具有急回特性满足运动条件机构的最优设计

发布时间：2020-06-08 17:32

【摘要】： 针对目前国内外教科书及工程应用中具有急回特性的多种常用机构,普遍存在着机构行程速比系数K没有科学、合理、严谨的确定而只是盲目试凑选择,导致了设计出的机构不仅不能挖掘机构的应用效率潜力,还会使得机构运动性能不良、运动不畅,甚至还可能会使机构设计无解,不能实现预期的运动要求。另外,即使是在设计中巧合试凑确定的速比系数尚可,但也会因没有采用最优化技术配套的设计,设计确定的几何尺寸仍然不能使机构达到最佳的运动效果,不能获得公认的最优,不能发挥机构最大的运动潜力。 本研究是依据工程具体的设计实际问题,针对多种不同的具有急回特性的机构,在追求机构最大的运动效率目标时,采用最优化技术,把追求机构最大的运动效率设计问题与数学规划理论有效的结合在一起,建立了科学、合理、严谨的最优化数学模型,理顺了函数关系式,编制了相应的计算机程序软件,利用计算机快速、精确、可靠的运算功能,寻求设计问题的最优方案和最佳设计参数。并且通过对各种具有急回特性的曲柄机构在追求机构最大的运动效率的最优设计计算,将机械最优化设计方法的优越性得以充分的体现。 本文具体是以满足机构运动性能γmin≥[γ]条件前提下,采用最优化技术,对单向工作要求的具有急回特性的多种曲柄机构,建立机构最大的急回速比系数与其它设计参数的对应函数关系,描述其函数变化规律,针对具体实际问题,计算出对应最大的急回速比系数值,并且给出相应的最佳设计参数。 本文运用了最优化技术以及和微分法两者组合的求解方法详细推导出了多种不同的具有急回特性要求的机构,在追求机构最大的运动效率时的几何关系,介绍了具有急回特性要求的偏置曲柄滑块机构的最优设计问题;介绍了具有急回特性要求的连杆曲线上有两尖点问题的曲柄机构的最优设计问题;介绍了具有急回特性要求的机械刨床机构的最优设计问题。列举了实例,通过传统设计和本文最优化设计结果的对比,体现本研究的理论教学价值和工程应用价值。
【图文】：

该设计问题最好的设计方案是：机构最小传动角minγ = 27构设计要求 [ ]minγ ≥ γ，可知：教材中列举的该设计问题是该设计问题无解的原因，其根源是教材作者或设计者盲目比系数 K=1.5，这样会使设计者无休止的“死循环”设计工程设计要求。可见机构行程速比系数 K 的科学、合理确是多么的重要。 获国家教委多次优秀教材奖的孙桓主编《机械原理》（1已知颚式破碎机行程比系数 K = 1.2，颚板1l = 300cm，颚图 1-2 所示曲柄摇杆机构。

机构最小传动角minγ =46.79539尽管采用传统设计方法得到机构最小传动角minγ = 44.64，采用最优化技术设计得到机构的最小传动角minγ = 46.79539，都能满足机构运动要求 [ ]0minγ ≥ γ= 40，但是如果设计在满足机构运动设计要求 [ ]0minγ ≥ γ= 40前提下，这种曲柄摇杆机构的行程速比系数 K 会再增大，能够超过 K=1.2，，机构的工作效率会更高。本设计没有挖掘其应有的潜力，达到最佳设计的效率值maxK 。可见机构行程速比系数 K 的科学、合理确定和采用最优化技术设计是十分重要的。白师贤在《高等机构学》、韩建友在《高等机构学》针对工学硕士、博士研究生教学的教科书中，对如图 1-3 所示具有两尖点的有急回特性的机构的曲柄机构设计问题，也没有很好的解决如何挖潜提高机构效率、寻求好最佳设计方案的问题。另外同样针对具有急回特性要求的机构设计问题还有如图 1-4 所示机械刨床等等。
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH112

【引证文献】

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1 张宏;下插式土壤浅松机的研究与关键部件的有限元分析[D];西北农林科技大学;2012年

本文编号：2703409