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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:蘇友南
研究生(外文):You-nan Su
論文名稱:以Scilab環境開發剛體導引之平面四連桿機構合成軟體
論文名稱(外文):Scilab Programs for the Synthesis of Planar Four-Bar Linkages for Rigid Body Guidance Problems
指導教授:黃金沺
指導教授(外文):Chintien Huang
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:機械工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:80
中文關鍵詞:合成機構平面四連桿剛體導引
外文關鍵詞:SynthesisFour-bar linkageRigid body guidanceScilab
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本論文以Scilab環境開發機構合成程式,程式中合成範圍為剛體導引問題之三個、四個及五個位置問題,可合成的機構包括四連桿機構、曲柄滑塊機構及雙滑塊機構。機構合成程式主要是將使用者介面與機構合成方法做結合並於合成之後製做動畫模擬,讓使用者能方便的使用程式並且觀察機構的運動方式。
合成時主要為極心、映射極心、Ball點、圓周點及圓心點之計算,模擬時則需要計算滑動接頭之偏置量與滑行線以及輸入桿轉動時整體機構的位置。其中三個位置問題部分利用幾何法求解,四個位置問題利用向量法求解,五個位置問題則利用四個位置問題之疊合以求解。最後機構合成程式將上述資料分別撰寫於子程式中,然後再將其與使用者介面之程式結合。
本論文以Scilab環境撰寫的程式,除了能合成剛體導引問題下三個、四個及五個位置問題之四連桿機構、曲柄滑塊機構及雙滑塊機構,還可應用於迴轉塊連桿組、輸入桿對應耦桿點及函數機構合成。使用者介面則包含了滑鼠或鍵盤的輸入、螢幕維度調整、桿件設計位置選擇、合成資料輸出及動畫模擬。
機構合成程式可合成的範圍很廣,本論文著重的部份為剛體導引問題。雖然目前為合成條件還不夠廣,但以Scilab免費及開放程式碼的特性,將有很大的機會由本論文為開端擴充程式至更多的機構合成問題。
This thesis develops Scilab programs for the synthesis of planar four-bar linkages for rigid body guidance problems, including three, four and five positions problems. The user can use these programs to assist in the synthesis task of four-bar, slider crank and double-slider linkages. These programs feature user-friendly and graphical interfaces, and computer animations of linkages are also provided.
This thesis develops the following. First, we build subprograms to calculate poles, image poles, as well as circle points and center points for four-position synthesis. Second, we build subprograms for the animation of linkages. Finally, we combine all the subprograms, along with graphical user interfaces, to complete the program. To obtain circle and center points, we use graphical methods in three-position problems and vector loop methods in four-position problems. For five-position problems, we superimpose two related four-position problems.
The program also includes the following features: mouse input, keyboard input, zoom in/out of the output windows, design point selections and, animations. In addition to designing four-bar linkages for rigid body guidance problems, this program can also be used to design turning block linkages. Furthermore point angle problems as well as function generation problems can be solved by using this program.
We have provided preliminary synthesis software for designing four-bar linkages. This development will provide a framework for further development of advanced linkage synthesis/analysis software based on the open-source Scilab programming environment.
摘要 I
英文摘要 II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XI
符號說明 XII

第一章 序論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究動機與目的 3
1.4 本文架構 4

第二章 基本概念 5
2.1 平面位置的標示方式 5
2.2 向量迴路法 8
2.3 極心 9
2.3.1 極心於有限分離位置的計算方式 9
2.3.2 極心於無窮接近位置的計算方式 11
2.3.3 映射極心 11
2.4 Ball點 12
2.5 滑動接頭偏置量與滑行線 13

第三章 三個位置合成 17
3.1 四連桿機構合成方法 17
3.1.1 選取圓周點計算圓心點 18
3.1.2 選取圓心點計算圓周點 19
3.1.3 四連桿機構模擬方法 20
3.2 曲柄滑塊機構與雙滑塊機構合成方法 22
3.2.1 滑動接頭的選取 22
3.2.2 曲柄滑塊機構模擬方法 24
3.2.3 雙滑塊機構模擬方法 25
3.3 程式結構及流程 26
3.4 程式使用方式 29

第四章 四個位置與五個位置合成 34
4.1 四個位置合成方法 34
4.1.1 案例一:四個有限分離位置 36
4.1.2 案例二:兩個有限分離位置與位置1的一、二階微分 38
4.1.3 案例三:兩個有限分離位置與其個別的一階微分 40
4.1.4 案例四:三個有限分離位置與位置1的一階微分 42
4.1.5 案例五:一個位置與其一、二及三階微分 43
4.1.6 案例六:一個位置與其一、二及四階微分 45
4.2 五個位置合成方法 48
4.3 程式結構及流程 52
4.4 程式使用方式 56

第五章 機構合成程式於其他合成條件的應用 62
5.1 合成迴轉塊連桿組的應用 62
5.1.1 合成迴轉塊連桿組之理論 62
5.1.2 迴轉塊連桿組的設計方式 65
5.1.3 迴轉塊連桿組分支問題及結構討論 68
5.2 合成函數機構問題的應用 69
5.3 合成輸入桿對應耦桿點問題的應用 72

第六章 結論與未來發展 75

參考文獻 78
1.ADE中文Scilab網站, http://science.openfoundry.org/ade/scilab/.
2.Campbell S. L., Chancelier J.-P. and Nikoukhah R., Modeling and Simulation in Scilab/Scicos, Springer, New York, 2006.
3.Cleghorn W. L., Mechanics of Machines, Oxford University Press, New York, 2001.
4.Erdman A. G., Sandor G. N. and Kota S., Mechanism Design:Analysis and Synthesis, Volume I and II, 4th ed, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, 2001.
5.Freudenstein F. and Sandor G. N., “Synthesis of Path-Generating Mechanisms by Means of a Programmed Digital Computer,” Journal of Engineering for Indsutry, Trans. ASME, Vol. 81, Series B, 1959.
6.Gomez C., Bunks C., Chancelier J.-P., Delebecque F., Goursat M., Nikoukhah R. and Steer Serge, Engineering and Scientific Computing with Scilab, Birkhäuser, Boston, 1999.
7.Hall A. S., Jr., Kinematics and Linkage Design, Waveland, 1961.
8.Mallik A. K., Ghosh A. and Dittrich G., Kinematics Analysis and Synthesis of Mechanisms, CRC, Florida, 1994.
9.Roth B. and Huang C., Burmer:Dimensional Synthesis of Four-Bar Linkages for Planar-Position Problems, Courseware Manual, Mechanical Engineering Department, Stanford University, 1989.
10.Scilab-Official Web Site, http://www.scilab.org.
11.Suh C. H. and Radcliffe C. W., Kinematics and Mechanisms Design, Wiley, New York, 1978.
12.Waldron K. J. and Kinzel G. L., Kinematics, Dynamics, and Design of Machinery, 2nd ed, Wiley, Hoboken, New Jersey, 2004.
13.蔣君宏,平面機構之運動學與設計,高立,台北縣五股鄉,民91。
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