论文题目：基于MATLAB的槽轮机构优化设计

基于MATLAB的开槽圆锯片结构优化设计金刚石圆锯片是石材加工行业最重要的一种切割工具。

其超薄的结构特性，导致圆锯片横向刚度不足，在锯切加工过程中，常常出现严重的变形并伴有剧烈振动和刺耳噪声，对环境和人类生活造成极大的危害。

大量研究表明，基体开槽对实现圆锯片的减振降噪有着显著的效果。

本课题采用基于MATLAB的开槽圆锯片结构优化设计，并通过实验的方法进行对比验证，对圆锯片的振动特性进行了详细研究，主要内容如下：(1)确定优化设计中的变量，创建二次NURBS曲线槽结构的圆锯片模型。

二次NURBS曲线的三个控制点坐标值（即六个坐标值）、槽的个数和权因子，总共确定了八个设计变量。

(2)建立优化设计中的适应度函数，实现MATLAB和ANSYS两大软件的并行计算。

在MATLAB的m文件中编写ANSYS软件能够识别的命令流文件，调用ANSYS 对圆锯片进行有限元分析并产生结果文件。

MATLAB读取结果文件中的数据进行处理，得到适应度值。

(3)运用MATLAB语言实现优化程序的编写。

首先合理建立优化过程中的目标函数和约束条件，然后使用MATLAB优化工具箱编程计算。

主要包括编码和解码过程、选择过程、交叉过程和变异过程等遗传操作。

(4)利用有限元软件ANSYS对开槽圆锯片进行振动特性分析，将开槽圆锯片和未开槽圆锯片进行对比，研究基体开槽对振动的衰减作用。

(5)通过实验的方法对比开槽圆锯片和普通圆锯片在锯切工件时的横向振动加速度幅值，进一步验证开槽圆锯片的减振降噪效果。

论文通过分析开槽圆锯片工作状态下的振动特性，为圆锯片的减振降噪研究提供一定的理论依据；同时通过实验对比的方法证明优化所得结果比普通圆锯片的振动能量低，研究成果对圆锯片的开槽技术有一定的使用价值。

第一章绪论槽轮机构由槽轮和圆柱销组成的单向间歇运动机构，又称马尔他机构。

它常被用来将主动件的连续转动转换成从动件的带有停歇的单向周期性转动。

槽轮机构有外啮合和内啮合以及球面槽轮等。

外啮合槽轮机构的槽轮和转臂转向相反,而内啮合则相同，球面槽轮可在两相交轴之间进行间歇传动。

槽轮机构结构简单，易加工，工作可靠，转角准确，机械效率高。

但是其动程不可调节，转角不能太小，槽轮在起、停时的加速度大，有冲击，并随着转速的增加或槽轮槽数的减少而加剧，故不宜用于高速。

槽轮机构有外啮合和内啮合两种形式。

外啮合槽轮机构的槽轮和转臂转向相反,而内啮合则相同。

单臂外啮合槽轮机构(如图1-1)由带圆柱销的转臂、具有4条径向槽的槽轮和机架组成。

当连续转动的转臂上的圆柱销进入径向槽时;当圆柱销转出径向槽后,槽轮停止转动。

转臂转一周，槽轮完成一次转停运动。

为了保证槽轮停歇，可在转臂上固接一缺口圆盘，其圆周边与槽轮上的凹周边相配。

这样,既不影响转臂转动,又能锁住槽轮不动。

为了使槽轮能完成周期性的转停运动，槽轮上的径向槽数不能少于3。

为了避免冲击,圆柱销应切向进、出槽轮，即径向槽与转臂在此瞬间位置要互相垂直。

在满足不同间停的要求时，可采用多臂的和非对称槽的槽轮机构。

图1-11.1 槽轮机构的应用槽轮机构具有结构简单、制造容易、工作可靠和机械效率较高等优点。

但是槽轮机构在工作时有冲击，随着转速的增加及槽数的减少而加剧，故不宜用于高速，其适用范围受到一定的限制。

槽轮机构一般用于转速不是很高的自动机械、轻工机械和仪器仪表中。

例如图1-2a所示的电影放映机中的送片机构。

由槽轮带动胶片，作有停歇的送进，从而形成动态画面。

此外也常与其它机构组合，在自动生产线中作为工件传送或转位机构。

如图1-2b，为蜂窝煤制机模盘转位机构。

图1-2a 电影胶片抓拍机构图1-2b 蜂窝煤制机模盘转位机构1.2 槽轮机构的工作原理槽轮机构的运动特性槽轮机构的主要参数是槽数z 和拨盘圆柱销数k 。

课程设计报告班级：机0801姓名：徐勤秀学号：081101225指导老师：边义祥日期：2012.2.17基于MATLAB算法的机械优化设计摘要：将MA TLAB算法应用于机械优化设计，提出了MATLAB算法的优化原理及其数学模型的建立，给出求解方法，最后结合实例，求解机械优化设计的最优化问题。

