1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

1.机构学概述

1.1机构学

随着资本主义的兴起，英国在18世纪下半叶产生的第一次工业革命促进了机械化生产的发展，同时也促进了机械工程的学科的形成及其发展。机构学在原来机械力学基础上，发展成为一门研究机构的结构学。运动学和动力学系统的独立学科，形成了早期的机构学独立的体系和独特的研究内容[1]。当计算机作为信息处理和控制的手段时，机构学成为有别于传统的现代机构。利用计算机实现协调和控制，使机构学从一般力学中独立出来发展到一个新的阶段，是现代机构学形成的标志[2]。机构学是以运动几何学和力学为主要理论基础，以数学分析为主要手段， 对各类机构进行运动和动力分析与综合的学科。机构学为创造新的机器和进行机械发明与改革提供正确有效的理论和方法， 以设计出更经济合理、更先进的机械设备，来满足生产发展和人们生活的需求。机构学的发展将直接影响到机械工业各类产品的工作性能以及许多行业生产设备的机械化和自动化程度[3]。机构学是着重研究机械中机构的结构和运动等问题的学科，是机械原理的主要分支。研究各种机械中有关机构的结构、运动和受力等共性问题的一门学科。研究内容分两个方面：第一是对已有机构的研究，即机构分析（结构分析，运动分析和动力分析）；第二是按要求设计新的机构，即机构综合（结构综合，运动综合和动力综合）。传统的机构学把机构的运动看作只与其几何约束方式有关，而与受力、质量和时间等无关的学科。这样，在十九世纪中叶，机构学就从一般力学中独立出来，并日益发展。机构学研究的是各种常用机构的结构和运动，如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、差动机构、间歇运动机构、直线运动机构、螺旋机构和方向机构等，以及这些机构的共性问题，在理论上和方法上进行机构分析和机构综合。机构分析包括结构分析和运动分析两部分。前者研究机构的组成并判定其运动可能性和确定性；后者考察机构在运动中位移、速度和加速度的变化规律，从而确定其运动特性。掌握机构分析的方法对于如何合理使用机器、验证机械设计是否完善等是必不可少的，所以机构分析也是机构综合的基础。但是综合有时不存在唯一解，因而机构分析和综合往往是不可逆的。设计新机器时，先要考虑两个问题：首先，为了完成某一工艺或生产要采取什么运动，这属于专业问题；其次是采用什么机构来实现这种运动，这是机构综合问题。所谓机构综合，就是根据需要实现的运动，选定机构的结构类型，确定机构的几何尺寸，亦即进行机构的结构综合和运动综合，然后画出能够实现所求运动的机构运动简图。对于高速或高精度的机构，为更好地符合实际情况，还应考虑构件弹性和运动副间隙等实际因素的动力分析和动力综合。机构分析和综合的方法过去大多采用图解法，现代由于机构的计算机辅助设计和优化设计的发展，解析法也得到越来越广泛的应用。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

本课题首先用matlab软件进行蜗杆机构的常规设计，通过gui创建出用户界面，使用户在界面中输入相关数值后计算出设计结果，并绘制图形；之后进行蜗杆机构的优化，使设计参数在预先设计的目标函数下达到最优解；最后编制界面并进行相关的运动仿真或三维建模。

需要解决的问题：蜗杆机构的常规设计与优化设计。

采用的方法：matlab编程分析步骤： 1)总体方案设计 2）推导蜗杆机构的运动解析方程和优化设计所需的优化函数与边界约束条件。