機械畢業(yè)設(shè)計23大功率偏心擺振試驗機偏心機構(gòu)設(shè)計

*大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 大功率偏心擺振試驗機偏心機構(gòu)設(shè)計 學(xué) 生： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及自動化 *機械工程 學(xué)院 2OO9 年 6 月 Graduation Design (Thesis) of Chongqing University Design of the Eccentric Mechanism of High-power Shimmy eccentric testing machine Undergraduate: Zeng Yuhao Supervisor: Prof. Gong Xiansheng Major: Mechanical Design Manufacturing and Automation June 2009 中文摘要 I 摘 要 大功率偏心擺振試驗機是為驗證大型彈性聯(lián)軸器性能而設(shè)計的。該試驗機的模型主要有 三種，一種是曲柄搖桿機構(gòu)， 一種是滾珠絲桿機構(gòu) ，另一種是齒輪齒條機構(gòu) 1。本論文選擇的是 第一種 ，主要設(shè)計任務(wù)是確定機構(gòu)各 構(gòu)件詳細尺寸，滿足設(shè)計 的 要求。 試驗機 偏心機構(gòu)在 工作過 程中承受的最大扭矩是 25 KN.m，搖桿擺角范圍為 10 度，在范圍內(nèi)無極可調(diào)，曲柄為有級可調(diào)的幾組偏心量不同的偏心軸，連桿在一定尺寸范圍內(nèi)可以無級調(diào)定桿長。機構(gòu)的尺寸包括長度尺寸和截面尺寸。長度尺寸主要有機構(gòu)搖桿擺角范圍來確定，截面尺寸由機構(gòu)承受的最大扭矩來確定。 本論文從搖桿擺角范圍出發(fā)，利用 Matlab軟件中的優(yōu)化工具箱進行尺寸優(yōu)化，得到各個構(gòu)件的長度，再通過 Matlab 中的 Sumulink 工具進行動態(tài)仿真 2，驗證尺寸是否滿足設(shè)計要求，通過多次驗證修改，得到最優(yōu)長度尺寸。再根據(jù)機構(gòu)承受的最大扭矩，利 用機構(gòu)的靜力學(xué)模型和零件的的強度條件，選定各構(gòu)件的截面尺寸。尺寸定下來后，用 ProE3為各個構(gòu)件建立實體模型，并進行裝配，再利用ProE 仿真功能，獲得機構(gòu)的運動動畫。最后，用 Ansys 軟件 4對搖桿和連桿應(yīng)力應(yīng)變分析，驗證構(gòu)件的強度。通過驗證，設(shè)計的機構(gòu)滿足運動和強度要求。 關(guān)鍵詞 : 大功率偏心擺振試驗機，曲柄搖桿機構(gòu)， Matlab,ProE,Ansys 重慶大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） ABSTRACT II ABSTRACT High-power Shimmy eccentric testing machine is specifically designed for verifying the performance of flexible coupling. There are two models of the testing machine, the one is the crank-rocker mechanism, and the other is ball screw mechanism. In this paper, the author chooses the former, and the main task is to determine the detailed size of crank-rocker mechanism l to meet the design requirements. During the working Process, the maximum torque rolling in the testing machine is 25 KN.m. The angle range of rocker is 10 degrees with no limit to change the degree. The crank is the one of eccentric shafts with different amounts of eccentricity. In the range of a certain size, we could select the size of the link at discretion. The size of the testing machine includes the length and section size. The length is mainly determined by the