基于功能离散法的周转轮系拓扑综合研究

提出基于功能离散法的拓扑图描述周转轮系,建立轮系拓扑单元的三个层次,总结出复杂轮系是在3种基本单元的基础上组成的,并根据基本单元的组合特点,提出4种组合方式。对拓扑图作缩微变换,建立了拓扑图的分层邻接矩阵,给出了同构判定步骤,为轮系的拓扑综合提供了理论基础。依据拓扑图中回路的特点,将常见的周转轮系分为四类轮系。以六齿轮周转轮系为例,提出轮系基本单元组合的统计方法,对于每一个基本单元的组合,依据拓扑演化规律得到拓扑图谱,并利用拓扑反演规律推导出各种可能的周转轮系。结果证明此拓扑综合法是构建新型行星轮系的方便有效方法,此方法具有一般性,可应用于多构件周转轮系的拓扑综合。     

周转轮系分类及综合

应用拓扑图分析和综合周转轮系,建立了3种轮系传动基本结构的拓扑图与4种轮系的基本单元,在分层的基础上定义了轮系拓扑单元结构图。应用拓扑单元图来描述各类周转轮系的拓扑特性、组合规律及其演变方式;提出轮系拓扑缩图的同构判定原则与具体方法,并给出了一实例。在4种轮系基本单元的基础上,建立了复杂轮系组合数量的公式,依据轮系拓扑图中形成回路的特点提出了复杂轮系的组成原理及分类和综合方法。     

基于拓扑演化理论的周转轮系综合构型与自动装配

由于周转轮系拓扑图的过度抽象及发散性,周转轮系机构的发明创新和优化设计之目的一直未能取得预期成果。以拓扑单元为基础,利用拓扑组合理论有效的获取了各类可能存在的复杂周转轮系的拓扑综合构型,但由于综合构型后拓扑模型元素符号含义仍具有发散及不确定特性,使得拓扑图与三维仿真装配轮系无法形成一对一映射。为此,再建立拓扑组合理论之后又提出拓扑图演化方法,通过建立演化规则实现了组合拓扑图形元素的定性演化,完成组合拓扑到装配拓扑的演化过程,从而真正实现搜索任意可能装配拓扑的目的。最后利用计算机对装配拓扑图形元素进行信息提取,实现装配拓扑与三维仿真轮系的一对一装配关系,结果表明了方法的合理性和可行性,为周转轮系机构的创新和优化设计的仿真实验建立了基础,提供了建模分析新思路。     

周转轮系系统化的数学模型

在分析轮系结构特征及状态特征的基础上,完善包涵两类特征的拓扑图;认识到轮系是一个物理系统,提出网络问题是解决轮系物理特征的系统化图论模型,并发现轮系拓扑图满足基尔霍夫定律;在分析拓扑图物理特征的基础上,结合拓扑图几何特征,提出支路特性矩阵、切割特性矩阵用于构建系统化研究的数学模型,即回路方程组、切割方程组,为系统地研究周转轮系结构特性、状态特性提供新的理论基础.以实例论述这一理论的具体应用.     

汽车自动变速箱中周转轮系设计方案的自动创成

以汽车自动变速箱结构特征为依据,总结归纳出三自由度以内六至九杆周转轮系图形载体拓扑图谱,通过对图形载体进行符合设计规则的转动副、齿轮副的标注,齿轮副内外啮合类型的标记,同构方案的识别,以及违反自动变速箱结构特征方案的剔除等过程,实现了符合设计要求的非同构周转轮系方案创成的计算机化,并给出了便于计算机识别的符号方案。     

运动链拓扑胚图的同构判断

平面并联机构基于胚图的综合方法中,拓扑胚图的同构判断是关键的环节。针对不含二元杆的运动链拓扑胚图,解决它们之间的同构判断问题。运动链的拓扑胚图与拓扑图相比有着独特的个性,由于在支链上没有二元点,所以图的顶点之间的关系主要是顶点之间的相对位置。根据拓扑胚图的特性,从关于图的邻接矩阵的经典理论出发,建立图的任意顶点之间的路径数矩阵,将路径数矩阵的元素按照一定规则排列成路径数组。论证了拓扑胚图同构的条件。在度序列和一阶路径数组相等的前提下,利用二阶路径数组来判断拓扑胚图是否同构。举实例说明判断过程及具体应用。拓扑胚图同构判断问题的解决不仅为基于胚图的型综合奠定了基础,而且对于某些运动链拓扑图的同构判断也具有普遍意义。     

基于改进哈明数的行星轮系机构同构判定新方法

同构判定是行星齿轮系结构合成时不可缺少的过程之一,对于创造新颖且具有优良传输特点的行星轮系具有重大意义。提出了一种基于改进哈明数判定行星轮系同构的新方法。首先,提出一种改进构件邻接矩阵,描述行星轮系拓扑图,该矩阵包含行星齿轮系拓扑结构的所有信息,具有描述的唯一性。然后,用特征码表示齿轮系的基本特征,作为同构的必要条件。定义了改进哈明数原理,得到哈明码,通过判断特征码和哈明码两结构恒量是否相等来判定是否同构。最后,通过实例验证了该方法的有效性和可靠性。     

