仿生機械鶴的機械機構(gòu)設(shè)計及運動仿真【含Creo三維及6張CAD圖帶開題報告-獨家】.zip
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機械鶴的機械機構(gòu)設(shè)計及運動仿真
Mechanical structure design and motion simulation of mechanical crane
摘 要
仿生學的不斷進步發(fā)展和材料技術(shù)不斷突破，我們能夠模仿動物的運動，向大自然學習服務(wù)人類。仿生機械鳥在礦井救災(zāi)、搶險救援、有毒環(huán)境和日常生活中有較好的應(yīng)用。近年來，研究人員在撲翼飛機的研究和制造方面取得了很大的進展。世界上有許多撲翼飛機，但仿生學的程度仍然相對較低。通過學習和研究,我們選擇使用的對稱搖桿機構(gòu)實現(xiàn)機翼的運動,機構(gòu)利用Pro / E的三維建模、運動仿真分析,基于相關(guān)的原型測試,驗證機構(gòu)的可行性和合理性。
關(guān)鍵詞：仿生學 撲翼飛行器 五桿搖桿機構(gòu) 空氣動力學 仿生機械鳥 三維建模
ii
Abstract
With the development of bionics and the development and expansion of material power technology, human beings can better imitate the movement of biology, learn from nature, and serve mankind better.Bionic mechanical birds have better application in mine rescue, rescue, toxic environment and daily life.In recent years, researchers have made great progress in the research and manufacture of flapping wing aircraft.There are many flaps around the world, but the degree of bionics is still relatively low.Through the study and research, we choose to use the symmetry of rocker mechanism to realize the movement of the wings, using Pro/E 3 d modeling, motion simulation analysis, based on relevant prototype test, the feasibility and rationality of authentication institutions.
KEY WORDS: Bionics Flapping wing aircraft Five-bar rocker mechanism Aerodynamics Biomimetic mechanical bird 3d modeling
目 錄
摘 要 i
Abstract ii
1引 言 2
2仿生撲翼飛行器簡述 5
2.1仿生撲翼飛行器優(yōu)缺點 5
2.2仿生撲翼飛行器的結(jié)構(gòu)組成 5
3仿生撲翼飛行器的原理和設(shè)計 6
3.1飛行器的飛行原理 6
3.2機構(gòu)原理性設(shè)計 7
3.2.1翅膀撲翼飛行設(shè)計 7
3.2.2頭尾部搖擺設(shè)計 8
4仿生撲翼飛行器的參數(shù)選擇 13
4.1動力系統(tǒng)的參數(shù)選擇和計算 13
4.1.1下表是幾種撲翼飛行器的飛行頻率 13
4.1.2齒輪的選用 13
4.1.3電機的選用 14
4.2飛行器機身尺寸的確定 14
