（船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)制造專(zhuān)業(yè)論文）船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置可行性方案分析與設(shè)計(jì).pdf

大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文摘要根據(jù)大連理工大學(xué)船模試驗(yàn)水池的現(xiàn)有船模試驗(yàn)設(shè)備情況，為進(jìn)一步豐富船模試驗(yàn)內(nèi)容，本文分別以a w l ) 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1 3 1 和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)傲為核心運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，提出了兩套船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)方案，并分別對(duì)兩套方案進(jìn)行了可行性分析，通過(guò)將該船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置應(yīng)用于船模拘束性試驗(yàn)，可以方便地實(shí)現(xiàn)船模在水中的各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。本文設(shè)計(jì)的船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置綜合了以往v p m m 與h p m m 。5 1 在運(yùn)動(dòng)特性上的優(yōu)點(diǎn)。如有些試驗(yàn)水池用于船模拘束性試驗(yàn)的垂直平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)( v p m m ) 只能實(shí)現(xiàn)船模的強(qiáng)制升沉、縱搖，以及縱搖與升沉的組合運(yùn)動(dòng)；對(duì)于只設(shè)置了水平面方向上的平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)( h p m m ) 的試驗(yàn)水池，則只能實(shí)現(xiàn)船模的強(qiáng)制橫蕩、首搖、首搖與漂角，以及首搖與舵角的組合。本文設(shè)計(jì)的船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置同時(shí)具備了驅(qū)動(dòng)船模做橫向、垂向，以及縱向運(yùn)動(dòng)的路徑與結(jié)構(gòu)形式，可以實(shí)現(xiàn)船模的強(qiáng)制橫搖、橫蕩、首搖、縱搖、升沉、以及橫向運(yùn)動(dòng)之間、垂向運(yùn)動(dòng)之間、橫向運(yùn)動(dòng)與垂向運(yùn)動(dòng)之間的某些組合運(yùn)動(dòng)模式，并設(shè)計(jì)出恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式用于船模與裝置的連接，使船模盡可能在指定方向上受到拘束力的作用，而在其它方向上具有充分的自由度。進(jìn)而可以通過(guò)在適當(dāng)?shù)奈恢蒙习卜哦喾至總鞲衅?，測(cè)出所需的水動(dòng)力與力矩i l ，l 。此外，對(duì)核心運(yùn)動(dòng)部件a w d 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，以及控制電機(jī)，減速器等方案中涉及到的產(chǎn)品做了簡(jiǎn)要的介紹，并給出了相關(guān)規(guī)格參數(shù)，為后續(xù)階段的詳細(xì)設(shè)計(jì)、方案評(píng)估，以及經(jīng)濟(jì)論證等提供參考。關(guān)鍵詞：a w d 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)；曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；設(shè)計(jì)方案；船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置；組合船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置可行性方案分析與設(shè)計(jì)t h ef e a s i b l ea n a l y s i sa n dd e s i g no fs h i pm o d e lm o t i o nm e c h a n i s mi nc o n s t r a i n e dm o d e lt e s ta b s t r a c tt w od e s i g n i n gs c h e m e so fc o n s t r a i n e ds h i pm o d e lm o t i o nm e c h a n i s ma i r cp r o v i d e d , i nw h i c ht h ea w dl i n e a rm o t i o np l a t f o r ma n de r a n k - s l i pb l o c kl i a m e w o r ka r ep e r c e i v e da sl h cm o t i o nc c n t “o ft h cw h o l es y s l e mo nt h eb a s i so ft h ef r a m c w o r ki ne x i s l e n c ei nt h es h i pm o d e it e s t i n 2w a t c rc h a n n e li nt h ed e p a r t m c n to fn a y a la r c h i t e c t t l r eo fd a l j a n1 j n i v c r s i t yo ft e c h n o l o g y c o m p a r e dw i t hv p m m ( v e r t i e a lp l l l i i c l m o t i o nm e d a a n i s m ) a n dh p m m ( 1 a o r i z o r l t a lp l a n e rm o t i o nm e c h a n i s m ) u s e di ut l a ee o n s t r a i n c , ds h i pm o d e lt e s t , t h es p e c i a l n e so tt h e ma r cr , o m b i n e dt o g e t h e ri nt h es h i pm o t i o nm e e l a a n i s md e s i g n e db yt h ea u t h o r , e g t h ev p m mi sf i x e df o r t h ec o n s t r a i n c ds h i pm o d e it e s ti n8 0 1 ! cw a t e l te h a l t o e l s ，t h er o l l ，h e a v c ，p i t c ha n dt h ee o m b i n a t i o no fh e a v ea n dp i t c h r o l lm o t i o n 啪b ep e r f o r m e do n l y ；i na l l o t h e rd i m e n s i o mn o t1 1 1 0 1 ct h t h eg w a y y a wa n dt h ec o m b i n a t i o no fs w a ya n dy a wm o t i o nc a nb ec a r r i e do u tb yt h eh p m mi ns o 盯l cw a t c rc h a n n e l s n es h i pm o d e lc o h i db ed r i v e na l o n gt h ch o r i z o n t a la n dv e r t i c a ld i r e c t i o ni nt h ep a t h sb yt h es h i pm o t i o nm e c h a n i s mb r o u g h tf o r w a r db yt h ep a p e r f u r t h e r m o r et h ec o n s t r a i n e ds h i pm o d e l sm o v c m c l l to fr o l l ，s w a y ，y a w , h e a w ，p