论文摘要
本课题来源于国际合作项目“Tapping Units设计开发与实验研究”，鉴于现在已开发设备冲击攻丝机(Tapping Units)结构上有一定的局限性，采用逻辑的、系统的、推理的机构再生设计方法，在现有冲击攻丝机构的基础上，设计开发一个超过现有机构、性能更好的冲击攻丝机构是本课题的主要研究内容之一。对国民经济、科学技术发展有一定的理论意义和实用价值。通过对JohnsonRC的“连杆机构分类法”和颜鸿森的“再生运动链法”的再研究，探讨了机构再生理论的螺旋副一般化方法，发现了颜鸿森教授的螺旋副一般化方法存在的局限性，提出了一种新的螺旋副一般化方法，并为机构创新设计方法添加了一个新的、具有自主知识产权的案例，即冲击攻丝机(Tapping Units)的机构创新设计。论文主要研究工作和创新点如下：概述了机构学的研究内容，并阐述了机构创新设计在现代机械设计中的重要性，探讨了现代设计方法的国内外发展状况，提出了目前还存在的问题。并在此基础上阐述了本文的研究内容、研究意义及论文的结构安排。研究了机构创新设计方法JohnsonRC的“连杆机构分类法”，本文提出在“连杆机构分类法”中使用矩阵法，可解决“由所有n个构件通过c个低副连接而成的模型，构成一定自由度的机构”的基本链型问题，具有普遍化和简单化的特点。论文还从多余移动自由度存在性方面进行分析，探讨了颜氏理论的“再生运动链法”中螺旋副一般化方法，即在某些几何条件下有多余自由度的存在，但是它们并不影响输入一输出传动关系。利用类别低的运动副代替相关的运动副，就可以消除多余自由度，即在“再生运动链法”中用“一个一般化螺旋副以一个一般化转动副代替”。通过对颜鸿森教授“再生运动链法”中的螺旋副一般化再研究，指出了颜鸿森教授的“再生运动链法”中螺旋副一般化中存在的局限性，即假如有多余自由度的螺旋副被用来驱动其它环路时，则多余自由度就可能变成有效自由度，此时，“一个一般化螺旋副用一个一般化转动副代替”是片面性的，不具有唯一性。本文提出了一种新的螺旋副一般化方法，当螺旋副作用在单环路机构中就象回转副和移动副，用“一个一般化螺旋副以一个一般化转动副代替”，而当带有螺旋副的构件去驱动其它环路时，可以用“一个一般化螺旋副以一个两端各有一个一般化转动副的二副杆代替”，解决了颜鸿森的“再生运动链法”中螺旋副一般化方法存在的片面性问题。在上述研究的基础上，根据已开发装备冲击攻丝机装置(Tapping Units)的技术特征，结合新的螺旋副一般化方法，运用“再生运动链法”，得到一个具有7个构件和8个运动副的冲击攻丝机的原始机构，将冲击攻丝机的原始机构简图转换成原始链，再将原始链转换成冲击攻丝机的原始运动链，得到一个8杆10副的冲击攻丝机的原始运动链，经过数综合得到36种冲击攻丝机的再生运动链，根据冲击攻丝机构的创新设计约束，可从36种八杆组合运动链衍生出的再生运动链中选择出5种创新运动链，除去冲击攻丝机的原始运动链，然后，再根据冲击攻丝机的设计约束，从余下四种再生运动链中选择出三种可能实现的创新运动链，最后得到具有自主知识产权的三种新型的冲击攻丝机构，并画出机构运动简图，实现了冲击攻丝机(Tapping Units)的机构创新设计。综上所述，论文对机构创新设计方法JohnsonRC的“连杆机构分类法”和颜鸿森的“再生运动链法”进行了深入的研究和实践，发现了“再生运动链”螺旋副一般化方法的局限性，提出一种新的一般化方法，并把这种新的螺旋副一般化方法应用到冲击攻丝机的机构创新设计中，为机构创新设计方法添加了一个新的、具有自主知识产权的应用案例。