機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)—直升機(jī)變槳距結(jié)構(gòu)

1、一、選題：直升機(jī)變槳距機(jī)構(gòu)二、應(yīng)用背景直升機(jī)是以航空發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋翼旋轉(zhuǎn)作為升力和推進(jìn)力來(lái)源，能在大氣中垂直起落及懸停并能進(jìn)行前、后飛、定點(diǎn)回轉(zhuǎn)等可控飛行的重于空氣的航空器。直升機(jī)的突出特點(diǎn)是可以做低空(離地面數(shù)米)、低速(從懸停開始)和機(jī)頭方向不變的機(jī)動(dòng)飛行，特別是可在小面積場(chǎng)地垂直起降。由于這些特點(diǎn)使其具有廣闊的用途及發(fā)展前景。在軍用方面已廣泛應(yīng)用于對(duì)地攻擊、機(jī)降登陸、武器運(yùn)送、后勤支援、戰(zhàn)場(chǎng)救護(hù)、偵察巡邏、指揮控制、通信聯(lián)絡(luò)、反潛掃雷、電子對(duì)抗等。在民用方面應(yīng)用于短途運(yùn)輸、醫(yī)療救護(hù)、救災(zāi)救生、緊急營(yíng)救、吊裝設(shè)備、地質(zhì)勘探、護(hù)林滅火、空中攝影等。海上油井與基地間的人員及物資運(yùn)輸是民用的一個(gè)重

2、要方面。直升機(jī)的這些突出特點(diǎn)很大程度上取決于旋翼和尾槳槳距的變化。調(diào)節(jié)旋翼槳距的大小可改變升力，旋翼槳距增大，升力隨之增大，反之減?。徽{(diào)節(jié)尾槳槳距的大小可使由它產(chǎn)生的推力變大或變小，以此來(lái)控制直升機(jī)機(jī)頭的轉(zhuǎn)向。三、主要設(shè)計(jì)要求通過(guò)調(diào)節(jié)操縱桿，改變槳距的大小。各個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，不發(fā)生相互干擾，傳動(dòng)具有較高的的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，力學(xué)性能穩(wěn)定，不產(chǎn)生大的沖擊。四、設(shè)計(jì)方案匯總及評(píng)價(jià)連桿機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副為面接觸，接觸面壓強(qiáng)小，因而承載能力大，此外連桿機(jī)構(gòu)制造簡(jiǎn)單，可以設(shè)計(jì)出各種巧妙的機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)多種動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。直升機(jī)變槳距機(jī)構(gòu)中，所需的承載能力比較大，因此，采用了較多的連桿機(jī)構(gòu)。采用雙搖桿或搖桿滑塊

3、機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)槳距的調(diào)節(jié)，采用連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)較大的機(jī)械增益。綜和上述要求，共設(shè)計(jì)出四個(gè)方案，如下所示：方案一方案二方案三方案四方案評(píng)價(jià)：方案一的圓柱凸輪同時(shí)作為環(huán)狀滑塊，在主軸外滑動(dòng)，機(jī)構(gòu)較為靈巧，機(jī)構(gòu)緊湊，但凸輪易磨損，長(zhǎng)時(shí)間使用容易運(yùn)動(dòng)不順暢，而且制作難度大，成本高；方案二的連桿直接與滑塊鉸接，可實(shí)現(xiàn)同樣的功能，結(jié)構(gòu)緊湊，但易與其他構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生干擾；方案三的滑塊不與主軸接觸，不和其他構(gòu)件發(fā)生干擾，結(jié)構(gòu)比較松散，不容易使每個(gè)槳葉的控制對(duì)稱傳動(dòng)的穩(wěn)定性不強(qiáng)；方案四采用了兩個(gè)滑塊，能和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的前提下，避免了不同構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)干擾，傳動(dòng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性較高，制造簡(jiǎn)單，成本低，但構(gòu)件較多。綜合考慮，選擇方

4、案四最為最終的方案，方案四和其他方案相比，雖然構(gòu)件較多，但都不難制造，而且性能相對(duì)比較好。五、運(yùn)動(dòng)分析1.建立坐標(biāo)系如下圖所示2.程序設(shè)計(jì)框圖開始輸入已知數(shù)據(jù)用RRP雙桿組運(yùn)動(dòng)分析計(jì)算c點(diǎn)的位移、速度、加速度用單桿件運(yùn)動(dòng)分析計(jì)算b點(diǎn)的位移、速度、加速度用單桿件運(yùn)動(dòng)分析計(jì)算b點(diǎn)的位移、速度、加速度用RRR雙桿組運(yùn)動(dòng)分析計(jì)算f點(diǎn)的位移、速度，桿fg轉(zhuǎn)角>=80?>=1度輸出運(yùn)算結(jié)果結(jié)束3.程序% =初始化clcclear allclose all%=桿組1計(jì)算%變量賦值format longpha1=;x_o=0;y_o=0;l_ob=300;w1=10;運(yùn)動(dòng)方程disp('桿

