MATLAB的V带传动优化设计说明书.zip 精品
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第一章绪论带传动结构简单、传动平稳、造价低廉、缓冲吸震，是一种常见的机械传动，其常规设计是以保证带传动不发生打滑又有足够疲劳寿命为设计准则进行的选择设计，经验性强，设计结果很难达到最优。
1问题的提出1.1.1 V带传动设计中存在形成多方案的可能性V带传动在中小功率动力传动中应用十分广泛。
在设计V带传动的过程中，需先根据己知的功率、转速、原动机和工作机类型、传动位置要求及工作条件来确定。
在传统的普通v带设计时，一般都按照以下几个步骤进行：①计算设计功率Pc；②初选普通V带的型号；③选取小带轮的基准直径及大带轮基准直径；④验算带速；⑤初选中心距和带的基准长度；⑥验算小带轮包角；⑦确定v带的根数；⑧计算初拉力；⑨计算带轮轴上的压力。
上述步骤中，在小带轮基准直径选取、带的长度和确定中心距时。
都存在形成多方案的可能性。
其主要依据是：在小带轮基准直径选取时，传统设计要求小带轮基准直径要不小于给定的该类带型的最小直径。
而带轮基准直径的选取通常应考虑系列值，不应只考虑单个值。
因为直径越小，单根带允许传递的功率越小，带的根数越多。
对不同的传递功率要求的带的根数也不同，并且在设计时还对使用带的最多根数有所限制。
在V带长度的选取时，常规设计采用由初选的中心距根据公式计算出带长。
而在设计手册上带的长度有其系列，一般各带带型有12～17种之多。
并且带长是影响带的寿命的因素之一。
常规设计步骤中有关带长的选取有一定的局限性。
1.1.2V带传动的带速应合理选择带速对传动能力、传动带寿命及轴与轴承所受压力都有较人影响，因而有必要确定较合理的带速，对小带轮基准直径选择亦有一定指导意义。
选定小带轮基准直径后，即可算出最大应力点处最小应力对应的带速。
由于传动带在循环变应力下工作，最大应力越小带的寿命越长；循环次数达到一定数值时，传动带发生疲劳破坏。
初拉力是保证带传动正常工作的重要因素。
传动带工作时的初拉力即在克服离心力作用的情况下使带传递有效圆周力。
充分发挥其传动能力。
初拉力过小易出现打滑，传动能力不能充分发挥；过大则带的寿命降低，而且轴和轴承受力增大。
传递一定功率时，带速越高则有效圆周力越小，所需带的根数越少，带传动尺寸也越小；带速过大，带在单位时间内绕过带轮次数就增加，使其疲劳寿命降低，同时使离心力显著增大，带与带轮间接触压力降低，传递有效圆周力便减少。
1.1.3设计时考虑中心距可调节的方案确定中心距在常规设计过程中起着重要的作用，它决定着带的长度和小带轮的包角。
在选取带传动的中心距时，一般跟据经验公式预估，而此经验公式给出的取值范围是比较大的。
此时不同的设计者就有可能设计出不同的方案出来。
对于将v 带传动放在高速级上的装置。
由电机直接带动主动带轮，在安装和工作中电机的位置是可以调整的，即中心距a 可调。
对这类V 带传动的设计，据据传动的结构需要初步确定中心距0a ，其取值范围为：120120.7()2()d d d d d d a d d +≤≤+，0a 确定后，根据带传动的几何关系，按下式计算出带的计算长度L d0:22100120()2()24d d d d d d d L a d d a π-≈+++ 根据计算长度L d0，从机械设计手册查V 带长度表中，选取和L d0相近的基准长度L d ，再根据L 来计算实际的中心距0a 。
由于这类V 带传动的中心距是可以调整的，故可以采用下式作近似计算，即002d d L L a a -≈+，考虑到安装调整和补偿初拉力的需要，中心距的变动范围为a min =a –0.015L d ；max 0.03d a a L =+。
对于中心距可调的V 带传动装置，当安装的空间尺寸给定时，初选中心距可不按范围值进行选取，而直接由空间尺寸决定。
在这种情况下，带传动的张紧装置采用定期张紧和自动张紧装置。
1.1.4设计中v 带传动的寿命应予以充分考虑常规的V 带设计中没有将带传动的设计寿命作为设计的主要指标。
而在实际使用中带的使用寿命是必须考虑的问题。
而带的寿命和带传动的带轮直径、传动比、带速、带长以及应力循环次数等有关。
传统设计中，在考虑上述因素或变量取值时没有明确V 带传动寿命的问题，造成有些V 带设计使用寿命较低。
1.2优化的提出1.2.1优化的定义优化是科学、工程技术和经济管理等领域的重要研究工具。
它所研究的问题是讨论在众多的方案中寻找最优方案。
例如，工程设计中怎样选择设计参数，使设计方案既满足设计要求又能降低成本；资源分配中，怎样分配有限资源，使分配方案既能满足各方面的基本要求，又能获得好的经济效益；在人类活动的各个领域中，诸如此类，不胜枚举。
优化这一技术，正是为这些问题的解决，提供理论基础和求解方法，它是一门应用广泛、实用性很强的科学。
1.2.2常见V带传动的几种优化方法●基于Kisssoft的V带传动设计●基于Visual Basic的V型带传动计算机辅助设计●用EXCEL 2000实现普通v带传动设计的辅助计算方法●模糊数学理论确定V带传动的应用●基于MFC的普通V带传动设计●基于遗传算法的普通V带传动的优化设计●基于MATLAB关于V带传动的优化设计1.2.3优化方法的确定通过比较发现，常见的V带传动优化设计方法中，Kisssoft.是专业机械设计软件平时接触较少；而使用EXCEL 2000进行设计的方法是一种新颖但是仍然计算繁琐，而且优化效果一般的方法；模糊数学理论确定V带传动的应用方法是利用模糊数学理论，采用加权平均法确定中心距，提高确定中心距的科学性的方法，这种方法与MATLAB多目标优化法有异曲同工之妙，但是没用借助计算机的辅助计算，计算量大；基于MFC的设计方法，程序编写复杂，相比之下没有VB 和MATLAB使用方便；通过比较发现使用MATLAB和VB是相对更为方便和高效的方法，在本次设计中选用MATLAB进行V带传动的优化设计，关于选择MATLAB 进的突出优点在下一节进行设计的说明。
