基于VB的鏈傳動(dòng)輔助設(shè)計(jì)及參數(shù)優(yōu)化【畢業(yè)論文+開題報(bào)告+外文翻譯】

基于VB的鏈傳動(dòng)輔助設(shè)計(jì)及參數(shù)優(yōu)化【畢業(yè)論文+開題報(bào)告+外文翻譯】,基于,vb,鏈傳動(dòng),輔助設(shè)計(jì),參數(shù),優(yōu)化,畢業(yè)論文,開題報(bào)告,基于VB的鏈傳動(dòng)輔助設(shè)計(jì)及參數(shù)優(yōu)化,外文翻譯 畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè) ： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 設(shè) 計(jì) 題 目 ： 基于 指 導(dǎo) 教 師 : 系 主 任： 2011年 3 月 20 日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告 據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫 2000 字左右的文獻(xiàn)綜述： 文 獻(xiàn) 綜 述 鏈傳動(dòng)是通過鏈條將具有特殊齒形的主動(dòng)鏈輪的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞到具有特殊齒形的從動(dòng)鏈輪的一種傳動(dòng)方式。鏈傳動(dòng)有許多優(yōu)點(diǎn)，與帶傳 動(dòng)相比 ， 無彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，工作可靠，效率高；傳遞功率大，過載能力強(qiáng)，相同工況下的傳動(dòng)尺寸小；所需張緊力小，作用于軸上的壓力?。荒茉诟邷?、潮濕、多塵、有污染等惡劣環(huán)境中工作。 鏈傳動(dòng)的缺點(diǎn)主要有：僅能用于兩平行軸間的傳動(dòng)；成本高，易磨損，易伸長，傳動(dòng)平穩(wěn)性差，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生附加動(dòng)載荷、振動(dòng)、沖擊和噪聲，不宜用在急速反向的傳動(dòng)中。 鏈傳動(dòng)的手工設(shè)計(jì)方法存在著工作量大，設(shè)計(jì)繁瑣，設(shè)計(jì)過程需要反復(fù)的缺點(diǎn)，利用 件的可視化編程功能，開發(fā)出一種鏈傳動(dòng)的可視化設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件，可以對(duì)常用的滾子鏈和齒形鏈進(jìn) 行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，得到所需的設(shè)計(jì)參數(shù)，從而有效提高鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)效率。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是各種相關(guān)圖表的計(jì)算機(jī)處理 1。 鏈傳動(dòng)常規(guī)設(shè)計(jì)方法存在著經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)，設(shè)計(jì)結(jié)果并非最優(yōu)的缺點(diǎn)，將優(yōu)化設(shè)計(jì)方法引入鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，針對(duì)常見的滾子鏈傳動(dòng)，建立相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，直接利用 得最優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，并與常規(guī)設(shè)計(jì)方法結(jié)果進(jìn)行比較，從而有效減少編程工作量并提高設(shè)計(jì)質(zhì)量 2 3。 傳動(dòng)的常規(guī)設(shè)計(jì)方法 設(shè)計(jì)鏈傳動(dòng)時(shí)的已知條件包括： 鏈傳動(dòng)的工作條件，傳動(dòng)位置與總體尺寸限制，所需傳動(dòng)的功率 P，主動(dòng)鏈傳動(dòng)轉(zhuǎn)速 從動(dòng)鏈傳動(dòng)轉(zhuǎn)速 i4。 設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：確定鏈條型號(hào) 、 鏈節(jié)數(shù) 輪齒數(shù) 材料和幾何尺寸，鏈傳動(dòng)的中心距 a、 壓軸力 潤滑方式和張緊裝置等。 （ 1）選擇鏈輪齒數(shù) i，一般鏈輪齒數(shù)在 17114之間。 號(hào) 節(jié)距 p P 滾子直徑 鏈節(jié)內(nèi)寬 b1 軸直徑 d2 鏈板高度 h2 距 排 排 mm 5B 8 5 3 6B 8A （ 2）計(jì)算當(dāng)量的單排鏈的計(jì)算功率 根據(jù)鏈傳動(dòng)的工作情況 、 主動(dòng)鏈輪齒數(shù)和鏈條排數(shù)，將鏈傳動(dòng)所傳遞的功率修正為當(dāng)量的單排鏈的計(jì)算功率 P )P 式中： 工況系數(shù) 主動(dòng)鏈輪齒數(shù)系數(shù) 多排鏈系數(shù)、 P 傳遞的功率， 3）確定鏈條型號(hào)和節(jié)距 p 鏈條型號(hào)根據(jù)當(dāng)量的單排鏈的計(jì)算功率 P 主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速 后確定鏈條節(jié)距 p。 （ 4）計(jì)算鏈節(jié)數(shù)和中心距 初選中心距 3050） 了避免使用過渡鏈節(jié)，應(yīng)將計(jì)算出的 鏈節(jié)數(shù) 整為偶數(shù) 傳動(dòng)的最大中心距為： a=2z1+ （ 5）計(jì)算鏈速 v，確定潤滑方 式 圖：鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)流程圖 （ 6）計(jì)算鏈傳動(dòng)作用的在軸上的壓軸力 軸力 ： 采用推薦的潤滑方式時(shí) ， 各型號(hào) 率 。若潤滑不良或不采用推薦的潤滑方式時(shí)，應(yīng)將圖中值降低；當(dāng)鏈速 vs 時(shí)，降低到 50%；當(dāng) sv7m/s 時(shí)，降低到 25%；當(dāng) v 7m/ 動(dòng)不可靠。張緊裝置時(shí)，應(yīng)將計(jì)算的中心距減小 2 55。 傳動(dòng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (技術(shù)由于精確、可靠、快速等優(yōu)點(diǎn) ， 使其在當(dāng)今的設(shè)計(jì)領(lǐng)域占有重要的地位 ， 各種系統(tǒng)也趨于完善。與常規(guī)設(shè)計(jì)方法相比，若把鏈傳動(dòng)的手工設(shè)計(jì)計(jì)算改為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，情況就大為改觀。設(shè)計(jì)人員只要輸入程序，計(jì)算機(jī)就會(huì)在程序控制下快速地完成全部的計(jì)算過程，極大地提高了鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)效率 6。 于 李麗在 程計(jì)算及應(yīng)用中提出 7， 視化編程的實(shí)現(xiàn)滾子鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)實(shí)際輸入功率、傳動(dòng)比等要求，依據(jù)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)的許用功率曲線等圖表，選取鏈節(jié)距等參數(shù)。本文將滾子鏈傳動(dòng)的整個(gè)過程編譯成 M 函數(shù)，進(jìn)行編程處理，使用時(shí)只須把 “ 徑設(shè)置為本程序所在的位置，然后在命令空間內(nèi)輸入“ 回車即出現(xiàn)可視化界面。用戶只須在輸入?yún)^(qū)根據(jù)編輯框上方的 示輸入相關(guān)的已知條件，點(diǎn)擊“應(yīng)用”按鈕程序便會(huì)按照這些初始值進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并 在輸出區(qū)給出正確結(jié)果。如需重新設(shè)計(jì)計(jì)算，點(diǎn)擊“重新設(shè)置”按鈕，各編輯框全置空白等待輸入。如要退出界面，用戶只要點(diǎn)擊“退出”按鈕 8。 