基于能量特征状态模型的复杂轮系功率流研究

摘要

本文提出了基于基本单元组合的复杂轮系功率流分析研究的方法。构建了基本单元构型图谱及其相应的能量特征状态模型、基本单元连接约束模型、复杂轮系能量特征模型以及基于以上模型建立了复杂轮系功率流分析方法，并基于功率流对轮系构型进行改进，实现对现有轮系方案进行方案改进设计。
　　本文利用复杂轮系运动方案设计的基本单元能量特征状态建模方法。将齿轮机构作为构成轮系基本要素，以组成轮系最基本的一对齿轮机构出发，经过对原型拓扑机构变异演化得到完善的轮系基本单元构型图谱。系统传递的能量状态表现为运动和动力特征状态，提取能够描述运动和动力特征的最小一组变量，给出能量特征状态向量。并将输入构件的能量特征状态向量到输出构件的能量特征状态向量的转换关系抽象为数学描述，得到基本单元的能量特征状态方程，实现基本单元输入输出能量特征状态的模型表达。
　　本文采用基本单元连接组合法研究复杂轮系的能量特征状态建模。首先明确复杂轮系是由基本单元组合而成，而单元组合过程实质为单元间连接构件引入连接约束的过程，分析连接约束条件，并建立连接约束特征状态模型。轮系的能量特征模型实质表达系统输入能量到输出能量传递过程中特征状态的变换，这种变换由基本单元间连接组合方式、单元特征模型及连接约束特征模型决定。构建能量特征状态转换图表达能量特征传递和变换与基本单元类型及单元间连接组合的逻辑关系，并通过特征转换图建立系统的能量特征模型。
　　本文提出了基于基本单元组合对复杂轮系功率流进行研究的方法。探讨了基于基本单元的能量特征状态方程和单元组合的连接约束模型对轮系功率流分析的方法。基于能量特征状态模型，建立了能够表达功率流类型的功率流图，并分析功率流类型与效率关系。研究不同基本单元类型对功率流的影响，提出通过改变单元类型达到提高效率目的，来实现对现有轮系方案进行方案改进设计。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 机构拓扑结构设计

1．2．2 轮系分析及建模

1．2．3 轮系效率影响因素以及效率公式研究现状

1．3 论文的研究方法

1．4 论文主要工作

2 齿轮轮系基本单元及能量特征状态建模

2．1 齿轮轮系的单元分析方法

2．1．1 复杂齿轮轮系构成分解

2．1．2 轮系的单元分析法

2．2 轮系基本单元构型设计

2．2．1 轮系基本单元原型的拓扑结构

2．2．2 轮系基本单元的构型图谱

2．3 轮系基本单元的能量特征状态建模

2．3．1 能量特征状态向量

2．3．2 轮系基本单元的能量特征建模

2．3．3 轮系基本单元库

2．4 本章小结

3 轮系基本单元连接约束模型

3．1 基本单元连接约束

3．1．1 基本单元连接的运动副及构件类型约束

3．1．2 基本单元连接自由度约束

3．1．3 单元连接方向约束

3．2 基本单元连接约束模型

3．2．1 构件连接方向变换矩阵

3．2．2 构件连接约束方程

3．3 本章小结

4 复杂轮系能量特征状态模型

4．1 能量特征转换模型图

4．2 复杂轮系能量特征状态建模

4．3 轮系能量特征状态建模实例

4．4 本章小结

5 复杂轮系功率流的研究

5．1 基于特征状态模型的复杂轮系功率流分析法

5．2 构建轮系功率流图

5．2．1 动力特征方向图

5．2．2 轮系运动特征方向图

5．2．3 轮系功率流图

5．3 基于功率流的评价准则

5．4 基于功率流的轮系构型改进

5．5 轮系方案改进设计实例

5．5．1 拆分轮系并建立单元特征状态模型

5．5．2 能量特征状态传递的建模

5．5．3 轮系能量特征状态方程

5．5．4 构建功率流图

5．5．5 构型改进设计方案

5．6 本章小结

结论

参考文献

附录A 轮系基本单元库

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