毕业设计（论文）_tj740汽车发动机罩铰链机构的优化设计

各专业完整优秀毕业论文设计图纸摘要汽车发动机铰链机构的功能是为了发动机罩能正常地开启,起支撑的作用,能使发动机罩达到一个开启角度,对铰链机构的要求，除了结构简单、制造方便、制造成本低、开启方便、支撑可靠，还必须保证发动机罩有足够的开度，并在开启过程中不与车身其他部分干涉。在分析了固定部件和需要开启的发动机罩运动轨迹的基础上，测绘了TJ740型汽车发动机罩六连杆铰链机构，对每个杆件的作用、运动轨迹、作用力进行了详细分析，建立了该六连杆铰链机构的运动模型和力学模型,然后应用优化软件MATLAB来进行机构参数优化设计，建立了为了达到机构尺寸最小的目标函数，以机构的运动方程和力学方程为约束方程，确定方程的设计变量、各个参数的取值范围。编写了机构的MATLAB优化软件程序，优化出设计变量，最终应用尺寸参数优化结果，设计了六连杆铰链机构。为了达到减轻整个机构重量的目的，对每个杆件进行受力分析，建立弯矩方程，确定最大截面，以保证达到所需求的强度要求。本次设计利用了UGCAD建立了发动机罩六连杆铰链机构的三维数据模型，并将其绘制为二维图纸。关键词发动机铰链机构，MATLAB,优化设计，强度THEOPTIMIZATIONDESIGNOFTJ740AUTOMOBILESHINGEMECHANISMFORENGINEHOODSABSTRACTAUTOMOBILEENGINEHINGEOFTHEIRFUNCTIONSISTOTHEHOODCANBEOPENEDTONORMAL,ORPLAYASUPPORTINGROLE,CANACHIEVEAHOODOPENINGANGLEOFTHEHINGE,INADDITIONTOSIMPLESTRUCTURE,CONVENIENCE,LOWCOSTOFMANUFACTUREOPENCONVENIENT,RELIABLESUPPORT,WEMUSTALSOENSURETHATTHEREARESUFFICIENTHOODOPEN,ANDTHEOPENINGOFTHEPROCESSANDNOTTOINTERFEREINOTHERPARTSOFBODYTHEANALYSISOFTHEFIXEDCOMPONENTSANDTHENEEDTOOPENTHEHOODTRAJECTORYONTHEBASISOFMAPPINGTHETJ740AUTOMOBILEHOODLINKHINGESIXBODIES,EACHBARTOTHEROLETRAJECTORY,FORCECONDUCTEDADETAILEDANALYSIS,THE6LINKHINGEMODELOFTHEMOVEMENTANDMECHANICALMODELS,THENTHEMATLABOPTIMIZATIONSOFTWARETOOPTIMIZETHEDESIGNPARAMETERSAGENCIES,INORDERTOACHIEVETHEESTABLISHMENTOFTHEBODYSIZEOFTHESMALLESTOBJECTIVEFUNCTIONTOTHEEQUATIONSOFMOTIONANDMECHANICALEQUATIONOFCONSTRAINTEQUATIONS,DETERMININGEQUATIONS,THEDESIGNVARIABLES,PARAMETERSOFTHEVALUERANGEPREPAREDTHEMATLABSOFTWAREOPTIMIZATIONPROCEDURES,ANDOPTIMIZETHEDESIGNVARIABLES,THEFINALAPPLICATIONSIZEPARAMETEROPTIMIZATION,DESIGNOF6LINKHINGEAGENCIESTOREDUCETHEWEIGHTOFTHEWHOLEORGANIZATION,THEPURPOSEOFEACHBARWEREPRESENTEDTOESTABLISHMOMENTEQUATION,IDENTIFYTHELARGESTSECTIONTOREACHTHEDEMANDBYTHESTRENGTHOFDEMANDTHEDESIGNUGCADUSEOFAHOODHINGESIXLINKAGEOFTHREEDIMENSIONALDATAMODEL,ITSRENDERINGOF2DDRAWINGSKEYWORDSHINGEMECHANISMFORENGINEHOODS,OPTIMIZATIONDESIGN,MATLAB,STRENGTHCHECKTJ740型汽车发动机罩六连杆铰链机构的优化设计陆佳森0611031330引言现代汽车发动机罩与车体的联接和固定，多采用四连杆或六连杆型式的平衡铰链机构。TJ740型汽车发动机罩采用的六连杆平衡铰链机构。01发动机铰链机构的运动规律图如图01,OABCDEF是发动罩再闭合状态时铰链机构所处的状态,是机构最大开启角度时的位置。0ABCDEF对铰链机构的要求，除了结构简单、制造方便之外，还必须保证发动机罩有足够的开度，并在开启过程中不与车身其他部分干涉。为了使开闭轻便灵活，平衡弹簧的力，在发动机罩盖关闭位置时应接近于平衡发动机罩重量所需要的力，而在开启最大位置时，弹簧力应略大于平衡发动机罩或行李箱盖重量所需要的力。