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多环平面连杆机构与球面六杆机构的可动性研究

多环平面连杆机构与球面六杆机构的可动性研究

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作者：聂良益湖北工业大学

学位级别：硕士

如今平面与空间机构已经运用到了医疗器械、工业机器人、航天等各个方面,而机构这些方面应用往往平面与空间机构的运动分析有这密切的联系,平面与空间连杆机构的可动性问题是平面与空间连杆机构运动分析中的难点。虽然平面与空间连杆机... 详细信息

如今平面与空间机构已经运用到了医疗器械、工业机器人、航天等各个方面,而机构这些方面应用往往平面与空间机构的运动分析有这密切的联系,平面与空间连杆机构的可动性问题是平面与空间连杆机构运动分析中的难点。虽然平面与空间连杆机构运动学的问题已经有了一定程度的研究,提出了各种不同的数学建模方式来解决,但其几乎所有的解决方法只针对特定或者少部分空间与平面连杆的机构的运动学分析问题,而还未形成一套简单且统一的解决问题的办法。因此,本文基于前人的研究成果针对多环平面连杆机构与球面六杆机构的可动性研究提出了一套较为完整的分析方法。本文主要研究内容如下:(1)提出一套较为完整的多环平面连杆机构的可动性分析方法。基于n-bar旋转定理、机构关节旋转空间等概念,在平面四杆机构特性的研究上,通过对二自由度五杆、七杆与Stephenson六杆等一系列的连杆机构的分析验证,归纳了一些连杆机构的完全旋转性准则,并采用图像识别的办法,解决了多环平面连杆机构的分支与子分支的问题。(2)解决了复杂平面机构的奇异性问题。根据机构的运动瞬心能代表机构的运动特性的特点,以平面四杆机构的死点机构特性为基础,尝试提出了等效四杆的研究方法,解决了单自由度平面连杆机构的死点问题,并在此研究的基础上,结合机构自由度退化的观点,解决了多自由度多环复杂连杆机构的奇异性问题,同时在Stephenson六杆、二自由度七杆、三自由度八杆机构的死点构型上进行验证,证实了该方法的可行性。(3)球面六杆机构的可动性分析。球面六杆机构相当于是平面六杆机构各个杆件均弯曲覆盖到同一个球体表面,其各个杆件端点到球心的距离都相等。根据球面六杆机构结构上与平面六杆机构的相似性,应用了多环平面连杆机构可动性分析的研究办法,解决了球面六杆机构的可动性问题。综上所述,本研究尝试建立了一套针对多环平面连杆机构与球面六杆机构可动性的分析方法,这一方法能够解释、判断、预测和识别多环平面连杆机构与球面六杆机构的可动性,其中包括机构运动的连续性(分支,装配方式或回路)、平滑性(子分支或无奇异点的构形空间)、完全旋转(或曲柄条件)、机构奇异性、运动范围和运动顺序等问题。

关键词：平面连杆机构球面六杆机构奇异性分支 n-bar旋转定理

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平面多杆机构综合与分析研究

平面多杆机构综合与分析研究

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作者：陈青欣湖北工业大学

学位级别：硕士

以制造业为主体的实体经济的回归,工业产品的质量与技术创新成为抢占经济科技制高点的关键所在。现代制造业发展的核心在于设计,而制造业中机械设计的核心在于机构,机构学为机械行业的创新发展提供了有效的理论和方法。平面连杆机构的... 详细信息

以制造业为主体的实体经济的回归,工业产品的质量与技术创新成为抢占经济科技制高点的关键所在。现代制造业发展的核心在于设计,而制造业中机械设计的核心在于机构,机构学为机械行业的创新发展提供了有效的理论和方法。平面连杆机构的综合和可动性问题一直以来都是机构学研究的重难点,本文基于前人的研究成果,对平面连杆机构做更为深入的探索研究,尝试得到较为完整且实用性较强的机构综合解决方法,并且对典型平面多杆机构的可动性问题加以分析研究。本文主要研究内容如下:尝试得到较为完整且实用性较强的平面连杆机构综合解决方法。针对多杆机构中具有代表性的Watt-Ⅰ、Ⅱ型六杆机构和曲柄滑块四、五杆机构分别进行了位置综合、函数综合、轨迹综合任务。给出相应实例,证实了所提出平面多杆机构综合方法的可行性基于n-bar旋转定理、矢量环方程建立等理论,对综合所得到的单自由度曲柄滑块四杆机构、二自由度曲柄滑块五杆机构和Watt-Ⅱ型六杆机构的可动性进行研究,运用Maple软件获得了机构的分支识别图,解决包括死点位置识别、分支识别、完全可旋转性的识别等问题。证明了综合所得机构可动且合理的同时,保障了机构在运动过程中克服、避免机构不连续或到达奇异位形等问题,完成预先设定的运动方式。研究了平面连杆机构同源机构的问题,同源机构能满足完全相同的轨迹生成约束条件,扩大了平面机构综合时机构方案的选择范围。综上所述,本研究尝试得到针对多杆平面连杆机构综合问题的解决方法。完成机构综合中位置综合、函数综合、轨迹综合三大任务。并且分别针对单自由度和多自由度平面连杆机构的可动性问题进行研究,其中包括机构运动的连续性(分支)、完全旋转性(曲柄存在条件)、可动性条件等问题。

关键词：平面连杆机构机构综合机构可动性同源机构 n-bar旋转定理

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