金泰玉在滾子鏈傳動(dòng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中提出 9，以模塊化設(shè)計(jì)思想為指導(dǎo)，以 次開發(fā)，研制出用戶界面友好的滾子鏈傳動(dòng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)滾子鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)與校核的自動(dòng)化和繪圖的自動(dòng)化，并實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與繪圖的一體化，最終簡化工程設(shè)計(jì)步驟，提高設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量和 效率 次開發(fā)用戶可設(shè)計(jì)自己所需專用模塊程序來實(shí)現(xiàn)特定的設(shè)計(jì)、計(jì)算及繪圖，通過嵌入在其內(nèi)部的 過次開發(fā)模塊高效率地提高鏈傳動(dòng)查表、計(jì)算、設(shè)計(jì)及鏈輪的工程圖參數(shù)化繪制的方法運(yùn)用 007所支持的固定窗口，設(shè)計(jì)相應(yīng)的參數(shù)輸入、計(jì)算結(jié)果、錯(cuò)誤提示和校核成功時(shí)的提示對(duì)話框，由相應(yīng) 成以對(duì)話框形式進(jìn)行人機(jī)對(duì)話的滾子鏈傳動(dòng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā) 10 。 肖啟麗在基于 滾子鏈傳動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助計(jì)系統(tǒng)中提出 11，滾子鏈傳動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括兩個(gè)大的子系統(tǒng)，一是“滾子鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)”，二是“滾子鏈傳動(dòng)圖庫系統(tǒng)”?！皾L子鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)”所實(shí)現(xiàn)的功能是：根據(jù)滾子鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)要求，在該系統(tǒng)界面上輸入合理的原始數(shù)據(jù)。通過設(shè)計(jì)程序完成設(shè)計(jì)計(jì)算及校核工作并顯示設(shè)計(jì)結(jié)果，并且能和“滾子鏈傳動(dòng)圖庫系統(tǒng)”自動(dòng)連接，完成繪圖。“滾子鏈傳動(dòng)圖庫系統(tǒng)”所要實(shí)現(xiàn)的功能是：完成設(shè)計(jì)工作后，在該系統(tǒng)界面上選擇滾子鏈的各種標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)和其他 附加功能按鈕，如選擇繪圖比例、添加尺寸標(biāo)注等，通過程序運(yùn)行在滾子鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)”和“滾子鏈傳動(dòng)圖庫系統(tǒng)”均可獨(dú)立運(yùn)行，分別完成設(shè)計(jì)和繪圖工作，同時(shí)叉能自動(dòng)連接實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和繪圖一體化 12。 傳動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)： 張?jiān)?在基于改進(jìn)遺傳算法的套筒滾子鏈傳動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中提出 13，遺傳算法(美國 是模擬生物在自然環(huán)境 中的遺傳和進(jìn)化過程而形成的一種自適應(yīng)全局并行的概率搜索算法。遺傳算法不需要求導(dǎo)或其他輔助知識(shí)，而只需要影響搜索方向的目標(biāo)函數(shù)和相應(yīng)的適應(yīng)度函數(shù)。 不是從一個(gè)初始點(diǎn)開始尋優(yōu)，因而獲得的是全局最優(yōu)解。傳統(tǒng)的二進(jìn)制編碼的 于存在易早熟和局部尋優(yōu)能力差的缺陷，因而在工程優(yōu)化中可能得不到全局最優(yōu)解。套筒滾子鏈傳動(dòng)的優(yōu)化屬于混合離散變量的非系統(tǒng)優(yōu)化問題，通過改進(jìn)遺傳算法對(duì)該傳動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可在較短時(shí)間獲得較優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)。優(yōu)化結(jié)果表明，改進(jìn)遺傳算法能夠以較快的速度收斂到全局最優(yōu)解，而且由 于對(duì)整型變量 、 K。進(jìn)行了遺傳編碼的處理，無需再對(duì) 、 K。進(jìn)行圓整，這對(duì)其他工程問題的解決也具有一定的參考價(jià)值 14。 龔水明，詹小剛在 基于 提出 15， 就是函數(shù)的極值問題。 含一系列優(yōu)化算法函數(shù)，可以求解無約束條件的非線性極小值、二次規(guī)劃問題、線性規(guī)劃問題、有約束條件下的非線性極小值等問題。 16。 點(diǎn)函數(shù)法對(duì)鏈傳動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 對(duì)于鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)，通常的設(shè)計(jì)步驟是先憑經(jīng)驗(yàn)確定鏈輪的齒數(shù)、鏈傳動(dòng)的中心距、鏈的傳動(dòng)列數(shù)，然后根據(jù)傳動(dòng)條件計(jì)算功率、小齒輪的轉(zhuǎn)速，由鏈極限功率曲線查出單排鏈在特定條件下傳遞的最大功率，最后選擇鏈的節(jié)距號(hào)。這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法試湊盲目、設(shè)計(jì)周期長，設(shè)計(jì)結(jié)果難 以公認(rèn)最優(yōu) 17。 劉穎等在鏈傳動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中提出 18，內(nèi)點(diǎn)罰函數(shù)法的基本思想是在可行域內(nèi)部，將鏈傳動(dòng)中的不等式約束構(gòu)造一種懲罰函數(shù)，使原本有不等式約束問題轉(zhuǎn)化為一系列的無約束尋優(yōu)問題。應(yīng)用內(nèi)點(diǎn)罰函數(shù)法來對(duì)鏈傳動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式下的盲目試湊、設(shè)計(jì)周期長的缺點(diǎn)，在充分發(fā)揮鏈的最大傳遞功率情況下，以鏈的列數(shù)最少為尋優(yōu)目標(biāo)函數(shù)，從而使設(shè)計(jì)出來的鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。通過對(duì)尋優(yōu)數(shù)學(xué)模型的不斷迭代，計(jì)算結(jié)果最終趨向最優(yōu)化。內(nèi)點(diǎn)罰函數(shù)法，在鏈傳動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中具有很好的實(shí)用價(jià)值 19。 鑒于鏈傳動(dòng)的手工設(shè)計(jì)方法存在著工作量大，設(shè)計(jì)繁瑣，設(shè)計(jì)過程需要反復(fù)的缺點(diǎn)，計(jì)算機(jī)輔助鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)具有非常重要的意義。鑒于 件的強(qiáng)大可視化編程功能及數(shù)據(jù)庫訪問能力 ,將其作為開發(fā)工具，開發(fā)出一種鏈傳動(dòng)的可視化設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件，可以對(duì)常用的滾子鏈鏈傳動(dòng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與校核，得到相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，并能自動(dòng)繪制所設(shè)計(jì)的鏈輪的零件圖，從而可以有效地提高設(shè)計(jì)效率，減少設(shè)計(jì)人員的工作量，實(shí)現(xiàn)鏈傳動(dòng)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)。 