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1、行為建模技術(shù)在食品包裝機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)平面四連桿機(jī)構(gòu)，廣泛地應(yīng)用于食品包裝機(jī)械領(lǐng)域，如封口機(jī)，包裝機(jī)，步 進(jìn)機(jī)等。它可以很容易地完成給定的運(yùn)動規(guī)律或運(yùn)動軌跡盪建，完成給定的運(yùn)動 或動作，完成一些復(fù)雜的運(yùn)動要求。然而，其傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法一般來說是圖解法 或分析法，而其設(shè)計(jì)過程存在繁瑣、盲LI地削減和嘗試方法、設(shè)計(jì)周期長、可靠 性差的缺點(diǎn)，所有這些導(dǎo)致極低的設(shè)訃精度和效率，進(jìn)而無法滿足現(xiàn)代設(shè)計(jì)要求 的高速，高精密型機(jī)械。這里我們采用Pro/E行為建模技術(shù)來解決和完成兩用真空包裝機(jī)的優(yōu)化設(shè) 計(jì)，并最大限度地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)過程可視化。1、Pro/E的行為建模技術(shù)簡介行為建模模塊是一個(gè)TPC （產(chǎn)品開發(fā)公司）開

2、發(fā)的Pro/E功能擴(kuò)展模塊， 在具體設(shè)計(jì)意圖和設(shè)計(jì)約束的前提下，同時(shí)作為參數(shù)化設(shè)計(jì)分析工具，應(yīng)當(dāng)能在 一系列測試參數(shù)的迭代訃算后為設(shè)計(jì)師提供最好的建議。1.1、行為建模的特點(diǎn)它有三個(gè)特點(diǎn)：智能模式，LI標(biāo)驅(qū)動的設(shè)計(jì)和可擴(kuò)展的開放環(huán)境。智能模 式是能夠獲得一個(gè)產(chǎn)品需要加以界定和設(shè)計(jì)中涉及到的所有工程標(biāo)準(zhǔn)，這樣的數(shù) 據(jù)有兒何尺寸，規(guī)格，設(shè)計(jì)意圖等;口標(biāo)驅(qū)動可以在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中解決一些互相矛 盾的問題，也能夠獲得最優(yōu)解決方案，棋至可以限制多種設(shè)計(jì)參數(shù)、約束、設(shè)計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)，等等。在它的幫助下工程師可以集中精力設(shè)計(jì)更高性能和更多功能的產(chǎn)品。 行為建模技術(shù)需要開放的可擴(kuò)展的環(huán)境，這使得行為建模很容易與外部應(yīng)用軟

3、件 雙向溝通，同時(shí)，確保設(shè)計(jì)模型的結(jié)果的自動反映，從而提供連貫完整的設(shè)訃， 加強(qiáng)了設(shè)計(jì)的靈活性。1.2、行為建模分析設(shè)計(jì)程序如圖1所示圖X.行為建模分析設(shè)計(jì)程序(1) 特征分析特征分析是一種基準(zhǔn)特征分析方法，旨在分析靈活的參數(shù)以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 分析模型的物理特性，模型的曲線特征，模型的曲面特征等，這些都是實(shí)施行為 建模前的關(guān)鍵步驟。(2) 靈敏度分析執(zhí)行靈墩度分析的目的有兩個(gè)：一個(gè)是從眾多的設(shè)計(jì)參數(shù)確定哪些是重要 參數(shù)，還有進(jìn)一步確定應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)的變化范圍。結(jié)果可得到一個(gè)坐 標(biāo)圖，橫坐標(biāo)代表維變量，縱坐標(biāo)表示相應(yīng)的模型對應(yīng)尺寸變量的變化情況。這 個(gè)坐標(biāo)圖可以輸出為Excel或圖表格式