4.3機翼五桿機構(gòu)的設(shè)計和計算 15
4.3.1機構(gòu)簡圖 15
4.3.2實物模型設(shè)計 17
4.3.3三維實體設(shè)計 17
4.4翼型設(shè)計 18
4.5蒙皮工藝 19
5提升機構(gòu)和推動機構(gòu) 20
6三維建模 21
7結(jié) 論 25
8致 謝 26
9參考文獻 27
28
1 引言
機械鶴的仿真運動是基于鶴的運動和飛行器的研究基礎(chǔ)之上進行的，主要研究內(nèi)容：
(1)機翼的骨架復合四桿連桿機構(gòu)的設(shè)計。復合四桿聯(lián)桿機構(gòu)的制作是此次的重中之重，通過此種結(jié)構(gòu)的撲翼飛行器就可以模仿鳥的翅膀的擺動。
(2)機翼彈性機構(gòu)的設(shè)計。這個機構(gòu)是為了實現(xiàn)翅膀外翼的相對變形，以便能夠產(chǎn)生向前的推進力。另外，為了能夠?qū)崿F(xiàn)飛行還需要解決骨架材料的問題，鉸接部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，這些都需要較輕的質(zhì)量和較強的強度。
仿生學的不斷進步發(fā)展和材料技術(shù)不斷突破，我們能夠模仿動物的運動，向大自然學習服務(wù)人類。像鳥一樣的自由飛翔是人類幾千年來的夢想，最近幾年科學在撲翼飛行器的制作和研究方面有了很大的進展，目前世界上已出現(xiàn)了種類繁多的撲翼飛行器，但是其仿生程度仍然很低。仿生撲翼飛行器是區(qū)別于固定翼飛行器、旋轉(zhuǎn)翼飛行器的另一類飛行器，其飛行原理直接來自自然界的鳥類的飛行方式。與固定翼和旋轉(zhuǎn)翼相比具有明顯的優(yōu)勢。由于它的種種優(yōu)點使其具有了很高的使用價值以及實用價值，在無人偵察方面可以做到高度的隱蔽性，前途更加廣闊?，F(xiàn)階段世界上出現(xiàn)了多種多樣的“節(jié)拍飛機”，但其模仿程度仍然是較低的。
圖1-1微型撲翼無人機
圖1-1是美國軍方最新研制出的撲翼無人機，這種無人機體積小，表面采用了防反射材料，類似于隱形戰(zhàn)斗機的隱蔽原理，隱蔽性強。全身使用了碳纖維材料，保證了重量足夠輕，才能使得遠距離飛行，在軍事方面有著獨特的表現(xiàn)。
圖1-2 德國費斯通智能機器鳥
圖1-2為德國Festo公司的仿生撲翼鳥飛行器在展覽會上展出，此次展出在業(yè)界內(nèi)引起了巨大的轟動，此種撲翼鳥可以說幾乎完全破解了鳥類的飛行動作，足可以與真鳥媲美。撲翼鳥采用具有劃時代的設(shè)計，全身骨架采用了碳纖維材料，獨特的算法使得它的自動化程度更高，更加的智能化，它的翅膀機翼在機構(gòu)的帶動下能夠做上下拍動，同時也可以按照一定的角度扭轉(zhuǎn)，這些獨具一格的設(shè)計使得這只重量及其輕的機器鳥具有很高的靈敏度。
2 仿生撲翼飛行器簡述
2.1仿生撲翼飛行器優(yōu)缺點
機械鶴撲翼飛行器是一種模仿鳥類飛行動作，在仿生學原理的基礎(chǔ)上設(shè)計制造的一種比較先進的飛行機器。如果此類類輕巧的飛行制成功，那么與其他固定翼飛行器和旋翼飛行器相比，它便具有了獨特的亮點：只需要很小的起飛場地或者甚至能夠達到原地起飛。它具有三合一的功能，即將升高、懸停和推進功能集中在了一個算法系統(tǒng)之中，這樣就可以用很小的能量進行長距離飛行，所以更適合于長時間無能源補充及遠距離戶外條件下執(zhí)行特殊任務(wù)。
雖然仿生撲翼飛行器具有以上特殊的優(yōu)點，但是目前材料方面的技術(shù)限制了它的發(fā)展，使其無法負擔起高強度的戶外飛行任務(wù)，也沒有辦法在惡劣險峻的環(huán)境下正常平穩(wěn)的去工作。
2.2仿生撲翼飛行器的結(jié)構(gòu)組成
