使用MATLAB进行V带传动优化设计.doc

1、摘 要当今社会，各种先进的设计理论和技术都是为最终的产品服务。机械设计是机械工程的重要组成部分，是决定产品功能和性能的主要因素，是保证产品质量的前提和关键。设计关系着企业的兴旺，关系着国家的发展和社会的进步，而设计的关键部分在于设计方法的选取。传统设计方法为人类的文明起了重要的作用，也为现代设计方法理论形成做了铺垫。随着机械设计的发展，V带传动逐渐成为一种应用越来越广泛的传动形式，因此，研究普通V带传动优化设计，具有广泛的应用前景和实用价值。本设计针对结合MATLAB的V带传动优化设计进行了研究，可从设计方法上带来高效、可靠和简便等优势。根据现在工程中的实际情况，在参阅大量前人研究成绩的前提下

2、。首先，运用传统设计方法对V带进行了设计；其次在此结果的基础上，简要论述了众多现代机械设计方法中的优化设计方法，和传统机械设计方法理论相比较，并结合MATLAB在数学计算、图象处理等方面的优势，对传统设计方法得出的结果进行了优化设计，得出了可靠结论。关键词：V带传动；MATLAB；优化设计IAbstract In todays society, a variety of advanced design theory and technology are serviced for the final products. The mechanical design is an important

3、part of mechanical engineering, which is a major factor in determining the functionality and performance of the product, is to guarantee the quality of products and key. Design related to the prosperity of the enterprise, the relationship between the countrys development and social progress, and a k

4、ey part of the design is that the selection of the design method. The traditional design methods of human civilization played an important role, also formed to do the groundwork for the modern theory of design methods. With the development of mechanical design, V-belt drive is becoming a more and mo

5、re widely Transmission Type .Therefore, the ordinary v-belt drive design optimization, has wide application prospect and practical value. The design is optimized for V-belt drive with MATLAB design, efficient, reliable and easy to advantage from the design methods. According to the actual situation

6、in the engineering, under the premise that refer to a large number of previous research results, first of all, using the traditional design method for the design of V belt; Secondly discussed on the basis of this result, many modern mechanical design optimal design method, and compared with traditio

7、nal design method of mechanical theory and combined with the the MATLAB mathematical calculations, image processing and other aspects of the advantage, the result of the traditional design method has been optimized to draw reliable conclusions.Keywords: V-belt drive; MATLAB; optimal design目 录第一章 绪论1

8、1.1 研究的目的和意义11.2 国内外研究的现状和发展趋势21.2.1国内外研究现状21.2.2 发展趋势31.3 MATLAB语言及其工具箱简介51.3.1 MATLAB介绍51.3.2 MATLAB的组成与应用61.3.3 MATLAB图形用户界面71.3.4 MATLAB优化工具箱介绍81.3.5 MATLAB的曲线拟合工具箱CFTOOL使用简介101.4 研究课题的技术路线11第二章 普通V带传动机构常规方法的设计122.1常规方法设计的原理122.1.1设计准则和单根V带的基本额定功率122.1.2单根V带的额定功率Pr122.1.3带传动的参数选择132.1.4带传动的计算142

9、.2常规方法设计的优点162.3常规方法设计的缺点172.4常规方法设计的案例18第三章 基于MATLAB的V带传动优化设计213.1建立优化的数学模型213.2确定分目标的权重233.3多目标优化程序设计243.4计算结果26第四章 两种设计方法的结果的比较和分析274.1两种结果的比较274.2对于各项数值变化的分析27第五章 总结与展望28参考文献29致 谢30III第一章 绪论1.1 研究的目的和意义机械是人类的自然发展史上最古老，参与人员最广泛，而且是不断创新，不断发展的行业之一，从工艺的设计到工具的制造等，都随着人类历史一起诞生和进步。随着科学技术的不断进步、工业和经济的高度发展，

10、产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快，设计方法技术发生很多的变化。特别是在机械设计方法，比如普通V带设计方法上，大量新的科学技术、科学方法的应用，各种学科的交叉综合以及应用软件的出现，使得机械设计更具有现代化，更加方便，也大大提高了生产的效率、节约了成本。这些新方法、新技术对传统设计方法提出了严峻的挑战。设计，是把各种先进技术成果转化为生产力的手段和方法，是人类改造自然的基本活动1。普通V带机械设计是根据设计的机器使用要求，创建新颖的功能及机械结构，选择适当的材料，确定恰如其分的尺寸及精度，制定先进的工艺，从而实现一种新机器的创新构思的过程2。普通V带带传动的机械设