4、。另外，為了動態(tài)顯示模型相應(yīng)的維變量 的變化過程，整個(gè)過程的靈敬度分析將表示成動畫，使設(shè)計(jì)師在很短的時(shí)間了解 尺寸出入口的相關(guān)性。(3) 可行性/優(yōu)化分析可行性/優(yōu)化分析的缺點(diǎn)之一是能夠改變一個(gè)尺寸或參數(shù)，但是不能夠自動改變 模式。因此，如果有多個(gè)參數(shù)需要改變時(shí)，通常有可行性/優(yōu)化分析方法。這種 方法可以系統(tǒng)計(jì)算一些特殊的尺寸值，這些尺寸值可以給設(shè)訃師某些符合模型的 給定約束，然后從中找到符合實(shí)際的最佳解決計(jì)劃?？尚行院蛢?yōu)化的區(qū)別是流程: 可行性研究實(shí)際上是分析有可能達(dá)到的U標(biāo)模型參數(shù)值在一定范用的變量。涉及 多個(gè)變量模型，也許有很多組合的參數(shù)達(dá)到忖標(biāo)參數(shù)，然而，一旦找到一個(gè)計(jì)算 軟件的組合，

5、系統(tǒng)會鎖定口標(biāo)和結(jié)束，換句話說，終止條件的可行性分析是從多 個(gè)解決方案方程中找出一個(gè)解決辦法；而優(yōu)化研究是從所有可行的解決方案找到 最優(yōu)解。多H標(biāo)設(shè)計(jì)研究多LI標(biāo)設(shè)計(jì)研究是多LI標(biāo)造成眾多設(shè)計(jì)LI標(biāo)之間的參數(shù)和設(shè)計(jì)約束矛盾的 特殊情況（結(jié)果均有效）時(shí)，可以找出多個(gè)方案汁劃，因而避免片面的使用可行性 /優(yōu)化方法。2、平面四連桿機(jī)構(gòu)所有的旋轉(zhuǎn)復(fù)合運(yùn)動平面四連桿被稱為為狡鏈四連桿，如圖2所示，這是最 基本的類型/基本形式的平面四連桿機(jī)構(gòu);其他的可以被視為山基本運(yùn)動轉(zhuǎn)化而來 的。該機(jī)構(gòu)由四部分組成：桿1為機(jī)架；桿2和4合成運(yùn)動桿組，可稱為連架桿; 2相對機(jī)架為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，稱為曲柄，4相對機(jī)架為搖擺運(yùn)動，

6、稱為搖桿；而不與 機(jī)架直接連接的桿3,稱為連桿。平面四連桿機(jī)構(gòu)的桿長度滿足格拉霍夫定理， 有且僅有一個(gè)最短桿，且最短桿和最長桿的長度之和小于或者等于其余兩桿長度 之和。在圖中，角。稱為壓力角，和另一個(gè)角Y稱為傳動角，顯然，角Y越大， Ft, F的有效分力，同樣會更大，同時(shí)，力Fn越小，徑向分力f更利于的機(jī)構(gòu)傳 輸。因此，衡量機(jī)構(gòu)傳動效果的好壞往往山Y(jié)值和其變化的趨勢確定。在機(jī)構(gòu)運(yùn) 動過程中，Y值是可變的，因此，為了保證良好的動力傳輸性能，在設(shè)計(jì)時(shí)，通圖1平面四連桿機(jī)構(gòu)圖3、平面四連桿設(shè)計(jì)實(shí)例為家庭和超市服務(wù)的雙用途的真空包裝機(jī)，其簡化后的運(yùn)動是一個(gè)狡鏈四 連桿，要求搖桿的長度是100毫米，是一

7、個(gè)擺角為40°的準(zhǔn)確的值；同時(shí)，傳 輸角度不小于40° ,與此同時(shí)，需要的材料用量盡量最少，以滿足一些有特殊 要求的工作環(huán)境，上述條件是最佳設(shè)計(jì)LI標(biāo)。在此要求的基礎(chǔ)上給定曲柄搖桿機(jī) 構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)置機(jī)架1為a （相應(yīng)的長度參數(shù)是L4）,曲軸2為b （相應(yīng)的 長度參數(shù)L1）,連桿3為C （相應(yīng)的長度參數(shù)是L2）搖臂為4為d,這里的d等 于100毫米。1）桿的長度約束 a + bvc + d ； a + c<b + d； a + d < b + c (1)2) 傳動角約束Y min$40°rcos-' c2+d2(a + 硏led甘180。-c

