連桿機(jī)構(gòu)尺度綜合的諧波特征參數(shù)法

前言

　　科技的發(fā)展使人類正在經(jīng)歷一場(chǎng)新的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)革命，其主要標(biāo)志是以計(jì)算機(jī)來部分代替人的腦力勞動(dòng)?，F(xiàn)代機(jī)械已大不同于19世紀(jì)機(jī)械的概念，其特征是具有計(jì)算機(jī)信息處理和控制手段，從而促使機(jī)構(gòu)學(xué)研究?jī)?nèi)容也發(fā)生了廣泛、深刻的變化。近年來，機(jī)構(gòu)學(xué)研究的深度和廣度在不斷延伸，新的理論和方法不斷涌現(xiàn)，尤其是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及為機(jī)構(gòu)學(xué)研究向設(shè)計(jì)智能化發(fā)展創(chuàng)造了條件，使機(jī)構(gòu)學(xué)的研究進(jìn)發(fā)出新的活力?！　“l(fā)明創(chuàng)造新機(jī)器和改進(jìn)現(xiàn)有機(jī)器的性能永遠(yuǎn)是機(jī)構(gòu)學(xué)的主題。機(jī)構(gòu)的尺度綜合就是按照給定的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出滿足人們需要的機(jī)器。盡管前人在這方面做了大量的研究工作，并取得了豐富的成果，但是，仍存在許多問題沒有得到很好的解決。利用點(diǎn)位約束進(jìn)行機(jī)構(gòu)尺度綜合的傳統(tǒng)幾何法和代數(shù)法都不可避免地會(huì)遇到點(diǎn)位數(shù)目受到限制、建立的求解方程組求解困難、求解結(jié)果存在分支、順序等一系列問題。能不能從一種新的角度來探索機(jī)構(gòu)的尺度綜合是作者長(zhǎng)期以來思考的問題。基于機(jī)構(gòu)的輸出運(yùn)動(dòng)（函數(shù)、軌跡和導(dǎo)向）都是周期性運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，利用機(jī)構(gòu)輸出運(yùn)動(dòng)的頻域特征進(jìn)行機(jī)構(gòu)的尺度綜合不失為一個(gè)比較好的思路。為此，作者及其周圍研究群體進(jìn)行了二十多年的探索，基本上形成了以機(jī)構(gòu)輸出運(yùn)動(dòng)的諧波特征參數(shù)為特征的機(jī)構(gòu)尺度綜合新方法雛形，本書將相關(guān)研究結(jié)果匯集成冊(cè)，“拋磚”于從事機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)尺度綜合研究的同行，以期逐漸形成一種有別于傳統(tǒng)方法的多點(diǎn)、多位置、帶時(shí)標(biāo)的全參數(shù)高效機(jī)構(gòu)綜合方法?！　〔捎脵C(jī)構(gòu)諧波特征參數(shù)法進(jìn)行連桿機(jī)構(gòu)尺度綜合的基本思路可以歸納為：建立機(jī)構(gòu)的輸出特性描述；提取特征參數(shù)（用機(jī)器語言編碼）；建立相應(yīng)的輸出特征參數(shù)數(shù)值圖譜；確定機(jī)構(gòu)基本尺寸型，推導(dǎo)機(jī)構(gòu)實(shí)際尺寸及安裝參數(shù)與機(jī)構(gòu)輸出諧波參數(shù)之間的關(guān)系式等。其關(guān)鍵問題是機(jī)構(gòu)輸出特性的數(shù)學(xué)表示、特征參數(shù)的提取識(shí)別、機(jī)構(gòu)基本尺寸型的確定和機(jī)構(gòu)實(shí)際尺寸及安裝參數(shù)的計(jì)算?！　”緯柚诟道锶~級(jí)數(shù)理論，將連桿機(jī)構(gòu)輸出運(yùn)動(dòng)用一維、二維及三維傅里葉級(jí)數(shù)描述出來：一維輸出函數(shù)表示連桿機(jī)構(gòu)中連架桿輸出函數(shù)或剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)中連桿的轉(zhuǎn)角輸出函數(shù)；二維輸出函數(shù)表示平面連桿機(jī)構(gòu)連桿上任一點(diǎn)的輸出軌跡；三維輸出函數(shù)表示空間連桿機(jī)構(gòu)連桿上任一點(diǎn)的輸出軌跡。

