半转机构简约化设计方法及半转翼样机的实现

发布时间：2017-09-19 03:07

  本文关键词：半转机构简约化设计方法及半转翼样机的实现

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【摘要】：随着空气动力学和电子科学技术的发展,仿生扑翼飞行器的研究逐步成为热点。虽然扑翼机的结构形式各有不同,但其原理都是模仿鸟或昆虫翅的摆动,这种运动形式使翅翼受到很大的惯性力,限制了其在大型化方面的发展。半转机构是一种新型仿生机构,可以用不对称的转动代替往复摆动,避免了大惯性力的产生。但现有的半转机构传动方式复杂、自重大,因此未能在仿生飞行领域取得突破。在此背景下,本文将探索简约化半转机构的实现形式,并以此为基础设计半转翼试验样机。研究成果将为半转机构在仿生飞行领域的应用提供理论参考。首先分析曲柄摇块机构的运动特点,从而演化出最简半转机构的原理。通过添加一个由定位滑块与带槽动轴产生的“局部约束”,解决曲柄摇块机构向简约化半转机构衍变过程中出现的干涉及运动不确定问题。同时分析简约化半转机构中半转杆的运动规律,为下一步各零件具体参数的设计奠定基础。分析局部约束的设计关键,在此基础上,根据定位滑块在带槽动轴中的相对运动规律设计滑槽的形状及尺寸。基于UG软件,对简约化半转机构的设计进行仿真验证,通过观察运动效果和半转杆角速度变化曲线,验证设计的合理性。在简约化半转机构的基础上设计半转翼试验样机。首先参考扑翼机的设计原则选定半转翼样机的动力源系统,确定控制方案;其次确定整体设计方案,并对各零件的结构形式及尺寸大小进行分析计算;最后绘制样机的虚拟模型并进行制造及装配,进行运转实验,观察实际运行效果。基于升力测试试验的要求,对半转翼试验样机进行动力平衡研究。分析样机各运动构件所能产生的惯性力并进行比较,确定样机不平衡的原因;利用单自由度强迫振动的方法计算样机在竖直方向的位移变化,并通过对配重块的优化使样机达到平衡状态;最后利用ADAMS对样机进行动力学仿真,分析优化的结果。
【关键词】：简约化半转机构 局部约束 半转翼实验样机 动力平衡
【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
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 引言9-10
• 1.2 国内外仿生扑翼飞行器发展状况10-14
• 1.3 半转机构的研究现状14-16
• 1.3.1 半转机构的产生及实现形式14-15
• 1.3.2 半转机构的应用15-16
• 1.4 本论文的意义及研究内容16-18
• 第二章 半转机构的简约化设计方法18-26
• 2.1 引言18
• 2.2 构成最简半转机构的思路18-19
• 2.3 最简半转机构的运动学特征分析19-22
• 2.3.1 半转杆的速度瞬心及不动点19-20
• 2.3.2 半转杆上各点的坐标及速度分析20-22
• 2.4 简约化半转机构的实现形式22-25
• 2.4.1 运动干涉的破除22-23
• 2.4.2 局部约束的提出23-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 局部约束的设计及运动仿真26-38
• 3.1 引言26
• 3.2 局部约束的关键设计要求分析26
• 3.3 定位滑块在带槽动轴中的相对运动分析26-27
• 3.4 带槽动轴中滑槽曲线的设计27-31
• 3.4.1 带槽动轴中滑槽曲线的设想27-28
• 3.4.2 带槽动轴滑槽内侧弧的设计28-30
• 3.4.3 带槽动轴滑槽外侧弧的设计30-31
• 3.5 局部约束设计的仿真验证31-37
• 3.5.1 各零件参数的确定31-33
• 3.5.2 基于UG的局部约束运动仿真33-37
• 3.6 本章小结37-38
• 第四章 半转翼试验样机的设计方案38-50
• 4.1 引言38
• 4.2 动力源系统设计38-41
• 4.2.1 驱动系统的设计38-39
• 4.2.2 控制系统的设计39-41
• 4.3 样机设计方案的确定41
• 4.4 半转翼试验样机结构的设计41-46
• 4.4.1 样机的选材42
• 4.4.2 滚动轴承的选型42
• 4.4.3 固定架尺寸确定42-44
• 4.4.4 样机整体装配模型44-46
• 4.5 样机的虚拟模型46-47
• 4.6 样机的加工及运行实验47-49
• 4.7 本章小结49-50
• 第五章 半转翼试验样机的动力平衡研究50-64
• 5.1 引言50
• 5.2 机构不平衡的原因50-53
• 5.3 机构不平衡对升力测试实验的影响分析53-56
• 5.3.1 物理模型54
• 5.3.2 数学模型54-55
• 5.3.3 模型求解及结果分析55-56
• 5.4 配重块的优化56-59
• 5.4.1 配重块结构参数优化57-59
• 5.4.2 配重块安装位置分析59
• 5.5 动力学仿真59-63
• 5.5.1 虚拟样机模型的建立59-61
• 5.5.2 仿真分析61-63
• 5.6 本章小结63-64
• 第六章 结论与展望64-66
• 6.1 全文总结64
• 6.2 研究展望64-66
• 参考文献66-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果69-70
• 致谢70

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本文编号：879119