大型設(shè)備動(dòng)力裝置與減速裝置對(duì)接平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含12張CAD圖,大型,設(shè)備,裝備,動(dòng)力裝置,減速,裝置,對(duì)接,平臺(tái),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),12,十二,cad 附錄一：外文翻譯 一臺(tái)帶有滑塊曲柄和螺桿機(jī)構(gòu)變速機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)特色設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)現(xiàn)有機(jī)制的可變輸入速度可以提高機(jī)器的輸出動(dòng)力學(xué)和動(dòng)態(tài)特性?；谶@個(gè)概念，本文提出了一種方法以提高復(fù)合機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)態(tài)特性。它開始衍生出一個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征的復(fù)合機(jī)理的分析模型。帶有控制點(diǎn)的 Bezier 功能被用來設(shè)計(jì)復(fù)合機(jī)構(gòu)的可變?nèi)?；控制點(diǎn)和該復(fù)合機(jī)制的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力特性是在 MATLAB 的優(yōu)化工具箱通過求解最優(yōu)函數(shù)來確定的。另外，建議方法由兩個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例說明。結(jié)果表明現(xiàn)存機(jī)器的輸出運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力特性可以通過設(shè)計(jì)帶有貝塞爾功能的可變輸入速度來改進(jìn)。 關(guān)鍵詞：可變輸入速度; 復(fù)合機(jī)制;運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)特性; 1 引言 傳統(tǒng)上，工程師以恒定的輸入速度設(shè)計(jì)現(xiàn)有機(jī)制的輸出特性。如果所需的輸出不同，則應(yīng)重新設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的尺寸。為達(dá)到此目的，但不修改幾何尺寸的現(xiàn)有機(jī)制的一種替代方法。是為原來的機(jī)制設(shè)計(jì)可變輸入速度。 關(guān)于變量輸入速度的概念的應(yīng)用程序，可追溯到由 Rothbart 設(shè)計(jì)的凸輪機(jī)構(gòu)[1]，其中 Whitworth 急回機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化可變輸入速度到凸輪。Tesar 和 Matthew [2]運(yùn)動(dòng)方程用于基于可變凸輪轉(zhuǎn)速概念的凸輪從動(dòng)機(jī)構(gòu)。Yan et al [3-6]開發(fā)了具有可變輸入速度系統(tǒng)的方法用于改善凸輪從動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，如消除跟隨運(yùn)動(dòng)的不連續(xù)性和低峰值。Van de Straete 和 De Schutter [7]提出了一種凸輪機(jī)構(gòu)帶有恒速電機(jī)和伺服電機(jī)，由差速驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)。作為其電源輸入，用于靈活地修改輸出運(yùn)動(dòng)。姚等人 [8-13]應(yīng)用了最優(yōu)控制理論以提高輸出運(yùn)動(dòng)的凸輪速度和減少跟隨器的殘余振動(dòng)。后來，可變輸入速度也適用于處理其他種類的機(jī)制。Kaplan 和 Rao [14]制定了一個(gè)可變輸入速度機(jī)制作為多目標(biāo)優(yōu)化問題。閻和陳[15-17]設(shè)計(jì)了滑塊 - 曲柄機(jī)構(gòu)輸入速度功能，Watt 型壓力機(jī)和 Stephenson 形成這些機(jī)制近似于所需的功能輸出軌跡。Liu et al [18]設(shè)計(jì)了一個(gè)用于降低滾珠絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的峰值加速度的多項(xiàng)式速度函數(shù)。閻和宋[19-22]開發(fā)了對(duì)于四桿連桿的可變輸入速度的設(shè)計(jì)方法以獲得預(yù)期的輸出運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)態(tài)平衡性能。