双四连杆外文翻译DOC.docx

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1、MeccanicaDOI 10.1007 / s11012 - 013 - 9699 - 6 最优合成四杆机构自由缺陷与联合间隙使用PSO算法Arash Sardashti H.M. Daniali S.M. Varedi收到:2012年1月24日/接受:2013年1月15日施普林格科学+商业媒体多德雷赫特2013文摘 本文介绍了平面设计以自由的四连杆连接顺序、分支和电路的缺陷为目的的路径生成,包含有一个,两个,三个或者所有间隙的连接。连接间隙是视为一个无质量的虚拟链路,其方向是已知的指导方向。用一个粒子群优化算法的基础来解决这个高度非线性优化问题的一些约束,即格拉晓夫的无粒子群缺陷条件。其中

2、的一个例子是解决在不同情况下包含该优化的问题,即平面四杆机构有间隙在一,二,三,所有的连杆和无间隙。所有的设计,生成的路径,错误和方向的虚拟链接绘制并进行对比。最后,比较优化设计与现实。 关键字 顺序缺陷分支缺陷电路缺陷连接间隙优四连杆机构合成PSO 术语 ai 长度链接Ki 位置的重力中心i方向连接ri VJCL连接的i方向长度i VJCL连接的i方向指导 结构角联合的耦合连接Px x坐标的点Py y坐标的点i 替角链接xGi 质量中心的x坐标的i方向连接yGi 质量中心的y坐标的i方向连接mi i方向连接的质量IG3中心惯性矩的耦合IB0 从动轴周围穿过B0的惯性矩Fxij x坐标从i方向

3、连接到j方向连接的连接间隙力Fyij y坐标从i方向连接到j方向连接的连接间隙力Tin 输入转矩a . Sardashti莫莱森Daniali()s m Varedi机械工程系,精工科技大学,精工,邮政信箱47148 - 71167年,伊朗电子邮件: 1介绍 在理想情况下运动合成的联系,几何完美通常是认为和他们是没有间隙连接的。但在实践中,连接间隙是必要的,因为它提供了一个链接的链接余量使彼此相对运动。在存在的连接间隙中，接触间隙产生脉冲效应和恶化性能有联系。在过去,许多研究人员研究连接间隙的效果1 - 7。一些人认为只有在一个间隙连接(8 - 17),而其他人认为影响更多的是连接间隙的联系1

4、8 - 20)。另一方面,大多数的报道与分析的工作联系与连接间隙121和报道的合成工作联系是有限的(22、23)。 Ting et al18提供了一个方法来确定由于连接间隙产生的最大错误。他们模仿了一个小的虚拟联合间隙作为连接的连杆。蔡和赖19分析了传输性能的联系与连接间隙。卡布瑞拉et al21通过使用遗传算法(GA)合成没有任何连接间隙的平面机制。Pramanik和Naskar设计了一个以有两个转动连接间隙连接驱动和驱动连接与耦合23为目的的路径生成的四连杆机构。现在的工作目的是设计一个自由秩序的分支和电路的缺陷，以有间隙在一,二,三,及所有的连杆为目的的路径生成平面四连杆机构,。尽管用连

5、接间隙合成连杆机构并不新鲜,但设计这些没有缺陷的连杆机构从来没有在文献中报告过。如果间断的旋转输入(驱动)连接，要么CCW (+)要么CW (),但是这个机械装置产生序列的缺陷耦合点不是想要的(24、25)。此外,如果标志的传动角在目标点变化,分支缺陷将会发生变化26,即解决方案相关的不同的目标点是来自不同装配方式,因此并不可行。此外,如果机械装置的耦合点通过所有目标点没有重新组装它的任何连杆,它的运动将会在一个电路中27。如果是这样的话,每个不同的连续范围的机构运动被称为“电路”。当一个可能的解决方案连接不改变装配时不能移动目标点,将出现电路缺陷。 路径生成合成没有上述缺陷并且存在间隙是高度

