机械优化实例及matlab工具箱
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整理得:
1D544.3d4D4 DDd3/2 0
（3）结构尺寸
l l min d 0 Dd0
编辑ppt
设计实例1:
设：
x
1
D
x
2
d
x
3
l
则数学模型为：
mf(i ) n 6 .1(D 2 2 d 2 )l 1 6 0
6.1(2 x12x22)x31 0 6
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设计实例1:
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建立数学模型的基本原则
1）设计变量的选择： 尽量减少设计变量数目 设计变量应当相互独立
2）目标函数的确定： 选择最重要指标作为设计追求目标
3）约束条件的确定： 性能约束和边界约束
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设计实例1:
试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3m。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
16D (D4 d4)
编辑ppt
设计实例1:
空心传动轴的扭切应力:
16D (D4 d4)
经整理得:
d4D41.2 7150D0
编辑ppt
设计实例1:
（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:
'
空心传动轴的扭转稳定的临界切应力为:
' 0.7E(Dd)3/2
2D
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设计实例1:
函数名用标识符表示。
编辑ppt
1.3 数组
行向量、列向量、矩阵 1.3.1 创建数组的常用方法
1）直接列表定义数组
例如：
x=[1 2 3 4 5 6 7 8 9 0] y=[1,2,3,4,5,6,7,8,9,0] z=[1,2,3,4,5;2,3,4,5,6,7]
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1.3 数组
2）域表定义数组 变量＝初值：增量：终值｜初值：终值 变量＝（初值：增量：终值）＊常数 例如： x=0:0.02:10 y=1:80
g 1 ( X ) d 4 D 4 1 . 2 D 1 7 5 x 2 0 4 x 1 4 1 . 2 1 5 7 0 0 g 2 ( ) 1 D 4 . 3 5 d D 44 4 D D d 3 /2 1 x 1 4. 3 5 x 2 x 4 1 4 4 x 1 x 1 x 2 3 /2 0
( ) arccosl12 l22 l32 l42 2l1l4 cos
2l2 l12 l42 2l1l4 cos arctg l1 sin
l4 l1 cos
编辑ppt
设计实例2:
点M的坐标: xMxAl1cos()l5cos () yMyAl1si n ()l5sin()
( ) arccosl12 l22 l32 l42 2l1l4 cos
编辑ppt
设计实例2:
设计一再现预期轨迹mm的曲柄摇杆机构。已知xA＝ 67mm，yA＝10mm，等分数s＝12，对应的轨迹mm 上12个点的坐标值见表，许用传动角[γ]＝300。
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设计实例2:
一、建立优化设计的数学模型
点M的坐标: xMxAl1cos()l5cos () yMyAl1si n ()l5sin()
机械优化设计实例 及matlab优化工具
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机械优化设计实例
➢ 机械优化设计的一般过程 ➢ 建立数学模型的基本原则 ➢ 机械优化设计实例
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机械优化设计的一般过程
机械优化设计全过程一般可分为：
1)建立优化设计的数学模型。 2)选择适当的优化方法。 3)编写计算机程序。 4)准备必要的初始数据并上机计算。 5)对计算机求得的结果进行必要的分析。
2）确定目标函数
将曲柄一周转角分为s等分，要求连秆曲线最佳地逼近预 期轨迹mm，具体可由连杆曲线上的s个点M最佳地逼近 预期轨迹上的s个点m予以实现。由此可按点距和最小的 原则建立如下目标函数：
s
f(x) (xM ixm )2 i(yM iym )2 i
i 1
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设计实例2:
3）确定约束条件
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1.1 MATLAB窗口
启动MATLAB 其窗口如右
1、Command Window (命令窗口)
2、Workspace (工作区)
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1.2 数据表示
1、变量 变量用标识符表示（字母打头、字母、
数字、下划线组成，长度≤19）。可以合 法出现而定义。
区分大小写字母，以当前值定义其类型。 2、函数名
[τ]=60MPa。轴所受扭矩为M=1.5×106N·mm。
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。
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设计实例1:
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
空心传动轴的扭转切应力:
2l2 l12 l42 2l1l4 cos arctg l1 sin
l4 l1 cos 0 ' 其中'将由设计编的 辑ppt已知条件 出给 。
设计实例2:
该问题有8个设计变量，记为：
x x1 , x 2 , , x8 T
l1 ,l2 ,l3 ,l4,l5 ,
,
,
T 0
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设计实例2:
g 3(X ) 3 l 3 x 3 0
g4(X)dx20
g 5 (X ) D d x 1 x 2 0
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设计实例2: 平面连杆机构优化设计
一曲柄摇杆机构， M为连秆BC上一点， mm为预期的运动 轨迹，要求设计该 曲柄摇杆机构的有 关参数，使连杆上 点M在曲柄转动一 周中，其运动轨迹 (即连杆曲线)MM 最佳地逼近预期轨 迹mm。
(1)由曲柄存在条件，可得:
g1(x) l1 l2 l3 l4 0 g2(x) l1 l3 l2 l4 0 g3(x) l1 l4 l2 l3 0
(2)由杆长必须大于零及曲柄1为最短杆，可得：
g4(x)el10
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设计实例2:
(3)由满足传动角条件γ＞[γ]，可得：
g5(x)
[]arccol22sl32 (l4
2l2l3
l1)2
0Βιβλιοθήκη Baidu
g6(x)
[][18。 0arccol22sl32 (l4
2l2l3
l1)2
]0
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优化设计工具
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优化设计工具