i t c ha n dt h ec o m b i n a t i o no fs o m e ：t w op u r em o t i o n sc o i l l db ea c h i e v e db yt h i sm e c h a n i s m a tt h e 翻i i r i ct i m e , s p e x i a la t t e n t i o ni sp a i dt ot h ec o n n e c l i o nf o r mb e t w e e nt h ef o r e i n gr e do ft h em e c h a n i s ma n dt l a cs h i pm o d e la n dt w od i f f e r e n tk i n do fi o i n i n gs t a u c t u r e 黜u s e df o rt h eh o r i z o n t a la n dv e r t i c a lm o t i o nr c s p e c t i v e l yi no r d e rt om i n i m u mt h es h e a r i n ga n db e n d i n gf o r c e se x e r t e do nt h ef o r c i n gr o da n di m p r o v et h e cs p a no ft h ew h o l es y s t e m a n dt h es h i pm o d e lc o i l 塒b ec o n s t r a i n e di nt h ed e s i g n a t e dd i r e c t i o na n df r e e - r u n n i n gi no t h e rd i r e c t i o a s b e s i d e s a w dl i n e a rm o t i o np l a t f o r m , s e r v oc l e c t r o m o t o r , r e d u c e ra n do i l i e rp r o d u c t sr e l a t e db yl h et w os c h e m e sa r ei n t r o d u c e db r i e f l ya n ds o i l i es p e c i f i c a t i o n so fo r o d u e t s 盯ep r o v i d e da s t h e f o u n d a t i o n o f f u r t h e ! e v a h m t i o n a n d d e t a i l d e s i g n o f t l a e m e c h a n i s m k e yw o l d s - a w dl i n e a rm o t f e np l a t f o r m ；c r a n k - s l i pb l o c kf r a m e w o r k ；1 ) e s i g n l u gs c h e m e s ；c o n s t r a i n e ds h i pm o d e lm o t i o nm e c h a n i s m ；c o m b i n a t i o n獨(dú)創(chuàng)性說(shuō)明作者鄭重聲明：本碩士學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的研究成果，也不包含為獲得大連理工大學(xué)或者其他單位的學(xué)位或證書(shū)所使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作者簽名：2 生蟠日期：竺墨：2 ：皇大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文大連理工大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者及指導(dǎo)教師完全了解“大連理工大學(xué)碩士、博士學(xué)位論文版權(quán)使用規(guī)定 ，同意大連理工大學(xué)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大連理工大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，也可采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編學(xué)位論文。作者簽名：邊啦置7 1大翹工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文i 緒論1 i 概述要想簡(jiǎn)潔地了解船舶的操縱性，自航船模操縱性試驗(yàn)的方法是十分有效的，但是要想詳細(xì)了解船型要素與操縱性之間的關(guān)系，要知道作用在船體上的流體動(dòng)力，則必需采用拘束船模操縱性試驗(yàn)。在拘束船模試驗(yàn)中，作用在船體上的流體動(dòng)力是船模運(yùn)動(dòng)量和操縱控制量的函數(shù)，運(yùn)動(dòng)量是指三個(gè)方向的速度( 以同連在船模上的坐標(biāo)系表示為前進(jìn)l 、橫移v 、轉(zhuǎn)動(dòng)，)和三個(gè)方向的加速度( 、v ，) ，操縱控制量是指舵角6 和螺旋槳轉(zhuǎn)速n 1 5 1 0 為了通過(guò)模型試驗(yàn)來(lái)測(cè)定這些系數(shù)，必須建立使模型相對(duì)于流體產(chǎn)生線(xiàn)速度、角速度和加速度的設(shè)各【“，也導(dǎo)致國(guó)內(nèi)外許多船舶研究單位為更好地研究船模及潛器操縱性，大力發(fā)展船模拘束性試驗(yàn)，建造了很多用于船模拘束性試驗(yàn)的水池與設(shè)備，其中應(yīng)用較廣的有旋臂水池和平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。1 2 國(guó)內(nèi)外拘束船模試驗(yàn)設(shè)備發(fā)展情況目前，世界上用于拘束船模試驗(yàn)的工具主要有旋臂水池( r a ) 和平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)( p m m ) 。旋臂水池是一種進(jìn)行拘束船模試驗(yàn)的專(zhuān)用水池。在圓形水池中心有- 4 , 島，島上裝有一套旋臂裝置，臂的另一端支攆在圓水池壁的軌道上。船模可以固定在旋臂的任一位置處浮于水面或沉入水下，當(dāng)旋臂繞小島中心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)船模在水池中作各種半徑的圓形運(yùn)動(dòng)。船模處于完全拘束狀態(tài)隨旋臂運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于在勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)上再疊加一個(gè)勻角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)可以通過(guò)多分量測(cè)力儀對(duì)船模水動(dòng)力和力矩進(jìn)行測(cè)量，再經(jīng)過(guò)分析計(jì)算求得操縱運(yùn)動(dòng)方程式中的水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)，主要是旋轉(zhuǎn)導(dǎo)數(shù)和角速度耦合導(dǎo)數(shù)。世界上最早建造旋臂水池的是美國(guó)戴維遜水池，于1 9 4 4 年建成，旋臂直徑僅2 3 m ，其目的是為了研究潛艇的操縱性。其后各國(guó)又相繼建造了幾座類(lèi)似的旋臂水池，表1 1列出了世界各國(guó)部分水池的基本情況。由于旋臂水池的試驗(yàn)內(nèi)容局限性較大，又不能全面解決運(yùn)動(dòng)方程式中的水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)求解問(wèn)題，因此近年來(lái)已很少再建造這類(lèi)水池，而是選擇建造具有平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的寬水池傲為研究船舶操縱性問(wèn)題的工具1 1 5 j 。