带传动课程doc.docx
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带传动课程doc
江苏师范大学机电工程学院
课程设计说明书
课程名称创新课程设计
指导老师王繁生
班级09机41
学号09294025
姓名陈晓阳
2013年1月18日
V带传动优化设计任务
摘要·················································2
一、设计任务及要求···································3
二、建立优化设计的数学模型···························4
三、编写程序M文件···································7
四、计算结果·········································10
小结·················································11
参考文献·············································12
摘要
带传动是通过中间挠性件胶带，把主动轴的运动和动力传给从动轴的一种机械传动形式，常用于两轴相距较远的场合。
与其他机械传动相比，带传动结构简单，成本低廉和维护方便，是一种很广的机械传动。
忧郁V带传动的摩擦力较大，传递功率也较大，传动结构紧凑，是带传动应用中最为常见的一种传动类型。
V带传动优化设计一般是在满足承载能力的前提条件下，要求传动结构紧凑，即实现带的根数尽量少，带的直径和中心距尽量小。
Abstract
Thebeltdriveisflexiblepiecesoftapethroughthemiddleofthedriveshaftmovementandpoweristransmittedtothedrivenshaftintheformofamechanicaltransmission,commonlyusedinthetwo-axisdistantoccasions.Comparedwithothermechanicaltransmission,belttransmissionsimplestructure,lowcostandeasymaintenance,andwideisamechanicaltransmission.MelancholyV-beltdrivefrictiontransferpowertransmissioncompactstructure,isthemostcommonformoftransmissiontypebeltdriveapplications.
Belttransmissionoptimizationdesignisgenerallyrequiredrive,compactstructure,i.e.aslittleaspossibletotherootofthenumberofthebelt,withthediameterandcenterdistanceassmallaspossibletomeetthecarryingcapacityofthepremiseconditions.
1、设计任务及要求
（1）设计题目
设计带式输送机传动装置上的普通V带传动，已知电动机额定功率P=4kW，转速n=1440r/min，传动比i=3，采用A型V带，每天工作不超过10h。
要求设计方案传动结构紧凑。
（2）创新设计内容及工作量
1）根据题目要求简历本问题的数学模型；
2）运用所学的编程语言和算法知识编写计算程序求解；
3）编写V带传动优化设计说明书，包括问题的数学模型、程序框图、源程序清单及计算结果图表等内容。
二、建立优化设计的数学模型
（1）目标函数：
包括三个分目标
1）小带轮基准直径
2）中心距
其中，
。
3）带的根数
式中，工作情况系数
=1.1（根据工作机械是带式输送机，每天工作不超过10h）。
单根V带传动额定功率
与小带轮基准直径
的关系，根据A型V带，转速
=1440r/min拟合直线方程为：
包角系数
与小带轮包角
的关系，拟合为双曲线函数方程：
带的长度系数
与V带基准长度
的关系，根据A型V带，拟合为幂级数函数方程为：
（2）确定分目标及其权重
按照加权方法建立统一的目标函数。
考虑到各分目标的量纲不同，根据各分目标函数值的变化范围：
小带轮的直径
=
=75~125mm，中心距
=a=210~640mm，和带的根数
=z=1~6，取分目标goal=[80,400,4]。
按照一般规律，各分目标的权重为歌分目标的绝对值，即：
w=abs（goal）
因此，建立统一的目标函数为
（3）设计变量
根据V传动的目标函数表达式可知，当带型、传动功率P、传动比i和小带轮的转速
已知时，其独立设计变量是小带轮的直径
和带的基准长度
。
即
（4）边界条件
1）根据V带传动的设计规范，A型带轮的小带轮的直径允许最小直径
即
可根据带速不超过最大带速
即
因此，设计变量
的取值范围是
2）根据设计规范和A型V带基准长度的范围，得到设计变量
的取值范围是：
（5）性能约束条件
1）带速不超过最大带速
2）小带轮包角不小于
3）中心距大于
因此，这是一个三目标的非线性的优化问题。
三、M文件和运算结果
V带传动多目标优化设计的M文件包括：
使用多目标优化函数fgoalattain的主文件、目标函数文件VDCD_3mb_MB.m、非线性约束函数文件VDCD_3mb_YS.m和根据优化计算结果设计规范圆整的M文件。
为方便计算机辅助设计计算，将单根A型V带额定功率
与小带轮直径
拟合为直线方程，将包角系数
与小带轮的包角
拟合为双曲线函数方程，以及将A型V带的长度系数
与V带基准长度
的关系拟合为幂级数方程。
编制M文件如下：
%V带传动多目标优化设计
%多目标：
f
（1）-小带轮直径，f
（2）-中心距，f（3）-V带根数
%设计变量：
x
（1）-小带轮直径，x
（2）-V带基准长度
P=4;i=3;n1=1440;KA=1.1;%已知条件：
功率、传动比、转速、工况系数
disp''
disp'==========已知条件==========';
fprintf（'电动机功率P=%3.2fkW\n',P）;
fprintf（'电动机转速n1=%3.0fr/min\n',n1）;
