机械优化设计实验报告浙江理工大学

机械优化设计作业一、优化设计问题的提出预制一无盖水槽，现有一块长为4m，宽为3m的长方形铁板作为原材料，想在这块铁板的四个角处剪去相等的正方形以制成无盖水槽，问如何剪法使水槽的底面积最大？二、建立问题的数学模型为了建成此无盖水槽，可设在这块铁板的四个角处剪去相等的正方形的边长为X,所建造水槽的底面积为S，分析问题有次问题变成在约束条件：X≥04-2X≥03-2X≥0限制下,求目标函数：S（X）=（4-2X）(3-2X)=4-14X+12的最大值。

由此可得此问题的数学模型为：Min S（X）=4约束条件：（ =-X ≤0 （ = -（4-2X ）≤0（ =-（3-2X ）≤0 算法为黄金分割法。

四、外推法确定最优解的搜索区间用外推法确定函数S （X ）=4 索区间。

设初始点 ， =S( )=12; = +h=0+1=1， =S( )=2;比较 和 ，因为 < h=2h=2x1=2， = +h=1+2=3, 比较 和 ，因为 > ,面，故搜索区间可定为[a,b]=[1，3]。

五、算法框图六、算法程序#include <math.h>#include <stdio.h>double obfunc(double x){double ff;ff=4*X*X-14*X+12;return(ff);}void jts(double x0,double h0,double s[],int n,double a[],double b[]) {int i;double x[3],h,f1,f2,f3;h=h0;for(i=0;i<n;i++)x[0]=x0;f1=obfunc(x[0]);for(i=0;i<n;i++) x[1]=x[0]+h*s[i];f2=obfunc(x[1]);if(f2>=f1){h=-h0;for(i=0;i<n;i++)x[2]=x[0];f3=f1;for(i=0;i<n;i++){x[0]=x[1];x[1]=x[2];}f1=f2;f2=f3;}for(;;){h=2.0*h;for(i=0;i<n;i++)x[2]=x[1]+h*s[i];f3=obfunc(x[2]);if(f2<f3)break;else{for(i=0;i<n;i++){x[0]=x[1];x[1]=x[2];}f1=f2;f2=f3;}}if(h<0)for(i=0;i<n;i++){a[i]=x[2];b[i]=x[0];}elsefor(i=0;i<n;i++){a[i]=x[0];b[i]=x[2];}printf("%4d",n);}double gold(double a[],double b[],double eps,int n,double xx) double f1,f2,ff,q,w;double x[3];for(i=0;i<n;i++){x[0]=a[i]+0.618*(b[i]-a[i]);x[1]=a[i]+0.382*(b[i]-a[i]);}f1=obfunc(x[0]); f2=obfunc(x[1]);do{if(f1>f2){for(i=0;i<n;i++){b[i]=x[0];x[0]=x[1];}f1=f2;for(i=0;i<n;i++)x[1]=a[i]+0.382*(b[i]-a[i]);f2=obfunc(x[1]);}else{for(i=0;i<n;i++){a[i]=x[1];x[1]=x[0];}f2=f1;for(i=0;i<n;i++)x[0]=a[i]+0.618*(b[i]-a[i]);f1=obfunc(x[0]);}q=0;for(i=0;i<n;i++)q=q+(b[i]-a[i])*(b[i]-a[i]);w=sqrt(q);}while(w>eps);for(i=0;i<n;i++)xx=0.5*(a[i]+b[i]);ff=obfunc(xx);printf("xx=ff=%5.2f,,,,%5.2f",xx,ff);return(ff);}void main(){int n=1;double a[1],b[1],xx;double s[]={1},x0=0;double eps1=0.001,h0=0.1;jts(x0,h0,s,n,a,b);gold(a,b,eps1,n,xx);七、程序运行结果与分析（1）程序运行结果（截屏）（2）结果分析、对与函数S（X）=（4-2X）(3-2X)=4-14X+12，令(X)=8X-14=0可解的X=1.75，说明程序运行结果正确。

机械优化设计案例：某生产线自动送料机构的改进
在制造领域，生产线上的自动送料机构是确保生产流程顺畅、高效的关键环节。

然而，传统的自动送料机构往往存在效率低下、易损坏、维护成本高等问题。

为了解决这些问题，我们采用了机械优化设计的方法，对某生产线上的自动送料机构进行了改进。

该自动送料机构的主要任务是将原材料从存储区输送到生产线，并确保每次输送的数量准确。

但是，在长时间使用后，传统的送料机构常常出现卡顿、输送不准确等问题。

经过分析，我们发现这些问题主要是由于机构中的某些部件设计不合理，导致机械效率降低。

为了解决这些问题，我们采用了以下优化策略：
结构优化：利用拓扑优化技术，对送料机构的主体结构进行了重新设计，使其在满足强度和刚度的同时，减轻了重量，从而减少了动力消耗。