关键词：MATLAB；优化设计；非线性约束最小化1.概论自MathWorks公司1984年推出MA TLAB以来，历经20多年的发展和竞争，MATLAB 语言就成为最具吸引力、应用最为广泛的数值科学计算语言。

随着其功能的不断完善，可以说，MATLAB已成为集数值计算功能、符号计算功能和计算可视化为一身的强大的科学计算语言。

本文运用MA TLAB6.5的优化工具求解机械工程设计中的最优化问题。

在国民经济各部门和科学技术的各个领域中普遍存在着最优化问题，最优化问题就是从所有可能的方案中选择出最合理的、达到最优目标的方案，即最优方案，搜索最优方案的方法就是最优化方法。

将MATLAB运用于最优化方法，使得机械优化设计更趋于科学性，同时MATLAB不用编写复杂的运算程序和各种难于掌握的优化算法，而且通俗易学，从而使优化问题更通俗化。

MATLAB的最优化技术主要包括以下两个方面的内容：（1）建立数学模型。

即用数学方法来描述最优化问题。

模型中的数学关系反映了最优化问题所要达到的目标和各种约束条件。

（2）数学求解。

数学模型建好以后，选择合理的优化方法进行求解。

2.MA TLAB优化算法的几何描述由于机械优化设计多数是非线性约束最小优化问题，通常要将问题转换为更简单的子问题，这些子问题可以求解并作为迭代过程的基础。

早期的方法通常是通过构造惩罚函数等来将有约束的最优化问题转换为无约束最优化问题进行求解。

现在，这些方法已经被更有效的基于K-T（Kuhh-Tucker）方程解的方法所取代。

K-T方程是有约束最优化问题求解的必要条件，是非线性规划算法的基础，这些算法直接计算拉格朗日乘子，通过拟牛顿法更新过程，给K-T方程积累二阶信息，可以保证有约束拟牛顿法的线性收敛。

MATLAB在齿轮优化设计中的应用任建华;刘艳层;梁振刚【摘要】Considering the volume of two gears and the related axle in the cylindrical gear reducer, it uses the optimization toolbox of MATLAB to establish objection functions,select the design variables,detemine the constraints and functions and optimize. It turned out that the arithmetic is effective and reliable, the programming is simple and the design efficiency is to be improved to use the MATLAB arithmetic. It provides a good reference value for the optimal design of gear reducer.%在圆柱齿轮减速器中，考虑到对两齿轮及相关轴体积的减小，利用MATLAB优化工具箱，建立优化目标函数、选取设计变量、确定约束条件及函数。

编程最终结果表明采用MATLAB算法求解优化问题，算法有效可靠、程序编写简单快捷，设计效率得以提高，从而为减速器的优化设计提供了良好的参考价值。

【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2014(000)011【总页数】3页(P76-78)【关键词】减速器;优化设计;MATLAB【作者】任建华;刘艳层;梁振刚【作者单位】河北工程大学机电工程学院，河北邯郸 056038;河北工程大学机电工程学院，河北邯郸 056038;河北工程大学机电工程学院，河北邯郸 056038【正文语种】中文【中图分类】TH122优化设计是现代设计法中的一个重要领域，它是从众多的可行设计方案中寻找出最佳设计方案，极大地促进了现代工程设计理论方法的发展。

基于MATLAB算法的机械优化设计作者：潘张彪2009071502机电工程学院摘要：在系统研究机械优化设计目标函数建立设计变量选取和约束条件确定的基础上，建立其优化设计数学模型然后采用matlab算法求解该优化问题。

优化结果表明采用matlab算法求解优化设计问题，不仅算法可靠有效，而且编写程序比较简单，设计效率能够得以提高。

该研究方法在解决其他机械优化设计问题时也同样适用。

关键词：matlab；圆柱齿轮减速器；优化设计前言圆柱齿轮减速器被广泛地应用于各类机械产品和装备中，因此，研究提高其承载能力，延长其使用寿命，减小其体积和质量等问题，具有重要的经济意义。