目前我国对这类平衡铰链的设计多采用同种结构类比的方法，至多进行一些图解法比较好。这种设计方法的缺点是，精度低，作图时间长，工作量大，不便于进行多方案的优化和比较，不可能精确地获得铰链的运动规律和平衡弹簧满足的特性。为此本文探讨了一种借助电子计算机进行快速设计的方法。这种方法需建立起四连杆及六连杆平衡铰链机构的力学和运动学模型，将机构的结构参数作为模型系统的输入，将要求得到的运动轨迹和平衡弹簧参数作为模型系统的输出。当给定一组结构参数就会对应确定一组设计参数，整个过程可在计算机上快速完成。铰链机构用以悬挂发动机罩并使其开关自如。从使用观点应满足下列基本要求要保证盖能又足够开度，并在开启过程中不与车身其他部分干涉。开闭盖轻便灵活，因此采用平衡弹簧（或其他弹性元件）；平衡弹簧的特性使盖在关闭位置时弹簧力能狗平衡盖的质量，而在盖开启至最大位置时，弹簧力应略大于平衡盖的质量所需要的力。有足够的强度和刚度，以保证运动正确、可靠耐久。1发动机罩开启机构尽管每辆汽车的发动机罩开关的位置会有所区别，但是开启的原理都是一样的。在新款汽车里，发动机罩开启开关通常是在方向盘或者司机的座位下面（上面一般有一个敞开的发动机罩标志，或是“HOOD”标记）。而在比较老式的汽车中，发动机罩的开启开关一般是在散热器的护栅或保险杠的后面。如果找不到的话，最简单的办法就是翻看随车赠送的汽车使用维护手册，其中肯定会将发动机罩开启开关的位置标出来，按照说明书尝试着搬动开关，就可以将锁止机构松开（这种手册最好放在车里的固定位置，让自己随手可得，及时翻阅）。但如果您的手册，现在已经找不到了的话，那么，您就只好在进行维修保养时看看维修人员是如何做的，他是拉动车里的一个手柄还是到车头的散热器护栅前打开发动机罩。然后你就可以“依葫芦画瓢”，自己找到开启开关的所在了。打开发动机罩，找到了开关之后，您就可以上下或左右推拉这个装置直到发动机罩嘭的一声打开。这时的打开并不是发动机罩的完全打开，发动机罩还会被安全锁钩挂着，而这个挂钩实际是为了防止您在驾驶汽车在行驶过程中，发动机罩意外打开而妨碍您的视线，造成不必要的事故，保护您的安全。对付这个安全挂钩就需要您自己动手拨动散热器护栅里的金属拉杆，然后才能将发动机罩向上完全推举开了。安全措施，一旦发动机罩被打开，它一般都可以自己支撑，但还是有必要用安全杆把它支起来。支杆可以将发动机罩固定好，防止它突然掉下来将自己夹伤，避免那些不必要的伤害。11铰链的分类发动机铰链有明的和暗的两类。一般旧式汽车上多用明铰链，其优点是结构简单，零件少，重量轻；其缺点是操纵笨重，铰链外露，即不美观也不利于减小空气阻力，更主要的是当盖口是一空间曲线时，在开启过程中盖与盖口容易发生干涉，或摩擦密封条，所以现在很少使用。暗铰链一般都带有平衡盖体重力矩弹性元件，故可称平衡铰链。平衡铰链有绕固定轴旋转的简单铰链和连杆式的两种。对于简单平衡铰链，可通过恰当选择轴线位置及铰链臂的形状，以免盖在开启过程中与车身干涉，并保证一定的开度。由于结构简单故较多采用。但有些车身因为结构布置或车身外行等原因，不宜采用这种简单铰链。暗铰链一般都带有平衡盖体重力矩的弹性元件,故可称为平衡铰链。平衡铰链有绕固定轴旋转的简单铰链和连杆式两种。对于简单的平衡铰链，可通过恰当选择轴线位置及铰链臂的形状，以免盖在开启过程中与车身干涉，并保证一定的开度。由于结构简单，故较多采用，如BENZ600，CA774“红旗”轿车均用此类型铰链。但有些车身因为结构布置或车身外形等原因，不宜采用这种简单铰链。12连杆的介绍采用连杆式（四杆或六杆）铰链机构，开启盖时，其瞬时旋转中心是不断变化的，可以通过改变机构杆件尺寸来实现所要求的任何运动轨迹和开度，所以现在许多汽车采用连杆式平衡铰链。连杆分类121双重叠虎克铰链连杆双重叠虎克铰链连杆是由两个球型4连杆转变而来。如图11A，两个球形4连杆分别包含铰5，6，1，0和铰2，3，4，0，并且中心点不同，铰6的轴线垂直于铰1，6的轴线，铰3的轴线垂直与2，4的轴线，铰0的轴线也垂直于铰1，2的轴线，用杆12代替0，并且在铰5和4之间加入秆45，就形成了这个6连杆，参数特性如下112345610AA1223456121312360RR双重叠虎克铰链连杆广泛应用于传输机构，如图11B图11双重叠虎克铰链连杆122BENNETT混合六杆连杆图12中是由BENNETT发现的一种六连杆，铰链1，2和3依次是连接构件A，R，S和B，并且轴线交于点X；铰4，5和6依次连接构件B，U，T和A，并且轴线交于点Y；点X与Y不重合。构件A和B可相对轴XY进行旋转运动，标记为铰0，这个连杆也可以认为包含两个中心点不同的球形4杆连杆，一个包含构件A，R，S，B和铰1，2，3，0，另一个包含构件B，U，T，A和铰4，5，6，0，其中构件A，B和铰0由两个球形4杆连杆共用；移除多余铰0就可以得到BENNETT混合六杆连杆。可以发现，双重虎克铰链连杆是BENNETT混合六杆连杆的一个特例。把点X和Y中的一个或两个移动到无穷远处，可以得到连杆的两个更特殊的形式，前形成一个BENNETT平行一球形混合六杆连杆，如图12，后者就是SARRUS连杆。