由于鏈傳動(dòng)常規(guī)設(shè)計(jì)方法存在著經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)，設(shè)計(jì)結(jié)果并非最優(yōu)的缺點(diǎn)，將現(xiàn) 代優(yōu)化設(shè)計(jì)方法引入鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，針對(duì)常見的滾子鏈傳動(dòng)，建立相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，直接利用 得最優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，并與常規(guī)設(shè)計(jì)方法結(jié)果進(jìn)行比較，從而有效減少編程工作量并提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)鏈傳動(dòng)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。 總之，通過本課題的研究，利用 可視化編程技術(shù)，在開發(fā)出鏈傳動(dòng) 用 其進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)，用戶只需 通過該系統(tǒng)軟件友好的用戶界面， 輸入原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)， 即可得到設(shè)計(jì)問題的設(shè)計(jì)結(jié)果，并可以通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得最優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)。與傳統(tǒng) 的鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)方法比較，使用該系統(tǒng)可大大提高設(shè)計(jì)者的工作效率，縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。 此外，對(duì)個(gè)人而言，通過這次設(shè)計(jì)，要學(xué)會(huì)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，即通過學(xué)科之間交叉互補(bǔ)后解決實(shí)際問題的方法，掌握用 解常用的鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化方法，培養(yǎng)獨(dú)立編制計(jì)算機(jī)程序的能力，并且將理論知識(shí)與實(shí)際緊密結(jié)合，增強(qiáng)自己的工程實(shí)踐和動(dòng)手能力，從理論知識(shí)學(xué)習(xí)和應(yīng)用、工程實(shí)踐能力、計(jì)算機(jī)編程等多方面對(duì)個(gè)人進(jìn)行訓(xùn)練、鍛煉和提高。 參 考 文 獻(xiàn) 1 鄭阿奇 實(shí)用教程 M子工業(yè)出版社 ,2003 2 王超龍，陳志華 +入門與提高 M人民郵電出版社， 2007， 7 3 潘新民，王燕芳 M等教育出版社， 2001,7 4 濮良貴 八版） M2009 5 紀(jì)名剛 M2006,178 6 薛衛(wèi)東 , 鄭銀玲 J. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù) , 2000,(06) 7 李麗 . 程計(jì)算及應(yīng)用 M民郵電出版社， 2001, 8 齊世恩 M1989 9 金泰玉直齒圓錐齒輪的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) J延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào)， 2008， (4),300 302 10 肖啟敏 . 基于 J. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造2006,(12),5611 肖啟麗 . 基于 滾子鏈傳動(dòng)的計(jì)算機(jī)機(jī)輔助計(jì)系統(tǒng) J2006，（ 12）， 7912 童秉樞，李學(xué)志，吳志軍，張春風(fēng)主編機(jī)械 M北京：清華大學(xué)出版社， 1997 13 張?jiān)?J010，（ 5） 16814 孫桓機(jī)械原理 M北京：高等教育出版社 ,1998 15 龔水明，詹小剛 基于 J2008，（ 10）：9216 高俊斌 . 言與程序設(shè)計(jì) M1999 17 孫桓機(jī)械原理 M 北京：高等教育出版社 ,1998 18 劉 穎，馬 劍，彭雪鵬 . 鏈傳動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) J2005（ 4） 2719 盂兆明，常德功機(jī)械最優(yōu)設(shè)計(jì)技術(shù) M北京化學(xué)工業(yè)出版社， 2002 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 1 研究內(nèi)容： 1） 基于 行鏈傳動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件的開發(fā)。 本 課題基于 鏈傳動(dòng)輔助設(shè)計(jì)及參數(shù)優(yōu)化展開， 熟悉 發(fā)環(huán)境和編程語言，掌握 熟悉 用 以對(duì)滾子鏈和齒形鏈進(jìn)行可視化輔助設(shè)計(jì)，得到所需的設(shè)計(jì)參數(shù)。 2）基于 化工具箱的鏈傳動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) （ 1） 有關(guān)表格的 程處理 滾子鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)中的表格有：小鏈輪齒數(shù) 工作情況系數(shù) 小鏈輪齒數(shù)系數(shù) 鏈長系數(shù) 多排鏈系數(shù) 滾子鏈規(guī)格和主要參數(shù)表；鏈輪轂孔最大許用直徑 （ 2）有關(guān)線圖的 程處理 滾 子鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)中的線圖有：滾子鏈額定功率曲線； A 系列滾子鏈的額定功率曲線；推薦的潤滑方式。 （ 3）可視化界面的設(shè)計(jì) 首先用控件區(qū)域框?qū)⒄麄€(gè)界面分為左右兩個(gè)區(qū)，在框的正上方用靜態(tài)文本說明輸入?yún)^(qū)及輸出區(qū)。兩個(gè)區(qū)下面設(shè)置一些按鈕，如“重新設(shè)置” 、 “應(yīng)用” 、 “退出”等。 2、擬采用的研究手段 （ 1）查閱資料，收集準(zhǔn)備各種即將應(yīng)用到的資料和材料，掌握常用的鏈傳動(dòng)常規(guī)設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程和方法。 （ 2）熟悉 程語言、 窗體制作、數(shù)據(jù)庫訪問等技術(shù) ，掌握 （ 3）利用 以對(duì)普通 到所需的設(shè)計(jì)參數(shù)。將源代碼 進(jìn)行打包，生成可在 在設(shè)計(jì)過程中 ,將鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)中的所有圖線、區(qū)域、和數(shù)據(jù)表進(jìn)行公式化處理，并編制成程序 , 利用 制人機(jī)交換的用戶界面，按照鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)的基本流程，開發(fā)出鏈傳動(dòng)的 戶只需在可視化界面中輸入相應(yīng)的設(shè)計(jì)條件 , 即可得到鏈傳動(dòng)所需的各種設(shè)計(jì)參數(shù)。 （ 4）利用 到優(yōu)化后 的設(shè)計(jì)參數(shù)。在優(yōu)化過程中，首先利用 言建立優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，然后利用優(yōu)化工具箱提供的優(yōu)化函數(shù)求解優(yōu)化模型，得到優(yōu)化后的設(shè)計(jì)參數(shù)，并與常規(guī)設(shè)計(jì)方法結(jié)果進(jìn)行比較，對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析。 （ 5） 其基本技術(shù)路線流程圖如下： 技術(shù)路線流程圖 查閱資料 掌握 化方法 利用 利用 完成畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告 指導(dǎo)教師意見 ： 1對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語： 2對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見和對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的預(yù)測(cè)： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 基于 目錄 1 緒論 . 5 2 設(shè)計(jì)要求 . 5 3 鏈傳動(dòng)簡況及本課題的研究意義 . 6 傳動(dòng)的分類及傳動(dòng)特點(diǎn) . 6 要研究內(nèi)容 . 7 4 鏈輪的常用材料的分析 . 8 5 鏈傳動(dòng)各個(gè)參數(shù)的分析 . 9 鏈輪的齒形 . 9 距 . 9 動(dòng)鏈輪的齒 數(shù) 1z 和從動(dòng)輪齒數(shù) 2z . 12 傳動(dòng)比 I . 12 心距 A . 12 的節(jié)距 P . 13 算當(dāng)量的單排鏈的計(jì)算功率 . 13 量功率 . 13 速計(jì)算 . 15 鏈傳動(dòng)過程中的力 . 16 6 鏈傳動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型 . 17 標(biāo)函數(shù)的確定 . 17 傳動(dòng)中設(shè)計(jì)變量的確定 . 17 傳動(dòng)設(shè)計(jì)中約束條件的確定 . 18 動(dòng)輪齒數(shù) . 18 節(jié)距 p 與中心距 . 18 速 v 的約束 . 18 輪中心距 a 的約束 . 18 節(jié)數(shù) 約束 . 19 板疲勞強(qiáng)度限定的額定功率 0p 的約束 . 19 條靜強(qiáng)度 . 19 計(jì)過程 . 19 (1) 設(shè)計(jì)變量： . 19 傳動(dòng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法與結(jié)果 . 20 7 鏈傳動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法 . 21 程語言的選擇 . 21 于 . 21 . 22 序運(yùn)行界 . 22 化運(yùn)算 . 26 碼編輯窗口 . 26 8 設(shè)計(jì)實(shí)例 . 27 謝辭 . 27 主要參考文獻(xiàn)與資料 . 28 摘要 鏈傳動(dòng)被廣泛應(yīng)用于動(dòng)力傳遞中，幾乎所以的車輛和機(jī)床，還有其它機(jī)械均應(yīng)用了鏈傳動(dòng)傳動(dòng)裝置。因此，對(duì)鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)是十分重要和必要的。 這篇文章主要介紹了運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)鏈傳動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的一般方法和具體過程，優(yōu)化設(shè)計(jì)是 20世紀(jì) 60年代發(fā)展起來的一門新學(xué)科，它是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的一種相當(dāng)有效的、能尋找出最優(yōu)結(jié)果的設(shè)計(jì)方法。該設(shè)計(jì)仍然運(yùn)用了傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法，但是它又不同于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，它采用了名為 軟件，該軟件能極大地提高工作效率和設(shè)計(jì)精度，并能很 大程度地減少工作時(shí)間。 關(guān)鍵詞 鏈傳動(dòng)， 計(jì) he so of is of of by is a 960s,it is a to of on of it is it a 1 緒論 鏈傳動(dòng)是當(dāng)今應(yīng)用最為廣泛的傳動(dòng)方式之一，它主要應(yīng)用于機(jī)械領(lǐng)域，當(dāng)然在其它非機(jī)械領(lǐng)域也有十分廣泛的應(yīng)用。鏈傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)，其具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格 低廉、能緩沖吸振、能在較差的環(huán)境中工作等優(yōu)點(diǎn)。按照用途的不同，鏈條可分為三種，傳動(dòng)鏈、輸送鏈、和起重鏈。輸送鏈和起重鏈主要用于運(yùn)輸和起重機(jī)械中。在一般機(jī)械傳動(dòng)中，常用得是傳動(dòng)鏈。 傳動(dòng)鏈又可以分為短節(jié)距精密滾子鏈（簡稱滾子鏈）、齒形連燈類型。其中滾子鏈常用于傳動(dòng)系統(tǒng)的低速級(jí)，一般傳遞功率在 100下，鏈速不超15m/s，推薦使用最大的傳動(dòng)比 8。齒形鏈應(yīng)用較少。本課題主要討論滾子鏈。鏈傳動(dòng)在機(jī)械中應(yīng)用得最廣，比如各摩托車、自行車、大型機(jī)械中均有鏈傳動(dòng)的應(yīng)用。 隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，鏈已經(jīng)標(biāo) 準(zhǔn)化、系列化，根據(jù)主要尺寸和抗拉載荷的不同可分為 兩種系列，其中 A 系列適用于以美國為中心的西半球，課題主要研究 產(chǎn)品設(shè)計(jì)的數(shù)字化方法使鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方法、生產(chǎn)方法更加方便快捷，更加多樣化、精確化，產(chǎn)品質(zhì)量也得以提高。 產(chǎn)品設(shè)計(jì)的數(shù)字化是把數(shù)學(xué)規(guī)劃與計(jì)算方法應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)，按照預(yù)定的目標(biāo)。借助于計(jì)算機(jī)的運(yùn)行尋求最優(yōu)設(shè)計(jì)方案的有關(guān)參數(shù)， 從而獲得好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，其實(shí)也就是產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)。隨著我國對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷地掌握和發(fā)展，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在國內(nèi)得到了迅 速發(fā)展和普及應(yīng)用，現(xiàn)在該方法已應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)全過程。優(yōu)化設(shè)計(jì)過程要用到程序語言，該設(shè)計(jì)用的是 此本課題將是一個(gè) 優(yōu)化設(shè)計(jì)緊密相結(jié)合的、在 開發(fā)完成之后，將會(huì)生成一個(gè)模塊，可在其上輸入相關(guān)參數(shù)，然后由程序自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，最終輸出一個(gè)最優(yōu)結(jié)果。 2 設(shè)計(jì)要求 根據(jù)鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)理論，根據(jù)參數(shù)化設(shè)計(jì)的原理，建立起帶傳動(dòng)的參數(shù)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，并采用一定的算法，編出程序來實(shí)現(xiàn)其參數(shù)化設(shè)計(jì)過程。 進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 3 鏈傳動(dòng)簡況及本課題的研究意義 傳動(dòng)的分類及傳動(dòng)特點(diǎn) 鏈傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)，它由鏈條和鏈輪（小鏈輪和大鏈輪）組成。鏈條是由滾子、套筒、銷軸、內(nèi)鏈板和外鏈板組成。