本文提出了機械系統(tǒng)方案設計的能量與結構特征狀態(tài)的系統(tǒng)化建模方法,建立了運動方案設計的能量特征狀態(tài)模型、結構布局方案設計的結構特征狀態(tài)模型和復雜零件結構方案設計模型；解決了系統(tǒng)運動方案和結構布局方案設計過程難于數(shù)學描述的難題。論文工作在國家自然科學基金(No.50075012和No.51075051)和國家科技重大專項(No.2009ZX04014-034)課題資助下完成。主要研究工作如下。 本文首先提出機械系統(tǒng)運動方案設計的單元能量特征狀態(tài)建模方法。系統(tǒng)傳遞的能量狀態(tài)表現(xiàn)為運動和動力特征狀態(tài)�；硕x實現(xiàn)運動和動力特征狀態(tài)變換的功能載體為基本能量單元；提取能有效描述運動和動力特征狀態(tài)的一組最少特征變量,構建基本能量單元的能量特征狀態(tài)向量。其次,提出基本能量單元機架的能量特征狀態(tài)為單元的初始特征狀態(tài),有效地解決了具有相對機架的基本能量單元的能量特征狀態(tài)建模問題。第三,利用狀態(tài)空間理論模型,建立了包含機架能量特征狀態(tài)的基本能量單元非零初態(tài)的能量特征狀態(tài)方程,從而實現(xiàn)了基本單元輸入輸出能量特征狀態(tài)的模型描述。 本文采用單元組合方法研究機械系統(tǒng)運動方案設計的能量特征狀態(tài)建模。論文首先研究單元組合方式及約束,明確單元組合過程即是引入約束的過程,并建立單元組合連接約束方程描述其組合過程。其次,綜合基本能量單元的能量特征狀態(tài)模型和單元組合連接約束模型,構建了機械系統(tǒng)運動方案設計的能量特征狀態(tài)模型。非零初態(tài)的基本能量單元能量特征狀態(tài)模型和連接約束方程構建的系統(tǒng)模型,不僅實現(xiàn)了串并聯(lián)等組合方式的運動方案設計能量特征狀態(tài)建模,而且便捷地實現(xiàn)了單元疊加式組合方式的運動方案設計建模。 本文提出了機械系統(tǒng)結構布局方案設計的結構特征狀態(tài)建模方法。機械系統(tǒng)中的固定運動軸線的構件及固定支承的位置具有不變性,且在一定程度上反映了系統(tǒng)結構構成的空問布局。基此,論文首先提出系統(tǒng)結構特征狀態(tài)是結構方案設計域中的一一種特殊的穩(wěn)態(tài)。進而有效應用狀態(tài)空間理論模型構建機械系統(tǒng)結構布局方案設計的結構特征方程。該方程架構了運動特征狀態(tài)空問與結構特征狀態(tài)空問映射的橋梁。其次,本文提出基本能量單元、構件方位特征方程、構件運動副連接約束方程的構建方法,并推導出運動副的方位特征模型。最后,基于基本能量單元組合的方法,研究系統(tǒng)結構布局方案設計的結構特征狀態(tài)的系統(tǒng)化建模方法。 機械系統(tǒng)支承零件的靜動態(tài)性能直接影響系統(tǒng)的總體性能。本文提出了基于功能約束和性能的復雜機械零件的結構方案構型設計方法,建立了基于能量特征狀態(tài)和結構方位特征映射的零件結構構型設計模型。本方法將復雜機械零件的結構方案設計分為物理模型設計和結構模型設計。引入載荷及其位置約束、形狀和尺寸等功能約束,建立零件物理模型；利用結構拓撲優(yōu)化技術實現(xiàn)零件滿足零件性能需求的概念模型設計,最終獲得零件結構方案構型。 最后,通過實例驗證了本文所提出的機械系統(tǒng)運動方案設計的能量特征狀態(tài)建模方法、結構布局方案設計的結構特征狀態(tài)建模方法和功能和性能的復雜零件結構方案設計建模方法的有效性和系統(tǒng)性。
【學位單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2011
【中圖分類】：TH122
【部分圖文】：

三個設計階段的設計的功能載體、功能要素和主要設計特征不同，建立各設計階段的特征映射是建立系統(tǒng)方案設計統(tǒng)一模型的基礎。本文提出的機械系統(tǒng)方案設計過程模型及其特征相互映射關系見圖1.1。

件的坐標系為單元坐標系;利用空間向量方位特征模型，建立構件在基本能量單元坐標系下的方位特征模型�；灸芰繂卧粲蒻個運動構件組成，如圖4.6所示。約定基本能量單元的輸入構件為連架桿，以基本能量單元的輸入構件坐標系作為單元坐標系。建立各構件的笛卡爾坐標系，并分別以右下標0、卜·k.二m標識。建立構件笛卡爾坐標系規(guī)則如下:首先約定坐標原點為構件的回轉中心或幾何中心;約定機構的運動平面為坐標系的yoz面或平行yoz平面，構件的運動方向為坐標系的x軸方向。各構件坐標系分別表示為qxly，z〕、q凡少222、“’·q毛乃z，”’、q戈八氣”’、氏丸八藝。。基本能量單元中任意兩構件分別以j和k標識。約定以右上標標識相應構件坐標系，右下標表示構件;構件坐標系坐標原點以右下標。表示;位置向量以p表示。若構件j坐標系通過平移和回轉變換得到構件k坐標系，其坐標系任意點在構件j坐標系中的位置向量根據(jù)式 (4.13)為

在運動副鄰接構件坐標系下，定義r為運動副位置向量。基本能量單元輸入和輸出構件及其鄰接運動副，分別以右上標1和k標識。輸出運動副k中心位置向量在其鄰接構件k坐標系下表示為才，如圖4.7所示。圖4.7令仔接的構件和運動副的方位關系 Fig.4.7OrientationralationofbetweenlinkandkinernatiePairwithadjaeeney由于構件軸線和鄰接運動副運動方向相同，兩者空間位置僅僅在其軸線位置的變化。因此，運動副中心位置通過構件坐標系平移獲得。這種坐標平移變換對應的方向變換矩陣為單位矩陣。基于坐標變換的模型表達，定義描述構件和運動副間方位關系的連接矩陣CPr，建立構件和鄰接運動副之間相對位置關系的數(shù)學模型，并以坐標變換齊次形式表達，則有[釗一CPr)創(chuàng) (4.25)其中

【引證文獻】

相關碩士學位論文 前3條

1 辛超超;平行軸齒輪輪系運動方案的特征建模及求解方法[D];大連理工大學;2012年

2 張永珍;基于能量特征狀態(tài)模型的復雜輪系功率流研究[D];大連理工大學;2013年

3 邢俏芳;機床支承件元結構設計方法[D];大連理工大學;2013年

本文編號：2810730