基于局部约束的半转翼驱动机构运动误差与力能参数分析

发布时间：2017-07-19 05:12

  本文关键词：基于局部约束的半转翼驱动机构运动误差与力能参数分析

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【摘要】：自然界中,生物飞行方式以鸟的扑翼方式与昆虫的振翅方式为主,一般统称为扑翼飞行。随着人类社会的进步和现代科学技术的迅猛发展,扑翼飞行方式的优点越来越被人们所熟知,各种仿生扑翼飞行器如雨后春笋般出现。然而,目前大多仿生扑翼飞行器的驱动机构都是模仿动物翅翼的摆动动作,由于高频摆动会产生巨大惯性力,这就导致摆动式扑翼驱动机构只能以较低频率拍动,限制了其升力的进一步提高。基于此,一种以转动式拍动代替传统摆动式拍动的机构——半转机构得以产生,该机构可以产生与扑翼运动时相类似的运动效果,正是这种效果使得以该机构为驱动机构的类扑翼飞行器能够像鸟一样在空中飞行。因此,以半转机构为基础的类扑翼驱动机构的研究具有重要理论意义和工程应用价值。论文首先针对传统半转机构传动复杂、重量大不适合飞行的缺点,提出一种采用局部约束的简约化半转机构作为半转翼驱动机构,并对局部约束作用构件进行设计,在此基础上,根据局部约束作用特点,将半转翼驱动机构在局部约束作用时的过程分为四个阶段,为基于局部约束的半转翼驱动机构运动误差其力能参数分析提供了相应的理论基础。其次根据局部约束作用的四个阶段,一方面建立不同阶段半转杆转角偏差理论分析模型,并对该模型进行运动学仿真验证。另一方面在考虑翼片气动力影响的情况下建立了驱动机构在局部约束不同作用阶段力能参数模型,从而得到局部约束作用过程中各力能参数的变化规律。为驱动机构电机的选型以及强度理论分析提供重要依据。接着利用虚拟仿真软件ADAMS对半转翼驱动机构进行动力学仿真,并将力能参数的仿真结果与理论计算结果进行对比,进而验证力能参数理论推导的正确性和可行性,为以后的多目标优化以及物理样机研制奠定了一定的基础。最后,在转角偏差以及力能参数模型的基础上,以转角偏差和驱动力矩峰值为目标对半转翼驱动机构结构参数进行多目标优化,并对优化前后的半转杆转角偏差以及驱动力矩峰值进行比较。比较结果表明:优化一方面大大降低了转角偏差,提高驱动机构运行的平顺性;另一方面在一定程度上减小了驱动力矩峰值,降低了电机功率及其尺寸。
【关键词】：半转翼 驱动机构 局部约束 转角偏差 力能参数 优化设计
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V276;TB17
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-19
• 1.1 引言8
• 1.2 扑翼仿生飞行器驱动机构的国内外研究现状8-13
• 1.2.1 扑翼仿生飞行器及其驱动机构的国外研究进展9-12
• 1.2.2 扑翼仿生飞行器及其驱动机构国内研究进展12-13
• 1.3 半转机构的研究进展与半转翼驱动机构的提出13-17
• 1.3.1 半转机构的由来及实现形式13-15
• 1.3.2 半转机构的工程应用15-17
• 1.3.3 半转翼驱动机构的提出17
• 1.4 课题来源及主要研究内容17-19
• 1.4.1 课题来源17
• 1.4.2 主要研究内容17-19
• 第二章 局部约束的提出及其对半转翼驱动机构运动影响19-43
• 2.1 引言19
• 2.2 半转翼驱动机构及局部约束的提出19-22
• 2.2.1 半转翼驱动机构19-21
• 2.2.2 局部约束的提出21-22
• 2.3 局部约束作用构件的关键参数设计22-26
• 2.3.1 定位滑块对动轴的相对运动分析22-23
• 2.3.2 局部约束的设计关键23-26
• 2.3.3 局部约束作用下的半转杆转角偏差26
• 2.4 局部约束作用阶段划分26-29
• 2.4.1 定位滑块和半转杆对带槽动轴的相对运动分析26-27
• 2.4.2 驱动机构各构件在局部约束未作用时的接触状态27-28
• 2.4.3 局部约束作用的四个阶段28-29
• 2.5 局部约束作用不同阶段半转杆转角偏差模型29-38
• 2.5.1 开始阶段半转杆转角偏差模型29-32
• 2.5.2 近心阶段半转杆转角偏差模型32-34
• 2.5.3 离心阶段半转杆转角偏差模型34-36
• 2.5.4 结束阶段半转杆转角偏差模型36-38
• 2.6 局部约束各阶段的作用区间38-40
• 2.6.1 开始阶段与近心阶段的作用区间38-40
• 2.6.2 离心阶段与结束阶段的作用区间40
• 2.7 半转杆转角偏差模型的实例验证40-42
• 2.7.1 半转翼驱动机构的运动学仿真40-41
• 2.7.2 半转杆转角偏差模型的验证41-42
• 2.8 本章小结42-43
• 第三章 局部约束对半转翼驱动机构力能参数影响43-57
• 3.1 引言43
• 3.2 半转翼翼片在空气中的受力43-45
• 3.2.1 半转翼翼片上的阻力43-44
• 3.2.2 半转翼翼片上空气作用力系的简化44-45
• 3.3 半转翼驱动机构在开始阶段力能参数45-48
• 3.3.1 开始阶段各构件约束力45-47
• 3.3.2 开始阶段驱动力矩47-48
• 3.3.3 开始阶段驱动功率48
• 3.4 半转翼驱动机构在近心阶段力能参数48-50
• 3.4.1 近心阶段各构件约束力48-50
• 3.4.2 近心阶段驱动力矩50
• 3.4.3 近心阶段驱动功率50
• 3.5 半转翼驱动机构在离心阶段力能参数50-53
• 3.5.1 离心阶段各构件约束力50-52
• 3.5.2 离心阶段驱动力矩52
• 3.5.3 离心阶段驱动功率52-53
• 3.6 半转翼驱动机构在结束阶段力能参数53-54
• 3.6.1 结束阶段各构件约束力53-54
• 3.6.2 结束阶段驱动力矩54
• 3.6.3 结束阶段驱动功率54
• 3.7 局部约束对半转翼驱动机构力能参数影响的实例分析54-56
• 3.8 本章小结56-57
• 第四章 局部约束作用下的半转翼驱动机构动力学仿真57-63
• 4.1 引言57
• 4.2 虚拟样机技术57
• 4.3 半转翼仿真模型的建模57-58
• 4.4 基于ADAMS的半转翼驱动机构动力学仿真58-62
• 4.4.1 半转翼翼片上气动力的加载58-60
• 4.4.2 局部约束下的半转翼驱动机构动力学仿真验证60-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第五章 基于局部约束的半转翼驱动机构结构参数多目标优化63-70
• 5.1 引言63
• 5.2 多目标优化设计方法选定63-64
• 5.3 基于局部约束的半转翼驱动机构结构参数优化64-69
• 5.3.1 半转翼驱动机构结构参数优化的数学模型64-66
• 5.3.2 半转翼驱动机构的多目标优化设计过程66-67
• 5.3.3 优化前后的比较分析67-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第六章 结论与展望70-72
• 6.1 主要结论70
• 6.2 研究展望70-72
• 参考文献72-76
• 在学研究成果76-77
• 致谢77

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本文编号：561340