scope of the rocker, and the section is mainly determined by the maximum torque rolling in the testing machine. In this paper, with the range of the rocker, using the Matlab Optimization Toolbox, the lengths of various components are obtained, then using the Matlab Sumulink Toolbox, to verify whether the sizes are meeting the design requirements. Through a number of validation modifications, the optimal lengths are obtained. Under the maximum torque， using the static model agencies and the strength condition of the component parts, to obtain the section size of component parts. Then using ProE to establish the solid model for every part of the machine, and using ProE Simulation Toolbox, the animation of the machine is obtained. Finally, verifying the Stress-strain of the link and the rocker with the Ansys. Through the last verification, the designed machine meets the requirements in movement and strength well. Key word: High-power Shimmy eccentric testing machine, crank and rocker mechanism, Matlab, ProE, Ansys 重慶大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 緒論 III 目 錄 中文 摘要 . I ABSTRACT . II 1 緒論 . 1 1.1 本文背景 . 1 1.2 曲柄搖桿機構(gòu)的特性 . 3 1.2.1 曲柄搖桿機構(gòu)的條件 . 3 1.2.2 行程速比系數(shù) . 3 1.2.2 壓力角和傳動角 . 4 1.3 論文主要工作和內(nèi)容安排 . 4 2 基于 Matlab 的優(yōu)化和仿真 . 6 2.1 概述 . 6 2.2 Matlab 簡介 . 6 2.3 機構(gòu)尺寸的優(yōu)化 . 7 2.3.1 目標(biāo)函數(shù) . 7 2.3.2 約束條件 . 8 2.3.3 優(yōu)化主函數(shù) . 8 2.3.4 Matlab 編程求解 . 8 2.4 Matlab/Simulink 動態(tài)仿真 . 9 2.4.1 利 用 Simulink 進行系統(tǒng)仿真 9的步驟： . 9 2.4.2 曲柄搖桿機構(gòu)數(shù)學(xué)模型的建立 . 9 2.4.2 計算函數(shù)的編制 . 10 2.4.3 仿真模型初值的確定 . 10 2.4.4 仿真模型的構(gòu)建 . 11 2.4.5 動態(tài)仿真 . 12 2.5 本章小結(jié) . 19 3 基于靜力學(xué)的截面選取 . 20 3.1 概述 . 20 3.2 機構(gòu)的靜力分析 . 20 3.2.1 曲柄搖桿機構(gòu)靜力學(xué) 10模型 . 20 3.2.2 利用 Matlab 求解 . 21 3.2.3 構(gòu)件模型的轉(zhuǎn)化 . 23 3.3 構(gòu)件截面選取 . 23 3.3.1 連桿的截面選取 . 23 3.3.2 連桿螺紋管截面的選取 . 24 3.3.3 搖桿的截面選取 . 24 3.3.4 圓柱銷截面選取 . 27 重慶大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 緒論 IV 3.3.5 偏心軸的截面選取 12 . 28 3.3.6 偏心軸軸承的選取 . 30 3.4 本章總結(jié) . 31 4 機構(gòu)的三維實體建模 . 32 4.1 概述 . 32 4.2 Pro/Engineer 簡介 . 32 4.2.1 相關(guān)性 (FullAssoeiativity) . 32 4.2.2 基于特征的參數(shù)化建模 (Feature 一 based parametrie Modeling) . 