船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置可行性方案分析與設(shè)計(jì)表1 1 世界各國(guó)旋臂水池摘錄t 丑b 1 - 1e x t r a c to fr a 細(xì)t h ew o d d旋臂直徑水深臂端速度功率序號(hào)所在地建造年份( m )( m )( m s )( 1 c w )1法國(guó)巴黎1 9 4 56 551 02英國(guó)哈斯勒1 9 5 75 55 51 62 4 63克羅地亞薩格勒布1 9 5 s3 42 73 54美國(guó)華盛頓1 9 6 1舳6 41 5 42 2 9 85俄羅斯圣彼得堡1 9 6 57 06 41 52 1 061 9 6 s4 84 51 22 1 6 0中國(guó)無(wú)錫最近幾十年來(lái)，世界各國(guó)大力發(fā)展拘束船模操縱性試驗(yàn)，研制了各種形式的平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使之成為深入研究船舶操縱性理論的有力工具，也是比較準(zhǔn)確預(yù)報(bào)實(shí)船操縱性的試驗(yàn)手段。平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)也是為了解決潛艇操縱性運(yùn)動(dòng)方程式中的水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)求取問(wèn)題而建造的，在1 9 5 7 年美國(guó)的m 格特勒和a 古德曼第一個(gè)研制出平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)后( 如圖1 1 所示) ，這種設(shè)各獲得迅速發(fā)展，由只能用于潛艇操縱性研究的垂直平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)( v p m m ) 發(fā)展到可以進(jìn)行水面船舶操縱性研究的水平平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)( h p m m ) 。由最初的小振幅( 幾厘米) 發(fā)展到現(xiàn)在的大振幅( 十幾米) 平面運(yùn)動(dòng)拖車(chē)( 又稱(chēng)) ( _ _ y 拖車(chē)) 和數(shù)控平面運(yùn)動(dòng)拖車(chē)( c - p m c ) 【“。平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)己被世界各國(guó)公認(rèn)為操縱性研究最有效的設(shè)備，表1 2 、1 3 列舉了部分國(guó)家平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的相關(guān)信息。2一查塑堅(jiān)盔塑主里塞生絲墼表1 2 部分國(guó)家小振幅平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)摘錄嗍t a b ，1 2 e x t n c t o f s m a l l s w i n g p m m i ns o m e c o u n t i i e s水池尺寸o n )車(chē)速振幅頻率序號(hào)所在單位建造年份( m s巾長(zhǎng)寬深y最高最低、( m )( 6 )1美國(guó)泰勒水池1 9 5 75 7 5 1 5 8 6 71 0 30 0 2 52 0lo 32荷蘭臺(tái)爾富大學(xué)1 9 6 31 4 2 4 2 2 2 550 33日本東京大學(xué)1 9 6 58 5 3 5 2 440 3 53 5丹麥流體動(dòng)力研究41 9 6 52 4 0 1 2 5 51 40 1所中國(guó)哈爾濱船舶工51 9 7 82 5 2 5 x 2 j3o 0 43o 2 5程學(xué)院，6中國(guó)上海交通大學(xué)1 9 8 21 1 0 6 340 0 4 12 01 60 1表1 3 部分國(guó)家大振幅平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)摘錄lt a b l 3e x l r a c to fb i gs w i n gp m mi n o m cc o u n t r i e s序所在單位建造年份水池尺寸( m )車(chē)速振幅副拖車(chē)車(chē)號(hào)長(zhǎng)寬深( m s )y毒速( m s )( m )( 。)1美國(guó)水航公司2 4 0 1 2 x 5 58 513 02日本東京大學(xué)1 9 6 95 0 3 0 3 11 61 01 8丹麥流體動(dòng)力31 9 7 22 4 0 1 2 61 40 7 5研究所荷蘭國(guó)家船模42 5 2 1 0 5 5 593 7 5試驗(yàn)水池聯(lián)邦德國(guó)漢堡51 9 7 63 0 0 1 8 637 33 0 01 9水池瑞典海洋研究61 9 7 98 s ，9 3 53 51 5中心日本三菱重工71 9 7 21 6 0 3 0 3 531 03 02株氏會(huì)社日本造船研究81 9 7 88 0 4 5 2 623 52中心3船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置可行性方案分析與設(shè)計(jì)圖1 1 美國(guó)泰勒水池1 m b ) 垂直面的小振幅平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)【1 8 】f 姬1 1s m a l ls w i n gv p m mi nd t m b圖1 2 1 3 顯示了哈爾濱工程大學(xué)、中國(guó)船舶科學(xué)研究中心用于船模拘束性試驗(yàn)的垂直平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。圖1 2 哈爾濱工程大學(xué)垂直平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)f i 9 1 2 v p m m i n h a l b i n e n g i n e e r i n g u n i v e _ r s i l y4大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文圖1 3 中國(guó)船舶科學(xué)研究中心垂直平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)【l l 】f i 9 1 3 v p 刪i n c s s r c平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般是放在拖拽水池的拖車(chē)上使用的，小振幅的平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)也可以放在循環(huán)水槽中使用。當(dāng)平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)向大振幅平面運(yùn)動(dòng)拖車(chē)發(fā)展的時(shí)候，一些國(guó)家專(zhuān)門(mén)為它配合建造了寬度很大的拖拽水池i l ”。1 3 船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置的特點(diǎn)本文設(shè)計(jì)的船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置綜合了以往v p m m 與h p m m 的共同運(yùn)動(dòng)特性。如有些試驗(yàn)水池用于船模拘束性試驗(yàn)的垂直平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)( v p m m ) 只能實(shí)現(xiàn)船模的強(qiáng)制升沉、橫搖、級(jí)搖，以及縱搖或橫搖與升沉的組合運(yùn)動(dòng)；對(duì)于只設(shè)置了水平平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)( h p m m ) 的試驗(yàn)水池，則只能實(shí)現(xiàn)船模的強(qiáng)制橫蕩、首搖、首搖與漂角，以及首搖與舵角的組合舊。本文設(shè)計(jì)的船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置同時(shí)具備了驅(qū)動(dòng)船模做橫向、垂向，以及縱向的運(yùn)動(dòng)路徑與結(jié)構(gòu)形式，可以實(shí)現(xiàn)船模的強(qiáng)制橫搖、橫蕩、首搖、縱搖、升沉、以及橫向運(yùn)動(dòng)之間、垂向運(yùn)動(dòng)之間、橫向運(yùn)動(dòng)與垂向運(yùn)動(dòng)之間的某些組合運(yùn)動(dòng)模式，進(jìn)而可以通過(guò)在適當(dāng)?shù)奈恢蒙习卜哦喾至總鞲衅?，測(cè)出所需的水動(dòng)力與力矩。