图12混合六杆连杆123BRICARD连杆BRICARD分别于1897年和1927发现了六种不同的可动六连杆，即为线对称BRICARD连杆、平面对称BRICARD连杆、三面体BRICARD连杆、线对称八面BRICARD连杆、平面对称八面体BRICARD连杆和双轴环八面体BRICARD连杆，这六种可动BRICARD六杆连杆的几何总结如下（A）线对称情形14124523563461,A1516142536,RR（B）平面对称情形171262356345,AA184,A191426350,RR（C）三面体情形110345612345221AA11126,2A1120,IR（D）线对称八面体情形11312345610AA11423RR（E）平面对称八面体情形11512623563450AA1166141215123445SINSIN,ARR117512316134461SISI,NAA（F）双轴还八面体情形11812623563450AA1193540R其中，三面体BRICARD连杆和线对称八面体BRICARD连杆的模型如这里还要特别提出一种特殊的BRICARD连杆，即BRICARD连杆的四面体情况，这是连杆的一种特殊类型，即人们所说的四面体旋转环（KALEIDOCYCLE）。它是由几个相同四面体连接成的空间环。124GOLDBERG六杆连杆同GOLDBERG五杆连杆相似，GOLDBERG六杆连杆也是由GOLDBERG连杆组合变化而成，根据组合变化方式的不同有四种形式，如图13图13GOLDBERG六杆连杆125ALTMAN连杆ALTMAN于1954年提出了一种六杆连杆，如图14，它实际上是ALTMAN线对称连杆的特殊形式，其几何条件如下120124523563461,AAB1212A1220,IR图14ALTMAN连杆127其他几种六杆连杆除了以上几种过约束六杆连杆外，人们还提出集中空间过约束六杆连杆，如WALDRON混合连杆，AXHATZ连杆，WOHLHART六杆连杆，WOHLHARTGOLDBERG连杆和BENNETT铰链六杆连杆，这里就不一一详细描述了，需要说明的是，在这些六杆空间过约束连杆中BENNETT四杆连杆和BRICARD连杆是两种基本连杆，其他几种都可以由两种基本连杆组合和变化得到。13平面六杆机构基础平面六杆机构具有较多的设计参数，平面六杆机构可以实现平面四杆机构不能实现的函数关系如大摆角、近似停歇、多位置折返等平面六杆机构具有更好的间歇性能和函数表现形式，这里分别阐述平面六杆机构的分类和传动特点等理论基础知识。131平面六杆机构的分类平面六杆机构的分类是建立在六杆转动副链的基础之上。平面六杆机构是由六个构件和七个低副组成的。根据结构分析理论，认为它是由铰链四杆机构加上一个二杆构成，根据二杆组连接到四副链的相对或相邻杆的两种不同情况，可以形成两种运动链。一种是具有相邻的三副杆的六杆转动副运动链,称为瓦特WATT链，如图15A另一种是具有相对的三副杆的六杆转动副运动链，称为斯蒂芬森STEPHENSON链，如图15B所示图15瓦特WATT链和斯蒂芬森STEPHENSON链在这两类运动链中，固定不同的构件作为机架，可以得到三种不同形式的传动机构，如图16A、B所示的两种三座机构和C所示的双座机构。图163种机构132平面六杆机构的传动特点在上述三类平面六杆机构中，各自有不同的间歇性能。二座机构的传动函数和四杆机构相比有很大不同，特别是其传动函数取决于F点在机构ABC的平面上的轨迹形状，可用来实现具有停歇和中间歇停的传动函数及用来产生大摆角的摆动。瓦特型三座机构相当于两个四杆机构的串联形式，其连杆平面能够占据的位置以及连杆曲线的形状和四杆机构并没有本质区别。但是这种机构的传动函数是两个四杆机构传动函数的复合，能实现某一阶段匀速运动或大摆角的摆动。斯蒂芬森型三座机构相当于四杆机构和II级组在连杆和机架间的并联形式，其传动函数取决于E点的连杆曲线的形状和输出连杆点F从动件运动的方式，由于连杆曲线的复杂性，这种机构型式可以实现各种不同的间歇函数。基于平面六杆机构传动的以上特点，对于给定的近似间歇运动，本文仅针对STEPHENSONIII型六杆机构进行分析与综合，提出相应的数学模型和有效的优化方法。14平衡铰链的弹性元件用于平衡铰链的弹性元件有多种，如气力元件，螺旋式压力弹簧和拉力弹簧，平卷簧以及扭杆簧等。如AUDI100，DODGE600等轿车采用气动杆，机构工作可靠，性能柔和。它们由专业厂生产，可以选用。2连杆机构实现发动机罩开启类型和特点21四连杆机构根据车身主图板上或汽车总布置图上发动机罩与车身相配合部分的结构尺寸和形状，便可确定铰链机构的横向位置。一般希望二铰链之间的距离（D为主体宽度），以使铰链的受力情况比较合理，而且065D可以保证发动机罩横向确定图21是四连杆平衡铰链机构的运动简图。为了方便，取X轴为车身水平方向，Y轴取为整车的铅垂方向，坐标原点与铰链机构的固定铰链点O重合。图21四连杆铰链机构模型简图发动机罩与连杆刚性联接，因此欲求发动机罩的运动规律，就要研2L究的运动规律。点是发动机罩尾部可能与车身前围或风挡玻璃干2L4,XY涉的某一点。这点的运动分析对于铰链机构的设计非常重要，因此必须进行运动干涉与否的校核。