机械优化设计心得体会【篇一:机械优化设计三个案例】机械优化设计案例11. 题目对一对单级圆柱齿轮减速器,以体积最小为目标进行优化设计。
2.已知条件已知数输入功p=58kw,输入转速n1=1000r/min,齿数比u=5,齿轮的许用应力[?]h=550mpa,许用弯曲应力[?]f=400mpa。
3.建立优化模型3.1问题分析及设计变量的确定由已知条件得求在满足零件刚度和强度条件下,使减速器体积最小的各项设计参数。
由于齿轮和轴的尺寸(即壳体内的零件)是决定减速器体积的依据,故可按它们的体积之和最小的原则建立目标函数。
单机圆柱齿轮减速器的齿轮和轴的体积可近似的表示为:222v?0.25?b(d12?dz21)?0.25?b(d2?dz22)?0.25(b?c)(dg2?dg2)? ?d02c?0.25?l(dz21?dz22)?7?dz21?8?dz22?0.25?[m2z12b?dz21b?m2z12u2b?dz22b?0.8b(mz1u?10m)2?2 .05bdz22?0.05b(mz1u?10m?1.6dz2)?dz22l?28dz21?32dz22]式中符号意义由结构图给出,其计算公式为d1?mz1,d2?mz2dg2?um1z?10mdg2?1.6dz2,d0?0.25(um1z?10m?1.6dz2)c?0.2b由上式知,齿数比给定之后,体积取决于b、z1 、m、l、dz1 和dz2 六个参数,则设计变量可取为x?[x13.2目标函数为222222f(x)?0.785398(4.75x1x2x3?85x1x2x3?85x1x3?0.92x1x6?x1x5?2 222220.8x1x2x3x6?1.6x1x3x6?x4x5?x4x6?28x5?32x6)?minx2x3x4x5x6]t?[bz1mldz1dz2]t3.3约束条件的建立1)为避免发生根切,应有z?zmin?17,得1g1(x)?17?x2?2 )齿宽应满足?min?b??maxd,?min和?max为齿宽系数?d的最大值和最小值,一般取?min=0.9,?max=1.4,得g2(x)?0.9?x1(x2x3)?0g3(x)?x1(x2x3)?1.4?03)动力传递的齿轮模数应大于2mm,得g4(x)?2?x3?04)为了限制大齿轮的直径不至过大,小齿轮的直径不能大于d1max,得?0g5(x)?x2x3?3005)齿轮轴直径的范围:dzmin?dz?dzmax得g6(x)?100?x5?0g7(x)?x5?150?0g8(x)?130?x6?0?0g9(x)?x6?20 06)轴的支撑距离l按结构关系,应满足条件:l?b?2?min?0.5dz2(可取?min=20),得g10(x)?x1?0.5x6?x4?40?07)齿轮的接触应力和弯曲应力应不大于许用值,得g11(x)?1468250(x2x3x1)?550?0g12(x)?7098g13(x)?22x1x2x3(0.169?0.6666?10?2x2?0.854?10?4x2)22x1x2x3(0.2824?0.177?102x2?0.394?10?4x2)?400?0?400?028)齿轮轴的最大挠度?max不大于许用值[?],得44g(x)?117.04xxxxx4?0 4235)?0.003 149)齿轮轴的弯曲应力?w不大于许用值[?]w,得12.85?106x42g15(x)?3()?2.4?1012?5.5?0x5x2x312.85?106x42g16(x)?3()?6?1012?5.5?0x6x2x34.优化方法的选择由于该问题有6个设计变量,16个约束条件的优化设计问题,采用传统的优化设计方法比较繁琐,比较复杂,所以选用matlab优化工具箱中的fmincon函数来求解此非线性优化问题,避免了较为繁重的计算过程。
5.数学模型的求解5.1.1将已知及数据代入上式,该优化设计的数学优化模型表示为: 2222minf(x)?0.785398(4.75x1x2x3?85x1x2x3?85x1x3?2220.92x1x6? x1x5?0.8x1x2x3x6?1.6x1x3x6?x4x5222?x4x6?28x5?32x6)subject to:g1(x)?17?x2?0g2(x)?0.9?x1(x2x3)?0g3(x)?x1(x2x3)?1.4?0g4(x) ?2?x3?0g5(x)?x2x3?300?0g6(x)?100?x5?0g7(x)?x5?150?0g8(x )?130?x6?03g9(x)?x6?200?0g10(x)?x1?0.5x6?x4?40?0g11(x)?