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

1、<p><b>　　一、選題：</b></p><p><b>　　直升機(jī)變槳距機(jī)構(gòu)</b></p><p><b>　　二、應(yīng)用背景</b></p><p>　　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

2、空器。</p><p>　　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(kāi)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

3、井與基地間的人員及物資運(yùn)輸是民用的一個(gè)重要方面。</p><p>　　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，反之減小；調(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。</p><p><b>　　三、主要設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　

4、　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。</p><p>　　四、設(shè)計(jì)方案匯總及評(píng)價(jià)</p><p>　　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

5、桿機(jī)構(gòu)。采用雙搖桿或搖桿滑塊機(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。</p><p>　　綜和上述要求，共設(shè)計(jì)出四個(gè)方案，如下所示：</p><p><b>　　方案一</b></p><p><b>　　方案二</b></p><p><b>　　方案三</b>&

6、lt;/p><p><b>　　方案四</b></p><p>　　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)

7、槳葉的控制對(duì)稱(chēng)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。</p><p><b>　　五、運(yùn)動(dòng)分析</b></p><p>　　1.建立坐標(biāo)系如下圖所示<

8、/p><p><b>　　2.程序設(shè)計(jì)框圖</b></p><p><b>　　φ>=80?</b></p><p><b>　　3.程序</b></p><p>　　% ============================初始化</p><p>

9、<b>　　clc</b></p><p><b>　　clear all</b></p><p><b>　　close all</b></p><p>　　%============================桿組1計(jì)算</p><p><b>　　%變量賦值

10、</b></p><p>　　format long</p><p><b>　　pha1=[];</b></p><p><b>　　x_o=0;</b></p><p><b>　　y_o=0;</b></p><p><b>

11、　　l_ob=300;</b></p><p><b>　　w1=10;</b></p><p><b>　　運(yùn)動(dòng)方程</b></p><p>　　disp('桿1的位置、速度、加速度')</p><p>　　for i=1:1:90</p><p&g

12、t;　　pha1(i)=(50+i/3)*pi/180;</p><p>　　x_b(i)=x_o+l_ob*cos(pha1(i)); </p><p>　　y_b(i)=y_o+l_ob*sin(pha1(i));</p><p>　　v_bx(i)=-w1*l_ob*sin(pha1(i)); </p><p>　　v_by(i

13、)=w1*l_ob*cos(pha1(i));</p><p>　　a_bx(i)=-w1^2*l_ob*cos(pha1(i)); </p><p>　　a_by(i)=-w1^2*l_ob*sin(pha1(i));</p><p>　　%============================桿組2計(jì)算</p><p><b&g

14、t;　　%變量賦值</b></p><p>　　l_bc=1000;</p><p><b>　　y_p=0;</b></p><p><b>　　x_p=-200;</b></p><p>　　pha3=90*pi/180;</p><p>　　disp(

15、9;桿組2的位置、速度、加速度')</p><p><b>　　%位移方程</b></p><p>　　e=2*((x_p-x_b(i))*cos(pha3)+(y_p-y_b(i))*sin(pha3));</p><p>　　f=(x_p-x_b(i))^2+(y_p-y_b(i))^2-l_bc^2;</p><

16、;p>　　s_r=abs(-e+(e^2-4*f)^0.5)/2;</p><p>　　x_c(i)=x_p+s_r*cos(pha3);</p><p>　　y_c(i)=y_p+s_r*sin(pha3);</p><p>　　pha2=atan((y_c(i)-y_b(i))/(x_c(i)-x_b(i)));</p><p>&

17、lt;b>　　%速度方程</b></p><p>　　e1=-v_bx(i);</p><p>　　f1=-v_by(i);</p><p>　　w2=(-e1*sin(pha3)+f1*cos(pha3))/(l_bc*sin(pha2)*sin(pha3)+l_bc*cos(pha2)*cos(pha3));</p><p&

18、gt;　　v_cx(i)=v_bx(i)-l_bc*w2*sin(pha2);</p><p>　　v_cy(i)=v_by(i)+l_bc*w2*cos(pha2);</p><p><b>　　%加速度方程</b></p><p>　　e2=-a_bx(i)+l_bc*w2^2*cos(pha2);</p><p>

