基于图论的可控装载机构构型设计及其应用

基于图论相关理论对一种新型装载机工作装置进行了全面、系统的构型设计与研究。利用胚图插点法对九杆以内只含单铰转动副的平面闭环两自由度机构进行了构型综合,得到了51种拓扑图;根据可控装载机构拓扑结构要求、功能性要求、约束条件要求以及拓扑结构最简原则对得到的拓扑图进行了拓扑综合,共筛选出了22种满足构型要求的拓扑图;再根据提出的机架存在条件、铲斗存在条件、动臂存在条件对得到的所有拓扑图进行了特定化;最后提出可控装载机构优选原则,对拓扑图特定化方案进行优选和具体化,获得了11种可控装载机构。通过样机研制验证了构型设计的合理性。     

开放式多自由度可控机构综合实验台的研制

结合多自由度可控机构的主要研究内容、特点以及最新研究成果,研制了既能满足机械原理、机械设计等课程本科实验教学的需要,又可满足研究生机构学实验教学与科研需要的开放式综合实验台,该综合实验台不仅能实现平面机构运动简图绘制与分析等实验教学,而且还能对多自由度可控机构正、逆解运动学以及系统数字控制等问题,进行开放性实验研究,从而为进一步加强和提高学生的动手及创新能力,提供一定的实验基础。     

基于功能分析的新型装载机构型综合研究

传统的机械式工程机械采用单自由度机构,所能完成的动作单一,动作轨迹不能变化;液压式工程机械可以灵活地执行各种工程动作,但其液压系统零部件的精度要求和成本高、可靠性不理想、易漏油、传动效率低等不足。这个棘手问题长期未能有效解决。将变胞机构和多自由度可控机构应用于工程机械等领域,可克服现在的机械式和液压式工程机械的各自不足,既能像液压式工程机械那样变化运动轨迹、执行各种动作,又没有液压系统的缺陷,具有良好的应用前景。研究这类新型机构的型综合问题,针对现有典型装载机产品的特点,采用工作机理的动作表达方法,将液压式装载机的工作机理作为依据和出发点,把其转化为工艺动作过程。结合变胞机构、可控机构、及并联机构等有关研究成果,综合应用构型演化法、基于螺旋理论的约束综合法等机构创新设计理论和方法,在功能分析的基础上完成了装载机新型执行机构的概念设计。获得了一批新型多自由度可控机构式装载机构构型,包括具有变胞功能的可控机构式装载机构构型,并由试验验证了多自由度可控机构用于装载机等工程机械的可行性,为这类机构的应用提供了一定的参考。     

可控装载机构动力学分析与优化设计

以新型可控机构式装载机为研究对象,以动臂升降支链关键参数作为设计变量,以第一主动杆在动臂举升过程中最大力矩最小为优化目标,以整体布局、传动角以及奇异性等作为约束条件,建立了动臂升降支链的尺度优化模型;利用复合形法对优化模型进行了数值求解,得到了动臂升降支链各构件最佳尺度参数;并使第一主动杆最大驱动力矩降低了11%。通过基于ADAMS的虚拟样机仿真,仿真结果表明,优化后可控装载机构动态性能得到了明显改善,当动臂位于上极限位置时第一主动杆接近逆运动学奇异位置,功率减小了80%。该研究将为可控机构式装载机性能提升提供依据。     

基于拓扑维度综合的串并联机构构型与奇异研究

传统的串联和并联机构自由度分析和奇异分析方法,对于串并联机构不具有直接适用性,通过利用3种实际拓扑单元和一种虚拟拓扑单元,结合各拓扑单元空间活动能力的拓扑维度综合法,对串并联机构的构型进行了分析,并得到了其空间活动能力拓扑维度的一般计算公式与过程,基于计算的结果可以对机构的奇异性进行分析.     

液压装载机工作装置的构型综合与优选

研究11杆2自由度液压装载机工作装置的构型综合与优选。首先,介绍平面多环运动链单色与双色拓扑图的表达方法与平面多环机构多色拓扑图的建立方法;其次,基于平面11杆2自由度运动链图谱库,提出液压装载机工作装置构型综合方法,综合得到35个单铰液压装载机工作装置构型和35个复铰液压装载机工作装置构型,并绘制符合液压装载机工作装置结构特征的平面多环机构简图;第三,提出液压装载机工作装置的优选原则,优选得到18个可用于液压装载机工作装置的构型;最后,针对优选的液压装载机工作装置构型建立虚拟样机,模拟液压装载机实际作业工况,验证液压装载机工作装置创新构型的实用性。该机构构型综合与优选方法研究为具有自主知识产权的新型工程机械装备的研发提供了新思路。     

新型3自由度可约移动并联机构的构型及设计

提出了一般可约系统的定义。从研究运动不耦合的3自由度移动并联机构的输入输出关系出发,给出了3自由度可约移动并联机构的定义和判定充要条件。定义了一种新的Gf坐标,利用此坐标给出了可约并联机构的型综合一般过程,并综合出了5种3自由度可约移动并联机构。针对这类机构的特殊性能,以其中一种机构为例,基于机构动平台参考点的工作空间进行了优化设计。     

