凸轮机构优化设计与运动仿真毕业论文.docx

第1章绪论
机构学的现状与发展
机构学的概况
机构学是以运动几何学和力学为主要理论基础, 以数学分析为主要手段, 对各类机构进行运动和动力分析与综合的学科。机构学为创造新的机器和进行机械发明与改革提供正确有效的理论和方法, 以设计出更经济合理、更先进的机械设备, 来满足生产发展和人们生活的需求。机构学的发展将直接影响到机械工业各类产品的工作性能以及许多行业生产设备的机械化和自动化程度。机构学作为机械工程技术科学中的一门主要基础学科, 近年来由于机电一体化高技术科学特别是工业机器人与特种机器人的发展对机构学理论和技术上的要求, 使机构学学科达到了一个崭新的阶段。在国际学术讨论会上, 各国科学家一致认为它有如旭日东升, 正显出其无比强大的生命力。
机构学一方面由简单的运动分析与综合向复杂的运动分析与综合方面发展, 另一方面也由机构运动学向机构动力分析与综合方向发展, 研究机构系统的合理组成的方法及其判据,分析研究机器在传递运动、力和做功过程中出现的各种问题。机构精度问题也相应地由静态分析走向动态分析。机构联结件的间隙在高速运转时有不容忽视的影响, 因而需要研究机构间间隙、摩擦、润滑与冲击引起的机构变形、稳态与非稳态下的动态响应和过渡过程问题。在惯性力作用下, 由于机构上刚度薄弱环节的弹性变形, 由此研究以振动理论多自由度模态化、线性与非线性、随机的功率谱与载荷谱等为分析手段和方法而形成的运动弹性动力学问题, 以及视整个机构系统为柔性的多柔体系统动力学和逆动力学分析、综合及控制问题。它是把整个机构看成是由多刚体组成的多刚体动力学、结构动力学及自动控制等学科发展的交叉边缘学科。由多种、多个构件组成的机构称为组合机构。组合机构与机构系统组成理论的发展使机构学已成为重型、精密及各种复合机械和智能机械、仿生机械、机器人等高技术科学的设计基础理论学科。

(1)平面与空间连杆机构的结构理论研究
研究机构的结构单元及机构拓扑结构特征,如主动副存在准则、活动度类型及其判定、拓扑结构的同构判定、消极子运动链判定等。研究满足拓扑结构要求
的机构结构类型综合及其自动生成。研究机构创新设计的方法学和结构类型的优选。
(2)典型机构的运动分析与综合研究
连杆机构运动分析新方法的研究,如单开链法、区间分析法、网络分析法和吴文俊消元法等。在连杆机构综合中提出了解析法与优化法相结合的机构尺度综合法、机构装配构形与尺度综合的同伦方法、机构尺度类型及其性能关系的图谱法等。给出了空间7R机构位移方程式的完美形式(16次方程)。采用数值化图谱替代传统的连杆曲线图谱实现机构综合。凸轮机构分析与综合的研究也日益深化。摆动从动件盘形凸轮机构优化设计问题已有较好结果,摆动从动件圆柱凸轮机构凸轮曲面的设计方法也有不少进展。此外,高速分度机构的设计和各种组合机构的设计方法均有不少研究成果。
(3)机构动力学问题的研究
随着机器向高速、高精度、高自动化方向发展,机构动力学研究的内容越来越广泛。凸轮机构动力学深入研究,从动件运动规律选择、动力学模型建立、动力响应求解和动力综合方法等研究均有不少成果。平面与空间连杆机构振动力的完全平衡方法和振动力与振动力矩完全平衡方法在理论上已有较好的解决。考虑构件弹性的弹性连杆机构动力分析与综合的研究已越来越深入,考虑运动副间隙的连杆机构动力分析及运动稳定性研究取得进展,同时考虑构件弹性和运动副间隙甚至弹流状态的动力分析已有初步研究成果。包含变质量构件机构的动力学也已引起关注并有初步研究。
机构学的趋势
计算机辅助设计使机构学发展到一个新的阶段, 它把机构设计理论、方法和参数选取等设计者的智慧与计算机系统所具有的强大逻辑推理、分析判断、数据处理、运算速度、二维、三维图形显示等功能结合起来, 可以用人机对话方式, 简便、直观、快速、最优地完成设计工作, 日益成为现代机构设计的主要手段面和空间机构运动学和动力学分析与综合的通用程序库和软件包, 例如DRAM(用于平面机构动力分析, 可自动构成微分方程, 输出图像)、IMP、ADAMS、KINSYN、LINKAGES等, 其中有些软件已商品化。有的软件包已达到十分完备的程度,包括了运动李分析、动力学分析、弹性变形计算、动力学性能评价及模型化仿真等程序
, 并对三种驱动方式(电、液、气)的机构系统均可通用。有的软件包在进行开式链工业机器人运动学及动力学研究时, 应用矩阵的齐次变换自动建立符号形式的运动方程, 大大减少了计算时间。进入八十年代后, 计算机图象显示技术已实用化, 如联邦德国、美国等已能将所设计的局部机构三向视图数据输入计算机后, 显示出它在整个运动循环中各个侧面, 以观察机构各构件在实际运行中空