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弹性元件参数优化对扑翼机构转速波动影响研究

张博利 刘新杰 王昊 张威

张博利, 刘新杰, 王昊, 张威. 弹性元件参数优化对扑翼机构转速波动影响研究[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(5): 801-807. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200311
引用本文: 张博利, 刘新杰, 王昊, 张威. 弹性元件参数优化对扑翼机构转速波动影响研究[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(5): 801-807. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200311
ZHANG Boli, LIU Xinjie, WANG Hao, ZHANG Wei. Influence of Elastic Element Parameters Optimization on Flapping Wing Transmission Mechanism[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(5): 801-807. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200311
Citation: ZHANG Boli, LIU Xinjie, WANG Hao, ZHANG Wei. Influence of Elastic Element Parameters Optimization on Flapping Wing Transmission Mechanism[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(5): 801-807. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200311

弹性元件参数优化对扑翼机构转速波动影响研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200311
基金项目: 

国家自然科学基金民航联合基金项目 U2033208

详细信息
    作者简介:

    张博利(1980-), 实验师, 硕士, 研究方向机械电子工程, blzhang@cauc.edu.cn

    通讯作者:

    张威, 教授, 硕士生导师, weizhang@cauc.edu.cn

  • 中图分类号: TG156

Influence of Elastic Element Parameters Optimization on Flapping Wing Transmission Mechanism

  • 摘要: 以特拉华大学机械系统实验室所研制的样机模型进行建模,该模型传动机构采用曲柄摇杆机构。传动机构在运转的过程中,翅翼会在气动力和惯性力作用下产生周期性波动,导致电机转速波动增大,影响机构的平稳运行,产生振动和噪声。在仿真试验中引入弹簧元件,可有效降低电机转速波动,利用正交试验设计方法对影响电机转速波动的影响因素进行极差分析,得出弹簧的连接点位置是主要因素,弹簧的刚度系数是次要因素,弹簧原长影响最小。搭建了物理实验平台,验证了仿真结果和正交试验设计方法的正确性。
  • 图  1  单曲柄双摇杆机构

    图  2  右侧曲柄摇杆机构

    图  3  电机转速变化曲线

    图  4  电机转速最优变化曲线

    图  5  电机转速变化预测曲线

    图  6  曲柄摇杆机构实验平台

    图  7  第1组电机转速变化曲线

    图  8  第2组电机转速变化曲线

    表  1  传动机构各杆件参数设置

    参数 l1 l2 l3 l4 xR yR
    长度/mm 6 20 15 330 15 21
    质量/g 0.25 0.5 0.25 2.5 - -
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    表  2  电机的相关参数

    电源电压/V 电枢电阻/Ω 导体数量 单级磁通/Wb 比例系数
    6 20 15 330 1
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    表  3  电机转速峰值对照表

    连接点位置r/mm 弹簧原长l/mm 弹簧刚度k/(N·mm-1) 最小转速/(r·min-1) 最大转速/(r·min-1) 速度/(r·min-1)
    无弹簧 无弹簧 无弹簧 239.967 3 240.038 2 0.070 9
    r1=49 l1=69 k1=0.9 239.991 6 240.015 6 0.024
    r1=49 l2=70 k2=1.0 239.987 2 240.012 5 0.025 3
    r1=49 l3=71 k3=1.1 239.985 6 240.014 7 0.029 1
    r1=49 l4=72 k4=1.2 239.975 4 240.021 9 0.046 5
    r2=50 l1=69 k2=1.0 239.990 9 240.009 7 0.018 8
    r2=50 l2=70 k3=1.1 239.990 8 240.010 5 0.019 7
    r2=50 l3=71 k4=1.2 239.984 3 240.015 0.030 7
    r2=50 l4=72 k1=0.9 239.987 5 240.007 8 0.020 3
    r3=51 l1=69 k3=1.1 239.990 5 240.013 9 0.023 4
    r3=51 l2=70 k4=1.2 239.981 8 240.006 2 0.024 4
    r3=51 l3=71 k1=0.9 239.984 7 240.006 8 0.022 1
    r3=51 l4=72 k2=1.0 239.991 7 240.012 2 0.020 5
    r4=52 l1=69 k4=1.2 239.990 3 240.011 8 0.021 5
    r4=52 l2=70 k1=0.9 239.985 240.013 3 0.028 3
    r4=52 l3=71 k2=1.0 239.978 8 240.011 6 0.032 8
    r4=52 l4=72 k3=1.1 239.986 9 240.009 0.022 1
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    表  4  电机转速峰值数据分析

    名称 r/mm l/mm k/(N·mm-1)
    T1 0.124 9 0.087 7 0.094 7
    T2 0.089 5 0.097 7 0.097 4
    T3 0.090 4 0.114 7 0.094 3
    T4 0.104 7 0.109 4 0.123 1
    t1 0.031 225 0.021 925 0.023 675
    t2 0.022 375 0.024 425 0.024 35
    t3 0.022 6 0.028 675 0.023 575
    t4 0.026 175 0.027 35 0.030 775
    Y 0.008 85 0.006 75 0.007 1
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    表  5  实验平台机构参数 mm

    l1 l2 l3 l4 xR yR
    50.0 70.0 120.0 630.0 70.0 235.0
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    表  6  5GN-3K电机参数

    功率/W 电压/V 电流/A 转速/(r·min-1)
    120 220 1.2 90~1 350
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    表  7  HCNJ-101扭矩传感器参数

    电压/V 量程/(N·m) 转矩精度 绝缘电阻/MΩ
    24 0±10 ±25% ≥200
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    表  8  第1组电机转速变化数据

    连接点位置/mm 弹簧长度/mm 转速/(r·min-1)
    - 无弹簧 7
    105 235 20
    135 240 5
    160 245 17
    185 250 14
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    表  9  第2组电机转速变化数据

    连接点位置/mm 弹簧长度/mm 转速/(r·min-1)
    - 无弹簧 7
    105 235 12
    135 240 6
    160 245 11
    185 250 14
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-08-15
  • 刊出日期:  2021-05-01

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