19、　　f2=-a_by(i)+l_bc*w2^2*sin(pha2);</p><p>　　ksy2=(-e2*sin(pha3)+f2*cos(pha3))/(l_bc*(sin(pha2)*sin(pha3)+cos(pha2)*cos(pha3)));</p><p>　　a_cx(i)=a_bx(i)-w2^2*l_bc*cos(pha2)-ksy2*l_bc*sin(pha2);&

20、lt;/p><p>　　a_cy(i)=a_by(i)-w2^2*l_bc*sin(pha2)+ksy2*l_bc*cos(pha2);</p><p>　　%============================桿組3的計(jì)算</p><p><b>　　%變量賦值</b></p><p><b>　　x_d=-

21、350;</b></p><p>　　y_d(i)=y_c(i)+50;</p><p><b>　　x_e=-200;</b></p><p>　　y_e(i)=y_d(i)+175;</p><p>　　l_ef=1500;</p><p><b>　　x_g=-250;

22、</b></p><p><b>　　y_g=1500;</b></p><p><b>　　l_gf=100;</b></p><p><b>　　v_gx=0;</b></p><p><b>　　v_gy=0;</b></p>

23、<p>　　v_ex(i)=v_cx(i);</p><p>　　v_ey(i)=v_cy(i);</p><p>　　disp('桿組3的位移、速度、加速度 ')</p><p><b>　　%位移方程</b></p><p>　　d=((x_g-x_e)^2+(y_g-y_e(i))^2

24、)^0.5;</p><p>　　det=atan((y_g-y_e(i))/(x_g-x_e));</p><p>　　gama=acos((d^2-l_gf^2+l_ef^2)/(2*d*l_ef));</p><p>　　pha4=det+gama;</p><p>　　x_f(i)=x_e+l_ef*cos(pha4);</p&

25、gt;<p>　　y_f(i)=y_e(i)+l_ef*sin(pha4);</p><p>　　pha5(i)=atan((y_f(i)-y_g)/(x_f(i)-x_g));</p><p><b>　　%速度方程</b></p><p>　　w4=((v_gx-v_ex(i))*(x_f(i)-x_g)+(v_gy-v_ey

26、(i))*(y_f(i)-y_g))/((y_f(i)-y_g)*(x_f(i)-x_e)-(y_f(i)-y_e(i)));</p><p>　　w5=((v_gx-v_ex(i))*(x_f(i)-x_e)+(v_gy-v_ey(i))*(y_f(i)-y_e(i)))/((y_f(i)-y_g)*(x_f(i)-x_e)-(y_f(i)-y_e(i)));</p><p>　　v_f

27、x(i)=v_ex(i)-w4*(y_f(i)-y_e(i));</p><p>　　v_fy(i)=v_ey(i)+w4*(y_f(i)-y_e(i));</p><p><b>　　end</b></p><p>　　%*******************************運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)輸出</p><p><

28、;b>　　figure(1)</b></p><p>　　plot(x_b,y_b, 'LineWidth',2)</p><p>　　title('b點(diǎn)位移曲線(xiàn)')</p><p>　　xlabel('x(mm)')</p><p>　　ylabel('y(mm)&#

29、39;)</p><p><b>　　figure(2)</b></p><p>　　plot(pha1,v_bx,'r', 'LineWidth',2)</p><p><b>　　hold on</b></p><p>　　plot(pha1,v_by,'

30、*')</p><p>　　title('b點(diǎn)速度曲線(xiàn)')</p><p>　　xlabel('pha(rad)')</p><p>　　ylabel('v(mm/s)')</p><p><b>　　figure(3)</b></p><p&g

31、t;　　plot(pha1,a_bx,'r', 'LineWidth',2)</p><p><b>　　hold on</b></p><p>　　plot(pha1,a_by,'*')</p><p>　　title('b點(diǎn)加速度曲線(xiàn)')</p><p>

32、;　　xlabel('pha(rad)')</p><p>　　ylabel('a(mm/s^2)')</p><p><b>　　figure(4)</b></p><p>　　plot(x_c,y_c, 'LineWidth',2)</p><p>　　title(&#

33、39;c點(diǎn)位移曲線(xiàn)')</p><p>　　xlabel('x(mm)')</p><p>　　ylabel('y(mm)')</p><p><b>　　figure(5)</b></p><p>　　plot(pha1,v_cx,'r', 'LineWi

