机械创新设计6机械创新设计-第六章

•每一个机构创新设计的环 节，都应有与之相适应的 计算机化方法。
• 一、定向发散的实现
原始方案的自动生成流 程如右图所示。
计算机很容易自动生成 满足给定设计任务要求 的非同构机构基本运动 链，而这些非同构基本 运动链是构造候选机构 型的基础。
•候选机构型生成过程：
•选择非同构基本运动链中的不同构件为机架或原 动件，不同构件作为待综合机构运动规律的实现 构件(如轨迹、位置运动规律要求等)；
• 3)在展开状态下，若干对瓦环形成一个无间隙 的、具有较大抗回缩能力的、内径为D1、外径 为D0的刚性圆筒，轮胎坯在此状态下成型，此 时机构接近死点位置。
• 4)瓦环的叠合与展开由与瓦环固联的连杆机构 导引而成。动力源为成型机主轴与主轴同轴的 制动套之间的相对转角。为使瓦环展开成功， 要求瓦环在展开过程中不发生实体干涉。
•四、多级方案筛选与评价
对得到的候选机构型采 用右图所示的多级方案筛选 与评价策略评价之后便得到 准可行机构型。
由尺度综合的解作为评 价准可行机构型是否为可行 机构型的最终评价规则，得 到所有可行机构型，然后根 据机构的运动性能、复杂程 度、结构工艺性、寿命等软 指标，由基于模糊数学的不 精确评价方法对可行机构型 进一步筛选，从中得到各方 面性能都较佳的多个设计方 案。
• 如果设计者也希望这一过程具有创新性设 计的定向发散特征，可在上述基本机构组合之 前，将它们用连杆机构等效，找到与之对应的 所有非同构基本运动链，按定向发散的方法发 散，而后对候选机构方案进行评价与筛选，得 到最佳机构型。
•三、型综合模型的计算机化
• 准可行机构型是指当无机构尺度、刚度、 运动空间及寿命与复杂程度等要求时，能够完 成给定的复杂设计任务的机构。
• 图示为在四杆机构OA1D1E1上的连杆和摇杆之 间又串联一个Ⅱ级组形成的六杆机构。其型特征 为：内瓦Ⅱ与外瓦Ⅰ用一个公用铰接点B1相连。 外瓦Ⅰ在随同内瓦Ⅱ展开时，B1C1杆相对B1E1杆 的夹角减小，外瓦Ⅰ首先展开，为内瓦Ⅱ展开留
出空间。设计合理的机构 尺度可避免内、外瓦的干 涉。该机构的尺度综合自 由参数较多，设计方便， 可用于八瓦、十二瓦轮胎 成型鼓的设计。
• 富有创造性的机构综合问题主要有两类：
• 1)按给定的复杂设计任务，设计能够满足设计 要求的机构及其尺度；
• 2)按给定的机构运动方式选择不同的基本机构 配置及组合。
• 机构的构型综合是基于概念设计的创造性 设计，即根据设计任务，按可行性考虑各种可 能的方案，且针对几个主要约束来选择一种或 几种设计方案作为进一步的详细设计。
•二、功能组合创新技法的实现
• 按给定的机构运动方式选择不同的基本机 构配置及组合的创新设计属于功能组合创新技 法问题。
• 根据设计任务提出的运动方式与功能，按 系统组合法对其分解与组合，根据不同的运动 方式分别选择不同的基本机构进行组合；
• 将机构的功能、工作性能等作为评价规则， 从中筛选出满足给定设计任务的机构形式。
• 在实际机构的创造性设计中，不仅对机构 的位置、轨迹、速度、加速度有要求，而且对Байду номын сангаас机构的运动空间、结构工艺性、结构复杂程度 和力学特性等也有严格的要求。
• 对于具有复杂机构运动规律要求的机构创 新设计问题，单凭人工专家来选择出各方面性 能都较佳的设计方案，是非常困难的。必须实 现机构创新设计全过程的自动化，即实现原理 方案生成、方案筛选、尺度综合的自动化。
•2.机构综合模型的自动建立
依据给定的设计任务，由人工专家确定待综 合机构的优化目标函数，智能系统的推理机根 据机构的杆件数与连接关系、运动副类型、机 构的位置、运动空间、结构工艺性及优化目标 等，确定出优化设计的变量、约束方程及优化 目标函数表达式，从而建立基本的优化模型。 在元系统的控制下，由优化前处理系统完成优 化模型的标准化，并翻译成能与标准优化算法 连接的目标函数文件，实现建模自动化。
• 创造性的概念设计可视为在大的设计空间 内基于知识的搜索，一旦设计知识被表示且作 为知识与规则分别写入知识库与规则库，拥有 大量知识的智能系统可对大的设计解空间进行 系统化地搜索、求优。因此，智能专家系统特 别适用于概念设计中的选型设计问题。
第二节 机构创新设计的智能化方法
•机构创新设计智能化方法 的流程如右图，主要包括 设计任务的分解、原始型 的生成、多级方案筛选、 型综合与尺度综合、型综 合的尺度评价以及智能支 持系统等环节。
第三节 机构创新设计智能化方法实例
• 成型鼓机构创新设计的智能化方法
• 一、成型鼓机构的特性与设计要求
• 1.常见成型鼓机构构型 • 轮胎成型鼓是轮胎成型的重要模具，其运
动规律要求非常复杂。
• 结构特点：
• 1)由若干对具有特定内径D1和外径D0的一定形 状的瓦环和平面复杂多杆机构组成，
• 2)成型鼓在叠合状态时，瓦环收缩到内径小于 D1的圆筒体内，成型后的轮胎坯可以卸下。
• (1)串联式六杆机构
• 轮胎成型鼓机构是四杆机构与一个Ⅱ级组 串接而成的六杆机构。
• B1C图1C示0Ⅱ的级六组杆而机成构。由其四尺杆度机特构点0A是1B连1B杆0内A1串B1联由 叠合状态到展开状态的过程中，角位移几乎为 零，内瓦Ⅱ处于近似平动状态，展开初期B1C1 杆有较大的外展角位 移。适当设计机构的 尺度，可使瓦环Ⅰ、 Ⅱ不发生干涉，在六 瓦，八瓦、十二瓦圆 形成型鼓中得到了应 用。
•改变运动副形式，以及将某构件转换为高副机构 等方式，将基本运动链转化为候选机构实现选型 过程的定向发散；
•利用型综合多级筛选评价系统，删除那些不具备 满足给定设计任务的非可行机构型，得到准可行 机构型。
•利用定向发散的正向推理策略，可解决按给定的 复杂设计任务，设计能够满足设计要求的机构及 其尺度的候选机构型方案的自动生成问题。
•1.运动规律的自动生成
利用机构组成原理，推理机根据各构件与 原动件、机架的连接关系，生成连接关系的表 达式，并将待描述点、线或形状的运动规律用 可供数学推理语言识别的符号表达式描述，并 表示为具体的数学表达式，并形成子程序。在 元系统的控制下，调用机构按杆组分析子程序 与上述子程序连接，形成运动规律分析求解的 完整子程序。