機械原理課程設計—直升機變槳距結構

1、<p><b>　　一、選題：</b></p><p><b>　　直升機變槳距機構</b></p><p><b>　　二、應用背景</b></p><p>　　直升機是以航空發(fā)動機驅動旋翼旋轉作為升力和推進力來源，能在大氣中垂直起落及懸停并能進行前、后飛、定點回轉等可控飛行的重于空氣的航

2、空器。</p><p>　　直升機的突出特點是可以做低空(離地面數(shù)米)、低速(從懸停開始)和機頭方向不變的機動飛行，特別是可在小面積場地垂直起降。由于這些特點使其具有廣闊的用途及發(fā)展前景。在軍用方面已廣泛應用于對地攻擊、機降登陸、武器運送、后勤支援、戰(zhàn)場救護、偵察巡邏、指揮控制、通信聯(lián)絡、反潛掃雷、電子對抗等。在民用方面應用于短途運輸、醫(yī)療救護、救災救生、緊急營救、吊裝設備、地質勘探、護林滅火、空中攝影等。海上油

3、井與基地間的人員及物資運輸是民用的一個重要方面。</p><p>　　直升機的這些突出特點很大程度上取決于旋翼和尾槳槳距的變化。調節(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??；調節(jié)尾槳槳距的大小可使由它產生的推力變大或變小，以此來控制直升機機頭的轉向。</p><p><b>　　三、主要設計要求</b></p><p>　

4、　通過調節(jié)操縱桿，改變槳距的大小。各個構件的運動過程中，不發(fā)生相互干擾，傳動具有較高的的穩(wěn)定性和準確性，力學性能穩(wěn)定，不產生大的沖擊。</p><p>　　四、設計方案匯總及評價</p><p>　　連桿機構中的運動副為面接觸，接觸面壓強小，因而承載能力大，此外連桿機構制造簡單，可以設計出各種巧妙的機構來實現(xiàn)多種動作和運動規(guī)律。直升機變槳距機構中，所需的承載能力比較大，因此，采用了較多的連

5、桿機構。采用雙搖桿或搖桿滑塊機構實現(xiàn)槳距的調節(jié)，采用連桿機構實現(xiàn)較大的機械增益。</p><p>　　綜和上述要求，共設計出四個方案，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>　　方案評價：方案一的圓柱凸輪同時作為環(huán)狀滑塊，在主軸外滑動，機構較為靈巧，機構緊湊，但凸輪易磨損，長時間使用容易運動不順暢，而且制作難度大，成本高；方案二的連桿直接與滑塊鉸接，可實現(xiàn)同樣的功能，結構緊湊，但易與其他構件的運動產生干擾；方案三的滑塊不與主軸接觸，不和其他構件發(fā)生干擾，結構比較松散，不容易使每個

7、槳葉的控制對稱傳動的穩(wěn)定性不強；方案四采用了兩個滑塊，能和運動規(guī)律的前提下，避免了不同構件間的運動干擾，傳動的穩(wěn)定性和準確性較高，制造簡單，成本低，但構件較多。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，雖然構件較多，但都不難制造，而且性能相對比較好。</p><p><b>　　五、運動分析</b></p><p>　　1.建立坐標系如下圖所示<

8、/p><p><b>　　2.程序設計框圖</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>　　運動方程</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>　　%*******************************運動曲線輸出</p><p><

28、;b>　　figure(1)</b></p><p>　　plot(x_b,y_b, 'LineWidth',2)</p><p>　　title('b點位移曲線')</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點速度曲線')</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點加速度曲線')</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點位移曲線')</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點速度曲線')</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點加速度曲線')</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點位移曲線')</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點速度曲線')</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的轉角曲線')</p><p>　　xlabel('pha(rad)')</p><p>　　ylabel('pha(rad)')</p>&

41、lt;p>　　4.運動曲線（第2~8個曲線圖中紅色為x軸方向，藍色為y軸方向）</p><p><b>　　b點位移曲線</b></p><p><b>　　b點速度曲線</b></p><p><b>　　b點加速度曲線</b></p><p><b>　　C

42、點位移曲線</b></p><p><b>　　C點速度曲線</b></p><p><b>　　C點加速度曲線</b></p><p><b>　　f點位移曲線</b></p><p><b>　　F點速度曲線</b></p>

43、<p><b>　　桿fg轉角曲線</b></p><p>　　桿fg的轉角曲線與槳葉的轉角曲線相同。</p><p><b>　　六、運動仿真</b></p><p>　　用Inventor 2010軟件進行造型，仿真</p><p><b>　　七、體會</b>&

44、lt;/p><p>　　在半個學期的機械原理課程設計中，遇到過難題，也學到了很多東西。</p><p>　　在選題方面，從纏線器的繞線機構、飛機起落架，健身平步機、直升機變槳距機構這四個題目中最終選擇了直升機變槳距機構，這個題目在現(xiàn)實生活中不常見，幾乎沒有人課程設計做過這個題目，題目比較新，可以參考的資料不多，挑戰(zhàn)很大。選擇這個題目，雖然最終做出的方案和常見的題目相比，會有所欠缺，成績也可能會

45、低，但無論什么，都有一個“從無到有，從有到精”的過程，重復那些很多人做過的題目會輕松，簡單一些，但視野不容易有拓寬。選擇直升機變槳距機構，是一個新的嘗試，可能會失敗，不過，全力去挑戰(zhàn)一個新的事物的過程中，學到的會更多。</p><p>　　在設計方面，由于很多資料屬于軍方資料，學校新試用的軍方資料數(shù)據(jù)庫一直進不去，很多資料沒有查到，數(shù)據(jù)是自己給出的，與實際情況不相符，沒有實際應用價值。這是課程設計中自己最遺憾的地

46、方。在設計過程中，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，在這個過程中，鍛煉了自己與他人的合作能力，更從別人身上學到了很多東西。在此，特別感謝賀偉學長的指導，路博學長對仿真視頻的處理的幫助。</p><p>　　在整個課程設計過程中，將理論知識聯(lián)系實際，提高了設計思考的能力、拓寬了思考問題的方向。從遇到問題、解決問題的過程中更深入

47、的理解了理論知識，更正了一些學習過程中的錯誤理解。</p><p>　　除此之外，由于課程設計的需要，學習了MatLab、CAXA、Inventor這三個自己一直想學，但一直沒學的軟件。雖然每個軟件都只會很少的一些操作，但激起了學習這些軟件的興趣，尤其是MatLab，可以編寫出各種曲線，能當成游戲玩。</p><p>　　寫下這些課程設計體會的時候，距離答辯還有四個小時。此次的課程設計對我