基于树结构的组合机构建模与动力学分析

论文摘要

机构的运动学和动力学分析是机构设计的重要内容,目前,机械产品高速化、轻量化、精密化、大功率化的发展趋势对机构设计提出了更高的要求,因而机构的运动学和动力学分析就显得更为重要。随着计算机技术的发展,计算机辅助设计与分析已成为复杂机构研究的重要手段。研究复杂机构的计算机建模与运动学、动力学分析方法,并开发机构计算机辅助分析与仿真系统在现代机构设计与分析中具有重要意义。本文首先根据机构的组成原理和机构的多叉树表示方法,研究了基于多叉树结构的平面连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、槽轮机构等组合机构的计算机交互式建模方法,该方法将连杆机构杆组、齿轮机构、凸轮机构、槽轮机构作为树节点,运用树的遍历算法计算组合机构的初始位置,实现组合机构的初始状态位置的装配,对树节点对应的机构进行尺度参数、惯性参数的交互式设置和编辑,从而实现组合机构的计算机快速建模。在基于树结构的组合机构运动学分析的基础上,进一步研究了基于树结构表示的组合机构的动力学分析方法,将连杆机构杆组、齿轮机构、凸轮机构、槽轮机构等基本机构动力学分析作为树节点的广义函数,运用运动学分析的后序遍历和动力学分析的前序遍历算法相结合实现了组合机构的动力学自动分析。采用面向对象技术开发了基于树结构的组合机构的动力学计算机辅助分析与仿真软件,给出了组合机构建模与动力学分析实例。利用本文提出的方法和开发的软件,可以方便快速实现组合机构建模与动力学分析,为机构设计与分析提供了一个新的工具。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 机构学概述
• 1.2 选题研究的背景和研究意义
• 1.3 文献综述
• 1.3.1 机构动力学理论与分析方法的现状
• 1.3.2 机构建模与分析软件的现状
• 1.3.3 发展趋势
• 1.4 论文的主要研究内容
• 2 组合机构的树结构建模
• 2.1 平面连杆机构的组成原理
• 2.1.1 杆组组成原理
• 2.2 树结构建模
• 2.2.1 树数据结构的基本概念
• 2.2.2 机构树节点定义
• 2.2.3 机构的树结构表示
• 2.3 树结构建模方法
• 2.3.1 建模方法的比较
• 2.3.2 机构的树结构建模方法
• 2.4 树结构建模实例
• 2.5 本章小结
• 3 组合机构的动力学分析原理
• 3.1 组合机构运动学分析
• 3.1.1 连杆机构运动学分析
• 3.1.2 齿轮机构运动学分析
• 3.1.3 凸轮机构运动学分析
• 3.1.4 槽轮机构运动学分析
• 3.1.5 基于树结构的组合机构运动学遍历算法
• 3.2 机构杆件受力的约定
• 3.3 组合机构动力学分析
• 3.3.1 连杆杆组动力学分析
• 3.3.2 齿轮机构动力学分析
• 3.3.3 凸轮机构动力学分析
• 3.3.4 槽轮机构动力学分析
• 3.3.5 基于树结构的组合机构动力分析的遍历算法
• 3.4 本章小结
• 4 软件系统的设计
• 4.1 需求分析
• 4.2 面向对象技术及系统模型的建立
• 4.2.1 面向对象技术与面向对象程序设计
• 4.2.2 系统模型的构建
• 4.2.3 开发工具的选择
• 4.3 软件系统的总体设计和系统功能
• 4.4 软件系统的特点
• 4.5 软件使用说明
• 4.6 本章小结
• 5 组合机构动力学分析实例
• 5.1 机构分析实例
• 5.2 本章小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：研究生期间公开发表论文