內(nèi)鏈板和套筒之間、外鏈板和銷軸之間為過盈配合，滾子與套筒之間、套筒與銷軸之間為間隙配合。當(dāng)內(nèi)外鏈板相對(duì)擾曲時(shí)，套筒可繞銷軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。滾子是活套在套筒上的，工作時(shí)，滾子沿連輪齒廓滾動(dòng)，這樣就可以減輕齒廓的磨 損。鏈的磨損主要發(fā)生在銷軸與套筒的接觸面上。因此，內(nèi)外鏈板間應(yīng)留少許間隙，以便潤滑油滲入銷軸和套筒的摩擦面間。鏈輪是由輪齒、輪緣、輪輻和輪轂組成。通過鏈輪輪齒與鏈條鏈節(jié)的嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。鏈板一般制成 8字形，以使它的各個(gè)橫截面具有接近相等得抗拉強(qiáng)度，同時(shí)也減小了鏈得質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力。當(dāng)傳動(dòng)大功率時(shí)，可采用雙排鏈或多排鏈。多排練的承載能力與排數(shù)成正比。但由于精度的影響，個(gè)排練承載的載荷不易均勻，故排數(shù)不宜過多。當(dāng)鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，接頭處可用用開口銷或癱瘓卡片來固定，一般前者用于大節(jié)距，后者用于小節(jié)距；當(dāng) 鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，需采用過渡鏈節(jié)。由于過渡鏈節(jié)得鏈板要受附加彎矩得作用，所以在一般情況下最好不用奇數(shù)鏈節(jié)。滾子鏈和鏈輪嚙合得基本參數(shù)是節(jié)距 p,滾子外徑 內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬 距增大時(shí)，鏈條中各零件的尺寸也要相應(yīng)的增大，可傳遞功率也隨著增大。鏈的使用壽命在很大程度上取決于鏈的材料及熱處理方法。因此，組成鏈的所有原件均需經(jīng)過熱處理，一提高其強(qiáng)度、耐磨性和耐沖擊性。與摩擦型得帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)無彈性滑動(dòng)和整體打滑現(xiàn)象，因而能保持準(zhǔn)確得平均傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率較高；又因鏈條不需要像帶那樣張的很緊， 所以作用于軸上的徑向壓力較小；鏈條采用金屬材料制成，在同樣的使用條件下，鏈傳動(dòng)的整體尺寸較小，結(jié)構(gòu)較為緊湊；同時(shí)，鏈傳動(dòng)能在高溫和濕潤得環(huán)境中工作。 與齒輪傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)得制造和安裝精度要求較低，成本也低。在遠(yuǎn)距離傳動(dòng)時(shí)，其結(jié)構(gòu)比齒輪傳動(dòng)輕便的多。 鏈傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是：只能實(shí)現(xiàn)平行軸間鏈輪的同向傳動(dòng)；運(yùn)動(dòng)時(shí)不能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比；磨損后易發(fā)生跳齒；工作時(shí)有噪聲；不易用在載荷變化很大、高速和急速反向的傳動(dòng)中。 鏈傳動(dòng)主要用在要求工作可靠，兩軸相距較遠(yuǎn)，低速重載，工作環(huán)境惡劣，以及其 他不已采用齒輪傳動(dòng)的場合。例如摩托車上應(yīng)用了鏈傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)上大為簡化，而且適用方便可靠；掘土機(jī)得運(yùn)行機(jī)構(gòu)就采用了鏈傳動(dòng)，它雖然經(jīng)常受到土塊、泥漿和瞬時(shí)過載的影響，依然能很好的工作。 要研究內(nèi)容 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是把數(shù)學(xué)規(guī)劃理論和計(jì)算方法應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)，按照預(yù)定的目標(biāo)，借助與電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算尋求最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案的有關(guān)參數(shù)，從而獲得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，進(jìn)而對(duì)機(jī)械零件結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇進(jìn)行優(yōu)化，從而在滿足一定工作條件下，使工作零件結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇盡可能達(dá)到最優(yōu)。 在實(shí)際生產(chǎn)中 ,鏈傳動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)系到 生產(chǎn)成本的減低。本文的研究目的是尋求鏈傳動(dòng)的最有效設(shè)計(jì)方法，使鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)更加簡單方便。進(jìn)一步開發(fā)出設(shè)計(jì)鏈傳動(dòng)的專用設(shè)計(jì)程序，并通過設(shè)計(jì)程序 ,對(duì)鏈傳動(dòng)的各個(gè)參數(shù)尺寸進(jìn)行初步的優(yōu)化，對(duì)鏈傳動(dòng)的后續(xù)設(shè)計(jì)提供最有參考價(jià)值的數(shù)據(jù)。 本文所設(shè)計(jì)的鏈傳動(dòng)的方向和內(nèi)容，國內(nèi)國外沒有完整的可供參考的資料，完全是根據(jù)鏈傳動(dòng)的基本設(shè)計(jì)理論，優(yōu)化設(shè)計(jì)基本思想與 術(shù)相結(jié)合，在鏈傳動(dòng)參數(shù)化設(shè)計(jì)上的大膽有意義的探索！是鏈傳動(dòng)參數(shù)化設(shè)計(jì)一系列課題中很小的一部分！ 本文針對(duì)鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)變量的性質(zhì)不同、取值離散性大和受設(shè)計(jì)標(biāo) 準(zhǔn)限制多等關(guān)鍵技術(shù)問題，研究優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的建立、繪圖程序編制與支撐平臺(tái)的關(guān)系和鏈傳動(dòng)的計(jì)算程序結(jié)構(gòu)等，為實(shí)現(xiàn)鏈傳動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與參數(shù)化繪圖的一體化提供依據(jù)和實(shí)現(xiàn)的手段。主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容： （ 1）根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)際問題和對(duì)設(shè)計(jì)所提出的要求，建立優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，確定鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)變量，建立目標(biāo)函數(shù)、約束條件等具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型； （ 2）按照數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法，和相應(yīng)的計(jì)算程序，針對(duì)常用鏈傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立設(shè)計(jì)變量與各個(gè)幾何尺寸之間的基本關(guān)系，為參數(shù)化繪圖接口 模塊程序編制提供依據(jù)，對(duì)設(shè)計(jì)變量數(shù)，約束條件數(shù)，目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)的復(fù)雜程度等進(jìn)行分析； （ 3）根據(jù)優(yōu)化計(jì)算結(jié)果，對(duì)鏈傳動(dòng)進(jìn)行再設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高鏈傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)合理性、尋求幾何尺寸的最佳組合 , 協(xié)調(diào)零件之間的尺寸關(guān)系；分析輸出結(jié)果是否達(dá)到預(yù)期的目的，檢查數(shù)學(xué)模型，所用優(yōu)化方法及輸入數(shù)據(jù)是否正確，進(jìn)行必要的修正后再作運(yùn)算，對(duì)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使其滿足實(shí)際要求。 （ 4）在具體的設(shè)計(jì)中，會(huì)遇到某一優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，可采用不同的算法求解，為提高設(shè)計(jì)和繪圖效率，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，開發(fā)出鏈傳動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與參數(shù)化自動(dòng)繪圖軟件包提出具體的實(shí)施方案，并遵循以下幾個(gè)原則： 1）可靠性要好：在合理的精度要求下，在一定的計(jì)算時(shí)間內(nèi)，求解優(yōu)化問題的成功率越高，可靠性越好。 2）效率要高：算法的效率是指解題的效率，一般可用算法所用計(jì)算時(shí)間或計(jì)算函數(shù)的次數(shù)來衡量，最好選用不計(jì)算梯度與海色矩陣的優(yōu)化方法，盡可能選用計(jì)算過程中調(diào)用函數(shù)值次數(shù)少的優(yōu)化方法。 3）穩(wěn)定性要好 ：遇到高度非線性的偏心率大的函數(shù)時(shí)，不會(huì)因?yàn)橛?jì)算機(jī)字長截?cái)嗾`差迭代過程正常運(yùn)行，而中斷運(yùn)算過程。 4）采用成熟的計(jì)算程序：對(duì)現(xiàn)有的成熟的計(jì)算程序應(yīng)盡可能的采用，使得解題簡便 。 4 鏈輪的常用材料的分析 鏈輪輪齒要具有足夠得耐磨性和強(qiáng)度。由于小鏈輪輪齒的嚙合次數(shù)比大鏈輪得，所受的沖擊也較大，故小鏈輪應(yīng)采用較好得材料制造。鏈輪常用的材料和應(yīng)用范圍見表 1. 表 1 鏈輪常用的材料及齒面硬度 材料 熱處理 熱處理后的硬度 應(yīng)用范圍 15 ， 20 滲碳 、 淬火 、回火 50 60鏈輪 40 、 50 、70 淬火 、回火 4050 劇烈振動(dòng)及沖擊的鏈輪 15 20碳、淬火、回火 5060 動(dòng)載荷及傳動(dòng)較大功率得重要鏈輪（ 夾布膠木 率 小于 6度較高、要求傳動(dòng)平穩(wěn)和噪聲小的鏈輪 5 鏈傳動(dòng)各個(gè)參數(shù)的分析 鏈輪的齒形 滾子鏈與鏈輪的嚙合屬于非共軛嚙合，其鏈輪齒形得設(shè)計(jì)比較靈活。在國標(biāo) 1234沒有規(guī)定具體得鏈輪齒形，僅僅規(guī)定了最小和最大得齒槽形狀及其極限參數(shù)。實(shí)際齒槽形狀取決于加工輪齒得刀具和加工方法，并應(yīng)使其位于最小和最大齒槽形狀之間。 距 鏈輪的基本參數(shù)是配用鏈條節(jié)距 p,套筒的最大外徑 距 和表 3 . 表 2 滾子鏈輪的主要尺 寸 名稱 符號(hào) 計(jì)算公式 備注 分度圓直徑 d d=p/800/z) 齒頂圓直徑 da d+p(1)d+ 到刀具限制 齒根圓直 df df=徑 齒高 ha 0.5(a+b)/2 節(jié)距多邊形以上部分的齒高，用于繪制放大尺寸的齒槽形狀（見表9 確定的最大軸凸緣直徑 dg dg=800/z)內(nèi)鏈板高度，見表 9： 取整數(shù)、其他尺寸精確到 表 3 滾子鏈鏈輪軸向齒廓尺寸 名稱 符號(hào) 計(jì)算公式 備注 p 用者和客戶同意，也可以使用 p 的齒寬。 為內(nèi)節(jié)內(nèi)寬，見表 9寬 單排、雙排，三排 側(cè)倒角 公稱公稱齒側(cè)半徑 公稱公稱p 齒全寬 n 為排數(shù) 輪結(jié)構(gòu) 小直徑得鏈輪可制成整體式（圖 1a）；中等尺寸鏈輪可制成孔板式（圖 1b） ;大直徑的鏈輪，?？蓪X圈用螺栓連接或焊接在輪轂上（圖 1c） 圖 1 鏈輪結(jié)構(gòu) 動(dòng)鏈輪的齒數(shù) 小鏈輪的齒數(shù) 減小外輪廓尺寸，但齒數(shù)過少 ,會(huì)增加運(yùn)動(dòng)的不均勻性和動(dòng)載荷；鏈條在進(jìn)入和退出嚙合時(shí)，鏈節(jié)間的相對(duì)轉(zhuǎn)角增大；鏈傳動(dòng)的相對(duì)圓周力增大，從整體上加速鉸鏈和鏈輪的磨損。可見，小鏈輪的齒數(shù)不易過少。鏈輪的最少齒數(shù) 。一般 17,對(duì)于高速傳 動(dòng)或承受沖擊載荷的鏈傳動(dòng)，1z 不少于 25，且連輪齒應(yīng)淬硬 。 小鏈輪的齒數(shù) 傳動(dòng)比給定時(shí) 鏈輪齒數(shù) 結(jié)果不僅增大了傳動(dòng)的總體尺寸，而且容易發(fā)生跳齒和脫鏈，從另一方面限制了鏈條的使用壽命 。 當(dāng)給定磨損量，即鏈節(jié)的增常量 p 一定時(shí)，鏈輪的齒數(shù)越多，鏈輪上一個(gè)鏈節(jié)所對(duì)得圓心角越小，鉸鏈所在的圓的直徑的增加量 d 越大，鉸鏈會(huì)更加接近齒頂，從而增 大了跳鏈和脫鏈的機(jī)會(huì)。從這個(gè)意義上講，鏈輪的齒數(shù)不易過多 。通常限定鏈輪的最大齒數(shù) 50,一般不大于 114 。由于鏈節(jié)數(shù)是偶數(shù)，為使鏈條和鏈輪磨損均勻，通常取鏈輪齒數(shù)為奇數(shù)，并盡可能于鏈節(jié)數(shù)互質(zhì)。 從動(dòng)輪齒數(shù) z2=i*動(dòng)輪轉(zhuǎn)速 n2=i*傳動(dòng)比 i 傳動(dòng)比過大，鏈條在小鏈輪上的包角就會(huì)過小，參與嚙合的齒數(shù)減小，每個(gè)輪承受的載荷增大，加速輪齒的磨損，且易出現(xiàn)跳齒和脫鏈現(xiàn)象。一般鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比 i= 0 g2(i) = 0 g3(j, k) = 0 g4(j, k) = 0 g5(i, k) = 0 g6(i, k) = 0 g7(j, k, i) nd g7(j, k, i) 10 f ( 1) / 2 * k 2 * ( i) 2 + j * k * ( i) 2 ( 1) / 2 * k 2 * ( i) 2 + j * k * ( i) 2 k j i f f k j i g1(x) x - 17 g2(x) 120 - x g3(x, y) x / y - 30 g4(x, y) 50 - x / y g5(x, y) x * y * 60000 - g6(x, y) 15 - x * y * 60000 g7(x, y, z) (z * z / 4) / x ( 1) * y / 2 2 * x / z + z / x) 2 - 8 * 0 1000000000 x * z / 4 * 2 * x / z + z / x) 2 - 8 * f g8(x, y) x (y / (3 - y) g9(x, y, z) q = ( 60000000 / x * y) + (q * x 2 * 2 * y 2 / 3600000000#) + ( q * z * 100) - 6 退出按鈕 設(shè)置“清除”按鈕 ub 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯 題目 五軸磨床加工工具運(yùn)動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)和分析 專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 2 五軸磨床加工工具運(yùn)動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)和分析 計(jì)與制造工程部門，亞洲技術(shù)研究所 摘要：五軸 多數(shù)機(jī)器的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理都是以直角笛卡兒坐標(biāo)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的。這篇文章對(duì)有可能的概念上的設(shè)計(jì)和基 于理論上有可能的自由度的結(jié)合并且真實(shí)存在的器械進(jìn)行了分類。本文還定義了一些有用的定量參數(shù)，例如：工作空間利用因素、機(jī)器加工工具的空間利用率、方位空間的指標(biāo)和方位角。同時(shí)還分析了不同概念的優(yōu)缺點(diǎn)，給出了選擇的標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。