机械传动系统概念设计自动化的策略研究

黄文镜 苏昌青

摘要：随着我国经济的不断发展和我国的机械制造业的不断进步，作为保证机械系统能够正常稳定运行的保障，机械传动系统在机械系统的设计之中，能够适应各种不同的运动方案所具备的特点，从而使得整个机械系统的功能性得到更进一步的提高，并以此来提高该机械系统的实用性和可行性。在此基础上，文章将就对机械传动系统概念设计自动化的策略和方法进行探讨和分析。

关键词：机械传动系统；概念设计自动化；策略分析

0.引言

机械传动系统概念设计自动化的概念设计可以分为3个阶段：需求阶段、描述阶段以及综合阶段。这三个阶段的设计思想主要体现了一种组合创新的策略，在设计过程中的创新思维主要体现在对功能的分解和、功能与结构进行匹配和基于功能分解的结构重组之中。由于功能描述阶段往往存在着一定的不确定性和抽象性，这会给整个设计过程带来一定的不便，因此就有国外的学者通过将机构用于功能与结构之间的搭接作用，从而形成“功能—机构—结构”的模式，通过这种模式可以实现基本机构的重组，而且能将系统转化为一个全部由转动副所组成的机构链。倘若进一步对机构链中的机架和执行构件等进行处理，便可以得到一个运动链。

1.对功能原理的构思和选择

系统功能的方案设计实际上就是一个成功的机械系统设计项目的核心，系统功能的方案设计是否有效，将对整个机械系统以及机械的制造技术产生重要的影响，正因为这个，所以设计人员要详细地设计机械系统的运动方案和功能原理，从而保障机械系统的有效性，因此在机械系统设计之中制定合理的功能设计方案显得十分必要。对于功能原理的构思，主要是以使用者的要求以及机械系统设计的预期要求为主，对于符合上述两种要求的方案进行探索和研究，并对不同的设计方案进行比较，从中选择出一个比较好的方案。以自动输料板的设计为例，设计人员在设计过程中，应当对以下几点进行考虑：第一，要贯彻机械推拉原理，以便能将物料从底层推出，使物料能通过夹料板被输送到料板上；第二，运用摩擦传动原理，将从底部推出的物料抽走；第三，通过底层吸取的方法以实现对于料板的固定；第四，运用底部的摩擦轮将物料滚出。通过这几点对于功能结构的设计，可以将机械系统的使用目标得以实现，再通过对其进行功能设计和对比不同的方案，便可以实现机械传动系统概念设计自动化。

2.符号方案推理器

2.1. 符号方案推理器的构成

符号方案生成器的构成主要有涉及规则输入、图形载体库、构件相似性分析和符号推理器四个部分所构成。在运行时，符号方案生成器的运行过程是：按照设计要求所规定的内容对设计规则进行确定，再通过对选择好的图形载体进行符合设计规则的逻辑操作。在推理器进行推理的过程中，要对每一条设计规则都要对图形载体中的每一条边（通常情况下可以称为构件）进行相似性分析，从而确定推理过程中不会产生冗余的设计方案。相似性分析主要有两个方面的内容：对有规则操作的构件进行相似性分析、对没有规则操作的构建进行相似性分析。

2.2. 设计规则

有三种渠道可以对设计规则进行生成，这三种渠道分别为：基于系统功能的分解、对现有的问题进行分析和基于基本机构的重组。通过对运动链再生为机构的可能性进行分析，主要有下列9种情况：

2.2.1.通过改变机架在运动链中的位置，用G表示机架。

2.2.2.通过改变主动件在运动链的位置，用C表示主动件。

2.2.3.通过改变运动链之中运动副的形式，用P表示。

2.2.4.通过将二级组改变为齿轮副、凸轮副槽轮副、力作用构建的形式，用R、M、O、F表示。

2.2.5.通过改变输出构件在运动链的位置，用T表示输出构件。

2.2.6.将运动链上不同构件的点作为运动输出，并用N表示。

2.2.7.用S表示运动链中给定构件的位置。

2.2.8.对运动链中作为动力特性约束的构件用D表示。

2.2.9.用L表示运动链中不同构件实现的相对位置和轨迹。

设计者可以通过这9个方面来实现对设计规则的定义。一般可以先将机架作为第一条设计规则，再去确定主动件的设计规则，然后才是其他设计规则，同时对于P副的规则应当将其写在规则集的最后[1]。由于设计问题与运动链的再生环节都不相同，在这种情况下，设计者就可以根据自己的需求制定相关的规则和符号。设计规则的书写格式可以如下表示

A（B）[C|D…！E|F…] （1）

该式中 A——整个步骤中再生的功能构件的类型

——构件的拓扑性

（B）——构件之间的重叠关系

[C|D…！E|F…]——构件的邻接关系

[C|D…——是该规则中的第一部分，代表着相邻性的要求。

！E|F…]——是第二部分，代表的是不相邻性的要求。

2.3. 图形载体库

作为运动链再生符号推理的平台，在缺乏图形载体的情况下，符号推理是无法进行的。对于由运动链组成的机构，符号方案声称其中提供了十杆以下，三自由度以内的全部非同构运动链，对于一般多自由度复杂机构而言，完全可以满足方案设计的需求[2]。

图形载体的初始状态可以通过用字符串“00000000（12）”表示。在该字符串中，“0”的数目代表了八杆机构，而“（12）”则表示了八杆非同构运动链中的第十二种结构。符号方案的推理的本质其实就是对类似于“00000000（12）”的字符串进行符合设计规则的操作。在字符串的操作过程中，相似性分析对于减少冗余设计方案的产生，提高符号方案生成效率起着至关重要的作用[3]。

3.结语

为了适应当今科技快速发展的潮流，在现今的机械系统的设计过程中，应当从功能设计以及系统设计等多个方面进行对机械系统的设计。文章通过以上的阐述，给出了一种基于设计规则的机械设计自动化的思路，并以此来提高机械系統的自动化的程度，这对提高机械系统的可操作性和实用性，促进我国的机械制造行业的发展有着一定的帮助。

参考文献：

[1]王玉新，骞军，颜宏森.构建相似分析的方法[J].天津大学学报.2010（3）

[2]李润芳，林腾蛟，陶泽光，韩熙.现代机械设计方法及其应用[J].机械工艺报.2010（9）

[3]贺飞，杨建军.系统工程过程中的综合设计方法[J].背景航空航天大学学报.2011（10）