仿生撲翼鳥飛行器的研究涉及到許多的學科知識，例如，空氣動力學 、仿生學 、微電子學 材料科學 、流體力學以及微傳感器 、 控制器等領(lǐng)域 ,是一門多學科交叉在一起的的綜合型研究題目 ,如果能夠?qū)崿F(xiàn)它的研究成功，除了需要克服自身的問題 而且還要能夠?qū)ζ渌嚓P(guān)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展起到積極推動作用 。到現(xiàn)在仿生撲翼飛行器研究現(xiàn)狀還處于不斷的探索發(fā)現(xiàn)過程中，需要我們堅持不懈的去研究。
另一方面撲翼驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計 ,不能過于對復雜機構(gòu)的投入研究 ,而應(yīng)該把注意力集中在使用多個簡單的機械結(jié)構(gòu)元件結(jié)合在一起以完成復雜的撲翼動作 。這樣的話就會產(chǎn)生了新的麻煩，用機械結(jié)構(gòu)去實現(xiàn)撲翼飛行器的復雜運動模式具有極大的難度 ，但是這也不是唯一的決定性因素,關(guān)鍵在于我們要去不斷的嘗試與探討去發(fā)現(xiàn)問題解決問題。
3仿生撲翼飛行器的原理和設(shè)計
3.1飛行器的飛行原理
飛行原理可以分為三大類：第一類是根據(jù)牛頓第二定律，即作用力與反作用力，包括固定翼、旋轉(zhuǎn)翼、撲翼飛行器等；第二類是阿基米德原理，如各類滑翔傘，熱氣球；第三類是根據(jù)動量守恒定理飛行的，如火箭，宇宙飛船等。
由上面的可以了解到飛行器的動力來自于空氣對飛行器機翼的反作用力。正如我們所知熱氣球能夠上升的主要原因是因為空氣對它豎直向上的浮力大于它本身的重力。如果想要要前進必須還得有一個水平的推力，這樣熱球球才能完成基本的飛行。再比如一般的民航飛機，一般由兩臺發(fā)動機提供水平的推力，機翼在高速氣流的作用下通過流過機翼的上下壓強差產(chǎn)生升力，再如直升飛機，由引擎提供升力，螺旋槳與水平面的夾角產(chǎn)生的分力作為推力。
由以上可知，撲翼機必須在同一時刻獲得空氣對其在水平和豎直方向上的反作用力，那就是推力和升力，才能完成最基本的飛行動作。
3.2機構(gòu)原理性設(shè)計
3.2.1 翅膀撲翼飛行設(shè)計
此次設(shè)計研究對比發(fā)現(xiàn)選擇四桿五接頭較好，如圖3-2所示。五桿連桿機構(gòu)是大多數(shù)機械鳥飛行器所采取的相似機構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本制作低廉而且制作相對來說很簡單。但是這種結(jié)構(gòu)也有一個致命的缺點就是在運動過程中左右運動不對稱，并且會在運動過程中產(chǎn)生劇烈的振動，隨著轉(zhuǎn)動頻率的不斷增加，振動頻率也會增加，這樣會導致飛行過程中的搖晃造成機身不穩(wěn)定。
圖3-2非同步撲撲翼機構(gòu) 圖3-3雙曲柄搖桿撲翼機構(gòu)
圖3-3為雙曲柄搖桿撲翼機構(gòu)，這種機構(gòu)能夠保證左右機翼同步運動，因為具有及其的對稱性，該機構(gòu)在撲翼飛行器的設(shè)計中具有著廣泛的應(yīng)用。
本設(shè)計將采用該種機構(gòu)作為機翼的驅(qū)動機構(gòu)
3.2.2 頭尾部搖擺設(shè)計
頭部搖擺實現(xiàn)機構(gòu)
為了能夠?qū)崿F(xiàn)模擬鳥類頭部搖擺動作的姿態(tài)，采用曲柄搖桿機構(gòu)和曲柄滑塊搖桿機構(gòu)。 該機構(gòu)是由兩個微型直流舵機分別控制兩個曲柄搖桿機構(gòu)組成，通過控制舵機1的正反轉(zhuǎn)使得6（滑塊）在5（帶槽曲柄）內(nèi)滑動，7（接頭）通過銷連接來控制頭部的上下運動即鶴的俯仰頭動作，舵機2左右轉(zhuǎn)動帶動曲柄做循環(huán)圓弧運動使得頭部左右運動，如圖3-4(a)所示。
運用Pro/E仿真軟件對頭部搖擺機構(gòu)進行模擬分析，舵機帶動曲柄轉(zhuǎn)動，當曲柄向左轉(zhuǎn)動，搖頭支架向上擺動；另一舵機左右運動使得機構(gòu)頭部左右搖動；其連接處都采用了鉸鏈接，保證了其順滑度；其頭部的位置、速度、加速度等運動過程分析圖如圖3-4(b)所示。經(jīng)過查閱仿真學資料得知機械鶴的頭部左右最大擺動角度為120°，上下最大擺動角度為20°為最適宜。其中圖3-4（b）（1）為頭部上下的擺動位置，速度，以及加速度曲線圖。圖3-4（b）（2）為頭部左右的擺動位置，速度，以及加速度曲線圖。我們可以很清晰的看出來他們的幅度。