姚等人 [23,24]提出一種通過改變輸入的速度功能鏈接來最小化驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和振動(dòng)力矩的四桿聯(lián)動(dòng)方法。Yan 和 Yan [25]開發(fā)了一種用于具有可變輸入速度的四桿連桿綜合設(shè)計(jì)方法以降低峰值振動(dòng)力和力矩的值，以提高性能的跟蹤速度軌跡，并盡量減少電機(jī)功率耗散。 基于上述研究結(jié)果，顯而易見現(xiàn)有機(jī)器的輸出運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)特性由機(jī)構(gòu)的配置和輸入決定。一般來說，如果一種現(xiàn)有設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)特性需要被改進(jìn)為在恒速輸入；然后，原始機(jī)制的尺寸也需要變。但是 Rothbart [1]提出的使用另一種機(jī)制的辦法推動(dòng)現(xiàn)有機(jī)制改善原有機(jī)制的機(jī)制。Yan 等提出的其他方法[3-6,8-13,15-18,20-25]通過設(shè)計(jì)提高產(chǎn)量直接變速輸入，而不改變尺寸的相同的機(jī)制。本研究的目的是開發(fā)和設(shè)計(jì)一個(gè)具有滑塊式機(jī)構(gòu)和螺絲機(jī)構(gòu)復(fù)合機(jī)制的可變輸入速度的模型用 于提高復(fù)合機(jī)制的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)態(tài)特性來滿足所需的約束。這里，貝塞爾曲線[26]是 用于設(shè)計(jì)復(fù)合機(jī)構(gòu)的輸入速度功能以提高這種復(fù)合機(jī)理的輸出運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)特征。兩個(gè)被提出來的設(shè)計(jì)實(shí)例來說明設(shè)計(jì)過程。 2. 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)分析 考慮具有滑塊式機(jī)構(gòu)和螺桿機(jī)構(gòu)復(fù)合機(jī)制，如圖 1 所示，滑塊曲柄機(jī)構(gòu)的輸入和輸出是曲柄和滑塊（架）；螺絲機(jī)構(gòu)的輸入和輸出分別是小齒輪（螺絲）和從動(dòng)件；和機(jī)架驅(qū)動(dòng)小齒輪?；瑝K - 曲柄機(jī)構(gòu)如圖 2 所示?；瑝K的位移表示為 r4，速度表示為 v4 和加速度表示為 a4。 大型設(shè)備動(dòng)力裝置與減速裝置對(duì)接平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ￠ ￠ ￠ 其中f4 和f4 是運(yùn)動(dòng)系數(shù)和它的一階導(dǎo)數(shù)。曲柄 2 的角速度w2 和角加速度w2 是曲柄角位移q2 的一階和二階導(dǎo)數(shù)，角位移q5 ，角速度w5 ，螺旋物的角加速度w5 可以表示為： 其中 rg 是小齒輪的半徑，Dr4 是位移 r4 的變化。 修正正弦加速度運(yùn)動(dòng)曲線為應(yīng)用于設(shè)計(jì)螺桿 5 的位置，位移 s6，跟隨器 6 的速度 v6 和加速度 a6 表示為： 圖一 復(fù)合機(jī)制 圖二 滑塊 - 曲柄機(jī)構(gòu)的環(huán)向量其中 b 和 h 分別是在時(shí)段 s 期間螺桿 5 的角行程和行程跟隨者 6。 顯然， 曲柄 2 的角位移q2(t )是時(shí)間 t 的一個(gè)功能， g = 2p 曲柄 2 的角行程是在相同時(shí)間 段t 的角行程。然后，歸一化時(shí)間 T 和標(biāo)準(zhǔn)化曲柄 2 的角位移q2(T )被定義為 T =t/t ,q2 =q2 / g 。因此 0≤T≤1，0≤q2(T )≤1。此外，歸一化加速度是： W2(T )=dQ2(T ) / dT = (t / g )w2 ； 歸一化角加速度是W (T )=d 2Q (T ) / dT 2 = (t 2 / g )w 。當(dāng)確定角速度時(shí)；復(fù)合機(jī)制的運(yùn) 2 2 2 動(dòng)特性將通過應(yīng)用方程式(1)–(15)來計(jì)算。 應(yīng)用牛頓第二定律來鏈接產(chǎn)生 20 個(gè)方程。輸入轉(zhuǎn)矩 M2 可以通過 20 個(gè)方程計(jì)算。搖晃的時(shí)刻，在框架上的復(fù)合機(jī)制，可以表示為： 的鏈接 i 其中 rOi 是向量從點(diǎn) O 到質(zhì)心。 3.貝塞爾曲線 貝塞爾曲線廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)圖形模型中光滑的曲線。