空间六杆机构的误差分析及考虑公差和间隙的多目标优化综合

本文主要以5R—C机构(R表示转动副,C表示圆柱副)为例,进行了空间六杆机构的误差分析与多目标优化综合。为便于上机计算,对于多杆空间机构误差分析中所用的偏导数,文中利用机构封闭性的各种等同条件,通过含有较少中间运动变量的线性方程组求得。对于各种常见运动副中的间隙误差矢量采取了折算为有关结构参数的附加量的方法,通过所建立的随机模型进行了统计分析以得到实际影响大的统计量。在误差分析的基础上,本文进一步对空间连杆机构提出了通用性较强并且考虑公差和间隙的多目标优化程序。     

一种带移动副平面六连杆机构分支识别方法

带移动副平面六连杆机构的分支、运动缺陷、运动范围等的判别是机构运动特性研究的重要指标。首先,将带2个移动副或3个移动副的平面六连杆机构分为四环链及五环链,引入欧拉公式、三角换元等方法,得到带移动副机构在极限位置（包括死点、分支点）的具体构型、具体关节输入输出关系以及关节旋转空间。其次,将2个链路结合,提出带2个移动副及3个移动副平面六连杆机构的分支识别方法。最后,通过实例验证,得到机构的分支点、死点及关节在所有极限位置的具体角度,为带移动副机构分支的自动识别提供了一种简便有效的方法。      

转动副临界角分析及其在四连杆机构中的应用

滑动配合条件下,转动副（R副）通过接触面间的相对滑动提供一个转动自由度。由于接触面间的摩擦和间隙共同作用,R副会在一个小的摆角范围内发生自锁,这一摆角将在机构平衡时带来连杆长度误差和连杆偏角误差。本文指出了R副中临界角的存在,讨论了使得R副实现自锁的临界角范围,在考虑接触变形和不考虑接触变形2种条件下对临界角进行了计算,并以一平面四连杆机构作为应用算例,综合对比了铰链间隙、接触变形和摩擦因素对所在连杆机构输出精度的影响。算例结果表明,在一般的精度计算中铰链间隙及连杆弹性变形起主要影响作用,铰链本身的接触变形量可忽略。      

仿生扑翼机构的设计与运动学分析

仿生扑翼机构的设计以实现昆虫的扑翼形式为目标,通过仿生学与工程实际相结合,将昆虫复杂的扑翼运动分解为平扇与翻转两个基本动作,同时这两个自由度必须协调运动.仿生扑翼机构主要包括并联的两组曲柄摇杆机构与差动轮系两个部分,由直流伺服电机作为驱动,将曲柄的连续旋转输入转换为翅膀的平扇与翻转两自由度复合运动输出.通过建立运动模型对仿生扑翼机构进行运动学分析,得到扑翼的扇翅角及翅攻角与时间的关系曲线,然后选择合理的扑翼机构几何参数及齿轮副的传动比构筑扑翼机构样机,实现了预期的扑翼形式.      

低副机构的一种平面五级组运动分析

采用复数与矢量结合的方法,对低副机构中一种8杆12副的平面五级组运动分析问题进行了求解.首先根据不同的环路列出矢量方程,然后将方程转化成复数形式,经过代数消元后得到了输入输出方程.对次数的判定后证明方程的解为42个,即该平面五级组可以有42种构型.最后对一个实例进行了计算,给出了4组实根值.推导过程中的符号运算采用计算机代数系统"Mathematica".     

空间开链和闭链连杆机构运动误差研究的微小位移合成法

本文提出了一种通用性强、适应面广和简单实用的连杆机构运动误差研究的微小位移合成法,该法直接对机构的各个运动参数误差和各个原始误差的微小位移矢量进行合成,建立机构的运动误差方程。用此法能方便地分析多种原始误差,如长度和角度结构参数(包括理论值为零的结构参数)的误差、运动副间隙和运动副轴线装配歪斜,引起的机构运动误差。与以前各种解析法相比,微小位移合成法无须对机构位移方程或机构约束方程求微分,从而避开了通过位移方程求解误差灵敏度的各种困难,特别当机构复杂和考虑运动副间隙时。本文应用微小位移合成法,建立了一般开链机构(机器人机构)和一般单环(多环)空间连杆机构的运动误差方程。另外就如何灵活选取参考坐标系、计算点和投影轴来简化所要建立的运动误差方程,作了一些讨论。最后,以空间RCCC机构,两环空间RSSR-SC机构和PUMA560工业机器人为例,演示了本文的方法。     

