基于变胞副阻力梯度的变胞机构设计方法

论文摘要

变胞机构是机构学研究的一个新的领域,它的提出给机构学带来了新鲜空气。变胞源机构具有多个自由度,变胞机构在运动过程中需要多个变胞副的约束来保证运动的确定性以及时序要求,而变胞副是通过约束两构件之间的阻力来实现作用的,所以有必要对多个变胞副之间阻力关系进行研究,本文的主要研究内容包括：首先,归纳了实现构件在非主动控制条件下实现合并与分离的方式,也就是变胞方式主要包括：力变胞,几何变胞,组合变胞等。利用这几类的变胞方式,分别针对转动类变胞副和移动类变胞副设计出多种变胞运动副,并分析了单个变胞副相对运动过程中阻力的变化趋势。其次,分别分析了两个典型的变胞机构,2自由度5杆机构和3自由度6杆机构。通过变胞源机构与各构态机构的拓扑图分析,运动副运动状况分析,得到构态变换过程中多个变胞副阻力变化状况,证明了变胞副阻力梯度的存在和阻力之间应当满足的原则等,建立了一种阻力梯度的求解方法。每一个相对运动着的变胞副应当满足最小阻力原则,并且在运动过程中其余变胞副的约束状况不得发生改变,从而才能够满足任务时序要求和运动的确定性,为变胞机构的设计工作打下基础。最后,基于前面得到的变胞副阻力梯度原则,对于一个已知的工作任务,建立了一种变胞机构的设计方法,并对设计方法进行了实例验证和动力学仿真验证。首先将工作任务进行动作分解,分解动作能够通过一类基本机构来实现,所有分解动作对应的机构就能够组成一个方案组合,通过一系列的筛选和机构的综合,能够得到变胞源机构。通过运动副运动,构态转换时序,变胞副类型分析等,选择到合适的变胞副,并使其满足阻力梯度原则。针对板坯剪切机构,利用建立的设计方法设计出变胞机构,并进行了动力学仿真,验证了阻力梯度准则的正确性和设计方法的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 变胞机构的提出和定义
• 1.1.1 变胞机构的提出
• 1.1.2 变胞机构的定义
• 1.2 变胞机构的研究现状
• 1.2.1 国内外发展现状
• 1.2.2 发展方向和趋势
• 1.3 变胞机构的应用
• 1.4 课题研究的意义
• 1.4.1 变胞原理
• 1.4.2 变胞副阻力梯度的提出
• 1.5 本论文的工作内容
• 第2章 约束变胞运动副
• 2.1 变胞机构的约束变胞方式
• 2.2 常见的运动副
• 2.2.1 传统运动副
• 2.2.2 变胞运动副
• 2.3 约束变胞副设计
• 2.3.1 转动类约束变胞副
• 2.3.2 移动类约束变胞副
• 2.3.3 约束变胞副特性与比较
• 2.4 约束变胞运动副设计应用举例
• 2.4.1 欠驱动手指的工作原理和设计目的
• 2.4.2 变胞副设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 变胞机构构态变换与变胞副阻力梯度
• 3.1 变胞机构分类
• 3.2 变胞机构的自由度
• 3.3 2自由度5杆变胞机构构态变换与变胞副阻力梯度
• 3.3.1 折纸机构运动与构态分析
• 3.3.2 机构中的约束变胞副
• 3.3.3 构态变换与变胞副阻力关系
• 3.4 3自由度6杆变胞机构构态变换与变胞副阻力梯度
• 3.4.1 变胞机构运动与构态分析
• 3.4.2 机构中的约束变胞副
• 3.4.3 构态变换与变胞副阻力关系
• 3.5 约束变胞副阻力梯度模型
• 3.5.1 两示例机构的阻力梯度分析
• 3.5.2 n自由度m杆机构阻力梯度变化规律
• 3.5.3 变胞副阻力梯度的求解
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于阻力梯度的变胞机构设计方法
• 4.1 根据任务确定变胞源机构
• 4.1.1 任务分解
• 4.1.2 方案的建立
• 4.1.3 方案选择和构态综合
• 4.2 构态变换与阻力梯度
• 4.2.1 构态变换与变胞副状态
• 4.2.2 变胞副阻力梯度设计原则
• 4.2.3 变胞副选择
• 4.3 设计方法流程图
• 4.4 板坯剪切机机构设计实例
• 4.4.1 任务要求
• 4.4.2 任务分解与方案建立
• 4.4.3 方案选择与构态综合
• 4.4.4 构态变换与变胞副阻力梯度
• 4.4.5 变胞副选择
• 4.4.6 设计结果
• 4.5 板坯剪切机构动力学仿真
• 4.5.1 板坯剪切机构建模
• 4.5.2 机构的动力学分析
• 4.5.3 仿真小结
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