211运动分析该发动机罩的重心坐标为，重量为，取发动机罩的开启角5,XYW为自变量，则2（2122111ABCARCTG）222ARCTGBC（22）式中1214SINSIALLCOB221341242205COSSINCLLL23234SINSIALL2COB2214342205COSSINCLLL（23121CSINXYL）24212COSINXLY）34COSINXLY25）42232COSINISXLLY（26）512COSINXLY27）（281321326XXYYTG）212平衡特性分析设是为了平衡发动机罩重量而施加与杆上的平衡弹簧的弹性力MW3L矩，则（2936522LWXY）如果选用圆柱螺旋拉伸弹簧，通常将弹簧的两端分别装于和0,两点，平衡发动机罩重量所需要的弹簧为2,XY（210223633SINMFXY）式中62/ARCTG22六连杆机构221运动分析如图3所示，六连杆铰链机构由两个封闭的矢量多边形和OABC构成（O为坐标），由位置矢量多边形可得位置矢量方程组BDEFC0AB（211）其投影形式经整理为123422345COSCOS0INIINICOSCOSISIIN0LLLLLLLL（212）图22四连杆铰链机构模型简图式（212）是未知运动参量、及的非线性方程组，可12345采用NEWTONRAPHSON选代法求其数值解。为此将式（22）的备方程展成TAYLOR级数，并略去高价项而写成矩阵形式1,2,3141,23,34,4AAXB（213）式中123123,SIN,I40,SINCO,40ALLLAL22364223364,10SIN,I,10COS,4ALLALL12X34X1234223654COSCOSINIINI3COS4SIISIINBLLLLLLLL方程（213）也可以简写成（214）AXB若将六连杆平衡铰链的运动初始值代入式（213），则1,2345I式（213）为未知参量修正量的线性方程组，将方程,I（214）的系数矩阵求逆后，可获得连杆机构位置角的修正量，即（2151XAB）取发动机罩的开启角度为自变量，求解的迭带过程，即不断地令新逼5I近值，代入（215）的和中求，直到，此1KKKIII1ABXKIE时认为迭代收敛，运算终止。其中的上标为迭代次数，为允许误差。IK迭代过程收敛以后，即以最后依次的值作为的解，角位置值KIII即定。由式（23）到（28）计算铰链点O、A、B、C的精确位置，铰链点D、E、F发动机罩重心位置及发动机罩尾部可能发生干涉的点10,XY等由下式表示1,XY8764COSINL（216）985COSINXLY（217）（21810851COSINXLY）（219195253COSIINSXLLY）222平衡特性分析发动机罩在开启过程中作平面运动，瞬时转动中心随连杆机12,XY构的运动而变化。为了平衡发动机罩的重量，需在连杆上施加弹性力W3L矩，分别将和对瞬时转动中心取矩，经推导得MW12,XY（2201021215251,COSSINRXXYXY）式中22163163RXY541ARCTGX2234514531541541516221XYYXY145165165YX1589/2XY如果使用拉伸谈行且两端固定于O、D两点，则弹簧拉力应满足2336737SINMFXY（221）式中67/ARCTGY223六连杆的受力分析先将六连杆看成2个四连杆,然后分别对2个4连杆做受力分析。首先对杆AD做受力分析，杆AD是相连上下2个4连杆的一条关键的杆子,对于整个系统来说,当没外力也就是发动机罩的重力和平衡弹簧的拉力的时候,整个机构应该是平衡的,所以,当机构承受以上2个力以后,在某一位置时也应该能保持平衡,这也是本机构索要设计的目的。所以，当整个机构在承受2个力的作用后，达到平衡状态时，对于杆AD来说，此时杆受到的力也就这2个力和支点所产生的支持力。如图23，此时AD杆对A点取矩进行计算。图23机构的整体受力分析此时AD杆对A点取矩进行计算。如图23图24AD杆的受力分析22205COS7GW2234EDL建立力矩平衡方程22434COSCOS05COS7GEDADEDFLLG2253433CS05COS7CS1OEDAADEDAWLLLLLL3优化设计31机构优化设计的定义所谓机构的最优化设计就是根据机构分析及设计的理论，采用数学上的最优化方法，借助计算机进行计算，使所设计的机构最优的满足预定的各项设计要求，从而得到最优的设计反感。在利用最优化方法进行机构设计时，首先要建立一个包括各设计变量（如各勾践的尺寸参数和位置参数等）的目标函数（如以连杆上一点M轨迹误差最小作为设计目标），然后在所给约束条件（如存在曲柄、传动角在许可范围内、结构尺寸合理等）的范围内，运用合理的优化方法，通过循环反复的大量计算和评比，对各设计变量进行优选，以求得目标函数的最优解。32机构优化设计问题的一般步骤（1）建立机构优化设计的数学模型。解决机构优化设计问题的关键时建立正确的数学模型，为此，要正确的选择设计变量、目标函数和约束条件，同时要求建立的数学模型荣誉处理和求解。（2）选择合适的优化方法和计算程序。选择何种优化方法和计算程序的主要依据是数学模型的特征。如何优化问题位数的多少；目标函数的连续性及其一阶、二阶偏导数是否存在和是否易于求得；有无约束，约束条件是不等式约束还是等式约束，或者两者兼有。