7
6
5
4
3
2
1
1-舵機 2-舵機 3-曲柄 4-頭部 5-帶槽曲柄 6-滑塊 7-接頭
圖3-4（a） 頭部擺動機構(gòu)
（1） (2)
圖3-4(b)頭部運動分析
由仿真數(shù)據(jù)圖得知，圖3-4（c）中黃色軌跡線為頭部連接俯仰的運動軌跡。電機帶動曲柄轉(zhuǎn)過20°的弧度，使得頭部鏈接轉(zhuǎn)過56°的角度。由弧長公式
得頭部俯仰弧長L=2πrn/360°=2*π*16*0.15=15mm。
圖3-4（c）頭部運動分析
（3）尾部變向?qū)崿F(xiàn)機構(gòu)
在設(shè)計的過程中為了使機械鳥能夠?qū)崿F(xiàn)像鳥那樣自由自在的飛翔，實現(xiàn)其基本的上升、下降、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的動作。此次將機械鳥的尾部設(shè)計成船尾舵的形式，可以改變尾舵的方向來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。采用了曲柄搖桿機構(gòu)；在搖桿處設(shè)置兩個個微型的舵機4直接帶動曲柄桿3，曲柄桿3又與連桿2相鉸接，帶動尾部左右擺動。通過控制舵機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)左右偏擺的功能，達到了模擬鳥類飛行的轉(zhuǎn)向功能，如圖 3-5（a） 所示。
運用 Pro/E 軟件仿真對尾部變向機構(gòu)模塊模擬運動分析如圖圖3-5（b） ，尾部的最大擺動角為120°，以防尾部擺動過度，失去飛行穩(wěn)定，可以通過控制舵機正反轉(zhuǎn)的角度大小來避免這一問題。
3
2
4
1
1-尾部 2-連桿 3-曲柄 4-舵機
圖3-5（a） 尾部變向機構(gòu)
圖3-5（b） 尾部變向機構(gòu)函數(shù)圖
圖3-5（c）尾部運動分析
在仿真圖中設(shè)置舵機的旋轉(zhuǎn)角度為120°，連接舵機的曲柄長度r=13mm,由弧長公式：
得曲柄軌跡弧長L=27mm.
又連桿的旋轉(zhuǎn)原點與尾部的旋轉(zhuǎn)原點是同一點，所以兩者的旋轉(zhuǎn)角度一樣，為46°。
由以上公式得：
尾部擺動弧長L=154.87mm.
4仿生撲翼飛行器的參數(shù)選擇
4.1動力系統(tǒng)的參數(shù)選擇和計算
4.1.1下表是幾種撲翼飛行器的飛行頻率
表4-1 各種飛行器的機翼扇動頻率
項目
頻率
鶴
2Hz
德國智能鳥
1.53Hz
直翼海鷗模型
1.7Hz
ASN211撲翼無人機
4Hz
仿昆蟲撲翼機
5Hz
在此參考鶴飛行頻率得出本設(shè)計中飛行器的設(shè)計頻率：2Hz。
4.1.2齒輪的選用
材料的選型是其成功的因素之一，齒輪的材料必須是輕質(zhì)材料，而且必須有一定的強度，很好的耐磨性。經(jīng)過查閱資料顯示塑料齒輪具有金屬齒輪所缺乏的自潤滑，重量輕，低噪音等優(yōu)點。
選擇了一對齒輪作為曲柄圓齒輪，模數(shù)0.8，齒數(shù)Z1=67；
配一個雙聯(lián)齒輪，連接電機和曲柄圓，模數(shù)0.8，Z2=80；
電機齒輪模數(shù)0.8，Z3=20；
圖4-1減速齒輪組結(jié)構(gòu)圖 圖4-2 減速齒輪組三維圖
4.1.3電機的選用
由表4-1得出選用翅膀的頻率為2Hz,齒柄圓齒輪的轉(zhuǎn)速N=60f=120r\min；
齒柄圓齒輪與雙聯(lián)齒輪間的傳動比i1=67\80=0.8375；
雙聯(lián)齒輪與電機齒輪傳動比i3=67\20=3.35；
得出電機的轉(zhuǎn)速n=120*0.8375*3.35=336.7\min；
這里我們選用標準的500r\min的航模電機；