內(nèi)容概要

本書借助于傅里葉級(jí)數(shù)理論，將連桿機(jī)構(gòu)輸出運(yùn)動(dòng)用一維、二維及三維傅里葉級(jí)數(shù)描述出來。在此基礎(chǔ)上，借助快速傅里葉變換這一工具，對(duì)不同類型連桿機(jī)構(gòu)輸出的諧波特征參數(shù)進(jìn)行分析，找到諧波特征參數(shù)與機(jī)構(gòu)尺寸之間的關(guān)系，從而得到利用連桿機(jī)構(gòu)輸出特征參數(shù)進(jìn)行尺度綜合的一般方法；并以典型的平面四桿、平面五桿機(jī)構(gòu)，空間球面四桿、空間RCCC和空間RRSS機(jī)構(gòu)，以及齒輪四桿、齒輪五桿機(jī)構(gòu)等為應(yīng)用對(duì)象，詳細(xì)討論它們相關(guān)的多點(diǎn)、多位置、帶時(shí)標(biāo)全參數(shù)函數(shù)綜合、軌跡綜合和剛體導(dǎo)引綜合方法，并對(duì)它們進(jìn)行實(shí)際的設(shè)計(jì)，給出相應(yīng)的綜合公式、步驟、算例。    本書可供從事機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)學(xué)研究的工程技術(shù)人員和研究人員及大專院校相關(guān)專業(yè)的教師和學(xué)生參考閱讀。