33 4.2.3 數(shù)據(jù)管理 (Data Management) . 33 4.2.4 裝配管理 (Assembly Management) . 33 4.2.5 工程數(shù)據(jù)庫重用 (Engineering ate Reuse EDR) . 33 4.2.6 易用性 (Ease fuse) . 33 4.2.7 硬件獨立性 (Hardware Independence) . 34 4.3 三維實體建模 14 . 34 4.3.1 機構(gòu)重要構(gòu)件三維實體圖 . 35 4.4 三維實體裝配 . 39 4.4.1 三維實體裝配簡介 . 39 4.4.2 裝配過程 . 40 4.4.3 機 構(gòu)三維實體裝配圖 . 41 4.5 機構(gòu)運動仿真和分析 . 42 4.5.1 Mechanism/Pro 簡述 . 42 4.5.2 Mechanism/Pro 仿真過程 . 42 4.6 本章小結(jié) . 45 5 基于 Ansys 的應(yīng)力應(yīng)變分析 . 46 5.1 本章概述 . 46 5.2 ansys 軟件簡介 . 46 5.2.1 Ansys 的主要技術(shù)特點 . 46 5.2.2 Ansys 有限元分析的流程 . 47 5.3 機構(gòu)重要構(gòu)件 Ansys 分析 . 47 5.3.1 搖桿的 Ansys 分析 . 48 5.3.2 偏心軸的 Ansys 分析 . 52 5.3.3 連桿的 Ansys 分析 . 54 5.4 本章小結(jié) . 56 6 結(jié)論與展望 . 57 6.1 全文工作總結(jié) . 57 6.2 后續(xù)工作展望 . 57 致謝 . 58 參考文獻 . 59重慶大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 緒論 1 1 緒論 1.1 本文背景 近年來，重慶市船舶企業(yè)利用地理優(yōu)勢，一直在積極搶占國內(nèi)市場，并逐步向國際市場延伸。去年，川東造船廠特種船舶產(chǎn)業(yè)化建設(shè)、東風(fēng)船舶工業(yè)公司擴能技改、帝力游艇制造有限公司高檔游艇制造等重點項目陸續(xù)推進，重慶市船舶工業(yè)不僅實現(xiàn)了從建造內(nèi)河船舶到海洋船舶、出口船舶的歷史性跨越，還成功研發(fā)生產(chǎn)出一批高技術(shù)含量、高附加值船舶產(chǎn)品。 2008 年重慶市船舶工業(yè)總產(chǎn)值首次突破百億大關(guān)，達到 101。 19 億元 。為了進一步加速重慶船舶裝備制造業(yè)的發(fā)展，關(guān)鍵還是掌握關(guān)鍵核心技術(shù)，這些技術(shù)中，高彈性聯(lián)軸器的性能研究是一項重要內(nèi)容。 高彈性聯(lián)軸器被廣泛地應(yīng)用在船用柴油機動力裝置中 5。它設(shè)置在柴油機的輸出端 ,其功能在于：傳遞扭矩；調(diào)整傳動裝置軸系扭轉(zhuǎn)振動特性；補償因振動、沖擊引起的主、從動軸的中心位移；緩沖和吸振。因此，起到了減振降噪的目的，從而起到保護主、從動機和整個傳動裝置運行可靠性的目的。高彈性聯(lián)軸器的性能主要包括如下幾個方面 6。 額定轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、許用變動轉(zhuǎn)矩：額定轉(zhuǎn)矩是指聯(lián)軸器允許持續(xù)傳遞的轉(zhuǎn) 矩 ,它應(yīng)滿足動力裝置在持續(xù)工況下的平均轉(zhuǎn)矩。最大轉(zhuǎn)矩是指聯(lián)軸器能夠滿足動力裝置在瞬態(tài)工況下 (如 :啟動、沖擊、通過臨界點等 )的工作轉(zhuǎn)矩。許用變動轉(zhuǎn)矩是指高彈性聯(lián)軸器滿足在動力裝置持續(xù)工況下周期性扭轉(zhuǎn)振動的允許扭轉(zhuǎn)振動轉(zhuǎn)矩幅值。該特性反映了高彈性聯(lián)軸器承受振動的能力 ,也是高彈性聯(lián)軸器的特征技術(shù)性能之一。 動態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度和阻尼系數(shù)：動態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度 C 以產(chǎn)生單位扭轉(zhuǎn)變形所需的扭矩表示 ,動態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度可以調(diào)節(jié)軸系的自振頻率以實現(xiàn)避開共振的目的。而阻尼系數(shù)反映聯(lián)軸器衰減振動的能力。動態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度和阻尼系數(shù)是動力裝置軸系扭振計算不可缺少的高彈性聯(lián)軸器的重要特征技術(shù)性能參數(shù)。 