可变后掠翼联动驱动机构设计与尺寸综合

可变后掠翼飞行器通过改变其机翼后掠角,可实现在不同飞行速度条件下,达到最佳飞行状态。为了实现在单驱动下机翼后掠角变化时,同时实现机翼部分蒙皮的展收,基于平面复合连杆机构,提出一种可变后掠翼联动驱动机构。为了解决该机构函数生成与运动生成综合相结合的尺寸综合问题,将复合连杆机构拆分为3个子机构,通过矢量方程法对机构进行分析,建立复合连杆机构的矢量环路方程,并对机构的可动性进行分析。结合机构矢量环路方程,提出一种利用优化算法与运动学分析软件判断机构可动性、优化机构性能的尺寸综合方法。结合相应实例,使用所提方法对机构进行设计,获得了满足可动性要求、尺寸约束,且包络面积最小的机构尺寸构型,证明了所提方法的有效性。     

基于轨迹-速度双目标的平面连杆机构设计

提出了一种在轨迹-速度双目标设计要求下优化综合连杆连续轨迹生成机构的方法.利用机构执行末端速度运动规律寻求平面连杆轨迹生成机构插值节点,使所选取的插值节点具有了运动速度要求的信息.基于该方法建立连续轨迹生成机构优化综合模型,以对应轨迹点差值最小作为优化目标函数,采用BFGS(Broyden-Fletcher-Gddfarb-Shanno)拟牛顿非线性优化算法优化计算机构尺寸.在设定曲柄匀速转动前提下,优化计算出了符合轨迹-速度设计要求的平面连杆机构尺寸,实现了预期的设计目标.最后比较了四杆机构和五杆机构实现实例的优化结果,表明了该设计方法的可行性和有效性.     

空间大伸展并联机构的设计与性能分析

大型工件加工时执行机构伸展空间不足是目前航天制造业一个亟待解决的问题。为增大执行机构末端的工作空间，并为其提供稳定可靠的伸展基础，提出一类具备高刚度、大伸展特性的并联可伸展机构。重点针对并联可伸展机构展开设计与分析，基于图论进行可伸展机构构型综合，利用构型演化得到PRRR、PRRR-3R和PRRR-6R(P表示移动副，R表示转动副)这3种可伸展支链单元构型，在此基础上，对3种可伸展机构支链单元的伸展性能、刚度进行对比分析，最终优选出满足要求的PRRR支链单元配置成并联可伸展机构。该并联可伸展机构可应用于需要提供大伸展及大刚度的场合，实现对其他执行机构运动空间的拓展。     

六杆机构四位置运动生成的解域综合理论与方法

针对Stephenson-Ⅱ型六杆机构四位置运动生成问题,给出基于布氏曲线的广义布氏曲线概念及其方程,同时给出解域综合方法。该方法首先求解出满足要求的解曲线,而后利用雅可比矩阵行列式值符号及机构运动连续性条件剔除解域中存在运动缺陷的机构,最后根据实际需求附加约束条件形成可行解域图。给出的综合示例验证了解域综合方法的可行性和有效性。该方法简单且便于编程实现,同时对其他多杆机构的综合也有参考借鉴意义。     

封闭式行星轮系功率流判别的键合图法

为更简单清晰地对封闭式行星轮系的功率流情况进行判别,利用键合图能量守恒和功率流动的特点,将键合图理论应用于该类轮系的功率流分析中.以功率汇流型、回流型2种形式的封闭式行星轮系为例,根据轮系的传动关系,利用绝对速度法建立轮系的键合图模型,根据提出的功率流向判别依据对轮系进行功率流向判别,得到整个轮系及其转换机构的功率流情况,为轮系的效率计算提供了基础.该方法适用于其它复杂轮系的功率流判别中,比传统方法更具直观性、系统性.     

高空系留气球建模与稳定性分析

平流层高空系留气球是典型的无控制欠阻尼自治系统,因此平台本身应当具有较好的稳定性,然而该系统的线性化模型含有零特征根,导致经典的Lyapunov第一方法难以从理论上获得其稳定性结论.从一般刚体的Newton-Euler方程出发,根据刚体对任一点的平动和转动方程,建立基于广义坐标的高空系留气球二阶非线性动力学模型,并针对Lyapunov方法证明稳定性的局限性,从能量的角度运用拉格朗日定理证明了高空系留气球的稳定性,数值仿真结果与理论结果一致.     