fprintf（'传动比i=%3.2f\n',i）;
fprintf（'V带型号A型V带\n'）;
fprintf（'工作情况系数KA=%3.2f\n',KA）;
%V带传动多目标优化设计
P=4;i=3;n1=1440;KA=1.1;
x0=[100;1250];
A=[];b=[];
Aeq=[];beq=[];
lb=[75;630];
ub=[331;4000];
goal=[80,400,4];
w=abs（goal）;
[xopt,fopt]=fgoalattain（@VDCD_3mb_MB,x0,goal,w,A,b,Aeq,beq,lb,ub,@VDCD_3mb_YS）
%[xopt,fopt]=fminimax（@VDCD_3mb_MB,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,@VDCD_3mb_YS）
%根据计算结果圆整为规范值
%V带轮基准直径
Dd1=input（'根据A型V带轮基准直径系列圆整小带轮基准直径Dd1='）;
disp（'大带轮计算直径计算值：
'）,Dd2j=Dd1*i;
Dd2=input（'根据A型V带轮基准直径系列圆整大带轮基准直径Dd2='）;
%V带基准长度
Ld=input（'根据A型V带轮基准长度系列圆整V带基准长度Ld='）;
%V带根数
z=input（'确定带根数z='）;
%传动中心距和包角
a1=Ld/4-pi*Dd1*（i+1）/8;a2=Dd1^2*（i-1）^2/8;a=a1+sqrt（a1^2-a2）;
alpha=180-180*Dd1*（i-1）/pi/a;
disp'*********计算结果*********';
fprintf（'小带轮基准直径Dd1=%3.0fmm\n',Dd1）;
fprintf（'大带轮基准直径Dd2=%3.0fmm\n',Dd2）;
fprintf（'V带基准长度Ld=%3.0fmm\n',Ld）;
fprintf（'传动中心距a=%3.2fmm\n',round（a））;
fprintf（'小带轮包角alpha=%3.2f°\n',alpha）;
fprintf（'V带根数z=%3.0f\n',z）;
%带速、带的初拉力和压轴力
q=0.1;
v=pi*Dd1*n1/6e4;
Kalp=alpha/（0.549636*alpha+80.396114）;
F0=500*KA*P*（2.5/Kalp-1）/v/z+q*v^2;
Q=2*z*F0*sin（0.5*alpha*pi/180）;
fprintf（'带速v=%3.2fm/s\n',v）;
fprintf（'带的初拉力F0=%3.2fN\n',F0）;
fprintf（'带的压轴力FQ=%3.2fN\n',Q）;
%V带传动多目标优化设计的目标函数文件
functionf=VDCD_3mb_MB（x）
P=4;i=3;KA=1.1;
f
（1）=x
（1）;
a1=x
（2）/4-pi*x
（1）*（i+1）/8;
a2=x
（1）^2*（i-1）^2/8;
a=a1+sqrt（a1^2-a2）;
f
（2）=a;
P0=0.02424*x
（1）-1.112879;
DP0=0.17;
alpha=180-180*x
（1）*（i-1）/pi/a;
Kalp=alpha/（0.549636*alpha+80.396114）;
KL=0.20639*x
（2）^0.211806;
f（3）=KA*P/（P0+DP0）/Kalp/KL;
%V带传动多目标优化设计的约束函数文件
function[c,ceq]=VDCD_3mb_YS（x）
i=3;n1=1440;
c
（1）=pi*x
（1）*n1/6e4-25;
a1=x
（2）/4-pi*x
（1）*（i+1）/8;
a2=x
（1）^2*（i-1）^2/8;
a=a1+sqrt（a1^2-a2）;
c
（2）=120-180*（1-x
（1）*（i-1）/a/pi）;
c（3）=0.7*x
（1）*（i+1）-a;
ceq=[];
四、计算结果
==========已知条件==========
电动机功率P=4.00kW
电动机转速n1=1440r/min
传动比i=3.00
V带型号A型V带
工作情况系数KA=1.10
xopt=1.0e+0.03*
0.0872
1.2500
fopt=
87.1734339.96264.3587
根据A型V带轮基准直径系列圆整小带轮基准直径Dd1=85
大带轮计算直径：
Dd2j=255
根据A型V带轮基准直径系列圆整大带轮基准直径Dd2=250
根据A型V带轮基准长度系列圆整V带基准长度Ld=1250
确定带根数z=5
*********计算结果*********
小带轮基准直径Dd1=85mm
大带轮基准直径Dd2=250mm
V带基准长度Ld=1250mm
传动中心距a=348.00mm
小带轮包角alpha=151.98度
V带根数z=5
带速v=6.41m/s
带的初拉力F0=120.59N
带的压轴力FQ=1170.00N
小结
《创新课程设计》是重要的课程设计之一，是培养学生机械设计能力以及创新能力的重要环节。
在这两周的时间里，通过对V带传动优化的设计及分析，进一步巩固和加深了所学的理论知识、培养了独立解决机械设计中的实际问题的能力，使我对于机构的综合以及运动学和动力学分析有一个较完整的概念，并且进一步提高了计算、计算机辅助设计的能力，尤其是学习了运用matlab软件编写程序的基础知识。
在程序运行的过程中会出现各种各样错误，我通过查找资料以及向老师同学请教之后都能得到解决，感谢大家的帮助。
同时，通过这次课程设计使我能够更好的运用所学的知识，具有初步的对多目标进行优化的能力。
我认为，课程设计这门课十分重要，他把所学的知识和实际相结合，让我们对设计这类工作有了初步的了解，并能更好的认清自我，找到所学知识中的漏洞，从而及时修补，对今后的工作起到了很重要的作用。
参考文献
1.邱宣怀等编著.机械设计：
第四版.北京：
高等教育出版社，1997
2.郭仁生等编著.机械工程设计分析和MATLAB应用：
第三版.北京：
机械工业出版社，2008
3.张志涌等编著.精通MATLAB6.5版教程.北京：
北京航空航天大学出版社，2006
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