某型舰载机机翼折叠作动器的设计

摘要

水面舰船是国家海上作战的重要力量，而舰载机是水面舰船不可缺少的作战力量之一。舰载机的性能和数量决定了军舰的作战能力，舰艇载机量越大，实力越强。为了节省机翼占用空间，增强舰艇运载能力，舰载机的机翼需设计成可折叠式。机翼折叠作动器，也可称为机翼折叠展开机构，是折叠翼中的核心机构，其性能好坏将直接决定一个折叠系统的优劣。本课题依托于与某研究所合作项目，要求在规定尺寸、质量及载荷作用下，设计一种用于某型舰载机的机翼折叠作动器，力求重量更轻，安全可靠，运动平稳无冲击，且适于安装在舰载机内外翼之间。主要研究内容如下：　　①根据基于功能原理的方案设计的一般过程，对机翼折叠作动器进行方案设计，提出4种备选方案，并通过决策矩阵选择1种最佳方案进行后续的结构设计。　　②对机翼折叠作动器进行结构设计。对零部件进行材料选择，设计计算、校核计算；设计机构主动件、从动件运动规律；针对空间不可展结构——逆圆柱凸轮螺旋槽，基于坐标变换及共轭曲面理论进行螺旋槽廓面方程求解，并通过Matlab编程确定空间廓面坐标值；用Solidworks完成机翼折叠作动器的三维建模，验证是否满足质量要求。　　③用Adams对机翼折叠作动器进行运动学与动力学仿真，用Ansys进行应力分析。分析摩擦力对运动角位移、角速度、角加速度、末端冲击力的影响；分析运动过程中的平稳性及运动始末冲击情况；验证设计的运动规律是否满足设计要求；在给定载荷作用下，运用Ansys进行应力分析，验证机翼折叠作动器强度是否满足要求。　　本文方案设计选取了逆圆柱凸轮机构实现折叠、花键传递力矩的机翼折叠作动器方案；设计的结构三维模型质量为64.725kg，满足低于80kg的设计要求；设计的作动器长、宽、高分别为1786mm、230mm、92mm，满足尺寸要求；在计摩擦力情况下，展开角度为90°，满足设计要求90°+1°0°；从展平到上锁、解锁到折叠的总时间均为15.044s，满足不大于20s的设计要求；Adams仿真结果证明运动较为平稳，运动始末无冲击；Ansys仿真结果证明，在给定载荷作用下，机翼折叠作动器强度满足要求。

目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2.1 折叠翼国内外研究现状

1.2.2 机翼折叠作动器国内外研究现状

1.3 本文主要内容

1.4 本章小结

2 机翼折叠作动器方案设计

2.1 方案设计的一般过程分析

2.2.1 设计要求

2.2.2 总功能分析与分解

2.2.3 功能元求解

2.2.4 原理解组合

2.3 机翼折叠作动器方案评价与决策

2.4 本章小结

3 机翼折叠作动器结构设计

3.1 尺寸与重量要求

3.2 各零件材料选择

3.3 载荷传力路径分析

3.4 承担 65%载荷的单边作动器设计计算

3.4.1 输入轴 10的直径计算

3.4.2 从动件（逆圆柱凸轮）12的直径计算

3.4.3 销 11、13 的设计计算

3.4.4 内花键 15、外花键 16 的设计

3.4.5 基于标准 GB/T 17855 的花键承载能力校核

3.5.1 输入轴 8 的直径计算

3.5.2 从动件（逆圆柱凸轮）5 的直径计算

3.5.3 销 6、7 的设计计算

3.5.4 内花键 3 与外花键 4 设计

3.5.5 基于标准 GB/T 17855的花键承载能力校核

3.6 运动规律设计

3.6.1 运动规律类型选择

3.6.2 运动规律详细数据设计

3.6.3 电机输出正弦速度的实现

3.7 逆圆柱凸轮螺旋槽和 L型槽的结构设计

3.7.1 基于共轭曲面理论的逆圆柱凸轮螺旋槽廓面方程求解

3.7.2 基于 Matlab的逆圆柱凸轮螺旋槽廓面坐标程序编写

3.7.3 逆圆柱凸轮螺旋槽与 L型槽展开面上关系

3.8 机翼折叠作动器的三维建模

3.9 本章小结

4 机翼折叠作动器运动学、刚体动力学仿真与有限元仿真

4.1.1 仿真建模

4.1.2 机翼折叠作动器做展开、折叠动作时的仿真分析

4.1.3 机翼折叠作动器做锁定、解锁动作时的仿真分析

4.2 机翼折叠作动器有限元仿真

4.2.1 机翼折叠作动器在展开锁死位置时的有限元仿真

4.2.2 机翼折叠作动器在折叠位置时的有限元仿真

4.3 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

附录

A. 螺旋槽廓面坐标值求解的完整程序

B. 螺旋槽廓面坐标值求解程序的输出结果

C. 学位论文数据集

致谢