曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

邵春祥

摘 要：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)是一種較為常見的傳動形式，在多個領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。根據(jù)給定的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)幾何尺寸，研究其運動規(guī)律，從而對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

關(guān)鍵詞：曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 幾何尺寸 優(yōu)化設(shè)計

1 平面連桿機(jī)構(gòu)

連桿機(jī)構(gòu)是由多個構(gòu)件用低副連接而成的低副機(jī)構(gòu)。若各構(gòu)件在相互平行的平面內(nèi)運動，則稱為平面連桿機(jī)構(gòu)，否則稱為空間連桿機(jī)構(gòu)。

在連桿機(jī)構(gòu)中，由于各運動副均為低副，故接觸面間壓強(qiáng)小，磨損輕，因此承載能力大，而且，低副的運動副元素多為平面或者圓柱面，故制造比較簡單，另外，在連桿機(jī)構(gòu)中，通過改變構(gòu)件的數(shù)目或長度等，可實現(xiàn)較復(fù)雜的預(yù)期運動規(guī)律。

在如圖所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，AD為機(jī)架，BC桿不與機(jī)架直接相聯(lián)，稱為連桿;AB、CD桿與機(jī)架相聯(lián)，稱為連桿架;其中AB桿能繞機(jī)架作整周運動，CD桿只能繞機(jī)架作一定角度范圍內(nèi)的搖擺，所以該機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。

本設(shè)計研究的是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)， 其中AB對AD作整周運動的條件是：最短桿長與最長桿長之和，應(yīng)小于或等于其他兩桿長之和;組成運動副的兩桿中必須有一桿為四桿中最短桿。

2 設(shè)計題目

要求曲柄從轉(zhuǎn)到時，搖桿的轉(zhuǎn)角實現(xiàn)已知的運動規(guī)律即：且已知，分別為為極位角，其傳動角的允許范圍為。采用有關(guān)優(yōu)化方法，建立目標(biāo)函數(shù)，尋求運算條件，給出優(yōu)化結(jié)果。

3 分析計算

3.1 設(shè)計變量的確定

4 計算與優(yōu)化

計算過程中m=31，用內(nèi)懲罰函數(shù)法求目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，流程圖如下

5 結(jié)果分析

-------實際輸出角

-------理想輸出角

對上面兩個表格中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較可以得到實際輸出角與理想輸出角很接近，說明達(dá)到了優(yōu)化的預(yù)期目的。當(dāng)L4=7和8時，實際輸出角和理想輸出角都呈復(fù)數(shù)形式，不在可行區(qū)內(nèi)，因而是不可行的。