对减速器进行优化设计，选择其最佳参数是提高承载能力，减轻重量和降低成本等各项指标的一种重要途径。

本文以单级直齿圆柱齿轮减速器为研究对象，选择其体积最小为优化设计目标，建立优化设计数学模型，并利用matlab 优化工具箱进行求解1．基础知识1．数学模型的建立1.1 已知参数图1所示为单级直齿圆柱齿轮减速器的结构简图现要求在保证承载能力的条件下，以体积最小为目标进行优化设计。

已知：输入功率P=280Kw,小齿轮转速n1=980r/min,传动比i=5,齿轮的许用接触应力[&0]=855MPa,许用弯曲应力&1=261MPa,&2=213MPa;轴的许用弯曲应力&3=55MPa。

配对齿轮的结构和各部分尺寸的符号如图2所示（尺寸单位为cm）。

1.2选取设计变量如图一所示，由于齿轮和轴的尺寸（即减速器箱体内的零件）是决定减速器体积的依据，所以，根据齿轮几何尺寸和结构尺寸的计算公式，大齿轮采用辐板式，辐板上有四个均布孔，箱体内的齿轮和轴的总体积可近似地表示为：式中各符号如图一所示，取l=28cm,3l=32cm,并近似取1b=2b=b，2则由上式可知，给定传动比i后，减速器体积V取决于b，z，m，1l，1s d，2s d等6个参数，所以单级标准直齿圆柱齿轮减速器优化1设计的设计变量为：1.3建立目标函数根据齿轮结构设计的经验公式，有&=5m，D =2d-2&，2D=1.62s d,0d=0.25(2D-1D),c=0.2b。

基于Matlab/Simulink的槽轮机构间歇运动特性的分析与仿真摘要：将槽轮机构转换为倒置曲柄滑块机构，建立了槽轮机构的运动数学模型，利用Matlab计算了槽轮机构的运动参数并绘制了相应的动态曲线，该方法直观精确，提高了设计效率。

关键词：槽轮机构间歇运动Matlab/Simulink 运动特性Geneva mechanism based on Matlab/Simulink intermittent motion characteristics analysis and simulationAbstract ：Converse geneva mechanism for inverted slider-crank mechanism，the geneva machanism motion mathematical model is established，using Matlab to calculate the dynamic movement parameters of the geneva mechanism and draw the corresponding curve，the method is accurate，intuitive improves the design efficiencyKey words：the geneva mechanism intermittent motion Matlab / Simulink movement characteristics0引言：槽轮机构能将主动件连续旋转运动转换成从动件有规律的运动和停歇，是实现周期性运动和停歇的典型机构。

槽轮机构的结构简单，外形尺寸小，效率高，并能较平稳地、间歇地进行传位，在现代机械设备中得到了广泛的应用，但因传动时尚存在柔性冲击，故常用于速度不高的场合。

本文将针对槽轮机构的间歇运动，使用Matlab软件中的仿真工具箱Simulink进行运动学仿真，通过仿真得到从槽轮的运动变化曲线，并对槽轮机构的运动特性进行分析。

基于MATLAB 工具箱的机械优化设计长江大学机械1：程学院机械11005班刘刚 摘 要：机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中 找出最佳方案，从而大大提高设计效率和质量。

本文系统介绍了机械优化设计的 研究内容及常规数学模型建立的方法，同时本文通过应用实例列举出了 MATLAB 在工程上的应用。

关键词：机械优化设计；应用实例：MATLAB 工具箱；优化目标优化设计是20世纪60年代随计算机技术发展起来的一门新学科，是构成和 推进现代设计方法产生与发展的重要内容。

机械优化设计是综合性和实用性都很 强的理论和技术，为机械设计提供了一种可靠、高效的科学设计方法，使设计者 由被动地分析、校核进入主动设计，能节约原材料，降低成本，缩短设计周期， 提高设计效率和水平，提升企业竞争力、经济效益与社会效益。

国内外相关学者 和科研人员对优化设计理论方法及其应用研究十分觅视，并开展了大最工作， 其基本理论和求解手段己逐渐成熟。

国内优化设计起步较晚，但在众多学者和科研人员的不懈努力下，机械优 化设计发展迅猛，在理论上和工程应用中都取得了很大进步和丰硕成果，但与 国外先进优化技术相比还存在一定差距，在实际工程中发挥效益的优化设计方 案或设计结果所占比例不大。