1 4 本文的工作內(nèi)容本文分別以a w d 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為驅(qū)動(dòng)船模運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，提出了兩套船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)方案，具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：一a w d 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)為核心運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的方案分析與設(shè)計(jì)( 方案一)該方案選用a w l ：) 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)做為主要運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，進(jìn)行了船模驅(qū)動(dòng)裝置縱向、橫5船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置可行性方案分析與設(shè)計(jì)向，以及垂向運(yùn)動(dòng)路徑與硬件結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)，使船模在首尾或兩舷拘束力的配合作用下可以實(shí)現(xiàn)水面上或水面以下的六自由度運(yùn)動(dòng)。二a w d 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)品介紹與選型方案一的可行性很大程度上取決于a w d 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)性能等指標(biāo)是否滿(mǎn)足船模拘束試驗(yàn)的要求，因此本文在第3 章對(duì)該產(chǎn)品的性能，結(jié)構(gòu)等指標(biāo)傲了介紹，并提供了部分型號(hào)平臺(tái)的詳細(xì)參數(shù)列表，為后續(xù)階段確定平臺(tái)具體規(guī)格提供參考。三以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為核心運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的方案分析與設(shè)計(jì)( t y 案- - )本文提供的第二套方案是選用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)做為主要運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，進(jìn)行了船模驅(qū)動(dòng)裝置縱向、橫向，以及垂向運(yùn)動(dòng)路徑與硬件結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)，使船模在首尾或兩舷拘束力的作用下可以實(shí)現(xiàn)水面上或水面以下的六自由度運(yùn)動(dòng)。四伺服電機(jī)減速器產(chǎn)品介紹、選型與控制船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置是一動(dòng)態(tài)試驗(yàn)設(shè)備，對(duì)控制電機(jī)有特殊的要求?？刂齐姍C(jī)除了能實(shí)現(xiàn)位置、速度控制外，還應(yīng)該具有較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及抗負(fù)載擾動(dòng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)。在本系統(tǒng)中，控制電機(jī)選用的是b s h 伺服電機(jī)，并在文中對(duì)b s h 伺服電機(jī)的性能參數(shù)，相應(yīng)減速器的配備，以及控制方式進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹。6大連理t 大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文2 以a w d 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)為核心運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置方案分析與設(shè)計(jì)( 方案一)2 ，1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)路徑設(shè)計(jì)船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置的功能是使船模在首尾或兩舷拘束力的共同作用下模擬出船舶在水面上六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此，該裝置對(duì)船模施加作用力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡必須具有) ( - y 吒坐標(biāo)系中的三個(gè)坐標(biāo)值均可變化調(diào)整的特性，以滿(mǎn)足試驗(yàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的要求，圈2 1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的路徑組合形式hf i g2 1f o m 2 so fm o v i n gc o m b i n a t i o n s圖2 1 提供了用于承載執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需軌道的六種組合模式，在滿(mǎn)足試驗(yàn)?zāi)康牡那疤?船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置可行性方案分析與設(shè)計(jì)下，為了更好地利用拖車(chē)上現(xiàn)有機(jī)架結(jié)構(gòu)，如下圖所示圖2 2 試驗(yàn)水池現(xiàn)有機(jī)架f i g2 2b r a c k e t si nt h et e s t i n gc h a n n e l附合要求的軌道組合形式如圖2 3 所示：圖2 3x - y - z 型路徑組合f i 9 2 3 c o m b i n a t i o n o f x - y z p a l h s運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組合形式t y p e2 和t 忡e3 均提供了x 方向、y 方向、z 方向，即水池縱向、橫向與垂向的運(yùn)動(dòng)路徑，但考慮到使橫向放置的軌道兩端都能夠受到機(jī)架的支撐力作用，并且執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠運(yùn)行得更加平穩(wěn)，機(jī)構(gòu)使用壽命長(zhǎng)久等因素，最終選擇較為理想的t y p e2 機(jī)構(gòu)形式。根據(jù)采用的導(dǎo)軌組合方案，并以現(xiàn)有機(jī)架的實(shí)際尺寸為依據(jù)，在s o l i d w o r k s 軟件中進(jìn)行虛擬建模裝配，如圖2 4 所示：8大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文圖2 4 ) - y z 型三維模型f i g2 43 dm o d e lo f x - y - zp a t h s為使船模的六自由度運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在較高的精度下得以實(shí)現(xiàn)，該試驗(yàn)裝置采用了具有較高精度的直線(xiàn)定位及傳動(dòng)設(shè)備- a w d 直線(xiàn)定位平臺(tái)，該平臺(tái)采用伺服電機(jī)配合減速器做為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，在滿(mǎn)足橫向、垂向、縱向按要求進(jìn)行移動(dòng)的前提下，保證較高的精度。a w d 直線(xiàn)定位平臺(tái)采用高精密滾珠絲杠傳動(dòng)，具有高品質(zhì)導(dǎo)軌承載，運(yùn)行更加平穩(wěn)、承載大，高剛性、高精度，鋁合金結(jié)構(gòu)，體積小重量輕，行程從0 - - - 1 8 0 0 r a m 連續(xù)可調(diào)。