5、1的位置、速度、加速度')for i=1:1:90 pha1(i)=(50+i/3)*pi/180; x_b(i)=x_o+l_ob*cos(pha1(i); y_b(i)=y_o+l_ob*sin(pha1(i); v_bx(i)=-w1*l_ob*sin(pha1(i); v_by(i)=w1*l_ob*cos(pha1(i); a_bx(i)=-w12*l_ob*cos(pha1(i); a_by(i)=-w12*l_ob*sin(pha1(i);%=桿組2計(jì)算%變量賦值l_bc=1000;y_p=0;x_p=-200;pha3=90*pi/180;disp('桿組2的位

6、置、速度、加速度')%位移方程e=2*(x_p-x_b(i)*cos(pha3)+(y_p-y_b(i)*sin(pha3);f=(x_p-x_b(i)2+(y_p-y_b(i)2-l_bc2;s_r=abs(-e+(e2-4*f)0.5)/2;x_c(i)=x_p+s_r*cos(pha3);y_c(i)=y_p+s_r*sin(pha3);pha2=atan(y_c(i)-y_b(i)/(x_c(i)-x_b(i);%速度方程e1=-v_bx(i);f1=-v_by(i);w2=(-e1*sin(pha3)+f1*cos(pha3)/(l_bc*sin(pha2)*sin(pha3

7、)+l_bc*cos(pha2)*cos(pha3);v_cx(i)=v_bx(i)-l_bc*w2*sin(pha2);v_cy(i)=v_by(i)+l_bc*w2*cos(pha2);%加速度方程e2=-a_bx(i)+l_bc*w22*cos(pha2);f2=-a_by(i)+l_bc*w22*sin(pha2);ksy2=(-e2*sin(pha3)+f2*cos(pha3)/(l_bc*(sin(pha2)*sin(pha3)+cos(pha2)*cos(pha3);a_cx(i)=a_bx(i)-w22*l_bc*cos(pha2)-ksy2*l_bc*sin(pha2);a_

8、cy(i)=a_by(i)-w22*l_bc*sin(pha2)+ksy2*l_bc*cos(pha2);%=桿組3的計(jì)算%變量賦值x_d=-350;y_d(i)=y_c(i)+50;x_e=-200;y_e(i)=y_d(i)+175;l_ef=1500;x_g=-250;y_g=1500;l_gf=100;v_gx=0;v_gy=0;v_ex(i)=v_cx(i);v_ey(i)=v_cy(i);disp('桿組3的位移、速度、加速度 ')%位移方程d=(x_g-x_e)2+(y_g-y_e(i)2)0.5;det=atan(y_g-y_e(i)/(x_g-x_e);gam

9、a=acos(d2-l_gf2+l_ef2)/(2*d*l_ef);pha4=det+gama;x_f(i)=x_e+l_ef*cos(pha4);y_f(i)=y_e(i)+l_ef*sin(pha4);pha5(i)=atan(y_f(i)-y_g)/(x_f(i)-x_g);%速度方程w4=(v_gx-v_ex(i)*(x_f(i)-x_g)+(v_gy-v_ey(i)*(y_f(i)-y_g)/(y_f(i)-y_g)*(x_f(i)-x_e)-(y_f(i)-y_e(i);w5=(v_gx-v_ex(i)*(x_f(i)-x_e)+(v_gy-v_ey(i)*(y_f(i)-y_e(

10、i)/(y_f(i)-y_g)*(x_f(i)-x_e)-(y_f(i)-y_e(i);v_fx(i)=v_ex(i)-w4*(y_f(i)-y_e(i);v_fy(i)=v_ey(i)+w4*(y_f(i)-y_e(i);end%*運(yùn)動(dòng)曲線輸出figure(1)plot(x_b,y_b, 'LineWidth',2)title('b點(diǎn)位移曲線')xlabel('x(mm)')ylabel('y(mm)') figure(2)plot(pha1,v_bx,'r', 'LineWidth',2)hol

