橡膠機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)

前言

橡膠工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱之一。近20年以來，現(xiàn)代科技在橡膠材料加工和橡膠制品生產(chǎn)等方面，均獲得顯著的發(fā)展；尤其是橡膠制品（如輪胎、膠帶、膠鞋等）以及混煉膠質(zhì)量的監(jiān)測與控制，更是發(fā)生了質(zhì)的飛躍。作為橡膠工業(yè)重要組成部分的橡膠機(jī)械（含加工和成型設(shè)備），對橡膠制品的開發(fā)和完善起著巨大的關(guān)鍵的作用。橡膠加工及成型機(jī)械主要包括擠出機(jī)、密煉機(jī)、開煉機(jī)、壓延機(jī)、注射機(jī)、硫化機(jī)，以及成型機(jī)頭和模具（如壓模、注射模）等，其設(shè)計(jì)合理與否，不僅關(guān)系到制造過程中金屬材料的用量，還直接影響到橡膠制品生產(chǎn)過程中的能耗。因而，橡膠機(jī)械的設(shè)計(jì)與優(yōu)化日益引起人們的關(guān)注。 本書中扼要地介紹了最優(yōu)化技術(shù)的基本原理和方法，分析和討論了橡膠機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，并列舉了其中一些典型機(jī)構(gòu)(如輪胎成型鼓折疊伸張機(jī)構(gòu))和工作部件(如擠出機(jī)螺桿和密煉機(jī)轉(zhuǎn)子)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)例，系統(tǒng)地論述了近年來最優(yōu)化技術(shù)在橡膠機(jī)械設(shè)計(jì)中的研究和應(yīng)用。 本書內(nèi)容分為12章。第1章緒論；第2章最優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)分析基礎(chǔ)；第3章一維搜索的最優(yōu)化方法；第4章多維無約束最優(yōu)化方法；第5章多維約束最優(yōu)化方法；第6章橡膠機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)與方法；第7章擠出機(jī)螺桿的優(yōu)化設(shè)計(jì)；第8章開煉機(jī)輥筒的優(yōu)化設(shè)計(jì)；第9章密煉機(jī)轉(zhuǎn)子的優(yōu)化設(shè)計(jì)；第10章輪胎成型機(jī)頭的優(yōu)化設(shè)計(jì)；第11章輪胎定型硫化機(jī)及模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)；第12章橡膠機(jī)械常用齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在前五章中，力圖從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，注意概念的解釋和方法的介紹，盡量避免繁雜的理論論證和數(shù)學(xué)推演，并給出相應(yīng)的例題。前五章均附有適量的習(xí)題，以便于讀者加深對最優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論和方法的理解、消化和掌握，以及進(jìn)行復(fù)習(xí)。 本書內(nèi)容覆蓋橡膠機(jī)械的主要工作部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，如擠出機(jī)螺桿、開煉機(jī)輥筒和密煉機(jī)轉(zhuǎn)子、輪胎成型機(jī)頭、輪胎定型硫化機(jī)及模具等，可用作大專院校橡膠機(jī)械專業(yè)和橡膠專業(yè)教材。此外，還適合于從事相關(guān)加工行業(yè)的工程技術(shù)人員使用，以及作為機(jī)械設(shè)計(jì)及制造人員的參考用書。 迄今，有關(guān)橡膠機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域系統(tǒng)的著述甚少。作者自1986年起為本科生講授“高分子材料加工機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程。本書是在該講義的基礎(chǔ)上及參考有關(guān)文獻(xiàn)資料修訂和補(bǔ)充而成的。限于作者的學(xué)識和經(jīng)驗(yàn)，書中的缺點(diǎn)和疏漏在所難免，真誠地希望讀者指正。 在本書的編著過程中，得到了家庭及同事的關(guān)心和支持；此外，研究生李鋒華、劉冠生、楊銓銓、吳成寶、楊佳、陳羅和邱玉琳等也付出了辛勤的勞動。在此，對所有曾經(jīng)幫助過本書編著和出版的同志謹(jǐn)致最衷心的謝意。 作者 2008年8月于廣州