传动系统优化：采用了新型的齿轮和链条传动系统，减少了传动过程中的摩擦和能量损失，提高了传动效率。

控制系统优化：引入了PLC和传感器技术，实现了对送料过程的精确控制，确保了每次输送的数量准确。

维护性优化：设计了易于拆卸和维护的结构，减少了维护时间和成本。

经过上述优化后，新的自动送料机构的性能得到了显著提升。

与传统的送料机构相比，新的机构在输送速度、准确性、使用寿命和维护成本等方面都有了显著的优势。

经过实际生产验证，新的自动送料机构不仅提高了生产效率，还降低了生产成本，为企业带来了显著的经济效益。

机械工程研究报告之机械零部件的材质选择与性能优化研究摘要：本研究报告旨在探讨机械零部件的材质选择与性能优化的相关研究。

通过对不同材质的机械零部件进行性能测试和分析，结合材料科学的相关理论和方法，提出了一种综合考虑机械零部件材质选择和性能优化的方法。

实验结果表明，正确选择材质和优化零部件设计可以显著提高机械零部件的性能和寿命。

1. 引言机械零部件作为机械设备的核心组成部分，其材质选择和性能优化对于机械设备的性能和寿命具有重要影响。

随着科学技术的不断发展，材料科学的研究已经取得了显著的进展，为机械零部件的材质选择和性能优化提供了更多的可能性。

2. 材质选择的原则2.1 材料的力学性能机械零部件在工作过程中承受着各种载荷，因此材料的力学性能是选择合适材质的重要依据。

强度、韧性、硬度等指标需要根据零部件的工作条件和要求进行综合考虑。

2.2 材料的耐腐蚀性能机械设备常常面临各种腐蚀介质的侵蚀，因此材料的耐腐蚀性能也是材质选择的重要考虑因素。

根据工作环境中存在的腐蚀介质的性质和浓度，选择具有良好耐腐蚀性能的材料。

2.3 材料的加工性能材料的加工性能对于制造机械零部件的工艺和成本具有重要影响。

考虑到材料的可加工性和成本，选择适合的加工工艺和材料。

3. 性能优化的方法3.1 结构优化通过对机械零部件的结构进行优化，可以提高零部件的强度和刚度，减少应力集中和疲劳破坏的可能性。

结构优化方法包括拓扑优化、形状优化等。

3.2 表面处理表面处理可以改善机械零部件的表面性能，提高其耐磨损性、耐腐蚀性和摩擦性能。

常用的表面处理方法包括镀层、喷涂、氮化等。

3.3 热处理热处理可以改变机械零部件的组织结构和性能，提高其强度、硬度和耐磨性。

常用的热处理方法包括淬火、回火、正火等。

4. 实验结果与分析通过对不同材质的机械零部件进行性能测试和分析，比较了不同材质在强度、硬度、耐腐蚀性等方面的差异。

实验结果表明，正确选择材质和优化零部件设计可以显著提高机械零部件的性能和寿命。

机械优化设计经典实例机械优化设计是指通过对机械结构和工艺的改进，提高机械产品的性能和技术指标的一种设计方法。

机械优化设计可以在保持原产品功能和形式不变的前提下，提高产品的可靠性、工作效率、耐久性和经济性。

本文将介绍几个经典的机械优化设计实例。

第一个实例是汽车发动机的优化设计。

汽车发动机是汽车的核心部件，其性能的提升对汽车整体性能有着重要影响。

一种常见的汽车发动机优化设计方法是通过提高燃烧效率来提高功率和燃油经济性。

例如，通过优化进气和排气系统设计，改善燃烧室结构，提高燃烧效率和燃油的利用率。

此外，采用新材料和制造工艺，减轻发动机重量，提高动力性能和燃油经济性也是重要的优化方向。

第二个实例是飞机机翼的优化设计。

飞机机翼是飞机气动设计中的关键部件，直接影响飞机的飞行性能、起降性能和燃油经济性。

机翼的优化设计中，常采用的方法是通过减小机翼的阻力和提高升力来提高飞机性能。

例如，优化机翼的气动外形，减小阻力和气动失速的风险；采用新材料和结构设计，降低机翼重量，提高飞机的载重能力和燃油经济性；优化翼尖设计，减小湍流损失，提高升力系数。