6、非线性和应该数值求解。最近，进化算法解决非线性问题在各个领域越来越流行 28-33.粒子群优化(PSO)、微分进化、遗传算法和蚁群算法技术用于生成的路径问题是最受欢迎的进化算法 21, 3442。 主要的优势在其他现代的PSO进化算法是其建模的灵活性,快速收敛和更少的计算时间。该算法是只需要几个参数进行调优并且能容纳很容易通过的约束使用惩罚的方法,这使得它从实现的角度来看非常有吸引力。此外,该算法可以生成一个高效高质量的解决方案与稳定收敛特征28,43。这里，我们提出一个基于PSO算法来解决这个高度非线性优化问题与一些约束,即,格拉晓夫的无上述缺陷条件。我们假设一个连续接触模型的连接,而联合力

7、的方向共同作用在正常的销和孔19。连接间隙建模能通过一些虚拟的连接方向是由牛顿第二定律决定的。 在理想的情况下比较是完成上述设计之间的联系,即没有连接间隙。 本文组成如下,第二节描述了等效模型的虚拟连接间隙。在第三节中分析四连杆机构的存在提出了联合间隙。第四节致力于合成四连杆轨迹生成。在第五节中概述了PSO的算法。在第六节中提出了一个案例研究，最后在第七节中总结。 2等效模型的虚拟连接间隙连接 在这项研究中,平面四杆机构被认为是一个连接间隙。一个平面转动连接包括半径为i的第i个连接的销连接和下一个孔将附加到半径为i+ 1的第(i+ 1)个连接,见图1。在这种情况下,连接位置的两个耦合链接是根据

8、合力和仅限于内部圆孔连接的。它是便捷分两个耦合的链接假设中心，是连接虚拟连接间隙连接(VJCL)r的方向合成力22。另一方面,每个连接间隙给额外自由度的连锁控制方向的合力。此外,r等于8, 18r = ri+1 ri。3分析 在这一节中,我们包括运动到静态分析的平面四杆机构。假定输入链接常数和旋转角速度(2)。然后,隔离体图的链接存在的惯性力量和时间如图2。一个输入链接可以编写为以下方程同样,一个耦合和输出链接可以写为以下方程详情见附录一。和的描述如图2。方程式(5)(6)能解决Fx23, Fy23在返回的值替换Fx34 和Fy34。 同样,把Fx23, Fy23值导入方程式(2)(3)导出F

9、x12,Fy12。最后,把Fx34和Fy34的值导入方程式(8)(9)从而导出Fx14, Fy14。值得注意的是,VJCL方向与前面的力的方向相同。因此,VJCL方向在连接A上可以得出 同样,VJCLs 在A0,B和B0方向上分别给出了 3.1四连杆机构与四连杆间隙 在本节，我们在现实中分析平面四杆机构,即有四个连接间隙,如图3,其运动学模型如图4。 为了来自于点A0的参考不失通用性。因此,质量中心的连接将分别给出此外,由P点的耦合坐标P=f(2,1,r1、r2,23,r3,4,r4)给出循环闭合方程可以写成这个方程可以作为特定组件写出来 符合上面的关系和用包含3的方程解决它，导出 A1、A2

10、和A3查附录B。 把方程式(23)用3带入方程式(22)中简化，得到 角速率的耦合和后续可以写成 此外,线性速度的质量中心的输入、耦合和从动件可以写为 最后,方程式(25)和(26)的时间衍生品,角加速度的耦合和后续者及线性加速度的质量中心见附录C。 3.2没有连接间隙的四杆机构 通过替换r1 = 0,r2= 0,r3 = 0 ,r4 = 0,1 = 0,2 = 0,3 = 0和4 = 0到方程式(17)(26),下降为没有连接间隙的四杆机构。 3.3四连杆机构与A的间隙联合 通过替换r1 = 0,r3= 0，r4 = 0 ,1 = 0,3 = 0和4 = 0到方程式(17)(26),减少到四