該產(chǎn)品由底座、導(dǎo)軌、絲杠、平臺(tái)、連軸器組成，其功能是將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)絲杠轉(zhuǎn)換為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，從而可以通過(guò)控制電機(jī)減速器的輸出轉(zhuǎn)矩，以及轉(zhuǎn)速的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)三個(gè)軌道面上精密的定位控制和速度控制( 關(guān)于a w d 宣線(xiàn)定位平臺(tái)系列產(chǎn)品，以及選型參考將在下一章中做詳細(xì)介紹) 4 1 。2 1 1 縱向運(yùn)動(dòng)路徑及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置可行性方案分析與設(shè)計(jì)圖2 5 縱向運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)f i 9 2 5f r a m e w c k o f l o n g i t u d i n a l m o t i o n驅(qū)動(dòng)船模做縱向運(yùn)動(dòng)的部件結(jié)構(gòu)形式如圖2 5 所示，通過(guò)螺栓在原有支架兩側(cè)固定縱向布置的軌道( 如圖2 6 ) ，為縱向運(yùn)動(dòng)的支承平臺(tái)提供平穩(wěn)的縱向運(yùn)動(dòng)路徑，并在縱向移動(dòng)的平臺(tái)上加工出為橫向移動(dòng)平臺(tái)提供橫向運(yùn)動(dòng)路徑的軌道( 如圖2 , 7 ) ，平臺(tái)的縱向移動(dòng)可以采用電柳i 一減速器驅(qū)動(dòng)，也可以依靠手動(dòng)調(diào)節(jié)其位置，目的是使裝置與船模在合適的位置處相接觸。進(jìn)而施加拘束力。圖2 6 縱向軌道圖2 7 縱向移動(dòng)平臺(tái)f i g2 , 6l o n g i t u d i n a lp a t hf i g2 7l v i n gp l a t f o r mi nl o n g i t u d i n a lp a t h大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文2 1 2 橫向運(yùn)動(dòng)路徑及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖2 8 縱向、橫向運(yùn)動(dòng)組合圖f i 9 2 8 c o m b i n a t i o n0 f i 舢g i t i l d i n a la n d t r a n s v e r s em o t i o n圖2 8 為在滿(mǎn)足縱向運(yùn)動(dòng)要求的基礎(chǔ)上，增添了橫向放置的移動(dòng)平臺(tái)，具備了這樣的結(jié)構(gòu)形式，橫向移動(dòng)平臺(tái)即可在電機(jī)減速器的驅(qū)動(dòng)下在縱向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上表面提供的橫向?qū)к壷凶鰴M向的往復(fù)移動(dòng)。2 1 3 垂向運(yùn)動(dòng)路徑及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圈2 9 垂向運(yùn)動(dòng)與橫向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的組合飚2 9c o m b i n a t i o no fv e r t i c a la n dt m u s v e r s em o t i o n在圖2 9 中可以明顯地看到：在控制船模垂向位移和速度( 加速度) 的a w d 直線(xiàn)1 l船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置可行性方案分析與設(shè)計(jì)移動(dòng)平臺(tái)的背面根據(jù)橫向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)前表面上提供的凸臺(tái)尺寸加工出的兩條矩形梁，利用這樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將a w l ) 直線(xiàn)移動(dòng)平臺(tái)固定在橫向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，這樣垂向布置的a w d直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)就可以在橫向平臺(tái)的帶動(dòng)下做橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，也可以同時(shí)與縱向運(yùn)動(dòng)模式做任意組合。圖2 1 0a w l 3 直線(xiàn)定位平臺(tái)零部件的分解及裝配f i g2 1 0d i s a s s e m b l ya a da s s e m b l yo f a w dl i n e a rp l a t f o r m船模的垂向往復(fù)運(yùn)動(dòng)由圖2 1 0 中所示的a w d 直線(xiàn)移動(dòng)平臺(tái)來(lái)控制實(shí)現(xiàn)，該平臺(tái)由電機(jī)提供轉(zhuǎn)矩，將電機(jī)減速器輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)絲杠傳動(dòng)，轉(zhuǎn)變成機(jī)構(gòu)上可移動(dòng)平臺(tái)部分的直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。圖2 1 1 縱向，橫向及垂向運(yùn)動(dòng)模式組合裝配圖f i 9 2 1 1 a s s e m b l y o f c o m b i n a t i o n m o t i o n i n l o n g i t u d i n a l ，t r a n s v e r s ea n d v e r t i c a l d i r e c t i o n大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文2 2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)與船模的連接形式設(shè)計(jì)強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置與船模的連接采用圖2 1 2 所示的結(jié)構(gòu)形式：圖2 。1 2 連接過(guò)程分解圖f i g2 1 2o m n c c t j n gp w c 8 sb e t w e e nm e c h a n i s ma n ds u pm o d e l機(jī)構(gòu)通過(guò)垂向布置的a w d 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中可移動(dòng)部分下端的附加支桿與船模相連接并施加拘束力( 堅(jiān)桿與平臺(tái)，以及堅(jiān)桿與船模的連接處均采用圖2 1 2 所示的連接形式) 。圖2 1 3 縱搖升沉?xí)r的連接形態(tài)f i g2 1 3c c 帥c “o ni np i t c ho fh e a v em o t i o n1 3圖2 1 4 橫搖、橫蕩時(shí)的連接形態(tài)瑰2 1 4c o n n e c t i o ni nr o l lo rs w a ym o t o n船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置可行性方案分析與設(shè)計(jì)圖2 1 5 首搖( 斜航) 、橫蕩時(shí)的連接形態(tài)f i 9 2 1 5 c o n n e c t i o n i n y a w o r s w a y m o t i o n圖2 1 6 首搖( 斜航) 、橫搖時(shí)的連接形態(tài)r i 9 2 1 6 c o n e e c l i o n j n y a w o f r o l l m o t i o n圖2 1 3 2 1 6 分別呈現(xiàn)了強(qiáng)制縱搖、升沉、橫搖，橫蕩、首搖( 斜航) 試驗(yàn)狀態(tài)下，試驗(yàn)裝置與船模的連接形式。從圖中可以明顯地看出，當(dāng)強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置對(duì)船模施加水平或垂向作用力時(shí)，堅(jiān)桿與船模之問(wèn)的連接軸，以及相應(yīng)的孔應(yīng)布置在與目標(biāo)位移平面相平行的平面內(nèi)，并且方向與目標(biāo)速度或位移方向接近垂直。