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制造业 信 束 。 约束 函数包括性能约束和几何约束 ，如 以下各式 g c 一 s。 3 0 0 ． ≤6 5 0 3 0 X 2≤7 0 9 0 X 3 1 5 0 4 5 6 7 式 4 为 性能 约 束 ，式 5 6 7 为 几 何约 故该问题的总体优化模 型可表示 如下 mi n x 2 一d 】 x 一 2 一9 0 0 ] mi 每嵩 _f _g t j 3 ． 2 F x 3 2 x二 , x 3 一 l ≤。 g 2 ／ 6 5 01 0 g 3 3 0 0／ l 一1 0 g d 2 ／ 7 01 0 g 5 x 3 0／ 2 1 s0 g 6 x 3 ／ 1 5 0 1 ≤0 g ， 9 0／ x 一I ≤0 。 2 ． 2机 床主 轴 的有 限元 结构 分析 本例 中采用 的是在优化 过程 中集成 A N S Y S ，故应 先对 机床 主轴 进行有 限元分 析 。通 过 A N S Y S软件 对模 型进行 创建 ．并对其施加 载荷 及约束 。最后 求解 [5 3 ．结果如 图 2 和 图 3所 示。 由图 2和图 3可知 最大挠度 为 0 ． O 3 7 7 m m， 小 于许用 挠度 y 0 ，符 合要 求 ；最 大等 效应 力为 3 7 ． 7 M P a ， 取 安 全 系 数 为 1 ． 3 3 ，则 材 料 的许 用 应 力 为『 盯] 2 3 5 ／ 1 ． 3 3 1 7 6 ． 7 MP a ，故主轴的强度满足要求 。 图 2 主轴位移变形 图 I S I G H T集成 A N S YS时需 要 A N S Y S支持命令行批处理 方 式 ，为此需 要创 建 A N S Y S的 A P D L文件 ，可通 过打 开 j o b n a me ． 1 o g日志文件 提取 A P D L文件 。创建 了 A P D L文件 之后就可 以应用 I S I G HT集成 A N S Y S对主轴进行优 化 图 3 v o n Mi s e s 合成应力 图 2 _ 3基 于 I S I G H T的主轴 优化 应用 I S I G H T对 主轴 进行优 化时 ．首先 要进行 参数 的 设置 包括变 量的设置 、目标 函数设置 、约束 函数设置及 优 化 方 法 选 择 。 从本优化方案 的设 计思路来 看 ．目标 函数 值主要是 南 I S I G H T解析模块读取 C A D ／ C A E软件结果 文件 得到 ，与设 计变量没有直接 的线性 或非线性公式 关系 ，因此 ．该优化 数学模型可归属 于一种非线性 的多 目标约束优 化问题 。此 外 ．I S I GHT的 优化 模块 对 多 目标 优 化 问题 采 用 了 归 一 化 的 图 4 运 行 结 果 处 理方式 ，使得多 目标 问题 成为 一种单 目标 问题来求 解 。 因此 ，进 行 优 化 时 其 优 化 算 法 主 要 选 用 了惩 罚 函数 法 H o o k e J e e v e s 方法 。运行结果如 图 4所示 。 下转 第 7 7 页 究 与 ／ 9 ．5 5 x 1 0 6 0 ．3 8 7 x 1 0 -3 k W 0 ．3 8 7 w 5齿轮传 动机构 强度设计 5 ． 1齿根 弯 曲疲劳 强 度设计 由齿根 弯曲疲 劳强度 的校核公式 a F p ， 将 F t 二 L l ，6 中 。 ，d ， ， 代人上 式 ，可得 齿根 弯曲 疲 劳 强 度 的设 计 公 式 为 5 ． 2齿面 接触 疲劳 强 度设计 由齿 面接触疲 劳强度 的校核公式 a n Ze Zn Zs Zp 陋b d , u s ． 将齿 宽系数 b d b ／ d 。 ， 代人 上式 ，可得 齿面接 触疲 劳强 度的 设 计 公 式 为 ． d． 由上述两式可 以根据许 用应力 、传 动 比、力矩 等参数 对齿轮进行设 计 ，使得 齿轮满足强度 要求 。 6总结 本文分析 的传 动机 构符合强度设 计 的要求 。机构设 计 合理 。