許用軸向位移、許用徑向位移、許用角向位移：許用軸向、徑向、角向位移分別是允許高彈性聯(lián)軸器主、從動端相對端面軸向、徑向和角向 (兩軸線成一定角度 )的偏移量。 彈性聯(lián)軸器的性能要求提了出來，但 如何驗證所開發(fā)出來的彈性聯(lián)軸器動態(tài)減振特性是否合格，是否滿足設(shè)計要求，一直困擾著眾多設(shè)計人員，目前的試驗重慶大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 緒論 2 機基本上處于理論狀態(tài)，都是各自實驗室開發(fā)的，功能具有針對性，不夠全面，功能完善、被工程人員一致認可的試驗機在市場上還未出現(xiàn)。本論文的主要任務(wù)就是在理論的指導(dǎo)下， 設(shè)計一臺滿足功能要求的大功率偏心擺振試驗機。 彈性聯(lián)軸器大功率偏心擺振試驗機，其功能的實現(xiàn)的方式基本上是通過各種機構(gòu)，產(chǎn)生一個偏振，通過該偏振的過程，將一個力矩傳遞到彈性聯(lián)軸器上。簡而言之，就是將一種運動方式轉(zhuǎn)化為擺動。另外，由于彈性聯(lián)軸器實際工作過程中，其承受的力矩是一個動態(tài)、不斷變化的過程，所以要求該實驗機能動態(tài)的施加不同的初始力矩。目前，針對如何實現(xiàn)該大功率偏心擺振試驗機功能的理論，被大家普遍所接受的主要有三種方案，一是通過曲柄搖桿機構(gòu)，二是通過滾珠絲桿機構(gòu)，三是齒輪齒條機構(gòu)。各種方案各具特色，現(xiàn)對三 種方案分析比較如下。 曲柄搖桿機構(gòu)有以下幾方面優(yōu)點 ：由于運動副元素為圓柱面和平面而易于加工、安裝并能保證精度要求，且因各構(gòu)件之間為面接觸而壓強小，便于潤滑，故其磨損小且承載能力大，兩構(gòu)件之間的接觸是靠其本身的幾何封閉來維系的，它不象凸輪機構(gòu)有時需利用彈簧等力來保持接觸；當(dāng)主動件的運動規(guī)律不變時，僅改變機構(gòu)中構(gòu)件的相對長度，則可使從動件得到多種不同的運動規(guī)律；另外，也可利用連桿曲線的多樣性來滿足工程上的各種軌跡要求。然而，連桿機構(gòu)也有其不足之處：連桿機構(gòu)的運動綜合較為繁難，一般情況下只能近似地實現(xiàn)給定的運動規(guī) 律與運動軌跡的要求；由于連桿機構(gòu)的慣性力不能得到完全平衡，因而不宜用于高速傳動中；連桿機構(gòu)的性能受機構(gòu)上繁多的幾何參數(shù)的影響，呈復(fù)雜的非線性關(guān)系，無論從性能分析上還是性能綜合上都是一個比較困難的工作。 滾珠絲桿機構(gòu)是由絲桿 、 螺母 、 滾珠等零件組成，其作用是將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)為直線運動或者將直線運動轉(zhuǎn)為擺動，主要優(yōu)點是高精度，高剛性，方便調(diào)節(jié)，低摩擦。缺點是使用的元件多，對元件性能要求高，尤其在潤滑和摩擦和方面，控制不好，就會使能耗損失較大，容易造成性能穩(wěn)定性不好。另外，效率不高，成本較高，裝配比方案一要復(fù)雜。 齒輪齒條 機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，由一個齒輪和齒條構(gòu)成，給齒條一個往復(fù)的直線運動傳動，就可以實現(xiàn)齒輪的周期擺動，該機構(gòu)的主要優(yōu)點有：工作可靠、使用壽命長；瞬間傳動比為常數(shù)；傳動效率高；結(jié)構(gòu)緊湊；傳遞扭矩大。缺點是：齒輪制造需專用機床和設(shè)備，成本較高；精度低時，震動和噪聲較大；傳動平穩(wěn)性和準(zhǔn)確度較低。 擺振試驗機最高頻率為 12HZ，曲柄轉(zhuǎn)速低，再結(jié)合三種機構(gòu)的各自優(yōu)缺點，經(jīng)過綜合比較分析，方案一性價比最高，更具有實現(xiàn)意義，故試驗機機構(gòu)模型選方案一。 重慶大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 緒論 3 1.2 曲柄搖桿機構(gòu)的特性 在具體討論曲柄搖桿機構(gòu)的運動性能 7之前，有必要 就與機構(gòu)運動性能有關(guān)的一些基本知識做一簡單介紹。 1.2.1 曲柄搖桿機構(gòu)的條件 在鉸鏈四桿運動鏈中，某一轉(zhuǎn)動副為整轉(zhuǎn)副的充分必要條件是組成該轉(zhuǎn)動副的兩構(gòu)件中必有一個構(gòu)件為最短構(gòu)件，且四個構(gòu)件的長度滿足桿長之和條件。如果四個構(gòu)件的長度不滿足桿長之和條件，則四個轉(zhuǎn)動副均為擺動副。從而無論取哪個構(gòu)件為機架，均得雙搖桿機構(gòu)。如果鉸鏈四桿運動鏈中四個構(gòu)件的長度滿足桿長之和條件，且其中一個構(gòu)件的長度小于其他三個構(gòu)件中任一構(gòu)件的長度，則該最短構(gòu)件所聯(lián)接的兩個轉(zhuǎn)動副均為整轉(zhuǎn)副，另兩個轉(zhuǎn)動副均為擺動副。