空间曲柄—摆杆机构的力学特性分析

论文摘要

迄今为止,人们对空间RCCR以及RCRCR机构的研究均集中在输入、输出端偏距相等的形态,由于其具有良好的等速传递性,研究人员将其命名为空间双曲柄机构。而对于输入、输出端偏距不等的形态,研究现状只停留在机构具有旋转—摆动输入输出关系的认识。由于机构还具有以下优点：机构简单、构件数目少并且以低副连接、耐磨损性好、构件形状简单便于制造装配,且在不考虑装配干涉情况下,轴间夹角能实现(0°,180°)范围内的任意取值,因此本文将输入、输出端偏距不等的形态命名为空间曲柄—摆杆机构,旨在对其进行更为充分的理论研究,为推广应用提供可靠的佐证。本文采用理论分析和计算机仿真相结合的方法对理想无摩擦状态下的空间曲柄—摆杆机构进行了以下几个方面的研究：1)空间曲柄—摆杆机构的运动学分析。采用平面投影法简化空间矢量闭合方程,得到各个构件的运动参数表达式。在SolidWorks环境中对三维模型进行运动学仿真,验证了机构的旋转—摆动输入输出关系,以及理论分析的正确性,并绘制出运动特性与机构主要结构参数之间的对应变化曲线。2)空间曲柄—摆杆机构的动态静力分析。采用单个示力副法分别求解出空间曲柄—摆杆(Ⅰ型)和(Ⅱ型)机构各个运动副中的约束反力/力矩以及输入旋转驱动。在SolidWorks环境中分别建立纯刚体系统和使用柔性连接的动力学仿真模型,比较分析两种模型下的仿真结果,并绘制出主要力学参数与机构结构参数之间的对应变化曲线。3)两种类型空间曲柄—摆杆机构的比较。根据对两种类型机构的自由度计算、运动学分析以及动态静力分析,总结归纳二者的异同。4)空间曲柄—摆杆机构的总质心轨迹分析。利用坐标变换方式得到机构总质心轨迹各个分量表达式并绘制出三维曲线。并从仿真分析中提取出机构总质心轨迹,验证了理论分析的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 图和附表清单
• 符号说明
• 1 绪论
• 1.1 机构名称的说明
• 1.2 空间双曲柄机构的研究发展进程
• 1.3 空间连杆机构的力学分析方法综述
• 1.3.1 运动分析方法综述
• 1.3.2 动力学分析方法综述
• 1.4 课题内容、目的和意义
• 1.4.1 课题的理论基础
• 1.4.2 课题的目的和意义
• 1.4.3 课题的研究内容
• 2 空间曲柄—摆杆机构运动分析
• 2.1 （Ⅰ型）机构概述
• 2.2 （Ⅱ型）机构概述
• 2.3 理论运动分析
• 2.4 仿真分析
• 2.4.1 三维运动仿真模型的建立
• 2.4.2 运动仿真
• 2.4.3 结构参数对机构运动特性的影响
• 2.5 本章小结
• 3 空间曲柄—摆杆机构（Ⅰ型）动态静力分析
• 3.1 理论力学分析
• 3.1.1 连杆坐标系的建立
• 3.1.2 构件惯性力的确定
• 3.1.3 示力副中约束反力的确定
• 3.1.4 其余约束副中约束反力的确定
• 3.2 仿真分析
• 3.2.1 纯刚体系统的动力学仿真
• 3.2.2 使用柔性连接的动力学仿真
• 3.2.3 理论结果与仿真结果的对比拟合
• 3.3 本章小结
• 4 空间曲柄—摆杆机构（Ⅱ型）动态静力分析
• 4.1 理论力学分析
• 4.1.1 连杆坐标系的建立
• 4.1.2 示力副中约束反力的确定
• 4.1.3 其余运动副中约束反力的确定
• 4.2 仿真分析
• 4.2.1 纯刚体系统的动力学仿真
• 4.2.2 使用柔性连接的动力学仿真
• 4.2.3 理论结果与仿真结果的对比拟合
• 4.3 本章小结
• 5 两种空间曲柄—摆杆机构的比较
• 5.1 机构运动分析比较
• 5.2 机构动态静力分析比较
• 5.2.1 输入旋转驱动的对比拟合
• 5.2.2 两圆柱副的对比拟合
• 5.2.3 结构参数对主要力学参数的影响
• 5.3 本章小结
• 6 机构总质心运动轨迹分析
• 6.1 理论分析
• 6.2 仿真分析
• 6.3 本章小结
• 7 总结及展望
• 7.1 课题总结
• 7.2 课题创新点
• 7.3 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果