書籍目錄

前言第1章　緒論　1.1　機(jī)構(gòu)綜合簡(jiǎn)介　1.2　連桿機(jī)構(gòu)尺度綜合的現(xiàn)狀　1.3　本書的研究方法　參考文獻(xiàn)第2章　連桿機(jī)構(gòu)輸出的傅里葉級(jí)數(shù)描述及特征參數(shù)提取　2.1　概述　2.2　傅里葉級(jí)數(shù)和FFT簡(jiǎn)介　　2.2.1　周期性復(fù)函數(shù)復(fù)指數(shù)形式的傅里葉級(jí)數(shù)展開式　　2.2.2　離散傅里葉變換　　2.2.3　FFT　2.3　連桿機(jī)構(gòu)三維運(yùn)動(dòng)輸出的傅里葉級(jí)數(shù)表達(dá)式　2.4　傅里葉級(jí)數(shù)描述連桿機(jī)構(gòu)輸出的幾何意義　　2.4.1　一維傅里葉級(jí)數(shù)描述連桿機(jī)構(gòu)輸出的幾何意義　　2.4.2　二維傅里葉級(jí)數(shù)描述連桿機(jī)構(gòu)輸出的幾何意義　　2.4.3　三維傅里葉級(jí)數(shù)描述連桿機(jī)構(gòu)輸出的幾何意義　2.5　連桿機(jī)構(gòu)輸出特征參數(shù)提取　參考文獻(xiàn)第3章　連桿機(jī)構(gòu)的函數(shù)綜合　3.1　概述　3.2　基本理論　3.3　平面四桿機(jī)構(gòu)函數(shù)綜合　　3.3.1　平面四桿機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型及諧波分析　　3.3.2　平面四桿機(jī)構(gòu)輸出函數(shù)數(shù)值圖譜的建立  　　3.3.3　平面四桿機(jī)構(gòu)函數(shù)綜合的優(yōu)化　　3.3.4　平面四桿曲柄搖桿機(jī)構(gòu)函數(shù)綜合的步驟  　　3.3.5　綜合算例　　3.3.6　平面四桿曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型及諧波分析　　3.3.7　平面四桿曲柄滑塊機(jī)構(gòu)輸出函數(shù)數(shù)值圖譜的建立　……第4章　平面連桿機(jī)構(gòu)軌跡綜合第5章　平面剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)和齒輪連桿機(jī)構(gòu)尺度綜合第6章　空間連桿機(jī)構(gòu)軌跡綜合第7章　諧波特征參數(shù)法在連桿曲線分析中的應(yīng)用參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　機(jī)構(gòu)學(xué)又稱機(jī)構(gòu)和機(jī)器理論（簡(jiǎn)稱機(jī)械原理）。18世紀(jì)下半葉，第一次工業(yè)革命促進(jìn)了機(jī)械工程學(xué)科的迅速發(fā)展，機(jī)構(gòu)學(xué)在原來的機(jī)械力學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展成為一門獨(dú)立的學(xué)科，通過對(duì)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的研究形成了機(jī)構(gòu)學(xué)獨(dú)立的體系和研究?jī)?nèi)容，對(duì)18～19世紀(jì)紡織機(jī)械、蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明及結(jié)構(gòu)的完善，以及機(jī)械化和工業(yè)化的實(shí)現(xiàn)起了極大的推動(dòng)作用?！　≡缙诘臋C(jī)構(gòu)學(xué)將機(jī)構(gòu)的概念局限于具有確定相互運(yùn)動(dòng)的剛性構(gòu)件系統(tǒng)，而且將機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副視為沒有間隙。構(gòu)件的剛性和運(yùn)動(dòng)副中的無間隙假設(shè)使機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究大為化簡(jiǎn)，方便建立一套適合當(dāng)時(shí)發(fā)展水平的學(xué)科體系。同時(shí)，早期的機(jī)構(gòu)學(xué)將機(jī)器的概念局限于由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)械和工作機(jī)械組成，用于代替人類的勞動(dòng)。從當(dāng)時(shí)發(fā)展水平來看，“機(jī)械化”是看成對(duì)人類雙手的巧妙延伸，“機(jī)械化”的作用十分顯著，至今還在廣泛應(yīng)用?！　‖F(xiàn)代機(jī)械已大不同于19世紀(jì)機(jī)械的概念，其特征是具有計(jì)算機(jī)信息處理和控制手段，從而促使機(jī)構(gòu)學(xué)發(fā)生了廣泛、深刻的變化。作為一門傳統(tǒng)學(xué)科，機(jī)構(gòu)學(xué)中的一些研究方法已逐步被新方法所取代，與此同時(shí)，現(xiàn)代科技的發(fā)展又為其提出了新的研究課題，提供了新的研究手段，開辟了新的研究領(lǐng)域?？梢哉f，機(jī)構(gòu)學(xué)已經(jīng)由單純研究機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)發(fā)展成為一門研究基于各種不同原理的機(jī)構(gòu)的功能、類型、設(shè)計(jì)方法，以及機(jī)器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和特性、控制方式的技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科。近年來，機(jī)構(gòu)學(xué)研究的深度和廣度在不斷地延伸，新的理論和方法不斷地涌現(xiàn)，尤其是隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的逐漸普及，為機(jī)構(gòu)學(xué)研究向設(shè)計(jì)智能化發(fā)展創(chuàng)造了條件，使機(jī)構(gòu)學(xué)的研究進(jìn)發(fā)出新的活力?！　?duì)典型機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)學(xué)主要研究以下兩個(gè)方面的問題：一是機(jī)構(gòu)分析，即根據(jù)給定機(jī)構(gòu)類型的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)力特性，為機(jī)構(gòu)綜合提供理論依據(jù)；二是機(jī)構(gòu)綜合，即根據(jù)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)力特性設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)類型及運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。機(jī)構(gòu)綜合的實(shí)質(zhì)是按照給定的設(shè)計(jì)要求對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其綜合的全過程包括數(shù)綜合、型綜合和尺度綜合，數(shù)綜合、型綜合又稱為類型綜合。機(jī)構(gòu)綜合著重于機(jī)構(gòu)的創(chuàng)造性構(gòu)思、發(fā)明和創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。盡管前人在這方面做了大量的研究工作，并取得了豐富的成果，但是，仍有許多問題沒有得到很好的解決。

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