1、成人高等教育成人高等教育机械优化设计机械优化设计复习资料复习资料知识讲解知识讲解可行搜索方向是指当设计点沿该方向作微量移动时，目标函数值下降，且不会越出可行域。设计空间：n个设计变量为坐标所组成的实空间，它是所有设计方案的组合可靠度产品在规定的条件，规定的时间内完成规定功能的概率.黄金分割法： 是指将一线段分成两段的方法，使整段长与较长段的长度比值等于较长段与较短段长度的比值。可行域：满足所有约束条件的设计点，它在设计空间中的活动范围称作可行域。维修度：在规定的条件下使用的产品发生故障后，在规定的维修条件下，在规定的维修时间t内修复完毕的概率设计变量：在优化设计计程中，一组需要优选的、作为变量
2、来处理的独立设计参数 （或需要优选的参数， 它们的数值在优化设计过程中是变化的一组独立的设计参数）目标函数：在优化设计中，用来评价设计方案优劣程度、并能够用设计变量所表达成的函数，称为目标函数（或用设计变量来表达所追求目标的函数）设计约束：在优化设计中，对设计变量取值的限制条件，称为约束条件和设计约束（或对设计变量取值限制的附加设计条件）最优点、最优值和最优解：选取适当优化方法，对优化设计数学模型进行求解，可解得一组设计变量，记作：*x1*，x2*，x3*，x*T使该设计点的目标函数(x*)为最小，点x*称为最优点（极小点）。相应的目标函数值(x*)称为最优值 （极小值） 。 一个优化问题的最
3、优解包着最优点 （极小点）和最优值（极小值）。把最优点和最优值的总和通称为最优解。或：优化设计就是求解n个设计变量在满足约束条件下使目标函数达到最小值，即minf(x)=f(x*)xns.t.u（）0，1,2,m；v（）0，1,2,pn称x*为最优解，f(x*)为最优值。最优点x*和最优值f(x*)即构成了最优解共轭梯度法需要求海赛矩阵。内点惩罚函数法可用于求解只含有不等式约束的优化问题优化问题。下面四种无约束优化方法中， 坐标轮换法在构成搜索方向时没有使用到目标函数的一阶或二阶导数。二维目标函数的无约束极小点是等值线族的一个共同中心。惩罚函数法求解约束优化问题的基本原理是将优化问题的不等式和
4、等式约束函数经过加权转化后， 和原目标函数结合形成新的目标函数惩罚函数求解该新目标函数的无约束极值，以期得到原问题的约束最优解目标函数是一项设计所追求的指标的数学反映， 因此对它最基本的要求是能用来评价设计的优劣，同时必须是设计变量的可计算函数建立优化设计数学模型的基本原则是确切反映工程实际问题的基础上力求简洁。最速下降法以负梯度方向作为搜索方向，因此最速下降法又称为梯度法，其收敛速度较慢。拉格朗日乘子法的基本思想是通过增加变量将等式约束优化问题变成无约束优化问题，这种方法又被称为升维法。改变复合形形状的搜索方法主要有反射、扩张、收缩、压缩。组成优化设计数学模型的三要素是设计变量、目标函数、约
5、束条件在有限元中，系统之间不能通过表面来传递内力。一维搜索试探方法黄金分割法比二次插值法的收敛速度慢容差设计产品三次设计的第三次设计机械最优化设计问题属于约束非线性优化问题可修复产品的平均寿命指平均无故障工作时间。改变复合形形状的搜索方法主要有反射、收缩、压缩机械优化设计采用数学规划法,其核心一是建立搜索方向 二是计算最佳步长因子 。当优化问题是凸规划的情况下，任何局部最优解就是全域最优解。 4、应用进退法来确定搜索区间时，最后得到的三点，即为搜索区间的始点、中间点和终点，它们的函数值形成 高-低-高趋势。包含n个设计变量的优化问题，称为 n 维优化问题。设计变量 、 约束条件、 目标函数 是
6、优化设计问题数学模型的基本要素。优化设计问题的数学模型的基本要素有设计变量 、约束条件 目标函数、采用外点法求解约束优化问题时， 将约束优化问题转化为外点形式时引入的惩罚因子r数列，具有由小到大趋于无穷特点。函数在点处的梯度为海赛矩阵目标函数是一项设计所追求的指标的数学反映，因此对它最基本的要求是能 用建立优化设计数学模型的基本原则是确切反映 工程实际问题的基础上力求简洁约束条件的尺度变换常称规格化，这是为改善数学模型性态常用的一种方法。随机方向法所用的步长一般按加速步长法来确定， 此法是指依次迭代的步长按一定的比例 递增的方法。最速下降法以负梯度方向作为搜索方向，因此最速下降法又称为梯度 法