系统级链路预算方法

计算地面站和飞行器之间的通信链路余量问题常依赖于简单的数学叠加法,但在实际应用中,复杂飞行器模型以及气候条件等干扰因素都容易造成天线方向图的畸变,从而导致链路预算不准.为了尽可能准确评估链路性能,提出了一种系统级链路预算评估方法.应用旋转变换矩阵,建立了姿态变化造成天线方向图相对变化的关系式.仿真得出装机后天线方向图畸变信息.根据相对变化量对方向图信息作数据挖掘.按全系统链路余量表达式计算变姿态情况下链路余量.评估了一种超短波通信天线与地面站天线间的通信链路性能,以及飞机降落时航向天线和航向台站之间的通信链路问题,表明该方法具有一定工程应用价值.     

二阶多项式自治系统代数曲线解的判定法

为了以解析的方法和代数的方法寻求二阶多项式自治系统的代数曲线解，并为进一步研究非线性系统的可积性和得域上多项系统的定理论，证明了关于复域上二元多项式的一个整除定理，并以ＶａｎＤｅｒＰｏｌ程及一个二阶二次自治系统为例，说明这一整除定量可以作为二阶多项自治系统是否存在代数曲线解的主要判据。     

一种有效的软件结构图的布图算法

信息的可视化表示是帮助理解软件结构的重要手段.结构化软件中的复杂的模块调用为软件结构的分析和理解带来不便,为此提出一种以模块连接度(扇入扇出系数和)为特征的广义张量平衡算法,以图形方式直观地表现出模块之间复杂的调用关系.具体讨论了算法应遵循的原则,给出了算法的可操作规则集.实践证明,该算法布出的图形具有高度的对称性和紧耦合性,且层次分明,线间交叉少,同时符合图形语义要求和协调性原则.     

应用最优化理论中的投影定理计算平行正投影

拟应用最优化理论中的投影定理,从理论上严格证明物体平行正投影的存在和唯一性,并在此基础上建立一个全新的平行正投影计算方法.内容包括:①应用数学语言阐明三维物体平行正投影的含义;②应用最优化理论中的相关理论依次论证与投影定理有关的几个命题,并在此基础上严格证明物体平行正投影的存在和唯一性,以及利用傅里叶级数形式建立平行正投影计算式;③简要分析这种计算方法的特点.      

夹持边界条件下表面裂纹应力强度因子求解

为了进行试验室条件下表面裂纹扩展行为研究,需要进行试验机夹持边界条件下的表面裂纹应力强度因子求解.通过对夹持特点的分析,将其等效为均匀拉伸和弯矩的共同作用,并使得试件端部转角为0°.以自由均匀拉伸和纯弯载荷作用下表面裂纹应力强度因子解的Newman-Raju公式为基础,计算得到了等效模型弹性位能表达式,应用卡氏第一定理求得了弯矩与拉伸载荷的关系,采用叠加原理得到了夹持边界条件下表面裂纹应力强度因子解.为了验证解的适用性,采用Abaqus软件计算得到夹持边界条件下若干典型表面裂纹的应力强度因子数值解,对比表明了提出的应力强度因子解法是足够精确的.随后探讨了裂纹形状、试件长厚比等对夹持边界条件下应力强度因子修正因子的影响规律.     

含铰链间隙板式卫星天线展开精度分析

板式卫星天线展开机构在航天领域有着广泛的应用,其空间尺寸大,拓扑结构复杂,构件之间多用铰链联结,卫星天线对指向精度要求较高,应考虑铰链间隙对指向精度的影响。含铰链间隙的卫星天线展开机构的指向精度分析建模复杂、求解困难,为此提出了矩阵法分块建模的分析方法,将复杂的整机模型分解成锁定机构计算模型与2个单闭环机构计算模型,分别分析计算铰链间隙对其精度造成的影响,建立整机的计算模型并采用粒子群优化算法进行求解,得到某特定构型的板式卫星天线在极恶劣工况下展开的指向误差为0.067°。研究表明,建立的计算模型精度高,通过智能优化算法求解可以快速得到卫星可展开机构的指向精度极恶劣值,为展开机构的误差补偿设计提供参考。