其他舵機就選用一般的航模舵機，能夠保證其位置的精度。
4.2飛行器機身尺寸的確定
查找資料表明，合理的軀體比例是成功的原因之一，機械鶴的軀體與真鶴的軀體尺寸相似，通過一只成年的鶴的尺寸得出
翼展： 1400mm—1700mm
機身長度： 700mm
機翼寬度： 234m
圖4-2 軀體展開圖
4.3機翼五桿機構(gòu)的設(shè)計和計算
4.3.1機構(gòu)簡圖
此次機械結(jié)構(gòu)仿真設(shè)計中的的最大難點之一就是能夠設(shè)計出跟鳥類折翼的運動相似的機械機構(gòu)，通過學習和查閱資料研究發(fā)現(xiàn)，提出了如下圖所示的由曲柄搖桿機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)復合而成的五桿機構(gòu)。在這個機構(gòu)中桿2、桿4、桿5和機架組成的曲柄搖桿機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)主翼的上下擺動用來給主體提供向上的升力。桿2、桿3、桿4組成雙搖桿曲柄機構(gòu)，這個機構(gòu)相對曲柄四桿機構(gòu)中的連桿做相對運動。
運動機構(gòu)簡圖：
機架
桿5
桿4
桿3
桿2
桿1
圖4-3(a) 曲柄搖桿復合雙搖桿機構(gòu)
圖4-3(b)機翼五桿機構(gòu)運動示意圖
由圖4-3（b）知，主運動齒輪帶動曲柄做連續(xù)的圓周運動，相應(yīng)的通過桿傳動使得主翼桿做擺線運動，轉(zhuǎn)動的角度為38°，也即是翅膀機翼所能達到的最大幅動角度。圖中黃色線為主翼桿和副翼桿的運動軌跡線。
由三角函數(shù)關(guān)系式得出:
弧長L=201.5mm.
4.3.2 實物模型設(shè)計
圖4-4 實物模型設(shè)計中的機翼五桿機構(gòu)
4.3.3 三維實體設(shè)計
圖4-5 三維設(shè)計中的機翼五桿機構(gòu)
4.4翼型設(shè)計
在這次的設(shè)計中撲翼飛行器機翼的外形輪廓是撲翼鳥的飛行性能以及飛行穩(wěn)定性的保證，參照仿生學以及流體力學機翼的外形設(shè)計成了流線型，機翼上部較為陡峭，底部較為平滑，這樣做的目的為了產(chǎn)生一個壓強差，使得鳥能夠起飛，另一個目的是為了能夠使得機翼附近的空氣能夠有規(guī)律的流動不紊亂，保證飛行器的穩(wěn)定性。
圖4-6 主翼翼型
從圖4-6可以看出主翼翼型參考飛機機翼翼型設(shè)計，圖中有兩個圓孔，大孔起到主固定的作用，小孔是把其他的機翼連接在一起，防止傾斜變形。下方的開孔是五桿機構(gòu)中的連桿運動的地方。其他側(cè)面采用了三角穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，既減輕了重量，又保證了其穩(wěn)定性。
圖4-7 外翼翼型
4.5蒙皮工藝
材料的選擇涉及到仿生撲翼飛行的整個過程中，設(shè)計過程中的重量、強度、剛度、韌性等要求都與材料密切相關(guān)。在設(shè)計的過程中，我們必須綜合考慮飛行器的結(jié)構(gòu)特性、運動特性及機構(gòu)制作的工藝特性要求來選擇最適合的材料，蒙皮材料必須足夠輕，但是又要有足夠的韌性，抗腐蝕，抗氧化，抗折皺等。為保證整體重量足夠輕，且機翼有一定強度，整個骨架的設(shè)計都采用了碳纖維管。
5提升機構(gòu)和推動機構(gòu)
提升機構(gòu)
圖5-1折翼
主翼運動過程中，在循環(huán)往復運動過程中所遇空氣阻力的不同，產(chǎn)生一個向上的阻力和，該阻力和就是升力使得飛行器能夠在空中飛行。
推動機構(gòu)
圖5-2外轉(zhuǎn)翼
副翼隨著外翼的一起上下轉(zhuǎn)動一定的角度，由上圖仿真數(shù)據(jù)圖可知，副翼的端部隨著翼桿的上下擺動能夠做不規(guī)則的橢圓運動，從而產(chǎn)生推力使得飛行器向前飛行。
6三維建模
圖6-1主視圖
