机械原理:机构综合

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机构综合
按结构﹑运动和动力3个方面的要求来设计新机构的理论和方法﹐可分为结构综合﹑运动综合和动力综合3部分。以往﹐经典的机构学只作前两方面的综合﹐但随著机械向高速高精度发展﹐现代机构学也常包括第 3方面的综合。与机构综合相对应的是机构分析。18世纪末和19世纪初﹐瑞士人L.欧拉﹑俄国人..罗蒙诺索夫﹑法国人蒙日﹐G.和J.V.彭赛列等几何学家和力学家的著作奠定了机构综合理论的基础。19世纪后半期﹐逐步形成了以德国人勒洛﹐F.和L.巴默斯特尔为代表的建立在运动几何学基础上的几何学派﹐和以俄国的..切比雪夫为代表的建立在函数逼近论基础上的代数学派。电子计算机和计算数学的发展﹐为机构综合提供了先进的工具和方法﹐使解决复杂的机构综合问题成为可能。20世纪70年代﹐机构优化综合获得迅速发展。
         结构综合 包括型综合和数综合。型综合用於解决在一定数目的构件和运动副的条件下可以组成多少种型式机构的问题。数综合用於研究在满足一定的机构自由度前提下﹐机构将由几个构件和运动副组成的问题。1964年美国的F.R.E.克罗斯利以一个数列作为算子加到不同的构件上﹐获得了由不同构件数组成的﹑满足预期自由度的各种类型的平面铰链机构。运用这一理论﹐可简便地在给定的构件数和机构自由度下﹐以不同的方式组成所有可能的机构。根据图论的观点﹐机构的结构如同电路一样﹐可视为一个网络图。一个运动链的结构可以用一个图形来表示﹐图形中的顶点对应於运动链中的构件﹐边对应於运动链中的运动副。1973年罗马尼亚的A.拉伊运用矩阵表示上述图形﹐获得了运动链的各种类型。他运用的是一个主对角线为0的对称矩阵﹐矩阵的元素＝0或1﹐0代表两构件间没有运动副相联﹐1代表两构件间有运动副相联。此外﹐在结构综合中尚有人应用弗腊恩卡符号﹑收缩图理论﹑组合分析和枚举论等数学工具。结构综合的最终目的是要解决机构选型问题。但迄今为止﹐机构选型还没有形成一种比较普遍适用和系统化的原则和方法﹐尚需要进一步深入研究。
         运动综合 根据给定的运动要求﹐确定机构的构件尺寸﹐画出机构运动简图﹐又称尺寸综合。由於结构的差别﹐低副机构和高副机构的运动综合方法也不同。
         低副机构运动综合 可分为精确综合方法和近似综合方法。精确综合方法只能解决有限的问题﹐多数情况下要採用近似综合方法。机构近似综合法又可分成两类。以函数逼近论为基础的代数法(又称解析法)﹕先对拟综合的机构列出它所实现的函数对给定函数的偏差解析式﹐然后用函数逼近法算出这解析式中各参数的数值。函数逼近法主要有插值法﹑平方逼近法和最佳逼近法。解算时所用的数学工具有直角坐标向量﹑复数﹑矩阵﹑张量﹑对偶数和四元数等。以运动几何学为基础的几何法﹕根据运动几何学基本原理用图解法求解﹐但也可用解析法求解(见平面连杆机构)。