此外，加工制造時(shí)應(yīng)在連接軸與堅(jiān)桿接觸，以及連接軸穿過(guò)船模連接孔處留有適當(dāng)?shù)沫h(huán)形間隙，并在軸上涂抹足夠的潤(rùn)滑脂，這樣的結(jié)構(gòu)作用在于：當(dāng)強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置對(duì)船模施加橫向、垂向 縱向) 作用力時(shí)，即使船模表面與堅(jiān)桿之間的角度發(fā)生較大幅度的變化連接軸也可以在堅(jiān)桿底端連接孔內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，最大程度地減小堅(jiān)桿可能受到的剪切力作用，印無(wú)論角度發(fā)生怎樣的變化，均可以認(rèn)為堅(jiān)桿只承受延桿長(zhǎng)度方向上的拉力或壓力的作用；堅(jiān)桿與a w d 直線(xiàn)移動(dòng)平臺(tái)底端也依據(jù)同樣的原則，采取相同的結(jié)構(gòu)連接形式。這樣可以延長(zhǎng)堅(jiān)桿，甚至整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的使用壽命。圖2 1 7 強(qiáng)制縱搖，升沉裝配圖f i 9 2 1 7 a s s e m b l y o f p i t c h o r h e a v e圈2 ，1 8 強(qiáng)制橫搖、橫蕩、升沉裝配圖f i 9 2 1 8 a s s e m b l y o f r o l l ，s w a y o r h e a v e1 4大連理下大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文圖2 1 9 強(qiáng)制首搖( 斜航) 、橫蕩裝配圈f i 9 2 1 9 a s s e m b l y o f y a w o r s w a y圈2 2 0 強(qiáng)制橫搖，酋搖( 斜航) 裝配圖f i 9 2 2 0 a s s e m b l y o f r o l lo t y a w圖2 1 7 所示的裝配形式可用于強(qiáng)制船模做縱搖或升沉運(yùn)動(dòng)，兩臺(tái)伺服電機(jī)分別控制著兩臺(tái)a w d 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，并且兩平臺(tái)的下端分別與船模的首尾部相連；通過(guò)控制平臺(tái)上的兩臺(tái)控制電機(jī)，按照試驗(yàn)要求，按規(guī)定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，同步或異步旋轉(zhuǎn)時(shí)，平臺(tái)內(nèi)部的絲杠將圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成底端堅(jiān)桿的垂向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，即而實(shí)現(xiàn)了船模的縱搖或升沉運(yùn)動(dòng)。根據(jù)同樣的方法，通過(guò)調(diào)整船模與機(jī)構(gòu)的相對(duì)位置，在橫向控制電機(jī)與垂向控制屯機(jī)配合作用下，可以實(shí)現(xiàn)其它幾種運(yùn)動(dòng)形式，裝配圖如圖2 1 8 一1 2 2 0 所示?！? 3 本章小結(jié)本章從船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置的功能出發(fā)，即滿(mǎn)足船模在水中實(shí)現(xiàn)六自由度運(yùn)動(dòng)的要求，以a w d 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)為核心運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，描述了實(shí)現(xiàn)船模在水中延縱向、橫向，以及垂向運(yùn)動(dòng)路徑移動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式的分析與設(shè)計(jì)，以及裝置與船模連接形式的各種組合。大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文3a w d 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)品介紹及選型a w d 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)做為方案一中的核心運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，而且是市場(chǎng)上的加工成品，為此本章將對(duì)該產(chǎn)品的性能規(guī)格做較為詳細(xì)的介紹，為后續(xù)確定具體的產(chǎn)品型號(hào)提供參考。圖3 1 一維國(guó)產(chǎn)平臺(tái)h圈3 2 平臺(tái)導(dǎo)軌【4 lf i 9 3 1o n e d i m e n s i o n p l a t f o r m m a d e i n c h i n ar 9 3 2 0 r b i t o f p l a t f o r m3 1a w l ) 直線(xiàn)定位平臺(tái)分類(lèi)3 1 1 精密型平臺(tái)1 精密型平臺(tái)特點(diǎn)_ 一、多種平臺(tái)寬度可供選擇，可適用于各種場(chǎng)合；- 二、材質(zhì)采用航空硬制鋁，具有最高的承載、質(zhì)量和剛性比一三、整套進(jìn)口。采用德國(guó)高精度導(dǎo)軌、絲杠；四、高水平的加工、裝配工藝，并附加出廠(chǎng)校驗(yàn)流程；一五、最長(zhǎng)1 8 0 0 毫米超大行程、絲杠多種直徑和螺距選擇。2 產(chǎn)品規(guī)格1 ) r d 0 5 8 r 7 d1 7船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置可行性方案分析與設(shè)計(jì)圖3 3a w d 0 5 8 r t d 型平臺(tái)規(guī)格參數(shù) 4 】f i g3 3s p e c i f i c a t i o n sa n dp a r a m e t e r so f a w d 0 5 8 r 7 dp l a t f o r m2 ) a w d 0 7 6 r 9 d圖3 4a w d 0 7 6 r 9 d 型平臺(tái)規(guī)格參數(shù)【4 1f 喀3 4s p e c i f i c a t i o n sa n dp a r a m e t e r so f a w d 0 7 6 r 9 dp l a t f o r m圖3 5a w d 0 9 8 r 1 2 d 型平臺(tái)規(guī)格參數(shù)f i g3 5s p e c i f i c a t i o n sa n dp a r a m e t e r so f a w d 0 9 8 r 1 2 dp l a t f o r m1 8大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文4 ) a w d l l 0 r 1 2 d 與a w d l l 0 r 1 5 d圖3 6a w d l l 0 r 1 2 d 及a w d i i o r i s d 型平臺(tái)規(guī)格參數(shù)f i 9 3 6 s p e c i f i c a t i o n sa n d p a r a m e l e | s o f a w d l l 0 r 1 2 da n d a w d i i o r i s d p i a t f o r m s5 ) a w d l 3 6 r 2 2 d 與a w d l 3 6 r 6 6 d圖3 7 a w d l 3 6 p - , 2 2 d 及a w d l 3 6 r f ；6 d 型平臺(tái)規(guī)格參數(shù)1 4 jf i g3 7s p e c i f i c a t l o n sa n dp a m e l e r so f a w d l 3 6 r 2 2 d 孤da w d l 3 6 r 6 6 dp l a t f o r m s3 1 2 經(jīng)濟(jì)型平臺(tái)1 經(jīng)濟(jì)型平臺(tái)的特點(diǎn)一、采用鋁合金材質(zhì)，表面陽(yáng)極氧化工藝處理；- 二、精度適中，質(zhì)量?jī)r(jià)格比高；一三、采用臺(tái)灣高精度方形滾珠導(dǎo)軌、滾珠絲杠；_ 四、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷、耐用，安裝使用簡(jiǎn)便。