大传动比复杂混合轮系创新方案设计的能量特征状态空间理论与方法研究

提出基于单元的混合轮系创新方案设计方法，将复杂混合轮系功率流分析和创新方案设计问题简化为对基本单元的研究、单元组合的研究和基于单元组合概念方案设计的研究等子问题。首先，定义、拆分出一类不可再拆且承担轮系最基本功能特性的内外啮合齿轮机构为基本单元；采用"向量-矩阵-方程"的能量特征建模策略实现构件能量状态、能量状态转换功能、内部能量状态的基本单元能量特征建模：研究输入输出转换、机架变换等单元变换以及高低阶单元转换原理，定义单元特征模型变换算子，建立基本单元研究方法。其次，建立能量传递方程实现单元构件连接、单元组合和能量传递的能量建模，基于单元能量方程和能量传递方程研究单元串、并、混联组合，建立基于单元组合的混合轮系功率流分析的研究方法。最终，建立能量特征状态空间理论，映射功能需求到能量状态空间，并结合轨迹规划由能量状态空间几何元素反映射为单元组合方案，实现混合轮系创新方案设计。

本项目提出了基于单元的混合轮系创新方案设计方法，并建立了轮系设计的能量与结构特征模型。首先，定义承担轮系基本功能特征的内外啮合齿轮机构为基本单元原型；提出基本单元运动链结构拓扑的构型设计方法，推演出更为健全的单自由度、二自由度轮系基本单元构型。其次，提取轮系能量与结构特征并定义了特征向量，采用"向量-矩阵-方程"的能量特征建模策略，实现构件能量特征状态、输入输出能量状态转换功能、结构特征及变换的基本单元特征建模：第三，研究基本单元组合的串联、并联及混联组合方式连接约束，建立连接约束特征方程实现单元构件连接、单元组合和能量传递的连接约束特征建模。第四，基于单元能量方程和能量传递连接约束方程，建立了复杂混合轮系的能量与结构特征模型，实现了复杂轮系的能量特征变换及结构特征的模型描述。第五，提出了基于单元组合的混合轮系功率流分析的研究方法，采用功率流图实现轮系评价。最终，建立能量特征状态空间理论，映射功能需求到能量状态空间；提出了复杂轮系的方案设计算法，实现混合轮系创新方案设计，从轮系的运动、动力和结构这三个方面对轮系方案进行评价，并通过实例验证了方法的可行性。