此時，若取最短構(gòu)件為 機架，則得雙曲柄機構(gòu)；而取最短構(gòu)件的任一相鄰構(gòu)件為機架，則得曲柄搖桿機構(gòu)；又若取最短構(gòu)件的對邊構(gòu)件為機架，則得雙搖桿機構(gòu)。 1.2.2 行程速比系數(shù) 在圖 1-1 所示的曲柄搖桿機構(gòu)中，當(dāng)主動件曲柄 AB 等速回轉(zhuǎn)時，從動件搖桿CD 則往復(fù)變速擺動。由圖可知，曲柄 AB 在回轉(zhuǎn)一周中有兩次與連桿共線，此時，搖桿 CD 分別位于極 左 1CD和極右 2CD兩個極限位置。當(dāng)曲柄 AB 由位置順時針轉(zhuǎn)過 1 到達位置 2AB 時，搖桿 CD 則由位置 1CD擺至位置 2CD，設(shè) 其所需的時間為t1，而 C 點的平均速度為 1；又當(dāng)曲柄 AB 再由位置 2AB 繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)過 2 角到達位置 1AB 時，搖桿 CD 則由位置 2CD變速擺到位置 1CD，設(shè)其所需的時間為 t2，而 C 點的平均速度為 2。在以上兩個極限位置即曲柄與連桿兩次共線位置之間所夾銳角稱為極位 -夾角。由于 1 2 ,所以 t1t2，而搖桿擺角不變；可見當(dāng)曲柄 AB 等速回轉(zhuǎn)時，搖桿 CD 往復(fù)擺動的平均速度是不同的，這種現(xiàn)象稱為機構(gòu)的急回特性。為反映機構(gòu)急回特性的相對程度，引入從動件行程速度變化系數(shù)， 圖 1 1 曲 柄搖桿機構(gòu)的行程速比系數(shù)分析 重慶大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 緒論 4 用 K 表示，其值為 2 2 1 11 1 2 2/ 1 8 0/ 1 8 0ttK tt （ 1.1） 亦可由 1.1 可得極位夾角為 11801KK （ 1.2） 1.2.2 壓力角和傳動角 在圖 1-2 所示的曲柄搖桿機中，若不考慮構(gòu)件的慣性力和運動副中的摩擦力的影響，當(dāng)曲柄 AB 為主動件時，則通過連桿 BC 作 用于從動件搖桿 CD 上的力 P即沿 BC 方向。該力 P 的作用線與其作用點 C 的絕對速度 c 之間所夾的銳角 稱為壓力角。 圖 1 2 曲柄搖桿機構(gòu)的壓力角分析 由圖可見，力 P 可分解為沿點 C 絕對速度 c 方向的分力 1P 及沿構(gòu)件 CD 方向的分力 2P 。分力只能使鉸鏈 C 及 D 產(chǎn)生徑向壓力，而分力 1P 才是推動從動件 CD 運動的有 效分力，其值 1 c o s s i nP P P。 顯然，壓力角 越小，其有效分力 1P 則越大，亦即機構(gòu)的傳動效益越高。為了便于度量，引入壓力角 的余角 90 ，該角 稱為傳動角。顯然，角 越大 ，則有效分力 1P 則越大而 2P 就越小，因此在機構(gòu)中常用其傳動角 的大小及其變化情況來表示機構(gòu)的傳力性能。 傳動角 的大小是隨機構(gòu)位置的不同而變化的。為了保證機構(gòu)具有良好的傳動性能，綜合機構(gòu)時，通常應(yīng)使 min 40。尤其對于一些具有短暫高峰載荷的機構(gòu)，可利用其傳 動角接近最大值 max 時進行工作，從而節(jié)省動力。 1.3 論文主要工作和內(nèi)容安排 重慶大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 緒論 5 本論為在已有的研究成果的基礎(chǔ)上，從工程實際應(yīng)用的角度出發(fā)，基于曲柄搖桿機構(gòu)的運動特性，利用各軟件進行尺寸優(yōu)化，三維實體建模，動態(tài)仿真，應(yīng)力應(yīng)變分析，設(shè)計出合理的機構(gòu)。各章節(jié)的主要內(nèi)容如下。 第二章 ： 利用 Matlab 軟件對曲柄搖桿機構(gòu)長度尺寸進行優(yōu)化，并借助軟件的Sumulink工具動態(tài)仿真，使曲柄搖桿機構(gòu)搖桿擺角滿足設(shè)計要求，速度、加速度曲線盡量平滑。 第三 章 :利用材料力學(xué)和理論力學(xué)知識，選取曲柄搖桿機構(gòu)合理的截面尺寸，并進行強度剛度驗證。 第四章：用 ProE軟件對機構(gòu)各個零件三維實體建模，建模后裝配為完整的機構(gòu)，進行動態(tài)仿真。 第五章 :用 Ansys 軟件對機構(gòu)受力較大的幾個構(gòu)件進行應(yīng)力應(yīng)變分析，驗證構(gòu)件是否滿足強度剛度要求。 第六章 :結(jié)論與展望。對全文的工作進行了概括總結(jié)，并對今后的工作中所需深入研究的問題給予了展望 。 