2 產(chǎn)品規(guī)格船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置可行性方案分析與設(shè)計(jì)1 ) a w d l 0 0 e 1 2 d2 ) a w d l 2 0 e 1 5 ds3 ) a w d l 2 0 e 1 5 dp圖3 , 8a w d l 0 0 e 1 2 d 及a w d l 2 0 e 1 5 d 型平臺(tái)規(guī)格參數(shù)【4 1f i 9 3 8 s l e i t i c a t i o n s a n d p a r a n l e r s o f a w d l 0 0 e 1 2 dg a d a w i ) 1 2 0 e 1 5 d p i a t f o r m s3 2 平臺(tái)的基本組成1 、底座2 、臺(tái)面3 、導(dǎo)軌、絲杠- 4 、軸承加大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文一5 、軸承安裝支架一6 、轉(zhuǎn)接法蘭3 3a w d 平臺(tái)的可選附件- 1 、防塵罩( 金屬、風(fēng)琴式)一2 、零點(diǎn)、限位3 、聯(lián)軸器4 、光柵尺3 4 a w d 平臺(tái)的重要指標(biāo)( 選型必備)_ l 、定位精度( 絕對(duì)精度) 、重復(fù)定位精度、速率精度、分辨率；2 、承載能力、動(dòng)負(fù)荷、靜負(fù)荷；3 、運(yùn)動(dòng)速度；4 、行程；5 、螺距：6 、直線(xiàn)度、平面度；_ 7 、外形尺寸、安裝空間。3 5a w d 平臺(tái)的應(yīng)用行業(yè)a w l ) 直線(xiàn)定位平臺(tái)因其較高的質(zhì)量和工作性能，現(xiàn)已在很多行業(yè)進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用，并得到了良好的反饋，這些行業(yè)和領(lǐng)域包括：1 光學(xué)2 檢攫l3 醫(yī)療4 半導(dǎo)體5 輸送5 視覺(jué)系統(tǒng)6 軍工【4 】船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置可行性方案分析與設(shè)計(jì)圖3 9x - y - z 型運(yùn)動(dòng)平臺(tái)【4 1f i g3 9x - y - zm o t i o np l a g o r m上圖為具有垂向、橫向，以及縱向運(yùn)動(dòng)路徑的a w d 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的實(shí)物照片。3 6 本章小結(jié)本章對(duì)方案一中的核心運(yùn)動(dòng)構(gòu)件a w d 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行了較為詳細(xì)的產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)說(shuō)明，并分別對(duì)精密型平臺(tái)與經(jīng)濟(jì)型平臺(tái)的特點(diǎn)做了闡述，對(duì)后續(xù)階段為裝置設(shè)備做詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工設(shè)計(jì)，以及經(jīng)濟(jì)論證具有較強(qiáng)的參考意義。大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文4 以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為核心運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置方案分析與設(shè)計(jì)( 方案二)4 1 益柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性分祈方案中運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇，應(yīng)確保機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、無(wú)急回等特性，以防止在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生運(yùn)動(dòng)特性不確定，以及發(fā)生急回而產(chǎn)生較大的慣性力作用，這些情況都可能對(duì)系統(tǒng)及人員產(chǎn)生不確定的威脅與損害。因此，在進(jìn)行構(gòu)件布置，以及運(yùn)動(dòng)路徑設(shè)計(jì)之前，有必要針對(duì)方案二中選取的主要運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)做簡(jiǎn)要的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及穩(wěn)定性分析。圖4 1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖嗍f i 9 4 1s k e t c h o f c r a n k - s 邱b l o c k f r a m e w o r k首先從機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性上對(duì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，確定圖4 1 所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的速度矩陣是否為奇異型( s i n g u l a r c o n f i g u r a t i o n s ) ，進(jìn)而得知機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)性是否確定。在完整約束系統(tǒng)中可以用下列形式表示其顯約束方程： ( 吼，口，j 9 ) 一0 f 一1 ，乏一j ( 2 1 )此處- 2 l + 只，根據(jù)式f - m 一2 一只，式中，為獨(dú)立的閉合鏈數(shù)，只為高副數(shù)目。對(duì)于一般機(jī)構(gòu)，自由度f(wàn) 可寫(xiě)成f t m n( 2 2 )船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置可行性方案分析與設(shè)計(jì)將( 2 1 ) 式對(duì)時(shí)間微分，得搖扣妒j 乜令一級(jí)坐標(biāo)數(shù)為f ，用( q 1 ，日2 7 j 魴) 代表；第二級(jí)坐標(biāo)數(shù)為，用( 萌，仍? _ ) 表示，于是方程式( 2 3 ) 成為黯；，+ 箍交- o ，分j q 4 或用矩陣形式寫(xiě)成a q ，- b q( 2 5 )州i k 】。褂占l b 】i 一斟娜鰣撇蹴一，有解時(shí)行列式d e “_ o ，若d e t a 一0 ，矩陣4 稱(chēng)為奇異矩陣，式( 2 5 ) 無(wú)解。機(jī)構(gòu)速度矩陣d e h - 0 時(shí)稱(chēng)為奇異型或奇異形位，此時(shí)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定。若曲柄為主動(dòng)構(gòu)件，則一級(jí)坐標(biāo)為昵，二級(jí)坐標(biāo)為吧，s ，約束方程組為仨茹囂囂二小n - - a 2 $ 1 1 1 妒2 9 0 s 中2 。1 0 】i q s i n 竹+ 2 s i l l 仍- o“l(fā) 口2i大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文a - 如d圖4 2 嘲h 9 4 , 2著機(jī)構(gòu)處于曲柄與連桿共線(xiàn)位置如上圖所示，則吼- 仍一0 ，此時(shí)d e h _ 0 ，機(jī)構(gòu)并不屬于奇異型，因此得出的結(jié)論為：從數(shù)學(xué)分析的角度來(lái)看鰒柄滑塊機(jī)構(gòu)具有穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)特性，可以做為方案中船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置的主要運(yùn)動(dòng)構(gòu)件。如果主動(dòng)件為滑塊，則一級(jí)坐標(biāo)為s ，二級(jí)坐標(biāo)為硯及訖，扣l 囂“a 2 囂li4 l c o s 吼s 吼i則當(dāng)張一仍一0 時(shí)，d e 糾一0 ，此時(shí)機(jī)構(gòu)屬于奇異形位，此種情況下機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定 5 1 。