8、os“ c2+d2-(a + b)2led比較Y i Y2然后取最小傳動角；3）擺動角0根據(jù)兩個(gè)極值可知八.a2 +d2 -（c + /?）2八 gee廠一（c + b）G = cos'1 0. =180°-cos"1lad-lad則擺角0時(shí)Or 0=1=40°設(shè)定使用材料最少的原因是要求鋼筋的長度的總和需設(shè)定為最小值，這樣的LI標(biāo) 方程是長度二（a + b + c） min?；赑ro/E的狡鏈四桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)行為建模技術(shù)程序如下:參數(shù)優(yōu)化的特點(diǎn)在于，由工作環(huán)境的約束可得各桿的長度范圍是：90mma W 140mm;20毫米WbW60mm, 40mmW

9、eW100mm時(shí)，這里的每個(gè)桿初始長度是: a= 120mm; b =50mm; c =80mm時(shí)，在Pro/ E模塊環(huán)境下建立錢鏈四桿機(jī)構(gòu)的參數(shù) 化模型，并完成其運(yùn)動模式定義，主要包括材料，鏈接，驅(qū)動等運(yùn)動模型，如圖3所示。圖3鐵鏈四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動模型在Pro/E中定義的行為特征是將一部分模型特征參數(shù)將轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)變量，H標(biāo)方程和數(shù)學(xué)模型約束條件。如圖4可以看出，它們是分界面顯示：最小傳動角約束條件，擺動角約束條件，曲柄存在時(shí)桿的長度約束條件，同時(shí)必須滿足標(biāo)方程關(guān)系公式。關(guān)系文件爲(wèi)錯(cuò)播入?yún)?shù)實(shí)用工具顯示 査找范團(tuán)特征關(guān)系GC生X絆=? LI闞辦()C C %皤醋X盤?+ ai.2+14:0XQ2

10、4*13:8)-ai 2*12:4X03 6*14:0)x ai-2H3:6)<a2:4H4:0)f 112<12 4A 11:2Q3 611：2<14 0()()()(02:42*13:6*2- 04:0*11 ：2)a2)/C*12：4tl3:6)t3=M0s(02:4A2+13：6A2- (14:0-11 ：2)A2)/»12：4«13：6)a4=180-a3 if MOO a2=a3 else a2=a4 endif q二min(比2)關(guān)系c c %智凰x進(jìn)竺i d h 0 + bl=acosCa3 6a2m：0-02:4*11:2)*2)/(2*

11、13 6»14:0)- 爐 14:02(12*】12)2)/公】3 614:0) x b=abs(bl-h2)。c y電屆X+ lengthen ：2*12：4+U:0()圖4基于Pro / E界面的行為特征定義X2Y牛話石念）選項(xiàng)OEl I ! KZ切究共型/名稱O F行性QE亙I槪消關(guān)閔）名禰OPTIM1目標(biāo):MMMPtMffl I 理:Ml母計(jì)約束憂化<sA: CHUANDONGJTAOTIAOJTANX40.OOOOOOB : BAXJXAUTXAUJXANSS oooooo添加1刪球1變S:星大11.QUBXNO20.OOOOOO60. OOOOOO12 LIKHGA

12、NB5 000000105.OOOOOO14:JTJTAeo oooooo120.OOOOOO添加尺寸.歴衛(wèi)睡觀«»除圖5優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)的定義窗口最佳參數(shù)定義后可以進(jìn)行相關(guān)敬感性的研究，在這種惜況下，可以根據(jù)桿長 度分析傳動角度靈敬度和擺角的變化分析結(jié)果，并在模型中表現(xiàn)出來。優(yōu)化設(shè)計(jì) 的定義是最后一個(gè)步驟，如圖5所示，包括選擇目標(biāo)方程，約束和設(shè)計(jì)變量等事 宜然后將111 Pro / E的自動執(zhí)行優(yōu)化計(jì)算，最終電腦獲得最優(yōu)化的解決方案是 A=101.35； B =36.73； 070.01。在軟件環(huán)境下的Pro / E的機(jī)理研究，分析比較了在不同曲柄搖桿連桿機(jī)構(gòu) 運(yùn)動周期實(shí)施運(yùn)動學(xué)仿真后的實(shí)際值，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證傳動角和擺動的角度有如 下結(jié)論：滿足丫 minN40。的前提下，擺動角度嚴(yán)格等于40° ,該方法的成功的 最大化減少了目標(biāo)方程值（三桿總和）。4、總結(jié)如上所述，狡鏈四連桿被廣泛用于