两自由度可控机构输出点轨迹与速度的有限元分析

综合应用ADAMS,ANSYS分析混合输入五杆机构输出点的轨迹、速度,分别得到机构构件作为刚性体和弹性体时两连杆铰接点的轨迹曲线与某连杆中点的速度曲线。二者对比表明,此类机构的弹性动力学分析比刚性动力学分析更接近其实际情况。此外,将构件划分单元数的多与少的不同计算结果显示,单元数对计算结果有明显影响,恰当选取单元数对是否得出与实际振动情况相符的计算结果有重要影响。     

桶装水自动装载机构的设计与分析

为了解决桶装水搬运及安装困难、效率低等问题,运用概念设计(Conceptual Design)的思想将桶装水装载机构的功能结构分解为滑动转向式底座机构,剪叉式升降机构,夹紧机构和翻转机构等子功能机构,然后对机构的工作原理和驱动方法的构思和系统化设计,将各机构集成设计得到一种新型的桶装水自动装载机构,并利用Pro/E建立其三维模型,通过升降机构受力分析和强度校核详细论证了装载机构功能的可行性。该机构设计简单、便利和安全,减轻了桶装水装载过程的劳动强度,提高了装载的安全性。     

机构运动链构型创新设计方法的研究

根据构件数和自由度数，进行机构的数、型综合，得到满足机构数和自由度数的所有运动链，根据设计对象的约束条件，将运动链生成机构运动简图，进行机构运动方案的概念创新设计。以容积式机器容腔执行机构概念设计为例，说明了该方法的可行性。     

基于拓扑分析的机构创新设计方法的研究

拓扑理论在机构创新设计中的应用越来越广泛 ,而在实际机构运动分析中 ,设计者往往采用传统的分析方法。本文首次把拓扑理论贯穿于机构创新设计和机构运动分析中 ,提出一套通用的机构设计与分析方法 ,同时 ,为计算机辅助设计与分析软件的开发提出了一条新思路。     

曲柄齿条机构的运动分析与综合

曲柄齿条机构[1]可以实现从动件作摆角变化范围很大的摆动且传动角为常数。本文分析了该类传动机构的传动函数及输出齿轮的极限摆角；提出了已知输出齿轮的摆角设计该类机构的数值迭代方法并给出了设计实例；指出了文献[2]、[3]中关于该类机构输出齿轮极限摆角公式的错误。     

基于优化理论的机构综合方法研究

提出了将优化设计的思想应用于机构综合中，并据此开发出了相应的软件。现主要以平面四杆机构的9位置轨迹生成问题为例，介绍了机构综合的优化方法的实现：以杆长等9个参数为设计变量，以相应的方程组中9个方程的左式平方和最小为目标函数，以杆长能构成四杆机构等为约束函数，采用惩罚函数法进行编程求解。最后给出了一个应用实例，表明了方法的有效性。     

沙滩清洁车举升机构性能研究

目前国内外的沙滩清洁车垃圾举升机构多采用自卸式,并使用连杆机构便可以实现举升作业,连杆机构具有多种运动形式,它可以实现往复摆动、连续转动与往复移动之间的相互转换。为了实现举升机构轻量化,对通过模态分析的沙滩清洁车举升臂进行结构优化设计。首先,利用CREO实现了沙滩清洁车的举升机构三维实体建模;然后将其导入到Workbench建立有限元模型进行模态分析;最后运用Optistruct对举升臂进行静力学结构分析。基于以上模态和静力学的分析结果对举升臂做进一步的拓扑优化。优化结果表明改进后的举升臂在保证刚强度的前提下质量由17kg减为13.77kg,减轻了19%,达到轻量化目标。     

玻璃上料翻转机构的优化设计

研究指在对玻璃上料翻转机构进行优化设计,经分析和综合提出两种可行的玻璃上料翻转机构模型——曲柄摇杆机构和双摇杆机构,利用计算与图形处理软件Matlab对其进行计算机辅助运动分析,通过比较两组分析结果得出双摇杆机构作为玻璃上料翻转机构比曲柄摇杆机构具有更好的运动特性,提高了玻璃上料过程的平稳性,安全性以及可靠性。利用计算机辅助分析的方法实现翻转机构的优化设计,提出一种在已知部分空间与运动约束条件下进行机构优化设计的一般方法。     

关于机构型式综合与创造性设计的探讨

本文所介绍的是关于机构创造性设计的方法，它主要基于机构型式和尺度综合的结合。机械设计人员掌握这种方法，对于革新现有的机构和设计新机构均有指导意义．     

函数再现机构的模糊稳健优化设计方法

针对函数再现机构的综合问题 ,分析了可控因素与不可控因素对机构运动精度的影响 ,探讨了机构运动精度设计目标的模糊特性 ,提出了模糊稳健设计准则 ,给出了模糊稳健优化设计数学建模方法。设计实例和理论分析表明 ,该方法能使机构运动精度和各尺寸的制造公差得到合理匹配 ,具有工程实用价值     

曲柄摇杆直线机构综合方法研究

给出了综合曲柄摇杆直线机构的方法,用此方法可综合出具有四个无限接近点（即所谓的Ｂａｌ点）的曲柄摇杆直线机构。