Winkel [26]指出，伯恩斯坦多項(xiàng)式和貝塞爾曲線是至關(guān)重要的計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)。因此，這項(xiàng)工作使用這些基本功能來設(shè)計(jì)歸一化的曲 柄 2 輸入角速度W2(T )。n 度貝塞爾函數(shù)是 n 階可微分連續(xù)曲線，其形狀由 n 個(gè)受控點(diǎn)控制。除了高分辨率的連續(xù)性，貝塞爾功能還提供了足夠的各種曲線圖輸入速度功能。歸一化的輸入角速度 W2(T )可以用 n 度貝塞爾函數(shù)表示： 其中 Pi，0≤i≤ n + 1 是 Bezier 功能的第 i 個(gè)控制點(diǎn)，Bi， n （T）是伯恩斯坦多項(xiàng)式。 通過整合表達(dá)式W2(T )，等式（17），對(duì)于 T，然后進(jìn)行歸一化輸入角位移Q2(T )可以被派生為： 其中伯恩斯坦多項(xiàng)式的積分可以由其導(dǎo)出使用部件集成的方法。 對(duì)于歸一化輸入角位移，初始?xì)w一化輸入角位移為零， Q2(0) = 0 ,最終歸一化輸入角位移為 一, Q2(1) = 1。將這兩個(gè)要素代入方程 （19） 由于貝塞爾曲線是 n 階微分，歸一化輸入角加速度， Q2(T )，可以通過微分得出。歸一化輸入 角速度Q2(T )，相對(duì)于 T 為 其中： 4.設(shè)計(jì)實(shí)例 這項(xiàng)工作使用貝塞爾曲線作為，復(fù)合機(jī)制的變速輸入，以提高復(fù)合機(jī)制的輸出運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。這種改善可以被制定為受到設(shè)計(jì)師提出的一些設(shè)計(jì)約束一個(gè)優(yōu)化問題。最佳設(shè)計(jì)結(jié)果可以通過求解函數(shù)找到。 圖三 示例 1 的運(yùn)動(dòng)特性：（a）曲柄運(yùn)動(dòng)特性和（b）跟隨器運(yùn)動(dòng)特性 大型設(shè)備動(dòng)力裝置與減速裝置對(duì)接平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) “fmincon”在 MATLAB 的優(yōu)化工具箱中。函數(shù) fmincon 可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)應(yīng)用順序二次編程 （SQP）算法的局部最小值。設(shè)計(jì)過程由如下兩個(gè)例子說明。例 1 如果從動(dòng)件 6 的運(yùn)動(dòng)特性是用應(yīng)用變速輸入改進(jìn)，目標(biāo)函數(shù)可以表示為兩個(gè)比率的總和：一個(gè)是均方根比；另一個(gè)是波動(dòng)比。對(duì)于該示例，優(yōu)化結(jié)果與恒定輸入結(jié)果的比率是[a6b]/[a6]。目標(biāo)函數(shù)必須最小化并可以表達(dá)為 受制于以下約束： 其中下標(biāo) b 表示優(yōu)化結(jié)果，下標(biāo) rms 表示均方根的結(jié)果，從動(dòng)件 6 是加速度 a6，ei(i=1,2,3,4,5) 是平等約束。方程（26）和（27）表明初始和最終的歸一化輸入 角位移分別為 0 和 1。方程（28）表明歸一化輸入角速度的邊界條件必須相等。類似地， （29）歸一化輸入角加速度的邊界條件必須相等。這些邊界條件使曲柄的運(yùn)動(dòng)連續(xù)。方程（30）顯示了控制點(diǎn)的極限; 這個(gè)也在等式（21）。復(fù)合機(jī)理的相關(guān)規(guī)范列于表 1。 平均輸入速度為 200rpm，即正?；瘯r(shí)間 T 和時(shí)間 t 的范圍分別為：0≤T≤1 和 0≤ t≤ 0.3s。使用十階 Bezier 曲線作為歸一化輸入角速度。有 11 個(gè)控制點(diǎn)，它可以作為設(shè)計(jì)變量。這項(xiàng)工作解決了在 MATLAB 的優(yōu)化工具箱中 fmincon 的功能確定最優(yōu)設(shè)計(jì)變量：P0，P1，...，P10 分別為1.1250,1.1250，0.5000，0.5000, 1.5000, 1.5000, 1.5000, 0.5000, 0.5000, 1.1250, and1.1250。角位移， 速度和曲柄加速度，由設(shè)計(jì)變量確定，如圖圖 3（a）。從動(dòng)件 6 的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)特性如圖 3（b）。圖3 也顯示了相應(yīng)的恒速輸入特性。 設(shè)計(jì)結(jié)果表明，從動(dòng)件 6 速度的峰值和加速度會(huì)被應(yīng)用變量輸入減少。實(shí)施例 1 的特點(diǎn)的比較 展示于表 2 中。 