Optimization design of crank rocker structure under the given output angle constraint

李莹莹，游　敏，徐建军

LI Ying-ying, YOU Min, XU Jian-jun

（三峡大学 机械与动力学院，宜昌 443002）



基于MATLAB的曲柄摇杆机构优化设计

Optimization design of crank rocker structure under the given output angle constraint

李莹莹，游敏，徐建军

LI Ying-ying, YOU Min, XU Jian-jun

（三峡大学 机械与动力学院，宜昌 443002）

摘 要：在给定摇杆输出角约束的情况下，以曲柄摇杆机构的从动件运动角度与期望角度差值平方的和的最小值（即最小二乘法模式）为设计目标，建立单目标优化数学模型，通过MATLAB编程求解，研究了设计变量的个数和变量对象的选取对满足摇杆输出角约束的曲柄摇杆机构轨迹特性的影响，并确定了最佳的设计变量个数及变量对象的选取方案。

关键词：曲柄摇杆机构；优化设计；设计变量

0 引言

平面连杆机构结构简单，易于制造，能实现多种运动规律和运动轨迹，在工程实际中应用非常广泛[1]。然而，随着工业的不断发展，人们对曲柄连杆机构的运动特性、机构尺寸和杆件的受力情况等提出了更高的要求，使得连杆机构的设计难度也随之增大。连杆机构的设计问题通常可归为按给定的运动轨迹设计和按给定的运动规律设计[2]。对于这两类问题的求解，通常采用的是函数逼近法求解，该方法不仅计算复杂，而且变量较少时，计算精度也不高。若采用最优化方法对机构进行设计，可以大大简化[3]。

楼云江[4]等在给定摇杆最大摆角的情况下，借助于极位夹角和辅助角，建立了平均传动角最优化的曲柄摇杆机构优化模型，从而得到全局最大平均传动角，并确定相应的各杆杆长；苏有良[5]在给定行程速比系数、摆角、摇杆尺寸的设计条件下，建立了I、II型曲柄摇杆机构最小传动角与相对杆长的函数方程及其变化区间，解决了在此设计条件下曲柄摇杆机构不易获得最小传动角为最大值的最优传动性能解的设计问题；……