最近在工業(yè)中提出的一些基于斯圖爾特平臺(tái)的概念也將在這篇文章中進(jìn)行簡要的論述。 關(guān)鍵詞：五軸；機(jī)器加工工具；運(yùn)動(dòng)鏈；工作空間； 轉(zhuǎn)軸 機(jī)器加工工具的主要設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)該滿足以下法則： 1） 運(yùn)動(dòng)件在工具和零件的定位和安置上應(yīng)該 有足夠的彈性。 2） 以可能的最快 的速度進(jìn)行定位和安置。 3） 以可能的最高的精確度進(jìn)行定位和安置。 4） 加工工具和工件的快速切換。 5） 保護(hù)環(huán)境。 6） 可能的高速材料移動(dòng)率。 一臺(tái)機(jī)器的加工工具的軸的個(gè)數(shù)通常是由機(jī)器自由度數(shù)或者是在機(jī)器滑動(dòng)過程中獨(dú)立可控的運(yùn)動(dòng)數(shù)來決定的。隨著加工工具軸對(duì)應(yīng) Z 坐標(biāo)軸的產(chǎn)生， 命名法推薦使用右手坐標(biāo)法則。一個(gè)三軸磨床有三個(gè)方向的線性滑動(dòng) ： X、 ，這使得機(jī)器能放置在相應(yīng)軸向滑動(dòng)范圍內(nèi)的任何一個(gè)位置。加工工具軸的方向在加工的時(shí)候保持不變。這就限制了與工件連接的加工工具的彈性，并最終導(dǎo)致很多不同的結(jié)構(gòu)。為了增加在可能的加工工具、工件定位中的彈性而不用重新設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，我們將要在增加更多的機(jī)器的自由度。對(duì)于一個(gè)傳統(tǒng)的三線性軸機(jī)器，能通過提供旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。圖 1就展示了一個(gè)五軸磨床的例子 。 3 制作一個(gè)機(jī)器的運(yùn)動(dòng)鏈接圖對(duì)于分析機(jī)器是很有用的。從運(yùn)動(dòng)鏈接圖中我們可以很快區(qū)別兩組軸：圖 2展示了在圖 1中五軸磨床的運(yùn)動(dòng)鏈接圖。從圖中我們可以看 到，工件由四根軸運(yùn)載，而加工工具只由一根軸運(yùn)載。 五軸機(jī)器就像兩個(gè)相互協(xié)作的機(jī)器人，一個(gè)機(jī)器人運(yùn)載工件，另一個(gè)機(jī)器人則運(yùn)載加工工具。 為了得到工件和工具定位上最大的彈性，機(jī)器至少需要 5 個(gè)自由度，這意味著工具和工件能在任何角度下連接起來。從一個(gè)剛性的物體運(yùn)動(dòng)連接點(diǎn)的觀點(diǎn)來說，我們也可以理解對(duì)軸的個(gè)數(shù)的最低要求。為了定位兩個(gè)在空間上相互連接的剛體，每個(gè)剛體（工具和工件）需要 6 個(gè)自由 度或者 12 個(gè)自由度。然而，任何不改變兩者之間定位的共同的平移和旋轉(zhuǎn)的存在將會(huì)使自由度數(shù)目減少 6個(gè)。兩個(gè)剛體之間的距離是由工具的加 工路徑來決定的，這個(gè)距離也將會(huì)允許減少一個(gè)多余自由度，這樣就使得最小的自由度數(shù)為 5。 ） 按照機(jī)器的旋轉(zhuǎn)和平移軸分類，我們可以把機(jī)器運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)分為四大類：（ 1）三個(gè)平移軸和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸；（ 2）兩個(gè)平移軸和三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸；（ 3）一個(gè)平移軸和四個(gè)旋轉(zhuǎn)軸；（ 4）五個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。近乎所有存在的五軸機(jī)器設(shè)備都屬于（ 1）類。很多的定位焊接機(jī)器人、圈絲機(jī)器和激光加工中心也屬于這一類。只有有限的一些用來加工輪船推進(jìn)器的五軸機(jī)器屬于（ 2）類。（ 3）和（ 4）類只有在設(shè)計(jì)需要增加更多自由度的 機(jī)器人的時(shí)候才會(huì)用到。 五根軸可以分布在工具和工件之間的結(jié)合處。第一種分類是根據(jù)運(yùn)載軸的工 4 具和工件的數(shù)量和在運(yùn)動(dòng)鏈中各個(gè)軸的次序來劃分的。另一種分類是根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸放置的位置（是在工具那邊還是在工件那邊）來劃分的。基于笛卡兒坐標(biāo)的機(jī)器中的五個(gè)自由度是：三個(gè)平移運(yùn)動(dòng) X、 Y、 Z（一般表示為 兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)般表示為 三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸（ 兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸（ 結(jié)合是很少見的。如果一根軸承載著工件，習(xí)慣上是用一個(gè)附加的標(biāo)記來注釋它。圖 1 中的機(jī)器能以 X Y A B Z。 運(yùn)載著工 件， Z 軸運(yùn)載著工具。圖 3中展示的是 B ，三根直線運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)載工具 ,兩根旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)載著工件。 理論上，如果認(rèn)為在工具和工件運(yùn)載軸的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈上的軸的次序有不同的結(jié)構(gòu)，可能的結(jié)構(gòu)的數(shù)目會(huì)非常大。同時(shí)只有兩根直線運(yùn)動(dòng)軸和三根旋轉(zhuǎn)軸結(jié)合也包括在內(nèi)。 在一個(gè)五軸機(jī)器中能以以下方式將一根工具運(yùn)載軸和四根工件運(yùn)載軸結(jié)合：對(duì)于 X， Y， Z， A， B， C 中任意一個(gè)可能作為工具運(yùn)載的軸，其他工件運(yùn)載軸可以在剩下的五根軸中選取。所以，對(duì)于任意可能的工具運(yùn)載軸選擇（六選一或者有六種可能），在 剩下的五根軸中選取四根進(jìn)行不同結(jié)構(gòu)的排列個(gè)數(shù)為 5*4！ =120。所以，理論上只有一根工具運(yùn)載軸的五軸機(jī)器就有 6*120=720種可能。其他的結(jié)合方式也可以用這種方法分析。假設(shè) t 代表工具運(yùn)載軸的數(shù)目， w 表示工件運(yùn)載軸的數(shù)目（ w+t=5），那么全部可能的結(jié)合數(shù)如下所示 ： 這個(gè)方程式的值恒等于 6！或者當(dāng) w+t=5 時(shí)這個(gè)值等于 720。在這些 720 的結(jié)合中，有一些只包含兩根直線運(yùn)動(dòng)軸。如果只考慮有三根直線運(yùn)動(dòng)軸的五軸機(jī)器，只有 3*5！ =360的結(jié)合也是仍是有可能的。這些結(jié)合的預(yù)設(shè)值 要是由 個(gè)預(yù)設(shè)值和由 w 的預(yù)設(shè)值是一致的，其中 w=5用以上的定義，我們可以把五軸機(jī)器分為以下小群：（ 1） 5組；（ 2） 4組；（ 3） 3組；（ 4） 2組；（ 5） 1組；（ 6） 0組 。 我們能根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸裝配的位置對(duì)機(jī)器進(jìn)行分類。 5 只有那些有兩根旋轉(zhuǎn)軸和三根線性軸的機(jī)器我們才會(huì)進(jìn)一步考慮?？赡艿慕Y(jié)構(gòu)如下： （ a）旋轉(zhuǎn)軸裝配在工具桿上； （ b）旋轉(zhuǎn)軸裝配在機(jī)器平臺(tái)； （ c）兩者的結(jié)合。 如果機(jī)器的軸的 R 或者 T 的類型 一樣，那么在工具或者工件運(yùn)載運(yùn)動(dòng)鏈中軸的次序就不重要了。一般來說，如果在工件運(yùn)載運(yùn)動(dòng)鏈中有 根平移軸和 根旋轉(zhuǎn)軸，在工具運(yùn)動(dòng)鏈中有 根平移軸和 根旋轉(zhuǎn)軸，那么結(jié)合的個(gè)數(shù)為 11： 其中 每一組的結(jié)合的個(gè)數(shù)在下面中將會(huì)一個(gè)個(gè)給出。所有組的結(jié)合總數(shù)為 60。