计算机等辅助设备性能的提高、科技与市场的双重 驱动，使得优化技术在机械设计和制造中的应用得到了长足发展，遗传算法、神 经网络、粒子群法等智能优化方法也在优化设计中得到了成功应用。

目前，优化 设计已成为航空航天、汽午制造等很多行业生产过程的一个必须且至关重要的环 节。

一、机械优化设计研究内容概述机械优化设计是一种现代、科学的设计方法，集思考、绘图、计算、实验于 一体，其结果不仅“可行”，而且“最优S 该“最优”是相对的，随着科技的 发展以及设计条件的改变，最优标准也将发生变化。

优化设计反映了人们对客观 世界认识的深化，要求人们根据事物的客观规律，在一定的物质基和技术条件 下充分发挥人的主观能动性，得出最优的设计方案a优化设计的思想是最优设计，利用数学手段建立满足设计要求优化模型， 方法是优化方法，使方案参数沿着方案更好的方向自动调整，以从众多可行设 计方案中选出最优方案，手段是计算机，计算机运算速度极快，能够从大量方 案中选出“最优方案“。

基于MATLAB的齿轮传动的优化设计杨小芳;李建华;方宗德【摘要】齿轮机构是应用最为广泛的传动机构,而传统的设计方法繁琐且不精确,将优化设计应用到齿轮设计上有效地解决了上述问题.在众多的优化设计软件中,MATLAB在编程和数值计算方面拥有明显的优势.以二级齿轮传动为例,在系统地分析了目标函数建立、设计变量选取和约束条件确定的基础上,建立了齿轮传动的数学模型,采用SQP算法求解该优化问题.结果表明采用MATLAB求解优化设计问题,不仅算法可靠有效,而且编程简单.【期刊名称】《北京联合大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(024)002【总页数】4页(P57-60)【关键词】MATLAB;齿轮传动;优化设计;SQP算法【作者】杨小芳;李建华;方宗德【作者单位】西北工业大学,机电学院,西安,710072;西北工业大学,机电学院,西安,710072;西北工业大学,机电学院,西安,710072【正文语种】中文【中图分类】TH132.410 引言齿轮传动具有工作可靠、使用寿命长、瞬时传动比恒定、传动效率高、结构紧凑、功率和速度使用范围广泛等特点，被广泛应用于各类机械产品，并且许多专著对此进行过阐释与描述［1-2］。

传统齿轮机构的设计方法大多是依靠分析、试凑或类比的方法来确定复杂的结构参数，这就造成了可行设计方案的纰漏，使设计变得相对被动，往往需要多次重复性的工作，才能得到较满意的结果。

随着计算机技术的快速发展和优化理论的日趋成熟，最优化设计在齿轮设计上得到了实际的应用。

由于齿轮系统优化设计时涉及的参数较多，计算比较复杂，应用一般的开发语言，在编程时工作量很大，在数值方面没有明显优势，而MATLAB软件弥补了这些缺陷，在优化过程中充分体现了自己的优势［3］。

1 序列二次规划法(SQP)及函数fmincon1.1 序列二次规划法(SQP)优化算法都有自己的特点和适用范围，合理地选择优化算法对于解决工程实际问题显得非常重要。

基于 Matlab 的转运溜槽侧型优化设计艾宇;陈尚伦【摘要】The paper analyzes the movement rule of bulk material at transshipment point , in order to build a kinemat-ic equation for materials at the transshipment point using the simplified transshipment point planar model , and presents the evaluation index for judgment of the design of chute laterality , writes the chute laterality design program based on Matlab platform, to calculate and analyze the movement locus of large-scale bulk raw material at the transshipment point , hence to get the ruleof the chute laterality evaluation index changing with the parameters ofthe chute structure .Based on this, anal-ysis and discussion are performed for corresponding parameters of the chute laterality when the evaluation index takes limit values.The result shows that the new chute laterality optimal design program can effectively facilitate optimal design for transshipment chute laterality , providing certain theoretic significance and engineering values.%对散装料在转运点的运动规律进行分析，利用简化后的平面转运点模型，建立转运点物料运动方程，提出了考察溜槽侧型设计优劣的评价指标，基于Matlab平台编制了溜槽侧型优化设计程序，对某大型原料场散料在转运点的运动轨迹进行计算分析，获得了溜槽侧型评价指标随溜槽结构参数的变化规律，在此基础上，对评价指标取极值时所对应的溜槽侧型参数进行了分析和探讨。