如具有等式约束，显然不能直接用复合形法和内罚函数法。（3）编写主程序和函数子程序，上机调试和运行，求得优化最优解。优化设计一般应尽量选用现有的优化程序，设计者只需要按规定格式编写目标函数和约束函数子程序，这对优化技术的应用与推广无疑是十分有利的。（4）优化结果的分析与评判。分析与评判优化结果的目的在于考证优化结果的正确性与实用性。尽管优化方法本身是一种科学的方法，但由于机构设计问题的复杂性和某些算法自身的局限性，以及优化设计数学模型的失真性，都有可能导致设计结果与实际情况不相符，甚至得出谬误的结果。这时，就要对设计问题重新进行分析，建立与实际问题更为逼近的数学模型，直至获得设计要求的最优解为止。33数学模型的建立331设计变量设计变量是指在设计过程中进行调整和优化的独立参数。设计变量有连续变量和离散变量两种，大多数机械优化问题中设计变量都是连续变量，可用常规的优化方法进行求解；若变量只能取跳跃式的值才有意义，则称为离散变量，对于离散变量的优化问题既可以用离散优化方法求解，也可先将其视为连续变量，用常规的优化方法求得优化结果后，再进行圆整或标准化处理，以求得一个合理的最优解。设计变量的个数称为优化问题的维数，如有N个设计变量，则成为N维优化设计问题。设计空间的维数又表征设计的自由度，设计变量越多，则设计自由度越大，可供选择的方案越多，容易得到比较理想的设计方案。但随之而来的问题是，使设计问题复杂化，优化设计更困难。因此，在满足设计基本要求的前提下，应尽量减少设计变量的数目，尽可能按照成熟的经验将一些参数定为设计常量，只选择那些对目标函数影响较大的设计参数为设计变量，以使优化设计容易进行。各个设计变量矩阵表示为3112,TNXX332目标函数目标函数又称为评价函数，是用来评价设计方案优劣的标准。目标函数有单目标函数和多目标函数。目标函数越多，对设计的评价越周全，设计的综合效果越好，但对问题的求解也越复杂。多目标函数的形式为321NJJJFXX其中为分目标函数；为加权因子，且JFXJ1JW333约束条件对设计变量的取值加以某些限制的条件为约束条件。按照设计越松大形式不同，约束有不等式约束和等式约束两类，一般表达为3201,2VUHXVMGPN式中，和是设计变量的函数M为不等式约束的数目P为UXVH等式约束的速滑目，而且等式约束的个数P必须小于设计变量的个数N。因为一个等式约束可以消去一个设计变量，当PN时，既可由P个方程组解得唯一的一组设计变量。这样只有唯一确定的方案，无优化12,NX而言。按照设计约束的性质不同，约束有性能约束和边界约束两类，性能约束是根据设计性能或指标要求而定的一种约束条件；边界约束则是对设计变量取值范围的限制。带有设计约束条件的优化问题成为约束优化问题，反之则成为无约束优化问题。在机械设计中绝大多数属于约束优化问题。34优化设计数学模型的一般形式由设计变量、目标函数和约束条件三要素所组成的机械优化设计数学模型可表述为在满足约束条件下，寻求一组设计变量值，使得目标函数大刀最优值。为了适应计算机程序解题，一般将优化设计的数学模型表示为如下标准形式ST33MIN,012,NUVFXRGMHP模型中ST是“SUBJECTTO”的缩写，表示“满足于”；表示MINFX使目标函数极小化，若求的极大化，则应写成FXFXI表示N维设计变量属于N维实欧氏空间。NXR12,TNXX对于于是优化问题，若目标函数和所有约束函数、都FUGXVH是设计变量的线性函数时，成为线性规划问题，否则称为非线性规划问题。机械优化设计中，绝大多数都属于约束非线性规划为体。35工作装置常用优化算法优化设计方法可以分为求解无约束优化问题与解约束优化问题的两类。求解无约束优化问题的解法有一维搜索法、坐标轮换法。POWELL法，牛顿法和变尺度法；约束优化设计方法根据求解方式的不同可分为直接解法和间接解法两类。直接解法是在满足不等式约束的可行设计区域内0,12,UGXM直接秋初问题的约束最优化解和。随机试验法比较简单，对于多维F问题其计算量比较大；可行方向法程序比较复杂，一般用于大型优化设计问题；至于剃度投影发由于它对约束函数有一定要求，所以比较少用。随机方向搜索法和复合形法在机械优化设计中应用最为广泛。直接解法的特点是原理比较简单，方法比较适用，整个求解过程在可行域内进行，因而所得的任一设计方案都是可行的，通常用于求解只含有不等式约束的优化问题。间接解法是将约束优化问题转化为一系列无约束优化问题求解的一种方法，由于这类方法可以选用有效的无约束方法，且易于处理同时鱼油不等式约束和等式约束的问题，因而在机械优化设计中也得到了广泛应用，其中最优代表性的是惩罚函数法。间接求解算法适合于求解具有不等式约束条件和等式约束条件的优化设计问题。