11、杆机构的关系与A的间隙联合。 3.4四连杆机构和A和B的连接间隙 通过替换r1 = 0,r4 = 0,1 = 0,4 = 0到方程式(17)(26),减少到四杆机构的关系与A和B的连接间隙。 3.5四连杆机构与A、B和B0的连接间隙 通过替换r1 = 0和1 = 0到方程式(17)(26),减少到四杆机构的关系与A、B和B0的连接间隙。 4设计四连杆轨迹生成的联系问题 这里，我们设计的平面四杆机构轨迹生成有五种不同的情况,即没有联合间隙,在连杆A或B的连接间隙,在连杆A、B和B0的连接间隙，最后是包含全部连杆的连接间隙。 4.1设计参数 有几个设计参数对轨迹生成没有规定的时间,即;a1, a2

12、, a3, a4,AP, x0, y0, 1, ，在一个向量总结了所有形式这里N是用目标点的数量来进行优化。 4.2设计目标 制定综合误差函数主要的问题在链接的优化。目的函数有两个部分，即位置误差和约束强加在这里一些惩罚函数。通常,在路径生成合成,前者是定义为均方距离生成和所需的路径,而后者被定义为一些不等式约束。在这里,我们有四个类型的约束,即,格拉晓夫条件、顺序、分支缺陷和电路缺陷。 根据格拉晓夫条件的情况 25， 约束的顺序、分支和电路的缺陷是给定的,分别是25 因此,目标函数为路径生成链接与前述约束可以被定义为 最小化 分别是所需的精密的点和生成的点。此外,M1、M2、M3、M4是常量

13、为20的值,函数在约束失败时，客观的功能是不利的。 5 PSO算法 在本部分中,我们说明了一个基于PSO算法的合成路径生成平面四杆机构和一些约束作为解释，见章节4.2。PSO的想法是基于社会行为和动态运动的蜜蜂、黄蜂、蚂蚁、白蚁、鱼类和鸟类。一个粒子的路径PSO在群是一个函数的自己的知识和信息,也是知识和信息的群可能修改在每个迭代中。最好位置的j粒子称为“Pbest,j”，最佳位置的群在每个迭代中被称为“Gbest”。 位置和速度的j粒子在迭代中的计算,如下所示 常量c1和c2的被称为“社会参数”，它们的值通常是材料尺寸2；u1和u2是0到1之间的随机数和 (i)被称为“权重因子”在迭代中改变

14、,也就是 max和min的值通常是0.9和0.4,分别地;i是大量的迭代次数，imax是最大迭代数。 此外,该算法见图5,我们确保序列的精确点,也就是 在这里给出的算法,格拉晓夫的条件和可能缺陷的可行设计如顺序、分支和电路的缺陷,也被认为是可行的。然而,发现概率的初始随机数据满足上述约束却非常少。此外,复杂的路径生成合成问题所需的目标点随数量的增加而增加。这些可能会导致解决方案耗时。对于这个缺点,这里还包含用来来寻找新的边界对于每个独立变量而不是最初的边界的一个子程序。目标是获得提升概率的约束满意度和预优化的mainobjective函数。因此,优化问题收敛到最小值是在较小的迭代。该算法见图5

15、。 6案例研究 作为一个案例研究,我们按照20精密点的预定轨迹设计一个无秩序,分支和电路的缺陷平面四杆机构。值得注意的是,该算法在第一步检查的条件，不包括那些格拉晓夫解决方案和顺序、分支和循环缺陷的切实可行的解决方案。因此,这个问题导致最小化Eq.(33)与向量的设计变量所需的点设计变量的范围 图5 PSO算法方案的合成实验室平面存在间隙的联系 6.1设计 6.1.1 设计1 无连接间隙的轨迹生成 在本节我们在理想情况下解决上述最优轨迹的生成问题,即没有连接间隙。合成几何参数、数量的迭代,相应值的目标函数和误差见表1。 6.1.2 设计2 一个间隙的轨迹生成 这里我们设计的是存在间隙r2 =

