文档介绍：曲柄滑块机构的优化设计及运动仿真
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摘要
第1章绪论

国内外的研究现状
本文主要研究内容
第2章曲柄滑块机构的受力分析

第3章偏置式曲柄滑块机构的优化设计
优化软件的介绍
MATLAB的发展历程和影响
MATLAB在机构设计中的应用
机构优化设计实例分析
设计目标的建立
,确定约束条件
利用MATLAB进行优化设计

对优化结果进行验证和分析
第4章偏置曲柄滑块机构的运动学建模与仿真

运动学仿真的实现

对仿真结果进行分析
总结
参考文献
致谢
第一章绪论

曲柄滑块机构由于可以实现旋转运动与直线运动之间的变换,并可以实现急回运动,所以在机械设备中得到广泛的应用,如冲压机械、惯性筛、自动送料机构、冲床、剪床和往复活塞式发动机等。随着现代化工业的发展,对曲柄滑块机构的传力性能提出了更高的要求。机构的设计方法有图解法、实验法和解析法。虽然图解法、实验法比较直观,机构各组成部分的位移、速度、加速度以及所受力的大小,改变趋势都能通过反复作图一目了然,但是过程相当繁琐,且误差较大;而解析法是把机构中已知的尺寸参数和运动变量与未知的运动变量之间的关系用数学式表达出来,然后求解。只要解析式一列出,则机构在各位置时的运动变量的计算将变得简单便捷,而且精度很高。解析法的虽然有直观性差的缺点,但是随着计算机的普及和图形软件的发展将不复存在。计算结果可以很容易地通过曲线、图表甚至动画展示出来,可视化问题便得到很好的解决。
传统的曲柄滑块机构是应用图解法设计,是先给定滑块的行程速比系数K和滑块的行程H以及辅助条件(如偏距e或曲柄长度或连杆长度),来确定未知的长度尺寸,然后再检验传动角。其整个过程都是人的定性分析和试凑选择的过程,受到计算方法与手段的限制,这样设计出来精度不足,效率低,可能导致了曲柄滑块机构的运动潜能在一些领域没有得到充分的发挥。因此,可以采用解析法对曲柄滑块机构的参数方面进行优化设计,借助于计算机强大的计算处理数据的能力使其结构更加紧凑,传力性能更优。

优化设计是以数学中的最优化理论为基础,以计算机为手段,根据设计所追求的性能目标,建立目标函数,在满足给定的各种约束条件寻求最优的设计方案。对曲柄滑块机构进行优化设计,首先需要将设计问题转化成数学模型,即用优化设计的数学表达式描述工程设计问题。然后,按照数学模型的特点选择合适的优化方法和计算程序,运用计算机求解,获得最优设计方案。传统的设计方法只是要求能够解决问题,而不在意最优的设计方案,即使理论上有最优的方案,一般的手段还不容易达到。
MATLAB是Mathworks公司推出的交互式计算分析软件,最早开发是为了解决矩阵运算问题的,具有强大的运算分析功能。目前被广泛应用于自动控制、信号处理、机械设计、流体力学和数理统计等工程领域,利用该软件的仿真工具箱,我们可以在完成了设计之后,方便的实现对机构的动态仿真分析,完成对新产品的设计性能检验。可以从众多的设计方案中寻找出最佳设计方案,大大提高设计水平和质量。由于该软件的功能强大,具有集科学计算、程序设计和可视化于一体的高度集成软件环境,使它已经成为具有广泛应用前景的高级编程语言,是目前国际上公认的最优秀计算分析软件
[11]。
因此,将计算机应用于曲柄滑块机构的优化设计,建立优化设计目标的数学函数,通过优化处理软件,得到比传统的设计方法更合理的方案,使曲柄滑块机构的应用潜能得到发挥,创造更多的工业价值。

随着机械工业化的发展,机械优化设计方法越来越受到设计者的重视,采用优化设计方法能有效的提高设计效率和设计的精度要求。而曲柄滑块又是现代机械设备常用的一种传动设备,因此,对它进行优化设计,具有相当重要的意义。
曲柄滑块机构由于具有结构简单,运动规律明确,可以实现旋转运动和直线运动之间的变换,并且具有急回运动等优点,使其在机械工程设备中得到广泛的应用。但由于目前的设计方法存在着效率低,精度不足等诸多缺点,阻碍了其运动潜能