例 2 如果從動(dòng)件 6 的運(yùn)動(dòng)特性和曲柄 2 的輸入轉(zhuǎn)矩特性用應(yīng)用變速輸入改進(jìn)，目標(biāo)函數(shù)可以表示為四個(gè)比率的總和：兩個(gè)是均方根比，而其他兩個(gè)是波動(dòng)比。對(duì)于這個(gè)例子，優(yōu)化結(jié)果至恒定輸入結(jié) 果為[a6b]/[a6]和[M2b]/[M2]。目標(biāo)函數(shù)必須最小化并可以表達(dá)為 受限于公式（26） - （31），其中下標(biāo) b 表示優(yōu)化結(jié)果，下標(biāo) rms 表示結(jié)果均方根，下標(biāo) flu 表示造成的結(jié)果，M2 是曲柄 2 的輸入轉(zhuǎn)矩。平均輸入速度為 200 rpm。十階 Bezier 曲線用于表示歸一化的輸入角速度。有是 11 個(gè)控制點(diǎn)，可以用作設(shè)計(jì)變量。這項(xiàng)工作解決了在 MATLAB 的優(yōu)化工具箱中 fmincon 的功能來確定最優(yōu)設(shè)計(jì)變量。P0，P1，...， P10 為 1.0234,1.0234,0.5000,0.7032,1.5000,1.5000,1.5000，分別為 0.7032,0.5000,1.0234 和 1.0234。曲柄的角位移，速度和加速度 2 由設(shè)計(jì)變量確定，如圖 4（a）所示。從動(dòng)件 6 的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)特性和曲柄 2 的輸入轉(zhuǎn)矩如圖 4(b)和 5。圖 4 和圖 5 也示出了常數(shù) - 速度輸入。設(shè)計(jì)結(jié)果表明，速度的峰值和從動(dòng)件 6 的加速度和曲柄 2 的輸入轉(zhuǎn)矩可以通過應(yīng)用變速輸入減小。 和例 2 的特點(diǎn)的比較列在表 3 中。概要。 根據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)例的結(jié)果，這項(xiàng)工作提出以下結(jié)論： （1）現(xiàn)有的機(jī)制運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)特性的改善可以通過變速輸入的 應(yīng)用提出的方法實(shí)現(xiàn)。 （2）研究復(fù)合機(jī)制的鏈路長度 r1（圖 2 和表 1）等于零; 滑塊和跟隨器的運(yùn)動(dòng)特性是對(duì)稱的。獲得控制點(diǎn)的價(jià)值遵循相同的模式。他們是對(duì)稱的，并具有相同的重復(fù)。 （3）方程（25）和（32）是多目標(biāo)函數(shù)包含一些子目標(biāo)函數(shù)。事實(shí)上，當(dāng)采用多目標(biāo)函數(shù)時(shí)，如何確定對(duì)于每個(gè)子目標(biāo)合適的權(quán)重，總是有一個(gè)問題。合適的權(quán)重的確定取決于設(shè)計(jì)師提出要求。為了簡單的討論，這項(xiàng)工作使得在等式 （25）和（32 每個(gè)子目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重等于 1。 （4）這個(gè)工作解決了在 MATLAB 的優(yōu)化工具箱中函數(shù) fmincon 確定最優(yōu)設(shè)計(jì)變量 P0， P1，...，P10。功能 fmincon 可以依靠應(yīng)用 SQP 算法的局部最小值實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)這項(xiàng)工作的最佳設(shè)計(jì)結(jié)果可能是本地化的。 5 結(jié)論 基于可變輸入速度的設(shè)計(jì)，這項(xiàng)工作提出了一種用于改善復(fù)合機(jī)制的輸出運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)態(tài)特性的方法。導(dǎo)出機(jī)制的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)特性的分析模型。貝塞爾函數(shù)用于設(shè)計(jì)可變輸入速度，以及復(fù)合機(jī)理的局部最優(yōu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)態(tài)特性的確定。最后，所提出的方法由兩個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例說明。結(jié)果表明復(fù)合機(jī)制的輸出動(dòng)力學(xué)和動(dòng)態(tài)特性通過使用貝塞爾函數(shù)設(shè)計(jì)可變輸入速度的軌跡得到改進(jìn)。 附錄二：翻譯原文 大型設(shè)備動(dòng)力裝置與減速裝置對(duì)接平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)