重慶大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 基于 Matab 優(yōu)化和仿真 6 2 基于 Matlab 的優(yōu)化和仿真 2.1 概述 本章主要任務(wù)就是確定曲柄搖桿機 構(gòu)長度尺寸，初步確定曲柄為三組偏心量不同的偏心軸，偏心軸的偏心量即為曲柄的長度，連桿長度能夠在一定范圍內(nèi)無級可調(diào)，最終的機構(gòu)的搖桿的擺角要在 10 度范圍之內(nèi)。為了得到曲柄，連桿，搖桿，機架的最優(yōu)長度值，首先根據(jù)實際情況，初步選定機架的長度，結(jié)合目前的生產(chǎn)工藝水平，確定各組偏心軸偏心量的范圍，然后利用 Matlab 軟件的優(yōu)化工具，得到曲柄，連桿，搖桿的最有長度，最后利用 Matlab 軟件 Simulink 工具，對機構(gòu)進行角度和角速度仿真，驗證所得到的機構(gòu)尺寸是否滿足設(shè)計的要求。 2.2 Matlab 簡介 MATLAB 是美國 MathWorks 公司出品的商業(yè) 數(shù)學(xué)軟件 ，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括 MATLAB 和 Simulink 兩大部分。 MATLAB 是 矩陣實驗室 （ Matrix Laboratory）的簡稱，和 Mathematica、Maple 并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在 數(shù)值計算 方面首屈一指。 MATLAB 可以進行 矩陣 運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、 圖像處理 、 信號檢測 、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 來解算問題要比用 C， FORTRAN 等語言完相同的事情簡捷得多，并且 mathwork 也吸收了像 Maple 等軟件的優(yōu)點 ,使MATLAB 成為一個強大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對 C， FORTRAN，C+， JAVA 的支持?？梢灾苯诱{(diào)用 ,用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲?MATLAB 函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的 MATLAB 愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進 行下載就可以用。 以下是 Matlab 一些主要特性： 2.2.1 Matlab 特點 此高級語言可用于技術(shù)計算 重慶大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 基于 Matab 優(yōu)化和仿真 7 此開發(fā)環(huán)境可對代碼、文件和數(shù)據(jù)進行管理 交互式工具可以按迭代的方式探查、設(shè)計及求解問題 數(shù)學(xué)函數(shù)可用于線性代數(shù)、統(tǒng)計、傅立葉分析、篩選、優(yōu)化以及數(shù)值積分等 二維和三維圖形函數(shù)可用于可視化數(shù)據(jù) 各種工具可用于構(gòu)建自定義的圖形用戶界面 各種函數(shù)可將基于 MATLAB 的算法與外部應(yīng)用程序和語言（如 C、C+、 Fortran、 Java、 COM 以 及 Microsoft Excel）集成 本章節(jié)所用到的 MATLAB 工具主要為優(yōu)化模塊和 Simulink 仿真模塊。 2.3 機構(gòu)尺寸的優(yōu)化 為確定尺寸的大致范圍，在用 MATLAB 進行優(yōu)化 8時，用作圖法，先試探性的選幾組數(shù)據(jù)，在 CAD 軟件中做出擺桿的規(guī)矩曲線，將尺寸的大致范圍確定一下。經(jīng)過試探， 初步選定連桿的長度的為 750 mm，偏心量范圍分別為 510mm,11 30 mm, 31 40 mm，選搖桿擺角的最大范圍 20 度進行尺寸優(yōu)化，具體優(yōu)化過程如下。 2.3.1 目標(biāo)函數(shù) 圖 2 1 為一普通曲柄搖桿機構(gòu)的簡圖，搖桿擺角 4 的左右極限位置的夾角，即為搖桿的擺角范圍，如圖所示，搖桿右極限 圖 2 1 曲柄搖桿機構(gòu)搖桿的擺角 位置的擺角為： 重慶大學(xué) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 基于 Matab 優(yōu)化和仿真 8 2 2 21 4 3 20 13()2 * *L L L LP I a r c LL (2.1) 左極限位置的擺角為： 2 2 21 4 3 213()2 * *m L L L LP I a r c LL .(2.2) 根據(jù)搖桿擺角范圍為 10 度，則目標(biāo)函 數(shù)可以可寫成： F(x)= m