机构虚约束的自动识别与去除

对具有重复结构特性的虚约束的自动识别与去除进行了研究。首先将机构的所有活动构件和运动副形成的开闭混合运动链用拓扑图表示；通过去除拓扑图中分叉物体，使拓扑图中的回路结构转化为树结构，然后寻找树结构的相同树枝来达到对对称相等运动链的识别。此问题的解决对于实现机构分析的自动化有重要的意义。     

基于电路网络分析的运动链同构判定

应用电路分析中的基尔霍夫定律和电路网络分析方法来判断运动链的同构。首先建立了运动链的等效电路模型 ,将运动链的拓扑结构关系等效为电路网络的拓扑约束关系。然后应用电路定律和电路网络分析的支路电流法进行分析 ,得出了基于电路网络分析的运动链同构判定依据 ,最后结合实例说明了运动链的同构判定方法。该方法简单、可靠、操作简便 ,是一种新颖的运动链同构判定方法     

用缩微变换识别轮系拓扑同构的研究

拓扑同构问题是机构的结构类型综合及优选的重要影响因素,根据杆副机构采用的矩阵判定方法并结合离散型拓扑模型的特点,提出了用拓扑缩微变换解决拓扑同构判定的新方法,最后以算例的形式给出了此方法的具体判定过程,并实现了计算机自动判定。实例证明该方法准确、简单、高效且能在计算机上实现。新算法的优点是便于计算机的拓扑自动综合和同构识别,从而为拓扑反演的自动化、智能化、网络化和可视化创造了条件。     

锥齿轮周转轮系运动学分析

介绍了一种锥齿轮周转轮系运动学分析方法。建立轮系有向图模型,得到节点－边关联矩阵、路径矩阵、生成树矩阵和回路基矩阵,结合螺旋理论,通过将轮系中各运动副表示成螺旋的形式,获得轮系构件相对角速度方程及各构件的绝对角速度。以汽车后桥差速器为例,给出了系统的分析过程。该方法具有简单、规范、通用性较强、易于编程的特点,可适用于多自由度、结构复杂的空间锥齿轮周转轮系,为其自动化、智能化设计提供了理论依据。     

基于运动副替代的周转轮系创新综合方法

提出了将单铰运动链用于轮系创新综合必须满足的基本结构条件,利用运动链的无向双色拓扑图及拓扑胚图,在运动链构件数与自由度数一定的情况下,用胚图插点法获得了所有可能的基于该复铰运动链的满足轮系创新综合要求的运动链结构型。应用本文提出的方法不仅可以得到各种工程实际中常用的轮系结构型,而且也能够获得许多我们过去不曾见过的结构型,为轮系的创新综合开辟了一条新的途径。     

复杂轮系的运动分析

采用功能示意图和图论知识对复杂周转轮系进行描述。通过拓扑图中基本回路建立基本回路方程,对轮系进行运动分析。此方法能自动分析任意复杂轮系,有效解决了由于结构复杂使运动分析困难的难题,并容易在计算机实现。     

2K-H型人字齿周转轮系的免组装设计与成型

为了解决人字齿周转轮系加工、装配的难题,提出利用3D打印技术制造免组装人字齿周转轮系的新工艺。通过理论推导,建立变位系数、齿侧间隙与齿轮基本参数之间的关系。利用建立的关系式,对行星轮进行负变位,设计具有微量齿侧间隙的2K-H型人字齿周转轮系。利用熔融沉积成型实验平台使设计的人字齿周转轮系成型,成型后的人字齿周转轮系齿轮啮合传动正常,设计、制作相应辅件,将其装配成减速步进电机。结果表明,通过合适的间隙设计,可以利用3D打印技术实现人字齿周转轮系的免组装制造,为小尺寸、一体式人字齿周转轮系个性化定制提供了一种具有工业应用前景的全新解决方案。     

H封闭式周转轮系效率计算

研究了 H封闭式周转轮系的效率、啮合功率流动方向与有关运动参数之间的关系 ,得到了依据差动轮系及封闭传动链的有关传动比判断啮合功率流向的简捷方法 ,解决了用啮合功率法计算效率的难点问题 ;并在此基础上 ,推导出 H封闭式周转轮系的效率计算的统一公式 ;此外 ,还分析了 H封闭式周转轮系的自锁条件     

基于图论的2K-H型周转轮系效率计算的研究

图论是研究运动链构造学有效的工具。以图论为基础，提出了一种2K—H型周转轮系构造的图表示法，可以有效地表示周转轮系的拓朴与运动构造。根据图表示法和基本回路理论，建立角速度和力矩方程，给出了效率的计算方法，较传统方法直观、简便。同时，提出了用邻接矩阵来表示周转轮系的图，将遗传算法中适应度概念与轮系结构联系起来，为周转轮系的分析和设计提供了理论依据。     

双级NGW型行星轮系的优化设计

按各级径向尺寸协调和外啮合接触强度相等的原则对双级NGW型行星轮系的总传动比进行优化分配 ,将双级行星轮系的优化设计转变成单级行星轮系的优化设计。以太阳轮、行星轮和内齿圈体积之和最小作为优化目标 ,建立了优化数学模型 ,应用复合形法求解数学模型择取最优参数方案。通过实例计算 ,取得了满意的结果