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平面机构运动链拓扑结构分析与简图绘制研究

作　者: 罗仁芝
导　师: 宋黎
学　校: 湘潭大学
专　业: 机械工程
关键词: 平面运动链拓扑特性邻接矩阵特征谱简图绘制
分类号: TH112
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 35次
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内容摘要

平面连杆机构广泛应用于轻工、纺织、冶金、汽车以及航空航天等各种机械行业中。对平面连杆机构的合理设计与使用,离不开机构结构理论的研究。机构结构理论的研究主要涉及组成原理、结构分析与综合以及机构分类等问题,是机构分析、设计以及创新的基础。而机构结构简图绘制是机构设计与创新过程中需要首先解决却一直没有有效解决的难题。本文以平面机构为对象,基于图论对机构拓扑特性、结构分析以及结构简图绘制等方面问题进行了较深入的研究。本文主要完成了如下工作：从图论的基本概念出发,分析典型机构的平面运动链简图表示方法,研究了平面运动链简图与邻接矩阵转换关系,在探讨了机构特征谱分析过程的基础上,研究并重构了邻接矩阵,使之适合于计算机的辅助分析,为软件的开发提供问题域的描述。采用面向对象的方法,构建了描述平面运动链结构简图的对象模型,研究并实现了平面运动链简图到邻接矩阵的转换,同时基于深度优先算法,研究了从机构深度优先生成树获得机构基本回路的方法,为机构拓扑结构分析的计算机自动实现奠定了基础。以Delphi为开发工具,在进行功能分析、总体架构设计以及界面设计等基础上,开发了机构的运动链结构简图绘制以及拓扑结构分析的原型系统,实现了含诸多图形编辑功能的平面运动链的交互式绘制,并能自动生成邻接矩阵、计算机构特征谱、获得机构深度优先生成树以及机构的基本回路。实现了机构模型的图形化输入与机构特征谱的自动计算。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章概述  9-15
  1.1 选题背景及意义  9-10
  1.2 机构结构学相关技术现状及发展  10-12
  1.3 计算机辅助分析技术在机构学中的应用  12-13
  1.4 研究内容  13-15
第2章机构拓扑结构的图论描述  15-21
  2.1 图论基础知识  15-17
    2.1.1 图的基本概念  15-16
    2.1.2 图的种类  16-17
  2.2 机构运动链的拓扑结构  17-19
    2.2.1 平面连杆机构的运动链简图  17-18
    2.2.2 含齿轮(凸轮)连杆机构的运动链简图表示  18-19
  2.3 机构拓扑结构的数学描述  19-20
    2.3.1 拓扑图的邻接矩阵  19
    2.3.2 平面运动链的邻接矩阵  19-20
  2.4 本章小结  20-21
第3章基于邻接矩阵的平面运动链结构分析  21-29
  3.1 平面运动链的构件邻接矩阵的性质  21
  3.2 结构特征的定义和计算  21-24
    3.2.1 度谱D的定义与计算  22
    3.2.2 阶谱的定义与计算  22
    3.2.3 复铰谱的定义与计算  22
    3.2.4 多阶杆连接谱的定义与计算  22-23
    3.2.5 特征谱的几个简单性质  23
    3.2.6 回路和路径的确定  23-24
  3.3 利用构件邻接矩阵判断同构  24-26
    3.3.1 邻接矩阵的重构  24-25
    3.3.2 基于机构特征谱分析的同构判定方法  25-26
  3.4 利用邻接矩阵判断拓扑对称关系  26
    3.4.1 判断构件的拓扑对称  26
    3.4.2 判断铰链点的拓扑对称  26
  3.5 同构判定实例  26-28
  3.6 本章小结  28-29
第4章平面机构运动简图绘图系统的图元类设计  29-48
  4.1 面向对象方法学  29-31
    4.1.1 面向对象方法概述  29-30
    4.1.2 面向对象方法的特点  30-31
  4.2 面向对象的基本概念  31-33
  4.3 平面连杆机构系统的对象模型  33-36
    4.3.1 对象模型  34-35
    4.3.2 机构对象模型  35-36
  4.4 描述机构的图形类的设计  36-45
    4.4.1 图形基类TGraphobject的设计  37-41
    4.4.2 图元组合类TGraphObjectList  41-42
    4.4.3 Tsimplegraph的设计  42-45
  4.5 机构对象模型类的设计  45-47
    4.5.1 平面机构类分析  45
    4.5.2 铰链类的分析  45
    4.5.3 构件类的分析  45-47
  4.6 本章小结  47-48
第5章运动链结构分析与简图绘制原型系统设计  48-62
  5.1 开发工具的简介  48
  5.2 系统的功能  48-50
    5.2.1 运动链简图绘制功能  49-50
    5.2.2 邻接矩阵及生成树的自动生成  50
    5.2.3 运动链的拓扑结构分析及计算结果的显示  50
  5.3 系统的总体框架  50-51
  5.4 系统界面的设计  51-52
  5.5 图元操作设计的关键技术  52-57
    5.5.1 图元的拾取  52-53
    5.5.2 图元的添加、删除  53-54
    5.5.3 图元的拖动  54-55
    5.5.4 图元的缩放  55
    5.5.5 运动链图形文件的存储  55-57
  5.6 系统的使用  57-61
    5.6.1 机构分析过程  58
    5.6.2 本系统计算机的建模和求解过程  58-61
  5.7 本章小结  61-62
第6章总结与展望  62-64
  6.1 总结  62
  6.2 工作展望  62-64
参考文献  64-67
致谢  67-68
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  68

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