力为约束，对其胯部尺寸进行了优化，使得链板应力分布更为合理，为链板结构设计提供理论指导。 1 链节三维模型滚子链包括A系列滚子链与B系列滚子链两类，其中A系类滚子链基本结构参数与节距P成一定比例关系[5]。因此，文章选择ISO 08A型滚子链对链板结构应力进行分析，优化胯部宽度尺寸，得到其与节距P尺寸比例关系具有一般意义。滚子链主要由外链板、销轴、内链板、套筒以及滚子5部分构成，其中外链板与销轴过盈配合，套筒与内链板过盈配合，滚子与套筒间隙配合，如图1所示。 2 有限元模型的创建文章利用Solidworks Simulaiton有限元设计与分析软件对链板的应力分布进行分析。 2.1 模型简化对链节整体进行计算分析，工作量大，时间长，且数据精确程度难以保障，利用模型的对称性，选择模型结构的1/2、1/4甚至1/8部分，进行计算分析，可

传动轴结构分析与设计

传动轴结构分析与设计传动轴总成主要由传动轴及其两端焊接的花键轴和万向节叉组成。传动轴中一般设有由滑动叉和花键轴组成的滑动花键，以实现传动长度的变化。为了减小滑动花键的轴向滑动阻力和磨损，有时对花键齿进行磷化处理或喷涂尼龙层；有的则在花键槽中放入滚针、滚柱或滚珠等滚动元件，以滚动摩擦代替滑动摩擦，提高传动效率。但这种结构较复杂，成本较高。有时对于有严重冲击载荷的传动，还采用具有弹性的传动轴。传动轴上的花键应有润滑及防尘措施，花键齿与键槽间隙不宜过大，且应按对应标记装配，以免装错破坏传动轴总成的动平衡。传动轴的长度和夹角及它们的变化范围由汽车总布置设计决定。设计时应保证在传动轴长度处在最大值时，花键套与轴有足够的配合长度；而在长度处在最小时不顶死。传动轴夹角的大小直接影响到万向节十字轴和滚针轴承的寿命、万向传动的效率和十字轴旋转的不均匀性。在长度一定时，传动轴断面尺寸的选择应保证传动轴有足够的强度和足够高的临界转速。所谓临界转速，就是当传动轴的工作转速接近于其弯曲固有振动频率时，即出现共振现象，以致振幅急剧增加而引起传动轴折断时的转速。传动轴的临界转速为 22 2 8 10 2.1 C c C k L d D n + ? = (4—13) 式中，n k为传动轴的临界转速(r／min)；L C为传动轴长度(mm)，即两万向节中心之间的距离；d c和D c分别为传动轴轴管的内、外径(mm)。在设计传动轴时，取安全系数K=n k／n max=1.2～2.0，K=1．2用于精确动平衡、高精度的伸缩花键及万向节间隙比较小时，n max为传动轴的最高转速(r／min)。由式(4—13)可知，在D c和L c相同时，实心轴比空心轴的临界转速低，且费材料。另外，当传动轴长度超过1．5m时，为了提高n k以及总布置上的考虑，常将传动轴断开成两根或三根，万向节用三个或四个，而在中间传动轴上加设中间支承。传动轴轴管断面尺寸除满足临界转速的要求外，还应保证有足够的扭转强度。轴管的扭转切应力τc应满足

同步带的设计计算

同步带的设计计算一、同步带概述 1.1.1同步带介绍同步带是综合了带传动、链条传动和齿轮传动的优点而发展起来的新塑传动带。它由带齿形的一工作面与齿形带轮的齿槽啮合进行传动，其强力层是由拉伸强度高、伸长小的纤维材料或金属材料组成，以使同步带在传动过程中节线长度基本保持不变，带与带轮之间在传动过程中投有滑动，从而保证主、从动轮间呈无滑差的间步传动。同步带传动（见图4-1）时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用温度-20℃―80℃，v<50m/s，P<300kw,i<10,对于要求同步的传动也可用于低速传动。图4-1 同步带传统同步带传动是由一根内周表面设有等间距齿形的环行带及具有相应吻合的轮所组成。它综合了带传动、链传动和齿轮传动各自的优点。转动时，通过带齿与轮的齿槽相啮合来传递动力。同步带传动具有准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，传动平稳，能吸振，噪音小，传动比范围大，一般可达1:10。允许线速度可达50M/S，传递功率从几瓦到百千瓦。传动效率高，一般可达98%，结构紧凑，适宜于多轴传动，不需润滑，无污染，因此可在不允许有污染和工作环境较为恶劣的场所下正常工作。本产品广泛用于纺织、机床、烟草、通讯电缆、轻工、化工、冶金、仪表仪器、食品、矿山、石油、汽车等各行业各种类型的机械传动中。同步带的使用，改变了带传动单纯为摩擦传动的概念，扩展了带传动的范围，从而成为带传动中具有相对独立性的研究对象，给带传动的发展开辟了新的途径。 1.1.2同步带的特点

(1)、传动准确，工作时无滑动，具有恒定的传动比； (2)、传动平稳，具有缓冲、减振能力，噪声低； (3)、传动效率高，可达0.98，节能效果明显； (4)、维护保养方便，不需润滑，维护费用低； (5)、速比范围大，一般可达10，线速度可达50m/s，具有较大的功率传递范围，可达几瓦到几百千瓦； (6)、可用于长距离传动，中心距可达10m以上。 1.1.3同步带传动的主要失效形式在同步带传动中常见的失效形式有如下几种： (1)、同步带的承载绳断裂破坏同步带在运转过程中承载绳断裂损坏是常见的失效形式。失效原因是带在传递动力过程中，在承载绳作用有过大的拉力，而使承载绳被拉断。此外当选用的主动捞轮直径过小，使承载绳在进入和退出带抡中承受较大的周期性的弯曲疲劳应力作用，也会产生弯曲疲劳折断(见图4-2)。图4-2 同步带承载绳断裂损坏 (2)、同步带的爬齿和跳齿