從主視圖來看機械鳥飛行器的機翼長度比較長，這是為了能夠提供足夠的升力，但同時也增加了重量，所以如何找準其中的平衡是很關(guān)鍵的。通過算法得知，每次翅膀停止扇動時 都會停留在此時的位置。目的是為了在下降時不至于俯沖過快，直接撞擊在地上，損壞機體。
圖6-2 俯視圖
從俯視圖來看，機翼的寬度長度不一，到翼尖時就很窄，原因是主翼起到了升力的作用，所以必須要達到一定的寬度，外翼起到轉(zhuǎn)向的功能，轉(zhuǎn)的角度不同就會產(chǎn)生左右不平衡的扭矩，也就能轉(zhuǎn)向了。
圖6-3左視圖
腿部的仿生結(jié)構(gòu)參考了鶴的腿的生理結(jié)構(gòu)，上部向前產(chǎn)生一定的彎曲度，比較沒有彎曲的來說增加了穩(wěn)定性，飛行時腿部能夠收起，類似飛機的起落架一樣。
圖6-4 軸測圖
圖6-5驅(qū)動機構(gòu)圖
7 結(jié)論
此次課程設(shè)計中選擇從機械結(jié)構(gòu)學和仿生學兩個角度設(shè)計和模擬了鳥翅膀的運動。首先參照鳥的外形來確定機架的大致外形結(jié)構(gòu)，通過研究鳥類的翅膀運動軌跡選擇復合五桿機構(gòu)作為機翼的骨架，曲柄搖桿機構(gòu)和齒輪機構(gòu)組合的方式，使得飛行才能夠完成。這種機構(gòu)最獨特的優(yōu)勢是驅(qū)動機構(gòu)使翅膀的運動更到位和精準,并且參數(shù)也可隨時調(diào)制,可以為大型鳥類撲翼機構(gòu)的設(shè)計提供參考
8致 謝
最后，大學四年的生活以這次的畢業(yè)設(shè)計結(jié)束。從一開始的課題篩選到最后的圓滿完成，整個過程中得到了XXX老師的耐心指導。我從老師身上獲得了很多的理論知識，她悉心的指導著我一步步完成畢業(yè)設(shè)計，每當我有新的麻煩她總會給與我最合適的指導。其中平易近人，寬以待人的風格令我格外欽佩。
在經(jīng)過了將近兩個月的不懈努力，我終于在最后時刻完成了論文的文字寫作部分。從最初的論文題目選擇到機械結(jié)構(gòu)的運動仿真實現(xiàn)，再到論文主體部分的完成，其中的任何一步對我來講都是一次新的嘗試，機遇與挑戰(zhàn)。在這期間里，熬了幾個通宵趕圖，每當夜深人靜的時候我都會迸發(fā)出許多靈感，白天想不出開的夜晚都能豁然開朗。以前很多不知道的知識點都在學習的過程中一一解決，如何去做試驗，上哪去查找相關(guān)的書籍資料，慢慢的從一開始的毫無頭緒到最后的作品完成，其中的過程只有自己能體會。
可能我的論文寫作方面還很有待提高，還有很多不合理的地方需要我去認真去修改。這次做論文的經(jīng)歷使我終身受益。任何一件事如果想要成功達到你所要的結(jié)果,那就是需要我們用一顆真真切切的心去做，論文亦是如此。如果我們沒有自己的深入的學習過程就一定不會有去認認真真研究的想法，就不會有所突破，我希望這次的畢業(yè)論文經(jīng)歷是對我大學四年的最后檢驗，也讓我在以后學習中激勵著我繼續(xù)前進。
9參考文獻
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任務(wù)書
系 部
指導教師
職 稱
學生姓名
專業(yè)班級
學 號
論文題目
機械鶴的機械機構(gòu)設(shè)計及運動仿真
論
文
內(nèi)
容
目
標
及
進
度
要
求
內(nèi)容
1、了解仿生機械的發(fā)展；
2、設(shè)計仿生鶴的結(jié)構(gòu)；
3、所設(shè)計的仿生鶴，能實現(xiàn)轉(zhuǎn)頭、低頭、仰頭等動作；
要求：
1、 收集資料（相關(guān)的書籍5本以上，文獻資料不少于10篇）；
2、 繪制工作原理圖（機械、電氣圖）；
3、 將機械圖繪制成三維裝配圖，并能夠?qū)崿F(xiàn)運動仿真；
4、 撰寫論文要符合論文規(guī)范要求，不少于10000字；
5、 翻譯相關(guān)英文文獻一篇，不少于3000字（英譯漢）。
進度
1、1—5 周，主要進行畢業(yè)設(shè)計準備工作，熟悉題目，收集資料，進行畢業(yè)實習，明確研究目的和任務(wù)，構(gòu)思總體方案；
2、6—10周，設(shè)計計算，繪圖；
