机械传动系统运动仿真

机构运动仿真是计算机图形学与机械学相结合的一个研究领域，是机械设计技术与虚拟样机技术研究的一个重要方面。 所有机械传动系统都是由基本机构组合而成。基本机构的种类是有限的，其运动学分析也是相对简单的。而合成机构却是种类繁多、比较复杂。因此，机械传动系统运动仿真问题就可以转化为研究如何通过有限的、简单的子体的耦合来实现无限的、复杂的母体的运动仿真。 本文研究了机构三维运动仿真，围绕这一主题提出了一些解决思路和实现方法，实现了部分基本机构和合成机构的运动仿真。论文的主要工作及特色体现在以下几个方面： 分析基本机构(连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、间歇机构、驱动机构、减速机构、变速机构)的运动模型和构件组成，讨论合成机构的组合方式，归纳出三种机构耦合类型(串联型、并联型、叠加型)，分析了各种耦合模式对合成机构运动的影响，提出并阐述了基于耦合法的机构运动学分析方法。 通过几何建模，建立常用机构标准零件的面片模型，为机构模型的建立提供了必要的构件单元。同时，系统也能够输入其它CAD系统产生的几何模型，经过转换，把几何模型变为以面片模型表达的构件单元，实现复杂零件的建模。 针对基本机构，提出了基于时间的运动学模型和基于空间的运动学模型。前者主要用于模拟基本机构的运动，后者用于实现合成机构的运动学求解。详细分析了机构耦合类型对合成机构运动的影响及其规律，确定了合成机构的运动学求解方法。 设计了机构运动仿真的系统流程，运用面向对象的设计方法，建立了运动仿真场景，实现机构运动过程的可视化。 在Windows2000平台上，利用Microsoft Visual C++和OpenGL图形支撑工具，实现了机械传动系统运动仿真原型系统。通过系统实验，实现基本机构、合成机构的三维运动仿真，验证论文工作的有效性。