变拓扑机构的构型综合及运动特性分析

论文摘要

为适应复杂、恶劣工作环境的变化或多功能要求的变化,现代机械系统要求现代机构向自重构性发展,即机构在运动过程中,可以改变其拓扑结构、运动学参数或动力学参数。变拓扑机构是在变胞机构的基础上提出的一类具有自重构性的新机构,变拓扑机构可以通过构件的缩并与裂变、邻接关系的变化和运动副类型的变化,以改变机构在运动过程中的构型,适应不同的工作环境,拓展了机构应用的范围。目前,变拓扑机构在构型的综合与选择、构型间的关系、运动学和动力学分析等领域还有大量的问题没有解决。由于对变拓扑机构的分析涉及到多种构型分析,具有复杂性,因此寻找多种构型之间的拓扑结构变换关系就显得非常重要,同时变拓扑机构的变换点的选择以及对前后构型的影响也是机构分析的重点。针对以上情况,本文进行了以下研究:①提出了变拓扑机构构型综合的方法,对三种变拓扑方式下机构构型综合的规律进行了研究,得到了一种变拓朴机构构型综合的实用方法。②通过对机构变换过程中前后构型之间关系的分析,建立了以瞬时功率差的平方最小为目标来选择机构变拓扑点的目标函数以及变换时的约束条件;通过分析机构两种构型间的关系,推导了机构速度矩阵在前后构型中的传递关系,为机构的奇异性分析提供了一种简便快捷的方法。③利用MATLAB软件对5-4杆变拓扑机构进行了仿真分析,得到了5-4杆机构第一次出现奇异位形时的机构的最优变拓扑点,通过对变拓扑机构进行运动仿真,得到了其运动曲线,在此基础上提出了变拓扑区域选择的方法。本文提出了的变拓扑机构的构型综合方法,分析了变拓扑点的选择和机构奇异位形计算中前后构型间的速度传递矩阵R;通过R阵的计算,简化了后一构型速度矩阵的计算步骤,充实了变拓扑机构的分析和设计方法。本文的研究工作对于变拓扑机构的设计及应用提供了比较重要的参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 变胞机构的发展及研究现状
• 1.1.1 变胞机构的发展
• 1.1.2 变胞机构研究现状
• 1.2 变拓扑机构结构组成原理和分类
• 1.3 课题意义及研究内容
• 1.3.1 课题的意义
• 1.3.2 论文研究的主要内容
• 2 变拓扑机构的构型分析与综合
• 2.1 变拓扑机构的自由度分析
• 2.1.1 变拓扑机构自由度计算
• 2.1.2 典型变拓扑机构的自由度计算
• 2.2 变拓扑机构的数学描述
• 2.2.1 变拓扑机构的矩阵描述
• 2.2.2 5-4 杆机构的矩阵演算
• 2.3 变拓扑机构的构型综合
• 2.3.1 变拓扑机构构型综合方法
• 2.3.2 前后构型机构的自由度改变
• 2.3.3 前后构型机构的自由度不变
• 2.4 本章小结
• 3 变拓扑机构的运动特性分析
• 3.1 机构在静止时改变拓扑结构
• 3.2 机构在运动时改变拓扑结构
• 3.2.1 单变拓扑点机构
• 3.2.2 多变拓扑点机构
• 3.3 变拓扑机构构型间奇异关系分析
• 3.3.1 基于拓扑图的奇异性分类
• 3.3.2 两类奇异的相互关系
• 3.3.3 基于杆长约束的变换矩阵R
• 3.4 本章小结
• 4 变拓扑点位置计算与运动曲线仿真
• 4.1 变拓扑机构运动过程分析
• 4.2 5－4 杆机构奇异位形分析
• 4.3 变拓扑点位置的优化
• 4.4 实例分析
• 4.5 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• A.攻读硕士学位期间发表的论文
• B.变拓扑点选择 matlab 程序附录