平面机构运动链的同构识别和简图自动绘制研究

摘要

平面连杆机构广泛地应用于各种机械中，在农业、纺织、轻工、印刷、冶金、精密、汽车、航空航天等各机械行业都大量地应用着平面连杆机构。对于平面连杆机构的合理设计和使用，离不开机构结构理论的研究。机构的结构理论主要研究机构的组成原理、结构综合、机构分类以及机构具有确定运动的条件等方面的问题，它是进行机构分析、综合与创新的基础。
　　 机构的类型综合是机构结构理论中最具有创造性的部分，是决定机构设计成功与否的关键。型综合和数综合是机构类型综合中的两个基本问题。对于数综合得到的各种机构型式，首先要判断它们之间是否存在同构现象，但到目前为止，还没有一种方法能彻底解决机构同构识别的问题。同时在机构设计尤其是机构创新设计领域，长期以来，缺乏高效、可靠的机构运动链简图自动绘制方法，一直是整个设计过程计算机化和自动化的一个重大障碍，因此研究机构运动链简图自动绘制的方法就很有必要性。
　　 本文针对机构类型综合、运动链同构识别及其结构简图自动绘制进行了较深入的研究，主要完成了以下工作：
　　 (1) 提出了一种用于平面机构运动链同构性判定的新方法。其基本思路是：首先基于运动链的拓扑特性提出了一个新的机构结构不变量——构件类别组码；然后判断两运动链包含的各环路是否均对应全等，若均对应全等，则此两个机构运动链同构；否则不同构。运用这种方法，对平面机构数综合阶段得到的各种机构型式的同构性进行了有效的识别。
　　 (2) 运用机构类型综合的基杆构形树法，对12杆以下的平面机构运动链类型进行了综合。与同类文献比较表明，该方法可靠、有效。
　　 (3) 研究了平面机构运动链简图自动绘制的问题，提出了一种运动链简图自动绘制的新方法——初始回路法。首先以最大构件度基杆为首杆搜索出一个长度最大的回路，即初始回路；然后根据构件之间的联接关系生成各其它回路；将由构件号表示的各回路进行交叉处理后转化为运动副表示；再将运动副按回路由大至小的顺序均匀布置在由外至内的同心圆上；将有联接关系的运动副之间连线并修剪、多副杆添加阴影即可得到运动链简图。
　　 (4) 针对以上提出的算法，研制了机构类型综合与运动链结构简图自动绘制程序。经使用表明，可自动完成对12杆以下所有自由度机构的类型综合与结构简图的绘制，为后续机构方案创新设计提供了一个良好平台。