16、1(mm)联合几何参数a的合成轨迹生成问题的平面四杆机构,迭代的数量和相应的误差目标函数给出了表1中。 6.1.3 设计3 在连杆A和B的间隙轨迹生成 这里我们设计的是分别在连杆A和B存在间隙r2 = 1(mm)和r3 = 1(mm)存在轨迹生成问题的平面四杆机构。合成几何参数、数量的迭代和相应的误差目标函数见表1。 6.1.4 设计4 在连杆A,B和B0的间隙轨迹生成 这里我们设计的是在连杆A、B、B0存在间隙r2 = 1(mm),r3 = 1(mm)和r4 = 1(mm)存在轨迹生成问题的平面四杆机构。合成几何参数、数量的迭代和相应的误差目标函数见表1。 6.1.5 设计5 在所有连杆的间

17、隙轨迹生成 最后,我们设计的是在分别连杆A,B,B0,A0存在间隙r1 = 1(mm),r2 = 1(mm),r3 = 1(mm)和r4 = 1(mm)存在轨迹生成问题的平面四杆机构,。合成几何参数、数量的迭代和相应的误差目标函数见表1。 所有的设计所需的目标点和生成的点均见图6中,错误设计的见图7所示。后者图揭示了设计5大错误而导致设计的耦合曲线1接近目标点。此外,VJCLs方向的连杆A0,A,B和B0如图8、9、10和11所示。他们表明,VJCLs在一些点改变自己的方向。此外,图12显示算法的收敛速度,设计非常快速。 现在,我们在实际中评估设计,即这四个被动连杆存在联合间隙。所需的目标点和

18、生成的点如图13;而错误的设计,如图14。与前面的结论,这些数据清楚地显示,设计存在连接间隙问题的四连杆轨迹使结果更精确。图6目标点和耦合曲线:期望的目标点(o)；生成点，设计1(- *),生成的点,设计2(-),生成的点,设计3(- -),生成的点,设计4(-),生成的点,设计5(。) 图7 错误耦合曲线:设计1(- *)、设计2(-),设计3(- -),设计4(-),设计5(。)最后,分别在图15、16和17设计绘制所有的目标点和。这些清晰连续的曲线表明,该设计是自由的秩序、分支和电路的缺陷。 图8 VJCL在连杆A0方向:设计5(。) 图9 连杆A在VJCL的方向:设计2(-),设计3(

19、- -),设计4(-),设计5(。)图9 连杆A在VJCL的方向:设计2(-),设计3(- -),设计4(-),设计5(。) 图10 连杆B在VJCL的方向:设计3,(- -),设计4(-),设计5(。) 图11 连杆B0在VJCL的方向:设计4(-),设计5(。) 7结论这里是用一个,两个,三个或者所有连杆的设计没有联系顺序、分支和循环缺陷的间隙的最优路径生成平面四杆机构。连杆间隙被视为一个无质量的虚拟链路。用一个基于PSO的算法来解决这个高度非线性约束优化问题。四连杆机构的优化设计包括有一,二,三个连杆等所有连杆的间隙和无间隙。我们比较了路径与实际中生成这些设计。比较结果清楚显示,因设计四

20、连杆轨迹生成的联系问题而出现的连接间隙有更准确的结果。 附录A 图12 粒子群优化算法的收敛性:设计1(- *)、设计2(-),设计3(- -),设计4(-),设计5(。)图13 存在连杆间隙的目标点和耦合曲线:期望的目标点(o);生成的点,设计1(- *),生成的 点,设计2(-),生成的点,设计3(- -),生成的点,设计4(-),生成的点,设计5(。) 见图14存在错误连接间隙的耦合器曲线:设计1(- *),设计2(-),设计3(- -),设计4(-), 设计5(。) 图15 秩序约束的满足条件:设计1(- *)、设计2(-),设计3(- -),设计4(-),设计5(。) 附录B 图16 分支约束的满足条件:设计1(- *),设计2(-),设计3(- -),设计4(-),设计5(。) 图17电路约束的满足条件:设计1(- *)、设计2(-),设计3(- -),设计4(-),设计5(。) 附录C