7、，其收敛速度较慢。二元函数在某点处取得极值的充分条件是必要条件是该点处的海赛矩阵正定 拉格朗日乘子法的基本思想是通过增加变量将等式约束优化问题变成无约束优化问题，这种方法又被称为 升维 法。改变复合形形状的搜索方法主要有反射，扩张，收缩，压缩坐标轮换法的基本思想是把多变量 的优化问题转化为 单变量 的优化问题在选择约束条件时应特别注意避免出现 相互矛盾的约束， 另外应当 尽量减少不必要的约束目标函数是n维变量的函数，它的函数图像只能在 n+1,空间中描述出来，为了在n维空间中反映目标函数的变化情况，常采用 目标函数等值面的方法。协调曲线法是用来解决 设计目标互相矛盾 的多目标优化设计问题的。机
8、械优化设计的一般过程中，建立优化设计数学模型是首要和关键的一 步，它是取得正确结果的前提。可行搜索方向是指当设计点沿该方向作微量移动时，目标函数值下降，且不会越出可行域。设计空间：n个设计变量为坐标所组成的实空间，它是所有设计方案的组合黄金分割法：是指将一线段分成两段的方法，使整段长与较长段的长度比值 等于较长段与较短段长度的比值。可行域：满足所有约束条件的设计点，它在设计空间中的活动范围称作可行 域。机械优化设计采用数学规划法,其核心一是建立搜索方向 二是计算最佳步长因子 。机械：机器、机械设备和机械工具的统称。机器：是执行机械运动，变换机械运动方式或传递能量的装置。机构：由若干零件组成，可
9、在机械中转变并传递特定的机械运动。构件：由若干零件组成，能独立完成某种运动的单元零件：构成机械的最小单元，也是制造的最小单元。标准件：是按国家标准(或部标准等) 大批量制造的常用零件。自由构件的自由度数：自由构件在平面内运动，具有三个自由度。约束：起限制作用的物体，称为约束物体，简称约束。运动副：构件之间的接触和约束，称为运动副。低副：两个构件之间为面接触形成的运动副。高副：两个构件之间以点或线接触形成的运动副。平衡：是指物体处于静止或作匀速直线运动的状态。屈服极限：材料在屈服阶段，应力波动最低点对应的应力值，以s表示。强度极限：材料-曲线最高点对应的应力，也是试件断裂前的最大应力。弹性变形：
10、随着外力被撤消后而完全消失的变形。塑性变形：外力被撤消后不能消失而残留下来的变形。延伸率：=(l1-l)/l100，l为原标距长度，l1 为断裂后标距长度。断面收缩率：=(1)/ 100，为试件原面积，1 为试件断口处面积。工作应力：杆件在载荷作用下的实际应力。许用应力：各种材料本身所能安全承受的最大应力。安全系数：材料的机限应力与许用应力之比。正应力：沿杆的轴线方向，即轴向应力。剪应力：剪切面上单位面积的内力，方向沿着剪切面。挤压应力：挤压力在局部接触面上引起的压应力。力矩：力与力臂的乘积称为力对点之矩，简称力矩。力偶：大小相等，方向相反，作用线互相平行的一对力，称为力偶内力：杆件受外力后，
11、构件内部所引起的此部分与彼部分之间的相互作用力。轴力：横截面上的内力，其作用线沿杆件轴线。应力：单位面积上的内力。应变：=l/l，亦称相对变形，l为伸长(或缩短) ，l为原长。合力投影定理： 合力在坐标轴上的投影，等于平面汇交力系中各力在坐标轴上投影的代数和。强度：构件抵抗破坏的能力。刚度：构件抵抗弹性变形的能力。稳定性：受压细长直杆，在载荷作用下保持其原有直线平衡状态的能力。硬度：是指材料抵抗其他物体在表面压出凹陷印痕的能力。冲击韧性：材料抵抗冲击破坏能力的指标。弹性系数：材料抵抗弹性变形的能力。虎克定律：在轴向拉伸(或压缩) 时，当杆横截面上的应力不超过某一限度时，杆的伸长(或缩短) l与