從設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)來說，這是我們所考慮的選擇的數(shù)量中較為容易處理的一個(gè)。 在定義五軸機(jī)器設(shè)備的工作空間之前，要適當(dāng)?shù)亩x加工工具的工作空間和工件的工作空間。加工工具的工作空間就是通過沿著工具運(yùn)載軸路線描繪出工具掃過參考點(diǎn)（例如工具尖 端）而得到的。工件運(yùn)載軸的工作空間也是用同樣方法定義的（把機(jī)器平臺(tái)的中心選擇作為參考點(diǎn)）。這些工作空間能由計(jì)算掃過過的體積決定 6。 基于以上的定義，我們能定義一些對(duì)于不同類型機(jī)器比較、選擇和設(shè)計(jì)有用的定量參數(shù)。 這個(gè)因素可以定義為，工件空間和工具空間的交集與工具空間和工件空間的并集的比。公式為 一旦工件相對(duì)于工件參考點(diǎn)是固定的，并且一個(gè)特殊的工具相對(duì)于工具參考點(diǎn)也是固定的，那么我們就有可能確定可加工的體積的大小?？杉庸さ捏w積就是能夠在工件 上切除的全部體積。機(jī)器工具空間和工件的交集給出了可以切除的材料的總量，或者說是可加工的體積（這是對(duì)于特殊的工件和工具機(jī)構(gòu)來說的）。 6 機(jī)器工具空間效率的定義為：機(jī)器工具空間（省略了一部分）和包含著機(jī)器的最小凸起體積。 一個(gè)我們用來估計(jì)定位的最大范圍的方法是為了決定能在機(jī)器上用兩根旋轉(zhuǎn)軸加工的球的最大部分。空間定位指數(shù)定義為能夠由用所有旋轉(zhuǎn)軸加工的機(jī)器來加工的最大的球頂體積除以機(jī)器工具空間。 如果這個(gè)指數(shù)趨近于 1，這就意味著所有的旋轉(zhuǎn)軸能夠在 整個(gè)機(jī)器工具空間中運(yùn)用。如果這個(gè)指數(shù)比 1 小，這就意味著大概百分之 的工作空間能運(yùn)用所有的旋轉(zhuǎn)軸。 以上的定義都是理論上的定義。實(shí)際上的定位空間指數(shù)會(huì)因?yàn)楸苊饬慵蜋C(jī)器、工具和工件之間的碰撞而進(jìn)一步受到限制。能夠加工的球頂變小就說明了這一點(diǎn)。 我們的目的不是對(duì)五軸機(jī)器對(duì)于某一項(xiàng)特定的運(yùn)用的選擇或者設(shè)計(jì)進(jìn)行一個(gè)徹底的研究。我們只是論述能用來判斷五軸機(jī)器的選擇的主要的標(biāo)準(zhǔn)。 應(yīng)用能在布置和造型上進(jìn)行區(qū)分。圖 12和圖 13說明了五軸的布置和五軸造型上的區(qū)別 。 如圖 12 所示，一個(gè)在不同角度有著很多孔和平面板的零件，僅僅用一臺(tái)三軸磨床來加工這個(gè)零件是不可能的。如果我們?cè)谟靡慌_(tái)五軸機(jī)器，那么工具能在任何方向和工件定位連接起來。一旦達(dá)到了正確的位置， 7 在大多數(shù)軸固定的情況下，我們就可以對(duì)孔和平面板進(jìn)行加工了。平面板中能包括獨(dú)立結(jié)構(gòu)的 2D 平面。如果我們僅僅是要鉆孔，那么理論上一軸 步控制就足夠了，而加工 2D 平面時(shí)兩軸同步控制就夠了。然而，三軸同步現(xiàn)在也很普遍了。當(dāng)我們把工件和工具放置在連接在一起的時(shí)候，這就增加了在開始切削前的快進(jìn)的速度 。 圖 13所示為一個(gè)五軸造型的例子，為了加工這個(gè)形狀復(fù)雜的表面，我們需要在切削時(shí)控制好與零件接觸的刀具的位置。刀具工件的位置在每一步工序中都會(huì)改變。 多關(guān)于造型的細(xì)節(jié)能在參考文獻(xiàn) 13中找到。五軸的機(jī)器有如下的應(yīng)用：（ 1）生產(chǎn)刀刃，如： 壓縮機(jī)和渦輪的漿；（ 2）燃料泵的注射器；（ 3）頭飾的外形；（ 4）醫(yī)學(xué)器官例如人造心臟閥；（ 5）復(fù)雜表面的鑄型。 在設(shè)計(jì)和選擇一個(gè)結(jié)構(gòu)時(shí)，零件的尺寸和重量是首要的標(biāo)準(zhǔn)。重型工件要求 工件運(yùn)動(dòng)鏈短。同時(shí)，水平加工平面又是較好的一種設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)會(huì)使定位和處理工件變得很便利。把一個(gè)重型工件放在一個(gè)單獨(dú)旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)鏈上將會(huì)很大程度上增加定位的彈性。從圖 4中我們可以看出，用一個(gè)單獨(dú)水平旋轉(zhuǎn)軸來運(yùn)載工件會(huì)使得機(jī)器更加具有彈性。 在很多情況下，我們應(yīng)該把工具運(yùn)動(dòng)鏈保持得盡量短，因?yàn)槲覀冞€必須運(yùn)載工具軸驅(qū)動(dòng)裝置。 ） 理論上，五軸機(jī)器有很多構(gòu)成方式。近乎所有經(jīng)典的笛卡兒坐標(biāo)五軸機(jī)器都屬于由三根線性軸和兩根旋轉(zhuǎn)軸，或者三根旋轉(zhuǎn)軸和兩根線性軸組成的系列。 這個(gè)系列又可以細(xì)分為有著 720種情況的六組。就算只考慮三根線性軸的情況，在每個(gè)系列中仍然有 360種組合。這些不同的組合是根據(jù)在工具和工件運(yùn)載運(yùn)動(dòng)鏈 8 中軸的次序來區(qū)分的。 如果在對(duì)由三根線性軸和兩根旋轉(zhuǎn)軸組成的五軸機(jī)械進(jìn)行分組時(shí)，只考慮在工具和工件運(yùn)動(dòng)鏈中旋轉(zhuǎn)軸的位置，那么我們能五軸機(jī)器分為三組。在第一組中，兩根旋轉(zhuǎn)軸安置在工件運(yùn)動(dòng)鏈。在第二組中，兩根旋轉(zhuǎn)軸安置在工具運(yùn)動(dòng)鏈。在第三組中，每個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈都安置一根旋轉(zhuǎn)軸。每一組仍然有 20 種可能的情況。對(duì)于一個(gè)特定的應(yīng)用領(lǐng)域，要從這些組合中選出一組最好的是一項(xiàng)很復(fù)雜的工 作。為了使這項(xiàng)工作變得容易些，我們定義了一些用于比較的指數(shù)，例如：機(jī)器刀具空間、空間利用因素、定位空間指數(shù)、定位角度指數(shù)和機(jī)器刀具空間效率。列出了用來計(jì)算機(jī)器刀具空間和在機(jī)器上能加工的最大球頂?shù)闹睆降乃惴?。詳?xì)論述了兩個(gè)運(yùn)用這些指數(shù)的例子。第一個(gè)例子論述的是加工珠寶的五軸機(jī)器的設(shè)計(jì)。第二個(gè)例子則闡明了一臺(tái)機(jī)器在線性軸中有著相同范圍，在這種情況下，旋轉(zhuǎn)軸選項(xiàng)的選擇（略）。 運(yùn)用得最廣泛的五軸機(jī)器的兩根旋轉(zhuǎn)軸安置在運(yùn)動(dòng)鏈末端處的工件一側(cè)。這種結(jié)構(gòu)給出了一種對(duì)于機(jī)器刀具結(jié)構(gòu)的模塊設(shè)計(jì)。然而，從應(yīng)用的觀點(diǎn)來說，這種 模塊設(shè)計(jì)并不總是最理想的。因?yàn)槔碚撋洗嬖诤芏嗫赡艿慕Y(jié)構(gòu)，很明顯的是，對(duì)于一個(gè)特殊的工件裝置需要一個(gè)合適的特定的五軸機(jī)器。模塊設(shè)計(jì)應(yīng)該以在所有的五軸結(jié)合中的模塊性為基礎(chǔ)。當(dāng)前在設(shè)計(jì)中的模塊性是以三線性軸機(jī)器為基礎(chǔ)的。 五軸磨床使得機(jī)器結(jié)構(gòu)的數(shù)量變小。這對(duì)增加精確度和減小大部分尺寸是有幫助的。然而，它也有一些缺點(diǎn)：（ 1）五軸機(jī)器的高價(jià)；（ 2）增加的旋轉(zhuǎn)軸的同時(shí)也增加了定位誤差；（ 3）在同等的進(jìn)給下，在機(jī)器軸上的切削速度更高。 在購買五軸機(jī)器之前必須要對(duì)需要加工的產(chǎn)品的范圍進(jìn)行深入的研究。那些零件也應(yīng)該分為五軸定 位或者是五軸造型，或者兩者都是。例如，有著旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的機(jī)器對(duì)于生產(chǎn)諸如壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)工件是很好的。一根旋轉(zhuǎn)軸在刀具側(cè)，一根旋轉(zhuǎn)軸在工件側(cè)，這樣的布置將會(huì)提供更大的工作空間利用因素。 最近所介紹的虛擬軸機(jī)器有著一個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)：潛在的更高的動(dòng)力響應(yīng)和更高的硬度。然而，它的工作空間利用因素比經(jīng)典的五軸機(jī)器要低。這些機(jī)器的更高強(qiáng)度使得他們非常適于高速磨所需要的高速桿 19的設(shè)計(jì)。