1.3MATLAB的语言特点1.3.1编程效率高它是一种面向科学与工程计算的高级语言，允许用数学形式的语言编写程序，且比Basic、Fortran和C等语言更加接近我们书写计算公式的思维方式，用Matlab编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题。
因此，Matlab语言也可通俗地称为演算纸式科学算法语言由于它编写简单，所以编程效率高，易学易懂。
1.3.2用户使用方便MATLAB语言是一种解释执行的语言（在没被专门的工具编译之前），它灵活、方便，其调试程序手段丰富，调试速度快，需要学习时间少。
人们用任何一种语言编写程序和调试程序一般都要经过四个步骤：编辑、编译、连接以及执行和调试。
各个步骤之间是顺序关系，编程的过程就是在它们之间作瀑布型的循环。
MATLAB语言与其它语言相比，较好地解决了上述问题，把编辑、编译、连接和执行融为一体。
它能在同一画面上进行灵活操作快速排除输入程序中的书写错误、语法错误以至语意错误，从而加快了用户编写、修改和调试程序的速度，可以说在编程和调试过程中它是一种比VB还要简单的语言。
1.3.3扩充能力强高版本的MATLAB语言有丰富的库函数，在进行复杂的数学运算时可以直接调用，而且MATLAB的库函数同用户文件在形成上一样，所以用户文件也可作为MATLAB的库函数来调用。
因而，用户可以根据自己的需要方便地建立和扩充新的库函数，以便提高Matlab使用效率和扩充它的功能。
另外，为了充分利用Fortran、C等语言的资源，包括用户已编好的Fortran，C语言程序，通过建立Me调文件的形式，混合编程，方便地调用有关的Fortran，C语言的子程序。
1.3.4语句简单，内涵丰富MATLAB语言中最基本最重要的成分是函数，其一般形式为「a，6，c……] = fun（d，e，f，……），即一个函数由函数名，输入变量d，e，f,……和输出变量a，b，c……组成，同一函数名F，不同数目的输入变量（包括无输入变量）及不同数目的输出变量，代表着不同的含义（有点像面向对象中的多态性。
这不仅使Matlab的库函数功能更丰富，而大大减少了需要的磁盘空间，使得Matlab 编写的M文件简单、短小而高效。
1.3.5高效方便的矩阵和数组运算MATLAB语言象Basic、Fortran和C语言一样规定了矩阵的算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、条件运算符及赋值运算符，而且这些运算符大部分可以毫无改变地照搬到数组间的运算，有些如算术运算符只要增加“·”就可用于数组间的运算，另外，它不需定义数组的维数，并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数，使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时，显得大为简捷、高效、方便，这是其它高级语言所不能比拟的。
在此基础上，高版本的Matlab已逐步扩展到科学及工程计算的其它领域。
1.3.6方便的绘图功能MATLAB的绘图是十分方便的，它有一系列绘图函数，例如线性坐标、对数坐标，均只需调用不同的绘图函数，在图上标出图题、XY轴标注，格绘制也只需调用相应的命令，简单易行。
另外，在调用绘图函数时调整自变量可绘出不变颜色的点、线、复线或多重线。
这种为科学研究着想的设计是通用的编程语言所不及的。
总之，MATLAB语言的设计思想可以说代表了当前计算机高级语言的发展方向。
1.4设计的主要内容带传动结构简单、传动平稳、造价低廉、缓冲吸震，是一种常见的机械传动，其常规设计是以保证带传动不发生打滑又有足够疲劳寿命为设计准则进行的选择设计，经验性强，设计结果很难达到最优。
随着各种优化方法的发展和成熟，人们纷纷提出了对这种传动的优化设计。
但用C语言等一般的算法语言需要对所用优化方法理解的基础上，编写复杂而较长的优化算法程序和调试，使许多人望而却步。
而MATLAB软件的优化工具箱可以使大家从复杂的编程中解脱出来，设计人员只需给出设计参数，编写几个简单的M文件，再调用相应的优化函数就可完成，非常简单方便。
本文以V带传动没计为例，分析建立了V带传动多目标优化设计数学模型，提出了应用MATLAB实现的方法和过程，并以小带轮直径和带轮中心距为优化目标的举例说明。
第一章绪论。
主要阐述了本课题的背景、研究目的和意义等，概括了V带传动优化设计的几种方法并通过比较选择MATLAB进行优化、MATLAB的语言特点，并对研究内容做了概述。
第二章MATLAB技术研究。
对于MATLAB优化设计的所需要用到的主要内容和功能——M文件、曲线拟合和优化工具箱——进行研究。
第三章基于MATLAB的V带传动优化设计。
主要由实际案例出发，先通过常规方法进行设计，然后基于MATLAB进行Ｖ带传动多目标优化设计——先建立以带轮直径和中心距最小为综合目标的优化数学模型，并运用权重因子将多目标转化成单目标优化问题——最后与传统设计结果比较，效果明显。