36MATLAB的优化本文的优化是利用MATLAB的FMINCON函数进行优化令431,COS2,COS4,5EDADLXXLXL根据已知条件建立未知数的取值范围4380COS251988EDADLXLLX根据式子123422345COSCOS0INIINICOSCOSISIIN0LLLLLLLL建立约束方程34430362CS03279COS274EDADLLL然后在M文件编辑器创建目标函数TIMIN如FUNCTIONYTIMINXY1411X1X275X375X4/X5接着在命令窗口输入如下程序X084051003484AEQ0366200342279702770BEQ744LB84,05,10,034,84UB2008230098193OPTIONSOPTIMSETLARGESCALE,OFFX,FVAL,EXITFLAG,OUTPUTFMINCONTIMIN,X0,AEQ,BEQ,LB,UB,OPTIONSOPTIMIZATIONTERMINATEDNOFEASIBLESOLUTIONFOUNDMAGNITUDEOFSEARCHDIRECTIONLESSTHAN2OPTIONSTOLXBUTCONSTRAINTSARENOTSATISFIED优化结果为X20156509765301565013652464FVAL2087182EXITFLAG2OUTPUTITERATIONS2FUNCCOUNT18STEPSIZE1ALGORITHMMEDIUMSCALESQP,QUASINEWTON,LINESEARCHFIRSTORDEROPT1168171CGITERATIONSMESSAGE1X143CHAR由此得出杆246EDLCM由式101122211223333COSSOCOSCPPP2201,NPMP,BCDMA图31普通4杆的分析70，50；150，45；75，60，D201112121313推得几个杆子的长度为20,9,59,0OAABBCACLCMLCLCMLC对于上面的一个4连杆，使各个杆子在X轴和Y轴投影如图32，图32本机构的4杆分析求得杆子的长度为243,246,170,32EFEDDBFBLCMLCLCMLC37平衡弹簧的选择可以说弹簧在发动机罩铰链开启机构里所起的作用非常关键,一旦弹簧失效,则整个机构都完全失效。因此以下特地分析发动机罩开启机构的拉簧的受力状况。拉簧属于圆柱螺旋弹簧，圆柱螺旋弹簧按所受载荷的情况分为三类类受循环载荷作用次数在1106次以上的弹簧；类受循环载荷作用次数在11031106次范围内及受冲击载荷的弹簧；类受静载荷及受循环载荷作用次数在1103以下的弹簧。由于发动机罩主要的用途是保护发动机，除非是在维修过程中，一般很少打开发动机盖，并且轿车的使用寿命一般是10年左右，大致可判断发动机召开启机构中的弹簧应属于类。根据发动机罩的工作原理，可以发现对扭簧强度和韧性的要求很高，并且扭簧材料的直径只有3MM，因此查机械设计手册7表2614确定扭簧的材料为阀门用油淬火回火碳素弹簧钢丝。由布置中的基本参数弹簧中径D5MM，材料直径D09MM，圈数N23，弹簧初始长度100MM，弹簧安装时长度200MM，弹簧0F1F伸长至最大位置时长度450MM。2计算出弹簧刚度13N/MM、初拉力549N、试验载荷K0F208N、130N、160N、2065N、801664N。SF12FSS由于2080，所以弹簧所受的载荷也处于安全工作载SS荷之内。4强度校核41对杆的校核图41机构的整体分析对于EF杆,已知E点的受力,求出D点的力如图41图42单个杆的受力分析由上图的受力分析,得出,再对杆AD进行受力分62,35DXEDYEFNF析,图43杆AB的受力分析如图43由于A点是固定点,所以A,B点的力对A点取矩,得出力的平衡方程4422SINCOSSINCOSDXDAYDABXABYBAFLFLFLFL4358062RCTG272BYXFTG由上面几个式子得出761,2BYBXFN再对杆BF进行受力分析,如图图44杆BF的受力分析对杆做力的平衡分析得方程,CXBFXCYBFYFF因为前面已经算出162,71,62,30FXFYBXBYNFN所以10,4CXCYN由此得OC杆受到的力为,方向为朝O点方向。由图可以看出OC杆受到的正应力为最大，所以要对OC杆做应力分析。图45应力分析做应力分析图,如图45,可以看出在杆的端点处所受应力最大3MAXMAX,12ZZIMBHWY查表得AX35P，2CHFMA2HY得即可满足强度要求，63510B，令。74H4,20BHM42对螺钉的校核螺钉所要校核的是剪切力。由图可知，C点的螺钉的固定承受的力为最大，所以要对该点进行校核。对圆截面的切应力进行校核的公式为MAX43SFA由于螺钉所用的是M10，所以查得许用应力为34MPA。M10的横截面积为26510914472SCFN6MAX50138A所以合理5机构零部件的设计与安装在完成对各个杆子的理论上的设计之后，就要运用设计软件UG进行画图设计了。图51连杆1图51的杆子是和发动机罩相连的,起和发动机罩连接的作用的。图52连杆2图53是固定在车体上,用来连接连杆机构和车体的。图53连杆3图54连杆4图55连杆5图56连杆6图53,54,55,56是连杆机构内部连接杆件。图57平衡弹簧图57是平很弹簧,是为了使机构能在特定位置能在无外力的情况下,保持机构平衡,并使发动机罩处于开启状态图58螺母图59垫片图510螺栓图58,59,510使用于连接各个杆件的螺母,垫片和螺栓。图511装配图图511就是各个杆件经过连接零件连接后的机构模型图。