常用机构的结构识别及结构方案的创新方法研究

摘要

在机械学领域，连杆机构可视为其它基本机构的理论结构原型。由于现代测控技术的应用及高速高稳定性的工作要求，现代连杆机构的结构，在由过去采用复杂的高级基本杆组构成复杂的连杆机构，向由简单的Ⅱ、Ⅲ级基本杆组，特别是Ⅱ级基本杆组构成的多自由度机构发展。因此，Ⅱ级机构成为一类最基本的、应用最为广泛的机构。同时，以Ⅱ级机构和对应的运动链为原型，进行能满足各种工作要求、包含各种常用运动副的机构创新设计方法的研究，也成为国内外一个重要的研究内容。 机构是由两个以上的构件用运动副联接而成，各构件间具有确定相对运动的构件系统。构件的数量、种类和运动副的数量、类型决定了机构的结构特征，也决定了机构的基本功能特征，特别是其运动及力的传递与变换的特征。同时也决定了机构运动学、动力学和尺度分析与综合的模型与方法。因此，机构的结构分析就成为机构分析与综合的最基本、最重要的内容。 本文以常用Ⅱ级机构为对象，分析其运动学结构组成，在符号化其构件和运动副的基础上，定义反映其结构特征信息的杆副关联矩阵和副副邻接矩阵。然后设计机构结构智能化分析的策略与算法，构建相应的模型及其软件系统的结构。作为机构结构分析的一个应用，本文以上述算法策略为基础，用VC++在Windows98平台上编制一套机构识别及运动分析软件。该软件不仅能够对常用Ⅱ级机构进行识别和运动分析，对分析结果以多种形式直观形象地输出，而且还可以对部分这类机构进行动态仿真。另外我们知道，连杆机构是所有机构的原型，而运动链又是连杆机构的原型。因此运动链的结构综合可以说是所有机构方案综合的基础。本文在总结前人提出的多种结构创新综合方法的基础上，提出一种基于单铰运动链的机构结构创新设计方法。通过替代单铰运动链的运动副，符号化常用运动副元素，提出获得运动链所有结构型种类的排列组合的数学方法，并且利用运动链的拓扑结构图来判别运动链的同构型。从而获得该运动链所有可能的、包含各类常用运动副的结构型。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1平面连杆机构的应用及其发展趋势

1.2机构的结构分析与创新

1.2.1运动分析、动力分析与结构分析的现状与发展

1.2.2运动链的结构综合及基于单铰运动链的机构方案的创新设计

1.3本文研究的内容与意义

2机构结构分析及其智能化方法

2.1平面连杆机构结构组成及基本杆组

2.1.1平面连杆机构的结构组成

2.1.2基本杆组

2.2机构结构特征信息的描述

2.3机构结构分解路线

2.4Ⅱ级结构组类型识别

2.5 Ⅱ级组装配模式判定

2.5.1第1类Ⅱ级组装配模式的判定方法

2.5.2第2类Ⅱ级组装配模式的判定方法

2.5.3第3类Ⅱ级组装配模式的判定方法

2.5.4第4类Ⅱ级组装配模式的判定方法

2.5.5第5类Ⅱ级组装配模式的判定方法

2.6本章小结

图

3运动分析模型的建立及智能化软件的开发

3.1运动分析方法的选择

3.1.1运动分析方法的选择

3.2.2运动递推路线

3.2 Ⅱ级组和刚体数学模型的建立及运动分析

3.2.1第一类Ⅱ级基本杆组运动分析方程(RRR杆组)

3.2.2第二类Ⅱ级基本杆组运动分析方程(RRR杆组)

3.2.3第三类Ⅱ级基本杆组运动分析方程(RRR杆组)

3.2.4第四类Ⅱ级基本杆组运动分析方程(RRR杆组)

3.2.5第五类Ⅱ级基本杆组运动分析方程(RRR杆组)

3.2.6刚体的运动分析

3.3运动分析软件概述

3.3.1软件结构

3.3.2软件界面描述

3.4算例分析

3.4.1算例一

3.4.2算例二

3.5本章小结

4基于单铰运动链的机构结构方案创新方法的研究

4.1单铰运动链的型数综合

4.1.1基本概念

4.1.2运动链型基本参数的确定

4.1.3运动链拓扑胚图类型

4.1.4胚图插点法综合

4.2运动副的替代演化及符号表示

4.2.1运动副替代演化及符号表示的基本思路与原则

4.2.2常用运动副的等价替代及其符号化

4.3基于单铰四杆链的机构结构方案创新的符号演绎法

4.3.1基于单铰运动链一般性替代的基本原则

4.3.2四杆链替代后的运动副组合类型分析

4.3.3运动链实用结构类型筛选

4.3.4特定化机构结构方案的创新

4.4本章小结

5结论

致谢

参考文献

附录

[1]算例二F点位移结果如下表所示

[2]算例二F点位移曲线结下图所示