12、轴力N及杆长l成正比，与横截面积成正比。重心：整个物体的重力是物体每一部分重力的合力，合力的作用点，就是物体的重心。拉(压)杆的强度条件： 拉(压)杆的实际工作应力必须小于或等于材料的许用应力。剪切强度条件： 为了保证受剪构件在工作时不被剪断，必须使构件剪切面上的工作应力小于或等于材料的许用剪应力。挤压强度条件： 为了保证构件局部受挤压处的安全，挤压应力小于或等于材料的许用挤压应力。圆轴扭转强度条件：保证危险点的应力不超过材料的许用剪应力。弯曲正应力强度条件： 为了保证梁的安全，应使危险点的应力即梁内的最大应力不超过材料许用应力。中性层： 在伸长和缩短之间必有一层材料既不伸长也不缩短。这个长度
13、不变的材料层称为中性层。中性轴：中性层与横截面的交线称为中性轴。塔式起重机的稳定性： 起重机必须在各种不利的外载作用下，抵抗整机发生倾覆事故的能力，称为塔式起重机的整机稳定性。空间力系：物体所受力系的各个力的作用线，不在同一平面内，此力系称为空间力系。自锁：当主动力位于摩擦锥范围内，不论主动力增加多少，正压力和磨擦力的合力与主动力始终处于平衡状态，而不会产生滑动，这种现象称为自锁。功： 当力的作用点或力矩作用的物体在其作用方向发生线位移或角位移时，力或力矩就要作功。功率：力或力矩在单位时间内所作的功，称为功率。机械效率：是有用功率和输入功率之比。位移：表示动点几何位置的变化。路程：动点沿轨迹运
14、动时在给定时间内累计的轨迹弧长。速度合成定理：动点的绝对速度等于牵连速度和相对速度的矢量和。刚体的转动惯量： 等于刚体各个质点的质量与该质点到轴线距离平方成正比。55.刚体的平面运动： 当刚体运动同时包含平动和在平动平面内的转动时，即为刚体的平面运动。机构具有确定运动的条件：当机构给定主动件运动规律的数目等于自由度数时，即机构具有确定运动。死点位置：当曲柄摇杆机构的连杆和从动件共线时，即为死点位置。急回性质： 平面连杆机构中的摇杆往复摆动时所需时间一般并不相同，要求返回空行程明显快于工作行程。凸轮基圆：凸轮轮廓曲线的最小半径所作的圆。从动件的位移曲线：从动件一个工作循环的位移时间曲线。 61.
15、间歇运动机构：指专用于产生从动件间歇运动的机构。弹性滑动：带具有弹性，紧边拉力大，应变大，松为拉力小，应变小。当带由紧边侧进入主动轮到从松边侧离开主动轮有个收缩过程， 而带由进入从动轮到离开从动轮有个伸长过程。这两个过程使带在带轮上产生弹性滑动。打滑：由于张紧不足，摩擦面有润滑油，过载而松弛等原因，使带在带轮上打滑而不能传递动力。齿廓啮合基本定律： 一对定速比传动齿轮的齿廓曲线的公法线始终与两轮的连心线交于定点。节点：啮合线与两轮连心线的交点必是定点，即为节点。 66.节圆：过节点作一对相切的圆，称为节圆。分度圆：直径等于齿数乘模数的圆，称为分度圆。正确啮合条件：两齿轮的模数必须相等；两齿轮的
16、压力角必须相等。连续传动的条件：一对齿轮必须满足正确啮合条件，而且重合度1。根切现象：展成法加工齿轮时，若齿数太少，刀具会把轮齿根部齿廓多切去一部分，产生根切现象。变位齿轮：采用齿轮刀具变位的方法，即把齿条刀具的中线移动一段距离，加工出来的齿轮。蜗杆传动的主平面： 通过蜗杆轴线并垂直蜗轮轴线的平面称为主平面。71.轮系：机械传动系统中一系列相互啮合齿轮组成的传动装置。 72.定轴轮系：轮系齿轮轴线均固定不动，称为定轴轮系。周转轮系：至少有一个齿轮的轴线绕其他齿轮的轴线转动的轮系。液压传动： 是利用液体作为工作介质；利用液体压力传递运动和动力的一种传动方式。静压传递原理：液压系统可看成密闭容器及静止液体，当一处受到压力作用时，压力通过液体传到连通器中的任意点，各个方向的压力都相等，压力总是垂直作用在容器的内表面上，这原理称为静压传递原理。螺纹公称直径：螺纹大径。心轴：只承受弯矩不承受扭矩的轴称为心轴。传动轴：仅传递扭矩的轴称为传动轴。转轴：同时承受弯矩和扭矩的轴称为转轴。轴承的接触角： 滚动体与外圈滚道接触点的法线与轴承回转半径之间的夹角称为接触角。弹簧的特性曲线：表示弹簧载荷和变形之间的关系曲线。弹簧刚度：弹簧的载荷增量与变形增量之比。