34、dth',2')</p><p><b>　　hold on</b></p><p>　　plot(pha1,v_cy,'*')</p><p>　　title('c點(diǎn)速度曲線(xiàn)')</p><p>　　xlabel('pha(rad)')</p>

35、<p>　　ylabel('v(mm/s)')</p><p><b>　　figure(6)</b></p><p>　　plot(pha1,a_cx ,'r', 'LineWidth',2)</p><p><b>　　hold on</b></p&g

36、t;<p>　　plot(pha1,a_cy,'*')</p><p>　　title('c點(diǎn)加速度曲線(xiàn)')</p><p>　　xlabel('pha(rad)')</p><p>　　ylabel('a(mm/s^2)')</p><p><b>　　

37、figure(7)</b></p><p>　　plot(x_f,y_f, 'LineWidth',2)</p><p>　　title('f點(diǎn)位移曲線(xiàn)')</p><p>　　xlabel('x(mm)')</p><p>　　ylabel('y(mm)')<

38、/p><p><b>　　figure(8)</b></p><p>　　plot(pha1,v_fx,'r', 'LineWidth',2)</p><p><b>　　hold on</b></p><p>　　plot(pha1,v_fy,'*')&

39、lt;/p><p>　　title('f點(diǎn)速度曲線(xiàn)')</p><p>　　xlabel('pha(rad)')</p><p>　　ylabel('v(mm/s)')</p><p><b>　　figure(9)</b></p><p>　　plot

40、(pha1*180/pi,pha5*180/pi ,'r', 'LineWidth',2)</p><p>　　title('桿fg的轉(zhuǎn)角曲線(xiàn)')</p><p>　　xlabel('pha(rad)')</p><p>　　ylabel('pha(rad)')</p>&

41、lt;p>　　4.運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)（第2~8個(gè)曲線(xiàn)圖中紅色為x軸方向，藍(lán)色為y軸方向）</p><p><b>　　b點(diǎn)位移曲線(xiàn)</b></p><p><b>　　b點(diǎn)速度曲線(xiàn)</b></p><p><b>　　b點(diǎn)加速度曲線(xiàn)</b></p><p><b>　　C

42、點(diǎn)位移曲線(xiàn)</b></p><p><b>　　C點(diǎn)速度曲線(xiàn)</b></p><p><b>　　C點(diǎn)加速度曲線(xiàn)</b></p><p><b>　　f點(diǎn)位移曲線(xiàn)</b></p><p><b>　　F點(diǎn)速度曲線(xiàn)</b></p>

43、<p><b>　　桿fg轉(zhuǎn)角曲線(xiàn)</b></p><p>　　桿fg的轉(zhuǎn)角曲線(xiàn)與槳葉的轉(zhuǎn)角曲線(xiàn)相同。</p><p><b>　　六、運(yùn)動(dòng)仿真</b></p><p>　　用Inventor 2010軟件進(jìn)行造型，仿真</p><p><b>　　七、體會(huì)</b>&

44、lt;/p><p>　　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。</p><p>　　在選題方面，從纏線(xiàn)器的繞線(xiàn)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(jiàn)，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(jiàn)的題目相比，會(huì)有所欠缺，成績(jī)也可能會(huì)

45、低，但無(wú)論什么，都有一個(gè)“從無(wú)到有，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。</p><p>　　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

46、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。</p><p>　　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)計(jì)思考的能力、拓寬了思考問(wèn)題的方向。從遇到問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程中更深入

47、的理解了理論知識(shí)，更正了一些學(xué)習(xí)過(guò)程中的錯(cuò)誤理解。</p><p>　　除此之外，由于課程設(shè)計(jì)的需要，學(xué)習(xí)了MatLab、CAXA、Inventor這三個(gè)自己一直想學(xué)，但一直沒(méi)學(xué)的軟件。雖然每個(gè)軟件都只會(huì)很少的一些操作，但激起了學(xué)習(xí)這些軟件的興趣，尤其是MatLab，可以編寫(xiě)出各種曲線(xiàn)，能當(dāng)成游戲玩。</p><p>　　寫(xiě)下這些課程設(shè)計(jì)體會(huì)的時(shí)候，距離答辯還有四個(gè)小時(shí)。此次的課程設(shè)計(jì)對(duì)我