如 齿轮 的分布 、传动 比的分配 ；采用 四连杆来实 现面 板机 构 的翻转 巧 用扭 簧来 克 服初 始 翻转 时的“ 死 点”等。通过计算分析 并结合实际应用 发现 ，扭簧 的扭矩 在帮助面 板上翻 的同时 ，也构 成了面 板下 翻时的阻 力矩 ， 形 成 了下 翻至 0 。 ～ 5 。 时 的 “ 最 大阻力 点 ” ．即制造 了新 的 “ 死点” 。因此根据计算 ，适 当地减小扭 簧的扭矩 ，最 大阻 力点也得 以减小 。另外 ，通 过计算发现 ，对于齿轮传动 中 易失效 的齿轮可以适 当增大 齿宽和轮齿模数 ，以减小齿根 弯曲应力 ．降低齿轮失效的可能 。 总之 ．本文介 绍的建模 和力 学分析方法 对相关传动结 构的设计 具有一定的借鉴意义。 参考文献 [ 1 ]杨 芬，刘凯 ，周春国 ，等．两种 电动 助力转 向传 动机 构的分 析和助力 曲线比较[ J ]．机械传动 ，2 0 0 8 ，3 2 1 7 0 7 5 ． 『 2 1王凯 ．孙秦．内齿轮传动机 构动 力特 性及 可靠性 的数值模 拟 [ J ]．机械 传动，2 0 1 0 ，3 4 8 2 5 2 8 ． [ 3 ]杨振国．小家电产品 中传动机构 的改进设计[ J ]．机 电工程 技 术 ，2 0 0 9 ，3 8 1 0 1 0 6 1 0 8 ． [ 4]王虎奇 ，袁爱霞 ，温芳，等．装载机铰接 处向心 关节轴承 的 力学性 能分析[ J ]．机械 传动，2 0 1 0 ，3 4 6 5 1 - 5 3 ． [ 5]张怀银 ，杨术伟 ，刘光 第．步进机 构传 动力计 [ J ]．工业 炉， 20 0 9．3 1 5 3 2 3 4 ． 作者简介 彭向 阳，男 ，1 9 7 0年生 ，湖南益 阳人 ，大学本科 ，高 级 工程 师。研 究领域 D V D机芯的设计 。已发表论文 4篇。 编辑 向 飞 上接 第 1 7页 在 I S I G H T的优 化方案 中 ，优化方 案 的可行性 由参数 D e s i g n F e a s i b i l i t y判定 ，其 中整数⋯ 9’标识 当前方案 为截 止 目前 的最优 解。随着优 化进程 的深 入 ，最后 出现“ F e a s i b i l i t y 9 ”则表征 当前方 案为全局最 优解 。优化结 果 半 径 r 0 ． 0 3 m，跨距 ／ 0 ． 3 m，质量 m s 6 ． 4 2 6 4 1 k g ，最 大挠 度 d ma x 一 1 ． 7 0 1 9 6 E 一 5 m。 3结论 本文通过将 I S I G HT和 AN S Y S两个 软件集成对 机床主 轴进行了多 目标优化设计 ，达到 了较好 的优化效果 。研究 结果表 明 ，采用 I S I G H T进行优 化设计 ，工 作量小 、求 解 问题简单方便 ，得到 的这些 机床主轴参数 也使得机床 主轴 的设计更为合理 。 参 考文献 [ 1 ]李明喜．机床 主轴的 多 目标优化[ J ]．寰 樊学院 学报 ，2 0 0 3 2 4 4 8 5 1 ． [ 2 ]裴 小强。袁博．基 于 I S I G H T优 化平 台的卫星 多学科设计优化 [ J ]．航 天器工程 ，2 0 0 9 1 8 3 2 3 5 ． [ 3 ]周达达 ，陈国金 ，龚友 平．基于 I S I G H T的多学科优化方法研 究 [ J ]．机 电工程 ，2 0 0 9 1 2 7 8 8 1 ． [ 4 ] 周延 美 ，蓝 悦 明．机 械 零件 与 系统 优 化 设 计 建模 及 应 用 [ M]．北京 化 学工业 出版社 ，2 0 0 5 ． [ 5 ] 周 长 城 ，胡 仁 喜 ，熊 文 波 ．AN S Y S 1 1 ．O基 础 与 典 型 范 例 [ M]．北京 电子 工业 出版社 ，2 0 0 7 ． 第一作者简 介张巍 ，女 ，1 9 8 4年生 ，河北秦 皇岛人 ，硕 士研 究生。研究领域现代设计方法 f 编 辑 吴智 恒
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