內(nèi)容概要

本書中扼要地介紹了最優(yōu)化技術(shù)的基本原理和方法，分析和討論了橡膠機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，并列舉了其中一些典型機(jī)構(gòu)（如輪胎成型鼓折疊伸張機(jī)構(gòu)）和工作部件（如擠出機(jī)螺桿和密煉機(jī)轉(zhuǎn)子）優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)例，系統(tǒng)地論述了近年來最優(yōu)化技術(shù)在橡膠機(jī)械設(shè)計(jì)中的研究和應(yīng)用。     本書可作為大專院校橡膠機(jī)械和橡膠專業(yè)教材，也可供從事相關(guān)行業(yè)的工程技術(shù)人員使用，還可作為機(jī)械設(shè)計(jì)及其制造人員的參考書。

書籍目錄

第1章　緒論 　1.1　概述 　1.2　優(yōu)化設(shè)計(jì)問題舉例 　1.3　優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念 　1.4　優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本原理與方法 　1.5　小結(jié) 　習(xí)題 第2章　最優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)分析基礎(chǔ) 　2.1　函數(shù)的方向?qū)?shù)和梯度 　2.2　多元函數(shù)的泰勒展開 　2.3　多元函數(shù)的極值條件及其凸性 　2.4　約束問題的最優(yōu)解條件 　2.5　適用可行方向的數(shù)學(xué)條件 　2.6　小結(jié) 　習(xí)題 第3章　一維搜索的最優(yōu)化方法 　3.1　初始搜索區(qū)間的確定 　3.2　格點(diǎn)法 　3.3　黃金分割法 　3.4　分?jǐn)?shù)法 　3.5　切線法 　3.6　二次插值法 　3.7　小結(jié) 　習(xí)題 第4章　多維無約束最優(yōu)化方法 　4.1　梯度法 　4.2　共軛梯度法 　4.3　變尺度法 　4.4　單純形法 　4.5　坐標(biāo)輪換法 　4.6　鮑威爾法 　4.7　小結(jié) 　習(xí)題 第5章　多維約束最優(yōu)化方法 　5.1　概述 　5.2　復(fù)合形法 　5.3　約束坐標(biāo)輪換法 　5.4　可行方向法 　5.5　拉格朗日乘子法 　5.6　懲罰函數(shù)法 　5.7　小結(jié) 　習(xí)題 第6章　橡膠機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)與方法 　6.1　概述 　6.2　橡膠機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 　6.3　橡膠機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法 　6.4　優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的分析與處理 　6.5　小結(jié) 　習(xí)題 第7章　擠出機(jī)螺桿的優(yōu)化設(shè)計(jì) 　7.1　概述 　7.2　冷喂料擠出機(jī)螺桿優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型 　7.3　熱喂料擠出機(jī)螺桿優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型 　7.4　冷喂料擠出機(jī)螺桿的優(yōu)化設(shè)計(jì) 　7.5　小結(jié) 第8章　開煉機(jī)輥筒的優(yōu)化設(shè)計(jì) 　8.1　概述 　8.2　輥筒結(jié)構(gòu)的簡化及受力分析 　8.3　數(shù)學(xué)模型的建立 　8.4　優(yōu)化設(shè)計(jì)過程 　8.5　結(jié)果與分析 　8.6　小結(jié) 第9章　密煉機(jī)轉(zhuǎn)子的優(yōu)化設(shè)計(jì) 　9.1　概述 　9.2　轉(zhuǎn)子的最佳楔入角及輪廓曲線 　9.3　基于密煉流變理論的轉(zhuǎn)子最佳凸棱螺旋角 　9.4　基于最小密煉室工作容積的轉(zhuǎn)子優(yōu)化設(shè)計(jì) 　9.5　基于最小單位體積膠料能耗的轉(zhuǎn)子優(yōu)化設(shè)計(jì) 　9.6　小結(jié) 第10章　輪胎成型機(jī)頭的優(yōu)化設(shè)計(jì) 　10.1　概述 　10.2　四瓦成型機(jī)頭的優(yōu)化設(shè)計(jì) 　10.3　六瓦成型機(jī)頭的優(yōu)化設(shè)計(jì) 　10.4　大折疊比十二瓦成型機(jī)頭的優(yōu)化設(shè)計(jì) 　10.5　小結(jié) 第11章　輪胎定型硫化機(jī)及模具的優(yōu)化設(shè)計(jì) 　11.1　概述 　11.2　基于拓?fù)鋵W(xué)輪胎定型硫化機(jī)橫梁的優(yōu)化設(shè)計(jì) 　11.3　基于導(dǎo)重準(zhǔn)則雙模輪胎定型硫化機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 　11.4　立式注射機(jī)偏心受壓活動模板的優(yōu)化設(shè)計(jì) 　11.5　小結(jié) 第12章　橡膠機(jī)械常用齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì) 　12.1　概述 　12.2　二級斜齒圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì) 　12.3　漸開線圓柱齒輪變位系數(shù)的優(yōu)化選擇 　12.4　行星齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì) 　12.5　小結(jié) 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1.1  概述食品是日常生活的必需品，其質(zhì)量直接關(guān)系到人類的身體健康與安全.