整个机构是靠螺栓,螺母连接的,该机构在安装完后,应该是能正常的运动,并且由于存在弹簧的约束力,开始是应该在一定的开启位置,由于发动机罩在一般情况下是闭合状态下的,所以在当汽车正常运行的情况下,发动机罩是有发动机罩锁锁住的,这个时候的机构处于0度的开启角度,这个时候的平衡弹簧受到最大的弹簧拉伸力,并且随着发动机罩锁开启,发动机罩将慢慢开启,弹簧的拉伸力也慢慢的减小,当弹簧的拉伸力和发动机罩的重力相等的时候,发动机罩处于最大开启角度,这个时候弹簧的拉伸力是最小的,如果要合起发动机罩是要通过外力,也就是人为将他关闭。6总结在经过了1学期的毕业设计,对本课题TJ740汽车发动机罩铰链机构的优化设计,进行了一开始从运动状态的分析,确定各个杆在机构中的运动轨迹,运动方向,到对各个杆进行受力分析,确定哪些杆对机构的运动起主要作用,在确立了受力和扭矩方程,运用优化程序求在受力允许的条件下最小机构,并对受力较大的杆进行强度校核，画弯矩图。最终运用画图软件进行出图，绘制成二维模型。汽车发动机铰链机构的功能是为了发动机罩能正常地开启,起支撑的作用,能使发动机罩达到一个开启角度,对铰链机构的要求，除了结构简单、制造方便、制造成本低、开启方便、支撑可靠，还必须保证发动机罩有足够的开度，并在开启过程中不与车身其他部分干涉。本次设计旨在对连杆机构进行优化设计，使连杆能在起到应有作用的前提下，花费最小成本，占用最小体积，达到最终优化的目的。参考文献1黄纯颖设计方法学M北京机械工业出版社，19922122132张东业汽车工业CAD/CAM技术发展与展望J汽车技术1995,829223常红星，孙甘平，戴国中CAD/CAM技术及其应用和发展M中国计算机报，1994,111122224王宏雁轻质结构发动机罩设计研究同济大学学报（自然科学版）J2006年08155柳家春汽车车身结构与设计M北京机械工业出版社6蒋玉明，等实体造型中的几何模型与数据结构研究M中国机械工程北京机械工业出版社1996,7623257徐向阳发动机缸盖多模型建模及其集成开发技术研究J哈尔滨工业大学博士论文，19994953228罗浩，张新访，向文基于约束的参数化技术发展现状及前景中国机械T程M北京机械工业出版社1995,6522249周济CAD与中国制造业计算机辅助设计与制造M1998,61922计算与制造北京机械工业出版社10孙正兴，丁秋林，洪涛基于特征的工程机械CAD系统设计和研究M11孙正兴，张福炎CAD/CAM集成环境下的基于特征设计方法M机械设计北京机械工业出版社1997,14124712高维滨弹性弯曲支承计算机辅助设计J仪器仪表学报,1991,021513李世国基于ARX开发环境的机械零件实体造型技术和实例M机械设计与制造北京机械工业出版社1999,55222514张智铁湖南省机械工程学会召开年第三届机械设计与传动学术会J1991,021515郭竹亭汽车车身设计M吉林科学技术出版社，199281216兰凤崇,王冬梅发动机罩平衡铰链机构的计算机辅助设计J汽车技术1991,021517祝国旺基于特征的产品建模研究J华中理工大学学报1994,2229710018高飞基于特征的设计过程建模研究J计算机辅助设计及图形学1991,021519BRICARDRMEMOIRESUELATHEORIEDEIOCTACDREJOURNALDEMATHEMATIQUESPUREETAPPLIQUEESLIOUVILLE3189711314820YU,HC,THEDEFORMABLEHEXABEDRONOFBRICARD,MECHANISMANDMACHINE致谢本文是在导师赵晓昱的指导和关怀下完成的论文处处凝结着导师的心血和汗水。在整个论文工作中，我时刻感受到导师的耐心帮助和关怀，导师渊博的学识，严谨的治学态度，敏锐的科学思想将使影响作者一生。在此谨向几年来教导、培养我的导师致以由衷的敬意和诚挚的感谢。在论文工作中，各位同学们为我提供了许多宝贵的意见和帮助，师门情谊将使我终生难忘。三年多来，同学间真诚的友谊为我完成学业提供了很大的帮助，他们的观点、见解和思想火花开阔了作者的思路。在此特致以衷心感谢和祝福。最后，谨以此文献给所有关心、帮助过我的人。译文发动机罩开启机制发明的背景这发明与为了要提供选择的换气给引擎室和一光滑的表面，提供粒子减压装置给挡风玻璃,在车辆的引擎室引擎盖被展开的一个可升起的引擎盖板有关,连同提供轻的变速箱进入引擎室。在一辆汽车上，比如一个前置引擎汽车或汽车挖土机中，引擎室在挡风玻璃之前被放置和被升起并且降低一个引擎盖存取。当引擎盖被关闭，而且引擎正在运做的时候，密封的引擎室容易在引擎室中困住引擎的热量。同时，引擎盖的上表面典型地是一个一般平的，有光泽的，和水平的表面对挡风玻璃。这一个表面能经过挡风玻璃反映日光进入车辆操作员的眼睛而且对于夹杂在空气中通过引擎盖和挡风玻璃的故障和小石块不产生什么影响。车辆引擎盖也避免太阳辐射的穿透进入引擎室和没有升起引擎盖避免对引擎的组件的观察。一个装置的数目已经被发展提供引擎室的换气。这些包括在顶部或引擎盖的边,装有百叶窗板的引擎盖通气口和类似处。在另外的一个装置中,雨刷的仪表板选择性地是能开的为了在挡风玻璃的底座保持引擎室的通风。除此之外罩上通气口,许多车辆含引擎盖风斗,这正在向前方面对拉空气进入一个引擎室的风斗。