雙搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及設(shè)計(jì)研究

高雷

廣東博智林機(jī)器人有限公司 廣東佛山 528312

1 雙搖桿機(jī)構(gòu)的概念

雙搖桿機(jī)構(gòu)是最近提出的一種機(jī)翼，它是隨著翼翼飛機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展而提出的，為了簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)，兩側(cè)的曲軸搖桿機(jī)構(gòu)的曲柄整合和同步。是一個(gè)功能。。目前，有兩種主要類型的單曲柄雙搖桿機(jī)構(gòu)：兩個(gè)搖桿放置在曲柄的同一側(cè)，曲柄組合成一個(gè)常用作飛機(jī)的撲翼機(jī)構(gòu)；兩個(gè)搖桿放在曲柄的兩側(cè)。180°相位差彼此固定，以便飛機(jī)改變后掠翼機(jī)構(gòu)。單曲柄雙搖桿機(jī)構(gòu)用于翼展翼飛機(jī)和可變后掠翼飛機(jī)的顫振，具有成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，行駛方式簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)給定的拍打角度或旋轉(zhuǎn)角度的優(yōu)點(diǎn)。然而，由于兩側(cè)的曲柄連桿共用一個(gè)曲柄，在運(yùn)動(dòng)過程中左右葉片之間的旋轉(zhuǎn)角度存在相位差，左右葉片產(chǎn)生的氣動(dòng)力不同，影響飛行的穩(wěn)定性和安全性能[1]。

使用遺傳算法優(yōu)化同步性能，獲得良好的結(jié)果，將同步性能優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為單目標(biāo)多元非線性規(guī)劃問題，使用模型搜索方法優(yōu)化解決方案，并獲得更好的結(jié)果我有然而，基于啟發(fā)式算法和非線性規(guī)劃的單曲柄和雙鎖定機(jī)構(gòu)的同步性能優(yōu)化解決方案高度依賴于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算耗時(shí)且結(jié)果是全局最優(yōu)解決方案不能保證。

2 應(yīng)用研究

雙搖桿機(jī)構(gòu)在工程中有許多應(yīng)用。例如，在帶鋼的生產(chǎn)中，等腰梯形雙搖桿機(jī)構(gòu)連桿從平行于框架的位置的特性可以在較大角度的兩個(gè)方向上移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)校正輥校正動(dòng)作并且提高校正能力完成了。成型機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)利用了在寬范圍內(nèi)改變多個(gè)雙搖桿機(jī)構(gòu)的連桿和框架角度的能力，以實(shí)現(xiàn)沙箱的180°旋轉(zhuǎn)。還可以提到雙鎖定機(jī)構(gòu)的若干應(yīng)用。雙搖桿機(jī)構(gòu)與曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和雙曲柄機(jī)構(gòu)處于同一位置，但對(duì)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律和設(shè)計(jì)方法的系統(tǒng)研究卻很少。一般設(shè)計(jì)手冊(cè)或教科書僅根據(jù)兩個(gè)連桿的相應(yīng)位置，以示意圖或分析方式討論了雙搖桿機(jī)構(gòu)或四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并分析了雙搖桿機(jī)構(gòu)。盡管機(jī)構(gòu)鎖定器的極限位置給出了計(jì)算極限擺動(dòng)角度的公式，但是沒有關(guān)于運(yùn)動(dòng)規(guī)律的討論，并且在齒條桿是最短桿的情況下的內(nèi)容是有爭(zhēng)議的。根據(jù)這篇文章，當(dāng)框架是最短的桿時(shí)，搖桿和連桿之間沒有矯直和共線性，這與上述搖桿是最長(zhǎng)桿的結(jié)論相矛盾[2]。