4 ，2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的模擬考慮列現(xiàn)有機(jī)架形式，以及空間大小等外界環(huán)境因素的影響，方案選擇偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)做為船模運(yùn)動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，為確定控制與船模接觸的兩支桿的滑塊在垂直或水平方向上的運(yùn)動(dòng)特性，現(xiàn)假設(shè)下面機(jī)構(gòu)圖中曲柄長(zhǎng)度r = 2 5 0 m m 。連抒l = 1 0 0 0 m m ，偏置距離e 巧0 m m ，主動(dòng)構(gòu)件曲柄與水平方向的夾角為口，角速度。，= 1 ，角加速度e 。= o 。趴少i ，：l一圖4 3 偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)嗍f i g4 3c r a n k - s f i pb 1 0 c kf r m e w o aw i t ho f f t船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置可行性方案分析與設(shè)計(jì)令；a ；旦k ；則滑塊的位移、速度、加速度與曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系表達(dá)式分別為： ，陪扣) 峨1 觸 叫”一r q ( 血吼+ 丟肌血2 0 + 膳伽q )口。一一r ；( o o s 島+ a c o s 2 b 一斌s i n 0 1 )下面使用m a t l a b 軟件對(duì)滑塊c 的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行模擬，擺動(dòng)幅度即曲柄半徑分別取0 5 m m 、1 0 r a m 、2 0 m m 、5 0 m m 、1 0 0 r a m 、1 5 0 r a m 和2 0 0 r a m ，如圖4 4 _ - 4 6 所示。圖4 4 曲柄轉(zhuǎn)角滑塊位移關(guān)系曲線(xiàn)f i g4 4c u i v eo fr e l a t i o nb e t w e e nc r a n ka n g l ea n ds l i pb l o c kd i s p l a c e m e n tti*t2，大勰工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文圖4 5 曲柄轉(zhuǎn)角滑塊速度關(guān)系曲線(xiàn)f i 9 4 5 c u r v e o f r e l a t i o n b e t w e e n c r a n k a n g l ea n d s a p b l o c k v e l o c i t ya 晴d n d 圖4 6 曲柄轉(zhuǎn)角滑塊加速度關(guān)系曲線(xiàn)f i g4 6c u r v eo fr e l a t i o nb e t w e e nc r a n ka n g l ea n ds l i pb l o c ka c c e l e r a t i o n從圖4 4 - - 4 6 中可以看出，在此機(jī)構(gòu)中，滑塊延滑軌的位移、速度、加速度都具有嚴(yán)格的對(duì)稱(chēng)性，并且在拐點(diǎn)處過(guò)渡圓滑，即可認(rèn)為在整個(gè)運(yùn)動(dòng)周期不存在急回現(xiàn)象。說(shuō)明該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，滑塊在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中不受到或受到較小的慣性力作用( 由于慣性載荷會(huì)對(duì)機(jī)構(gòu)造成損害，因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免或減小) 。4 3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)路徑及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置可行性方案分析與設(shè)計(jì)圖4 7 ) 【- y _ z 運(yùn)動(dòng)路徑設(shè)計(jì)圖f i g4 7p l a no f x - y - zp a t h s此方案采用與方案一同樣的運(yùn)動(dòng)模式，如圖4 7 所示，即要求船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置可以提供橫向、縱向，以及垂向的運(yùn)動(dòng)路徑，不同之處在于橫向，以及垂向的運(yùn)動(dòng)是靠曲柄滑塊機(jī)構(gòu)做為執(zhí)行機(jī)械來(lái)實(shí)現(xiàn)的，下面將從縱向、橫向、垂向運(yùn)動(dòng)路徑，以及連接方式幾個(gè)方面加以詳細(xì)說(shuō)明。4 3 1 縱向運(yùn)動(dòng)路徑及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖4 , 8 縱向運(yùn)動(dòng)構(gòu)架圖4 9 縱向軌道設(shè)計(jì)圖f i 9 4 8 f r a m e w o r k o f l o n g i t u d i n a l m o t i o nf i g , * 9 p l a n o f l o n g i t u d i n a l o r b i t大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文縱向結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是在原有紅色支架的兩側(cè)用螺栓固定縱向布置的平行導(dǎo)軌，如上圖所示，使得橫向放置的橫向?qū)к壙梢愿鶕?jù)試驗(yàn)要求，以及船模的放置情況，在縱向軌道內(nèi)自由滑動(dòng)( 可以由絲杠傳動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)完成) 。4 3 2 橫向運(yùn)動(dòng)路徑及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖4 1 0 縱向與橫向運(yùn)動(dòng)組合f i g4 1 0c o m b i a a t i o ao f l o n g i t u d i n a la n dt r a m v e r s em o t i o n船模的橫向運(yùn)動(dòng)由鑲嵌在橫向軌道槽內(nèi)的“工”形滑塊來(lái)帶動(dòng)，滑塊做為圖4 1 0 中動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)輸出構(gòu)件，將圓盤(pán)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)幅度可以通過(guò)調(diào)整從動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)與主動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)之間的偏心距來(lái)實(shí)現(xiàn)，并由電機(jī)配合減速器提供適當(dāng)?shù)妮敵鲛D(zhuǎn)矩。船模強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)裝置可行性方案分析與設(shè)計(jì)圖4 1 1 橫向運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)件設(shè)計(jì)示意圖f i g4 1 1p l a no f t r a n s v e r a eo r b i t將橫向運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中橫向?qū)к?、“l(fā) ”形滑塊、連桿、從動(dòng)輪，以及主動(dòng)輪的三維模型圖轉(zhuǎn)換成工程圖紙，做為后期加工設(shè)計(jì)的參考，如圖4 1 1 所示。4 3 3 垂向運(yùn)動(dòng)路徑及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文圖4 1 2 垂向運(yùn)動(dòng)構(gòu)架爆炸視圖f 恁4 1 2d i s a s s e m b l yp l a no fv e r t i c a lm o v i