变自由度机构类型和构态的分析与综合研究

论文摘要

变自由度机构是一种通过利用自身的结构约束或系统的阻尼约束使机构自由度在运动过程中发生改变且具有确定运动规律,从而实现不同功能的特殊机构。该机构的提出给传统的机构学带来了生机与活力,丰富了传统机构学的概念和机构设计方法。由于变自由度机构可按不同的需求,在运动中改变构态,使之适应不同的任务,完成常规机构需要多个或复杂的设计才能完成的安全保护、顺序动作、均衡作用力等功能,因而在现代机械传动的某些特殊领域应用十分广泛。根据平面机构的基础理论,对变自由度机构的形成方法和改变自由度的控制方法进行分析,总结了变自由度机构的功能及具体应用范围。研究分析了不同类型的变自由度机构——蜕变机构、柔性机构、变胞机构、变结构广义连杆机构,为变自由度机构的研究开阔了领域。应用拓扑理论对变自由度机构自由度变化的过程进行了构态变换描述,运用矩阵转化法和矩阵消阶法分别对刹车机构、钢材自动夹紧切断机构构态变化前后的机构结构进行了分析和对比,找出了影响运动链结构变化的规律,从深层次揭示了变自由度机构的结构特点。在此基础上,以飞机起落架机构为例进行了结构综合,并对综合结果的正确性进行了验证。最后结合钢材定尺机构实例,对其各构态的自由度、运动及受力情况进行了分析,建立了相邻两构态之间运动学变量之间的递推关系,并进行了运动学仿真分析,为研究变自由度机构中各构件的强度、机械平衡和机械振动等一系列问题提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 变自由度机构的提出
• 1.2 变自由度机构的研究现状
• 1.3 本课题的研究意义
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 变自由度机构的形成与实现方式分析
• 2.1 变自由度机构的形成方法
• 2.1.1 变约束运动副法
• 2.1.2 限动运动件法
• 2.2 变自由度机构的实现形式
• 2.2.1 用外界运动约束实现自由度变化
• 2.2.2 用物料干涉实现自由度变化
• 2.2.3 用外力实现自由度变化
• 2.2.4 用构件几何约束实现自由度变化
• 2.2.5 用机构和运动副特性实现自由度变化
• 2.2.6 用最小阻力定律实现自由度变化
• 2.3 变自由度机构的功能及应用
• 2.3.1 实现安全保护
• 2.3.2 完成顺序动作
• 2.3.3 均衡作用力
• 2.4 本章小结
• 第3章 变自由度机构的类型与分析
• 3.1 蜕变机构的分析
• 3.1.1 平面蜕变机构及其分类
• 3.1.2 平面蜕变机构蜕变位置的消除和利用
• 3.2 柔性机构的分析
• 3.2.1 柔性机构的分类与特点
• 3.2.2 柔性构件自由度分析
• 3.2.3 柔性机构的自由度计算
• 3.3 变胞机构的分析
• 3.3.1 变胞机构的类型分析
• 3.3.2 变胞机构的自由度计算
• 3.4 变结构广义连杆机构的分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 变自由度机构的构态分析与结构综合
• 4.1 机构的构态描述
• 4.2 变自由度机构的构态变换分析
• 4.2.1 变自由度机构构态的矩阵转化法分析
• 4.2.2 变自由度机构构态的矩阵消阶法分析
• 4.2.3 变自由度机构构态分析实例
• 4.3 变自由度机构的结构综合
• 4.3.1 变自由度机构结构综合方法
• 4.3.2 变自由度机构结构综合实例
• 4.4 本章小结
• 第5章 钢材定尺变自由度机构的性能分析
• 5.1 钢材定尺机构运动原理分析
• 5.2 钢材定尺机构的运动学分析
• 5.2.1 位移分析
• 5.2.2 速度分析
• 5.2.3 加速度分析
• 5.2.4 运动学仿真与分析
• 5.3 钢材定尺机构的力分析
• 5.3.1 机构力分析的目的
• 5.3.2 钢材定尺机构的力分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介