3 運(yùn)動(dòng)分析

3.1 平面低副

平面地副結(jié)構(gòu)引入兩個(gè)約束，并且兩個(gè)構(gòu)件之間的自由度是1，表明在平面低子結(jié)的兩個(gè)構(gòu)件之間只能存在一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)構(gòu)件1在兩個(gè)構(gòu)件通過旋轉(zhuǎn)對(duì)連接的狀態(tài)下用作固定構(gòu)件時(shí)，活動(dòng)構(gòu)件2上的任何點(diǎn)P的移動(dòng)軌跡是中心O和半徑OP的弧。如果構(gòu)件2用作固定構(gòu)件，則有源構(gòu)件1上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)P'的軌跡也是以O(shè)為中心的相同半徑的弧，如圖1所示。可以得出結(jié)論，旋轉(zhuǎn)對(duì)的兩個(gè)構(gòu)件具有相對(duì)旋轉(zhuǎn)關(guān)系，并且對(duì)應(yīng)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡重合。

圖1 轉(zhuǎn)動(dòng)副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)

當(dāng)構(gòu)件1用作固定構(gòu)件時(shí)，活動(dòng)構(gòu)件2上的任何點(diǎn)P的移動(dòng)軌跡是直線。如果構(gòu)件2用作固定構(gòu)件，則活動(dòng)構(gòu)件1上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)P'的軌跡也是直的并且與P的運(yùn)動(dòng)軌跡重疊。顯然，移動(dòng)的次級(jí)關(guān)節(jié)的兩個(gè)構(gòu)件的相應(yīng)點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡也是一致的。類似地，還可以證明空間對(duì)的兩個(gè)分量的對(duì)應(yīng)點(diǎn)（例如螺旋對(duì)）的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡重合。

3.2 平面高副

平面高度子接頭引入一個(gè)約束，兩個(gè)成員之間有兩個(gè)自由度。構(gòu)件1和構(gòu)件2之間的接觸的法線方向上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到限制，并且兩個(gè)構(gòu)件沿著切向接觸方向相對(duì)移動(dòng)并且繞接觸點(diǎn)相對(duì)旋轉(zhuǎn)。可以這里我們?cè)O(shè)置兩個(gè)純旋轉(zhuǎn)組件。這意味著這兩個(gè)部分不能在公切線的方向上相對(duì)于彼此移動(dòng)，因此兩個(gè)部分之間的自由度是1。當(dāng)構(gòu)件1被固定并且構(gòu)件2相對(duì)于構(gòu)件1純粹旋轉(zhuǎn)時(shí)，在該點(diǎn)上的任何點(diǎn)處的點(diǎn)P的軌跡是樞軸線。當(dāng)構(gòu)件2相對(duì)于構(gòu)件2固定旋轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)點(diǎn)P'的軌跡是圓形漸開線。顯然，它們的相對(duì)旋轉(zhuǎn)條件沒有變化，但是相應(yīng)點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡是不同的[3]。

圖2 平面高副純滾動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)

從以上描述可以看出，關(guān)于平面低子關(guān)節(jié)的兩個(gè)構(gòu)件，它們之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系被判斷為是恒定的，即低相對(duì)運(yùn)動(dòng)的確定性，無(wú)論哪個(gè)是活動(dòng)構(gòu)件。如果有許多輔助連接，則無(wú)法使用此功能。可以從低對(duì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的確定性推斷出來(lái)。也就是說，無(wú)論哪個(gè)組件用作幀，組件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系都不會(huì)改變。每個(gè)組件的相對(duì)操作關(guān)系與機(jī)架選擇無(wú)關(guān)。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)機(jī)構(gòu)中最長(zhǎng)桿的位置，我們將滿足最長(zhǎng)桿和最短干長(zhǎng)之和的雙搖桿機(jī)構(gòu)和剩余2桿的長(zhǎng)度分為四種類型，并檢查主動(dòng)搖桿和從動(dòng)搖桿。運(yùn)動(dòng)定律及其運(yùn)動(dòng)特性的概述所提出的驅(qū)動(dòng)鎖定器的偽閾值角的概念對(duì)于理解雙鎖定器機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和雙鎖定器機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法是有用的。雙搖桿機(jī)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)方法通常用于設(shè)計(jì)這種雙搖桿機(jī)構(gòu)，其滿足最長(zhǎng)桿和最短干長(zhǎng)度的總和大于其余兩個(gè)桿的長(zhǎng)度之和的條件。