近半個世紀(jì)以來，食品科技在食材的加工、食品的生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存以及進(jìn)出口等方面.均獲得顯著的發(fā)展，尤其是食品質(zhì)量的監(jiān)測與控制，更是發(fā)生了質(zhì)的飛躍.食品工業(yè)已成為國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱之一。作為食品工業(yè)重要組成部分的食品機(jī)械（含加工和成型設(shè)備），對食品的開發(fā)和完善起著巨大的關(guān)鍵的作用。食品加工及成型機(jī)械主要包括磨粉機(jī)、打漿機(jī)、擠出機(jī)、輥壓機(jī)、包裝機(jī)以及成型模具（如壓模、壓注模）等.其設(shè)計(jì)合理與否。不僅關(guān)系到制造過程中金屬材料的用量，還直接影響到食品生產(chǎn)過程中的能耗，因而，食品機(jī)械的設(shè)計(jì)與優(yōu)化日益引起人們的關(guān)注。機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)一般需要經(jīng)過調(diào)查分析、方案擬定、技術(shù)設(shè)計(jì)、總裝圖及零件圖繪制等環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，這些環(huán)節(jié)幾乎全由設(shè)計(jì)人員用手工工具完成。隨著人民生活水平的提高，市場競爭的需要，橡膠制品不斷開發(fā)和推陳出新，這就要求食品機(jī)械產(chǎn)品更新?lián)Q代周期日益縮短，設(shè)計(jì)質(zhì)量要求日益提高。任何機(jī)械設(shè)計(jì)，總希望獲得性能好、使用可靠、成本低（包括制造及工作成本）等技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，因而要求設(shè)計(jì)者能從一系列可行的設(shè)計(jì)方案中選擇出最好的方案。顯然，由于分析和計(jì)算手段以及時間和費(fèi)用的限制，可供選擇的方案有限，且不一定能從中選出最佳者，故傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法越來越不適應(yīng)發(fā)展的需要。近40年來，隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算方法的發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域經(jīng)歷了深刻的變革，出現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)系統(tǒng)學(xué)、設(shè)計(jì)方法學(xué)、有限元分析法等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法及相應(yīng)的學(xué)科。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是最優(yōu)化方法與機(jī)械設(shè)計(jì)的結(jié)合。最優(yōu)化設(shè)計(jì)是在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，是根據(jù)最優(yōu)化原理和方法綜合各方面因素，以人機(jī)配合的方式或用自動探索的方式，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行半自動或自動設(shè)計(jì)，以選出在現(xiàn)有工程條件下最佳設(shè)計(jì)的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。其設(shè)計(jì)原則是最優(yōu)設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)手段是電子計(jì)算機(jī)和相關(guān)設(shè)備（如繪圖裝置）以及計(jì)算程序；設(shè)計(jì)方法是采用最優(yōu)化數(shù)學(xué)方法。20世紀(jì)50年代以前，用于解決最優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)方法僅限于古典的微分法和變分法。50年代末，數(shù)學(xué)規(guī)劃法被首次用于最優(yōu)化設(shè)計(jì)，并成為其尋優(yōu)方法的理論基礎(chǔ)。

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