11、d onplot(pha1,v_by,'*')title('b點(diǎn)速度曲線')xlabel('pha(rad)')ylabel('v(mm/s)') figure(3)plot(pha1,a_bx,'r', 'LineWidth',2)hold onplot(pha1,a_by,'*')title('b點(diǎn)加速度曲線')xlabel('pha(rad)')ylabel('a(mm/s2)') figure(4)plot(x_c,y_c, &

12、#39;LineWidth',2)title('c點(diǎn)位移曲線')xlabel('x(mm)')ylabel('y(mm)') figure(5)plot(pha1,v_cx,'r', 'LineWidth',2')hold onplot(pha1,v_cy,'*')title('c點(diǎn)速度曲線')xlabel('pha(rad)')ylabel('v(mm/s)') figure(6)plot(pha1,a_cx ,'r'

13、, 'LineWidth',2)hold onplot(pha1,a_cy,'*')title('c點(diǎn)加速度曲線')xlabel('pha(rad)')ylabel('a(mm/s2)') figure(7)plot(x_f,y_f, 'LineWidth',2)title('f點(diǎn)位移曲線')xlabel('x(mm)')ylabel('y(mm)') figure(8)plot(pha1,v_fx,'r', 'LineWidt

14、h',2)hold onplot(pha1,v_fy,'*')title('f點(diǎn)速度曲線')xlabel('pha(rad)')ylabel('v(mm/s)') figure(9)plot(pha1*180/pi,pha5*180/pi ,'r', 'LineWidth',2)title('桿fg的轉(zhuǎn)角曲線')xlabel('pha(rad)')ylabel('pha(rad)')4.運(yùn)動(dòng)曲線（第28個(gè)曲線圖中紅色為x軸方向，藍(lán)色為y軸方向）

15、b點(diǎn)位移曲線b點(diǎn)速度曲線b點(diǎn)加速度曲線C點(diǎn)位移曲線C點(diǎn)速度曲線C點(diǎn)加速度曲線f點(diǎn)位移曲線F點(diǎn)速度曲線桿fg轉(zhuǎn)角曲線桿fg的轉(zhuǎn)角曲線與槳葉的轉(zhuǎn)角曲線相同。六、運(yùn)動(dòng)仿真用Inventor 2010軟件進(jìn)行造型，仿真七、體會(huì)在半個(gè)學(xué)期的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)中，遇到過(guò)難題，也學(xué)到了很多東西。在選題方面，從纏線器的繞線機(jī)構(gòu)、飛機(jī)起落架，健身平步機(jī)、直升機(jī)變槳距機(jī)構(gòu)這四個(gè)題目中最終選擇了直升機(jī)變槳距機(jī)構(gòu)，這個(gè)題目在現(xiàn)實(shí)生活中不常見，幾乎沒(méi)有人課程設(shè)計(jì)做過(guò)這個(gè)題目，題目比較新，可以參考的資料不多，挑戰(zhàn)很大。選擇這個(gè)題目，雖然最終做出的方案和常見的題目相比，會(huì)有所欠缺，成績(jī)也可能會(huì)低，但無(wú)論什么，都有一個(gè)“從無(wú)到

16、有，從有到精”的過(guò)程，重復(fù)那些很多人做過(guò)的題目會(huì)輕松，簡(jiǎn)單一些，但視野不容易有拓寬。選擇直升機(jī)變槳距機(jī)構(gòu)，是一個(gè)新的嘗試，可能會(huì)失敗，不過(guò)，全力去挑戰(zhàn)一個(gè)新的事物的過(guò)程中，學(xué)到的會(huì)更多。在設(shè)計(jì)方面，由于很多資料屬于軍方資料，學(xué)校新試用的軍方資料數(shù)據(jù)庫(kù)一直進(jìn)不去，很多資料沒(méi)有查到，數(shù)據(jù)是自己給出的，與實(shí)際情況不相符，沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。這是課程設(shè)計(jì)中自己最遺憾的地方。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，遇到了很多困難，一方面自己積極思考，努力做好力所能及的事情；另一方面，對(duì)超出自己能力范圍的事情，尋求了他人的幫助，一起討論，在這個(gè)過(guò)程中，鍛煉了自己與他人的合作能力，更從別人身上學(xué)到了很多東西。在此，特別感謝賀偉學(xué)長(zhǎng)的指導(dǎo)，路博學(xué)長(zhǎng)對(duì)仿真視頻的處理的幫助。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，將理論知識(shí)聯(lián)系實(shí)際，提高了設(shè)