第三个实例是电机的优化设计。

电机是广泛应用于各种机械设备和电子产品中的核心动力装置。

电机的性能优化设计可以通过提高效率、减小体积、降低噪音等方面来实现。

例如，采用优化电磁设计和轴承设计，减小电机的损耗和噪音，提高效率；通过采用新材料和工艺，减小电机的尺寸和重量，实现体积紧凑和轻量化设计。

总之，机械优化设计在提高机械产品性能和技术指标方面有着重要应用。

通过针对不同机械产品的特点和需求，优化设计可以提高机械产品的可靠性、工作效率、耐久性和经济性。

这些经典实例为我们提供了有效的设计思路和方法，帮助我们在实际设计中充分发挥机械优化设计的优势和潜力。

1引言近几年来，对摆动滚子从动件平面凸轮机构进行普通优化设计的较多，并能从众多满足设计要求的可行方案中，选出实现设计目标的最佳方案。

但由于设计中根据设计规范或经验确定的某些参数取值的不确定性，以及影响设计的某些因素如载荷性质、材质好坏又很难用确定的数值表示，这就导致了设计的模糊性。

而普通优化设计均未对这些模糊因素进行分析，致使设计方案难以更好地符合客观实际，为此需建立模糊优化设计的数学模型。

1.1本课题的研究意义凸轮机构广泛用于各种自动机中。

例如，自动包装机、自动成形机、自动装配机、自动机床纺织机械、农业机械印刷机械、自动办公设备、自动售货机陶瓷、机械加工中心换刀机构、高速压力机械、自动送料机械、食品机械、物流机械电子机械、自动化仪表服装加工机械、制革机械、玻璃机械、弹簧机械和汽车等。

凸轮机构之所以能够得到广泛的应用，是因为它具有传动、导向和控制等功能。

当它作为传动机构时，可以产生复杂的运动规律；当它作为导向机构时，可使工作机械的动作端产生复杂的运动轨迹；当它作为控制机构时，可控制执行机构的工作循环。

凸轮机构还具有以下优点：高速时平稳性好，重复精度高，运动特性良好，机构的构件少，体积小，刚性大，周期控制简单，运动特性良好，机构的构件少，体积小，刚性大，周期控制简单，可靠性好，寿命长。

1.2本课题国内外研究现状、水平和发展趋势随着社会发展和科技进步，各种自动机正朝着高效率、高精度、自动化程度高、优良的性能价格比、寿命长、操作简单和维修方便等方向发展。

为适应这种发展形式，满足自动机的要求，作为自动机核心部件的分度凸轮机构必须具有特性优良的凸轮曲线和高速、高精度性能。

由于计算机软件和数控技术的日益普及，凸轮CAD/CAM软件的问世，为高速高精度凸轮机构的设计、制造和检测提供了有利条件。

凸轮曲线特性优良与否直接影响凸轮机构的精度、效率和寿命。

多年来，世界上许多凸轮专家创造了数十种特性优良的凸轮曲线。

这些凸轮曲线完全能够满足各种自动机的要求。

《机械优化设计》实验指导书吴和平谢宋良编写广东工业大学机电工程学院二00六年7月印刷实验项目名称：一维优化程序的设计、调试与运用实验项目性质: 普通所属课程名称: 高等机械创新设计实验计划学时: 课内2学时一、实验目的通过本实验使学生了解常用一维优化方法的基本原理和特点，并通过对某种具体方法的编程调试及验证，加深对该方法基本理论的理解，并培养学生独立编程能力。

二、实验内容和要求学生自主从进退法、黄金分割法、二次插值法中任选一种,自编程序，调试验证后对实验指导书中所给一维问题进行求解。

三、实验主要仪器设备和材料计算机四、实验方法、步骤及结果测试1、复习教材中有关一维优化的基本理论与基本方法；2、选定某种方法，根据其算法框图编程；3、在计算机上用例题调试、验证；4、用调试好的程序求解下列所给一维优化问题.用自编优化程序求解下列一维优化问题：1、10124)(min 2+-=x x x F 搜索区间：［1，3]，迭代精度E1=10—52、60645)(min 234+-+-=x x x x x F 搜索区间:[1，10］，迭代精度E1=10-53、2)2)(1()(min -+=x x x F搜索区间：[—3,6］，迭代精度E1=10-54、3728)(min 23+--=x x x x F 搜索区间：[0，6]，迭代精度E1=10-5五、思考题1、常用一维优化方法有哪些？2、进退法、黄金分割法、二次插值法基本原理是什么？各有什么特点？六、实验报告内容要求1、所选优化方法基本原理简述；2、自编优化方法程序的打印文本；3、考核题计算结果。

4、思考题解答。

实验项目名称：多维无约束优化程序的设计、调试与运用实验项目性质: 普通所属课程名称: 高等机械创新设计实验计划学时: 课内2学时一、实验目的通过本实验使学生了解常用多维无约束优化方法的基本原理和特点，并通过对某种具体方法的编程、调试及验证，加深对该设计方法基本理论的理解，并培养学生计算机编程能力。