(x2x3x1)?550?0g12(x)?22?400?0x1x2x3(0.169?0.6666?10?2x2?0.854?10?4x2)g 13(x)?22?400?0x1x2x3(0.2824?0.177?102x2?0.394?10?4x2)44g14(x)?117.04x4(x2x3x5)?0.003x4?012.85?106x42g15(x)?3()?2.4?1012?5.5?0x5x2x312.85?106x42g16(x)?3()?6?1012?5.5?0x6x2x35.1.2运用matlab优化工具箱对数学模型进行程序求解首先在matlab优化工具箱中编写目标函数的m文件 myfun.m,返回x处的函数值f:function f = myfun(x)f=0.785398*(4.75*x(1)*x(2)^2*x(3)^2+85*x(1)*x(2)*x(3)^2-85*x(1)*x(3)^2+0.92*x(1)*x(6)^2-x(1)*x(5)^2+0.8*x(1)*x(2)*x(3)*x(6)-1.6*x(1)*x(3)*x(6)+x(4)*x(5)^2+x(4)*x(6)^2+28*x(5)^2+32*x(6)^2)由于约束条件中有非线性约束,故需要编写一个描述非线性约束条件的m文件mycon.m:function[c,ceq]=myobj(x)c=[17-x(2);0.9-x(1)/(x(2)*x(3));x(1)/(x(2)*x(3))-1.4;2-x(3);x(2)*x(3)-300;100-x(5);x(5)-150;130-x(6);x(6)-200;x(1)+0.5*x(6)-x(4)-40;1486250/(x(2)*x(3)*sqrt(x(1)))-550;7098/(x(1)*x(2)*x(3)^2*(0.169+0.006666*x(2)-0.0000854*x(2)^2))-400;7098/(x(1)*x(2)*x(3)^2*(0.2824+0.00177*x(2)-0.0000394*x(2)^2))-400;117.04*x(4)^4/(x(2)*x(3)*x(5)^4)-0.003*x(4);(1/(x(5)^3))*sqrt((2850000*x(4)/(x(2)*x(3)))^2+2.4*10^1 2)-5.5;(1/(x(6)^3))*sqrt((2850000*x(4)/(x(2)*x(3)))^2+6*10^13)-5.5];ceq=[];最后在command window里输入:x0=[230;21;8;420;120;160];%给定初始值4[x,fval,exitflag,output]=fmincon(@myfun,x0,[],[],[],[],[],[],@myo bj,output)%调用优化过程5.1.3最优解以及结果分析运行结果如下图所示:由图可知,优化后的最终结果为x=[123.3565 99.8517 1.7561 147.3157 150.4904 129.5096]f(x)=2.36e*107由于齿轮模数应为标准值,齿数必须为整数,其它参数也要5【篇二:一位老机械设计工程师的工作心得体会】一位老机械设计工程师的工作心得体会机械设计往往离不开自己的阅历,经验的积累固然可以从书本上学到不少,但是事非躬亲很难在脑海中留下深刻的印象,对别人的经验,自己没有一定的基础,要理解吸收真的是一件很不容易的事。
图纸,投入生产,我没见过多少能立即按图加工装配,在审图、工艺等过程发现大堆的问题很常见,包括所谓“资深”的高工,总工拿出的图纸,还是经过多次开会研究反复讨论的出来的结果,原因是多方面的,绘图的规范性,看图者的水平是一方面,但设计方对制造工艺的了解不深入是主要原因。
怎样判定自己对制造的了解程度?最简单的方法是随手抓一张自己设计的东西的图纸你是否能说出它的制造全过程。
铸、锻、车、钳、铣、刨、磨,只是这样子,肯定是不行,在机械厂做过几年的谁不知道?必须细分下去,要全面了解各过程。
比如说铸造时候怎么分型,浇口冒口怎么放,可能会有什么样的铸造缺陷产生,零件结构在热处理的时候会不会导致意外情况发生的,怎么在零件结构上进行优化,切削加工过程,在脑海中虚拟出来,总共用几把刀,转速,走刀量,甚至铁屑望哪里飞,各把刀使用的顺序,车工,铣工,磨工的操作动作全过程,如此等等,才算是有了比较好的基础。
不是说搞设计的一定要会玩车床,铣床,会烧电焊才可以,但是要知道这些作业特点,在设计时加以充分考虑,作为搞机械设计的人这样才比摇车床烧电焊的强,才有安身立命之处。
如此,在设计过程中,就会规避一些不合理的结构,设计的质量自然提高不少,可是还不够,一个有十年八年的工龄的技工能提出比你更成熟的细节方案(尽管整体的设计统筹他们做不了),但是多少个不眠的夜晚设计出就这样一个结果,岂不是斯文扫地耶?唯一的解决办法,多看书。
别人总结出来的通常与生产相结合,俱是心血的结晶。
带着问题学,多想就能消化。
再也不会说“只要保证同心度就行了”这样愚蠢的回答,关键是你已经指出保证同心度的方法,甚至前辈的错误。
这个时候,没人再叫你小钱、小赵,连老板都叫你钱工、赵工,挺受尊敬的吧。
摸摸下巴,胡子长出来了,尿布丢了,孩子叫妈了,呵呵成就感也来了。
可是设计总是为了使用,好的设计必须具备一点点人性的,设计一套工艺装备,一试产,效率高质量好,老板来搞杯庆功酒。
过了几天,发现人家弃之不用了,原因是操作者骂娘啊。
用起来痛苦啊。
而且要注意的细节又多,别个就是个操作工他要是考虑的那么多因素就不会还在那里做操作工了啊。
设计不利于使用,就面临淘汰,有很多的成套设备,如汽车的发动机变速箱之类正常运转时“挺好的,“,可其中一个小键槽,一个轴承位,什么的地方坏了,整个就不能用,厂方只卖整件,要配件不卖,自己加强还真的没地方加了,换了几个厂去买,摆了一堆,用户只好敬而远之,立了个技改项目--可怜的技改。