11、计是机械工程的重要组成部分，是决定带式输送机机械性能的最主要因素，是大量机械工业的基础技术，是决定带式传动装置产品性能和技术经济效益的最主要因素，而对这种机械设计的关键所在是设计方法的选取。具不完全统计，机械产品成本的70是在设计阶段确定3。传统的产品设计方法大多采用模仿的方式或者是经验设计，设计手段相对落后。在计算机辅助设计方面只是引用了初级CAD技术来进行一些简单的绘图修改或者编制明细表方面的工作。对于应用MATLAB数学分析软件进行计算机辅助设计、优化设计、可靠性设计、有限元分析等现代设计理论方法进行工程机械产品设计开发还比较少见。从而造成产品类型比较单一、结构陈旧等问题，由此带来产品在

12、市场中竞争力不强，企业经济效益低下。要改变这种现状，必须增强技术创新能力，提高和增强企业的产品开发手段。信息科技及其它高新技术的成熟应用，为企业产品开发手段创新开辟了有效的途径。本文在对传统设计结果与现代优化设计结果比较分析的基础上，对现代设计方法进行了论述；特别是将现代优化设计方法分析与MATLAB这个数学优化软件结合，并通过对普通V带传动设计，这个实际例子来分析说明。尽管介绍现代设计方法书已有不少，但是能把设计方法结合MATLAB这一软件工具来进行分析论述的并不多见。本文将系统详细的论述众多现代机械设计方法中的优化设计方法，并结合MATLAB在数学计算、图象处理等方面的优势，在V带传动优化

13、设计实验中，通过建立数学模型，以获得带轮质量最轻和中心矩最小为目标。并且运用权重因子把多目标问题转化为单目标问题，所以本课题的目的就是使用MATLAB软件通过程序编程，利用函数关系式来对数据的相关处理，从而实现对V带传动的优化设计。使其优化结果更加结构紧凑，满足要求。对传统机械设计方法理论，通过对普通V带传动的设计，这个具体的例子，进行优化设计，并得出可靠结论。在设计V带传动等相关的机械设计时，让广大设计人员有更多的选择和参考价值，从中选出对自己设计产品最优的方法理论。因此，对于研究设计方法的人员具有比较重要的意义。1.2 国内外研究的现状和发展趋势1.2.1国内外研究现状根据目前的发展趋势看

14、“21世纪是设计的世纪”，2l世纪的市场竞争将会愈来愈激烈，而且市场竞争将是国际化的、动态化的和多元化的。为了更好地满足客户的需求，保证产品的质量，给企业带来最大的经济效益，减少对资源的消耗、浪费及环境的不利影响，采用科学先进的设计方法进行产品的开发越来越受到企业和社会的重视。产品设计是决定产品性能、质量、水平和经济效益的重要环节。可以说产品的设计水平和性能在一定程度上反应了一个时期、一个国家或者一个企业的发展状况。传统的设计方法是以经验总结为基础，运用长期设计实践和理论计算而形成的经验、公式、图表、设计手册等作为设计的依据，通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设计4。20世纪后期，由于科学

15、技术的飞速发展，设计工作所需要的理论基础有了很大进步，特别是电子计算机技术的发展，对设计工作产生了很大的促进作用，提出了设计现代化的要求。现代化的设计方法主要表现为，在保证设计质量的前提下，能加快设计的速度、避免和减少设计产生的失误，并能适应科学技术发展的要求，使设计工作现代化。设计方法可理解为：设计中的一般过程及解决具体问题的方法、手段1。现代设计方法是以电子计算机为主要工具，运用工程设计的新理论和新方法，融合其它学科理论，使设计过程实现高效化和自动化，实现计算结果最优化。运用设计过程高效化和自动化的现代设计方法能大大提高产品设计的质量、精度和效率，并将产品的适应性、经济性、可靠性统一起来，设计出性能优良、经济效益显著的新型产品，完全可以适应剧烈竞争的市场需要56。目前，国外在现代设计方法研究方面已取得了很大的成效，工业发达国家不断更新设计数据和准则，采用新的设计方法，广泛采用计算机辅助设计技术(CADCAM)，大型企业开始采用无图纸的设计和生产。设计方法技术也比较成熟，尤其是在优化设计，稳健性、可靠性设计，计算机辅助设计，动态分析设计等方面更是走在了我国的前面。欧美一些发达国家以及日本在现代设计方法研究领域都有突出的贡献。早在上世纪60年代，德国人意识到