第1部分 MATLAB基础 第2部分 优化计算工具
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第1部分 MATLAB基础
1.1 MATLAB环境简介 1.2 数据表示 1.3 数组 1.4 源文件（M－文件）
1D544.3d4D4 DDd3/2 0
（3）结构尺寸
l l min d 0 Dd0
编辑ppt
设计实例1:
设：
x
1
D
x
2
d
x
3
l
则数学模型为：
mf(i ) n 6 .1(D 2 2 d 2 )l 1 6 0
6.1(2 x12x22)x31 0 6
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设计实例1:
编辑ppt
建立数学模型的基本原则
1）设计变量的选择： 尽量减少设计变量数目 设计变量应当相互独立
2）目标函数的确定： 选择最重要指标作为设计追求目标
3）约束条件的确定： 性能约束和边界约束
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设计实例1:
试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3m。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
16D (D4 d4)
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设计实例1:
空心传动轴的扭切应力:
16D (D4 d4)
经整理得:
d4D41.2 7150D0
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设计实例1:
（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:
'
空心传动轴的扭转稳定的临界切应力为:
' 0.7E(Dd)3/2
2D
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设计实例1:
函数名用标识符表示。
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1.3 数组
行向量、列向量、矩阵 1.3.1 创建数组的常用方法
1）直接列表定义数组
例如：
x=[1 2 3 4 5 6 7 8 9 0] y=[1,2,3,4,5,6,7,8,9,0] z=[1,2,3,4,5;2,3,4,5,6,7]
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1.3 数组
2）域表定义数组 变量＝初值：增量：终值｜初值：终值 变量＝（初值：增量：终值）＊常数 例如： x=0:0.02:10 y=1:80
g 1 ( X ) d 4 D 4 1 . 2 D 1 7 5 x 2 0 4 x 1 4 1 . 2 1 5 7 0 0 g 2 ( ) 1 D 4 . 3 5 d D 44 4 D D d 3 /2 1 x 1 4. 3 5 x 2 x 4 1 4 4 x 1 x 1 x 2 3 /2 0
( ) arccosl12 l22 l32 l42 2l1l4 cos
2l2 l12 l42 2l1l4 cos arctg l1 sin
l4 l1 cos
编辑ppt
设计实例2:
点M的坐标: xMxAl1cos()l5cos () yMyAl1si n ()l5sin()
( ) arccosl12 l22 l32 l42 2l1l4 cos
编辑ppt
设计实例2:
设计一再现预期轨迹mm的曲柄摇杆机构。已知xA＝ 67mm，yA＝10mm，等分数s＝12，对应的轨迹mm 上12个点的坐标值见表，许用传动角[γ]＝300。
编辑ppt
设计实例2:
一、建立优化设计的数学模型
点M的坐标: xMxAl1cos()l5cos () yMyAl1si n ()l5sin()
机械优化设计实例 及matlab优化工具
编辑ppt
机械优化设计实例
➢ 机械优化设计的一般过程 ➢ 建立数学模型的基本原则 ➢ 机械优化设计实例
编辑ppt
机械优化设计的一般过程
机械优化设计全过程一般可分为：
1)建立优化设计的数学模型。 2)选择适当的优化方法。 3)编写计算机程序。 4)准备必要的初始数据并上机计算。 5)对计算机求得的结果进行必要的分析。
2）确定目标函数
将曲柄一周转角分为s等分，要求连秆曲线最佳地逼近预 期轨迹mm，具体可由连杆曲线上的s个点M最佳地逼近 预期轨迹上的s个点m予以实现。由此可按点距和最小的 原则建立如下目标函数：
s
f(x) (xM ixm )2 i(yM iym )2 i
i 1
编辑ppt
设计实例2:
3）确定约束条件
编辑ppt
1.1 MATLAB窗口
启动MATLAB 其窗口如右
1、Command Window (命令窗口)
2、Workspace (工作区)
编辑ppt
1.2 数据表示
1、变量 变量用标识符表示（字母打头、字母、
数字、下划线组成，长度≤19）。可以合 法出现而定义。
区分大小写字母，以当前值定义其类型。 2、函数名
[τ]=60MPa。轴所受扭矩为M=1.5×106N·mm。
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。
编辑ppt
设计实例1:
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
空心传动轴的扭转切应力:
2l2 l12 l42 2l1l4 cos arctg l1 sin
l4 l1 cos 0 ' 其中'将由设计编的 辑ppt已知条件 出给 。
设计实例2:
该问题有8个设计变量，记为：
x x1 , x 2 , , x8 T
l1 ,l2 ,l3 ,l4,l5 ,
,
,
T 0
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设计实例2:
g 3(X ) 3 l 3 x 3 0
g4(X)dx20
g 5 (X ) D d x 1 x 2 0
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设计实例2: 平面连杆机构优化设计
一曲柄摇杆机构， M为连秆BC上一点， mm为预期的运动 轨迹，要求设计该 曲柄摇杆机构的有 关参数，使连杆上 点M在曲柄转动一 周中，其运动轨迹 (即连杆曲线)MM 最佳地逼近预期轨 迹mm。
(1)由曲柄存在条件，可得:
g1(x) l1 l2 l3 l4 0 g2(x) l1 l3 l2 l4 0 g3(x) l1 l4 l2 l3 0
(2)由杆长必须大于零及曲柄1为最短杆，可得：
g4(x)el10
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设计实例2:
(3)由满足传动角条件γ＞[γ]，可得：
g5(x)
[]arccol22sl32 (l4
2l2l3
l1)2
0Βιβλιοθήκη Baidu
g6(x)
[][18。 0arccol22sl32 (l4
2l2l3
l1)2
]0
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优化设计工具
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优化设计工具
第1部分 MATLAB基础 第2部分 优化计算工具
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第1部分 MATLAB基础
1.1 MATLAB环境简介 1.2 数据表示 1.3 数组 1.4 源文件（M－文件）