现在发明的事物是用来产生一个来自引擎室的空气表面材料和通气口加热的一个可升起的引擎室，为选择换气提供一个可升起的引擎盖板机构。现在发明的另一个东西是提供一个可升起的引擎盖板,来使亮光，小石块远离车辆的挡风玻璃。然而，另外个相反的发明是提供一个可升起的引擎盖板将光和太阳辐射传输进引擎室的内部，用来作为1个和电力有关太阳的收集器。发明的摘要在符合现在的发明的前提下，一个可升起的引擎盖板机构包含在一个车辆引擎盖的开口。每个板的前面的边缘装一个铰链,板安置在引擎盖的平面上而且使引擎盖密封,到一个较高的位置,板在通风引擎室的后面的边缘是可升起的。在此之下,在分开的引擎盖开口把板装在引擎盖的上面的表面的每个横边上,一个液体驱动的车辆的内部,或一个电力有关传动系统作为可升起的的每个板。板如愿的被光穿透，就如一缕轻烟或者透明的玻璃一样穿透。一个不用电的或和电力有关太阳的能收集器能被在板之下或者在寒冷的天气下，为引擎室加热或为电池充电。装置能包含一个自动的关闭装置，可以关引擎盖并且锁住每当引擎被停止或被调成周期运转。关于对现在发明具体化的描述，现在发明的这些和其他特征在下面被详细地显示而且描述。作摘要抽制的描述图1是展开了在一个汽车引擎盖中的一个表明现在发明的一部分的远景视图。图2是沿着图1的第2行2被持有的一个剖视图。图3是沿着图1的第3行3连带的开着通气口的一个剖视图。图4是一个概要的视图，为了降低来自车辆的内部的引擎盖板表现一个高压线机构。图5是一个概要的视图表现被空气的或水力驾驶，用来关闭机构的一个引擎盖板系统。图6是一个概要的视图表现被操作的一个可升起的引擎盖板系统与电力有关，逐渐地升起而且降低引擎盖板的液体驱动电动机。图7是借着一个电力有关电磁线圈的一个引擎盖板系统并且用来关闭的一个概要的视图。图8是一个概要的视图，表现在传输现在发明的板的光与太阳顶燃室的结合。图9揭露引擎盖板自动地开关，对一个被预定的相同高度或者在其他的状态下，引擎室的温度何时指示应该被关闭的自动引擎盖板机构的一个概要视图。图10是现在发明的引擎盖板铰链机构的一个剖视图。优先具体化的详细描述提及轴制,对于现在的发明，关于在一个引擎盖16附上的一个引擎室14中有一个前线展开的引擎12的一个传统的汽车10将会被描述的可仿效的目的,这在驾驶的挡风玻璃17之前被放置。汽车的引擎盖的发明装置是为说明目的，但是现在的发明可能在像一个台车这样的任何其他类型的车辆,相似的建造被采用被采用。当在图1显示，一个可升起的引擎盖板系统18在汽车的引擎盖上被展开。可升起的引擎盖板18包含一对分开的引擎盖板机构20,每个在引擎盖通气口的对边分开的边缘22装了横向地分别地作一定间隔的排列。引擎盖开口被放在一个通常集中的位置，在引擎盖表面上,在前引擎盖的后面边缘放置和向内的引擎盖的边和向后方地从被弯曲的引擎盖的前面根面。在如此的一个位置中，引擎盖是典型通常水平的，而且引擎盖的通常放平部分是对现在发明应和。从功能上说，和擎盖板的数目的改变和安置有关。因为理想的外表，是以当今的引擎盖板和相对应的功能为目的的。二个板目前被采用于发明,和这些板是反映彼此的象或者可能是相同的。为了方便，一个板将会详细地被描述。可升起的引擎盖板机构20包含轻质的材料,像是玻璃或塑料性物质树脂被造形的一个平的板24。如愿的，板可以用透明的玻璃来造形，而且这可能甚至为轻装地偏斜光线而且改良美学的外表有一个被反映的表面。当做在图2处来显示时,在包围板的一个车架26中镀金24个精加工。构成26有一个较低的构件28和在引擎盖的第一次的22的周围边缘34的反对边上一起被螺旋32扭紧的一个上面的构件30。如愿的，引擎盖开始通常矩形,藉由面对车辆的前方方向的至少一个通常横的前缘。板24被附上藉由一对铰链36在一个前方优势构成26的玻璃当做在图10中详细地显示，铰链可能被弯曲在车架中适合不动的插销40而且准许要使旋转有关插销40的石板的金属制的板38。板38可能被拴紧到在玻璃板的第一次的44被展开24的一个砂箱夹42的玻璃的表面。砂箱夹为从插销40释放板38对于来自开始的整个板的排除有一个可依枢轴转动的闩锁46。铰链机构是传统的，和现在发明的不是一个部分。其他的铰链机构也可能被采用。铰链机构的令人想要特征是，玻璃板24能在车架中被紧紧地封闭，以便当它被锁在一个关闭位置的时候，水板的边缘的周围不漏出。油封41周围板在一个关闭位置被收到的车架的边缘。在板在前方车运动的方向的后面边缘，板藉由一个能开的闩锁机构50被连接到车架。闩锁机构50也可能是传统的而且可能有一个关闭位置同样地在图2和一个开着的位置显示当做在图3显示,藉由被关联性地在他们的结束连接车架和板而且有一个关联性的互相连络插销55连接双臂的组成一对可依枢轴转动的连杆52和53的闩锁。如愿的，当闩锁是公开的时候，闩锁能被锁在一个关闭位置和将会在一个被升起的位置中支撑板。随着配件的接合。2和3,板藉由升起引擎盖，在它的开或关闭位置中设定闩锁然后关闭引擎盖用手开。现在发明的引擎盖板机构可能是为一辆特别的车辆特别地设计而且装配的一个单位，不过使用一个传统的车辆遮阳篷顶作为引擎盖板机构是可能的。一个传统的上下两件的遮阳篷顶总成对在此被显示的用手能开的引擎盖板机构是尤其适当。一些其他的方法能