3、11—13周，編寫畢業(yè)設(shè)計論文，準備畢業(yè)設(shè)計答辯。
指導教師簽名：
年 月 日
系 部
審 核
此表由指導教師填寫 由所在系部審核
開題報告
課題名稱
機械鶴的機械機構(gòu)設(shè)計及運動仿真
課題類型
實踐應(yīng)用型
指導教師
學生姓名
學 號
專業(yè)班級
本課題的研究現(xiàn)狀、研究目的及意義
一、 仿生學的研究現(xiàn)狀
1、仿生機械學是上世紀60年代初期出現(xiàn)的一門綜合性的新興邊緣學科，它是生命科學和工程技術(shù)科學相互滲透，相互結(jié)合而形成的。包含著對生物現(xiàn)象進行力學研究，對生物運動、動作進行工程分析，并把這些成果根據(jù)社會的要求付之實用化。仿生機械學是以生物科學的進步為基礎(chǔ)、實際工業(yè)生產(chǎn)中的需求為動力而發(fā)展起來的?，F(xiàn)代科技的高速發(fā)展在促進機械這門古老專業(yè)發(fā)展的同時,也對其自身受力結(jié)構(gòu)、能量消耗和運動的可靠性提出了更為嚴苛的要求。怎樣才能使古老的機械學科適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展、在現(xiàn)代社會重新煥發(fā)生機呢？
20世紀60年代后期，隨著生物科學的蓬勃發(fā)展和仿生學研究的興起，機械學研究者發(fā)現(xiàn)了新的研究方向。他們把仿生學的原理融入到機械學中，以機械學為主體，以仿生學為雙翼，開啟了仿生機械學的研究。研究者們模仿生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和控制原理，設(shè)計制造出功能更集中、效率更高并具有生物特征的機械。由于結(jié)合仿生學而設(shè)計出來的機械系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、功能、材料、控制、能耗等諸方面更加合理，因而仿生機械學的研究目前也得到了更多的重視。
2、仿生機械的種類有很多，按功能劃分大致可以分為抓取、移動、飛行、游動等四類。
本課題的主要研究方向為仿生學在飛行機械中的應(yīng)用更多的是在微型飛行器方面（簡稱MAV）,尤其是微型撲翼飛行器（簡稱FMAV）,這是一種模仿鳥類和昆蟲飛行,基于仿生學原理設(shè)計制造的新型飛行機器。不同于傳統(tǒng)飛行理論,FMAV的研究主要從兩個方面展開:非定常高升力機理分析和柔性撲翼的氣動特性分析。由于沒有具體的理論和經(jīng)驗公式可以遵循,目前對FMAV空氣動力學問題的研究還處于起步階段。
二、國內(nèi)外仿生機械學研究進展
1、國外發(fā)展
20世紀50年代末,美國就已經(jīng)在機械手和操作機的基礎(chǔ)上,采用伺服機構(gòu)和自動控制等技術(shù)，研制出有通用性的獨立的工業(yè)用自動操作裝置,并將其稱為工業(yè)機器人。工業(yè)機器人一經(jīng)誕生就得到了廣泛的應(yīng)用，許多單調(diào)、頻繁或是危險、惡劣環(huán)境下的作業(yè),?如沖壓、壓力鑄造、熱處理等，均是由工業(yè)機器人“手”來完成的。
法國工程師曾模仿蝗螂的特點制成蝗螂機器人。螳螂機器人有兩條長而靈活的曲臂,可以從各個方向舉起40公斤的重物:依靠四只各自獨立驅(qū)動的輪子,能夠在高低不平的地面快速行走,并能夠爬坡和攀登樓梯。它的身體里還裝有攝像機,能夠把工作現(xiàn)場的情況反映給監(jiān)控者。這種機器人非常適宜在異常危險的地方進行搶險救護工作。在仿生移動機械方面，美國JPL的Go?-?For機器人和日本Tohoku大學的ChariotⅡ機器人是比較杰出的代表。而在仿生飛行器方面,美國、澳大利亞、俄羅斯、印度、以色列等國已成立專門研究機構(gòu),并投入專項研究經(jīng)費,正在研制和開發(fā)各種性能獨特的微型飛行器,其中有些微型飛行器已進入實用化研究階段。如加利福尼亞大學研制的“會飛的機器蒼蠅?！?
2、國內(nèi)發(fā)展
國內(nèi)的仿生機械學研究起步相對比較晚，但目前也已經(jīng)取得了一定的成果。如吉林大學地面機械仿生技術(shù)實驗所在對松軟地面仿生移動機械方面的研究處于比較領(lǐng)先的地位。上海交通大學、中科院沈陽自動化研究、國防科技大學等單位相繼研制出了蛇形機器人樣機。中科院?沈陽自動化研究所和北京航空航天大學機器人研究所也曾研制出機器魚樣機。?
在靈巧手方面的研究國內(nèi)也取得了相當可觀的成果。北京航空航天大學機器人研究所在國家國家“863”智能機器人主題支持下，研制出了能實現(xiàn)簡單抓持和操作作業(yè)的3指9自由度靈巧手；哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所則研制出了高靈活性的仿人手臂及擬人雙足步行機器人。其仿人手臂具有工作空間大、關(guān)節(jié)無奇異姿態(tài)、結(jié)構(gòu)緊湊等特點，通過軟件控制可實現(xiàn)避障、回避關(guān)節(jié)極限和優(yōu)化動力學性能等。雙足步行機器人為關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，具有12個自由度，可以完成仿人步行的動作?
相比國外而言，國內(nèi)的仿生學機械仍要落后一些，仍有很大的發(fā)展?jié)摿Α?
三、研究目的及意義
仿生機械鳥是模仿鳥類的飛行原理，與普通飛行器相比，尺寸較小、便于攜帶、飛行靈活，可原地或在很小場地起飛，并具有較好的飛行特性和空中懸停能力，能完成其他飛行器所無法執(zhí)行的任務(wù)等優(yōu)點。仿生機械鳥在礦井救災(zāi)、搶險、有毒害環(huán)境下搜救及在日常生活方面有較好的應(yīng)用， 在礦井及有毒害環(huán)境下可進行搜救、探測與環(huán)境監(jiān)測，在日常生活中可提供空中拍攝和短距離小物品送達等。相比較現(xiàn)在的四軸飛行器如知名的大疆無人機，撲翼飛行鳥有更小的噪音，和更長的續(xù)航里程。
課題類型：課題類型： A-理論探究型 B-實踐應(yīng)用型
本課題的研究內(nèi)容
1、 研究內(nèi)容
通過分析鳥類飛行原理，設(shè)計出一種模擬鳥類撲翼飛行姿態(tài)的機構(gòu)，依仿生鳥的受力情況，確定其的驅(qū)動方式、關(guān)節(jié)傳動方式。 利用 Pro/E 對機構(gòu)進行三維建模、運動仿真分析，通過對樣機相關(guān)的試驗，驗證機構(gòu)的可行性和合理性。
1、 收集資料（相關(guān)的書籍5本以上，文獻資料不少于10篇）；
2、 繪制工作原理圖（機械、電氣圖）；
3、 將機械圖繪制成三維裝配圖，并能夠?qū)崿F(xiàn)運動仿真；
4、 撰寫論文要符合論文規(guī)范要求，不少于10000字；
5、 翻譯相關(guān)英文文獻一篇，不少于3000字（英譯漢）。
本課題研究的實施方案、進度安排
2、 仿生機械鳥機構(gòu)設(shè)計方案
仿生機械鳥運動系統(tǒng)由翅膀撲翼飛行機構(gòu)、翅膀折疊機構(gòu)、頭部搖擺機構(gòu)、尾部變向機構(gòu)和腿部行走機構(gòu)等組成，如圖 1 所示。
圖1 仿生機械鳥設(shè)計方案
1. 頭部搖頭機構(gòu) 2. 翅膀撲翼機構(gòu) 3. 翅膀折疊機構(gòu) 4. 尾部變向機構(gòu) 5. 腿部行走機構(gòu)
頭部和尾部的搖擺采用并聯(lián)的曲柄搖桿機構(gòu)；驅(qū)動頭部搖擺和尾部轉(zhuǎn)向的電動機選用微型直流電機；翅膀折疊采用平行四邊形機構(gòu)，翅膀的上下?lián)鋭邮褂们鷵u桿機構(gòu)；驅(qū)動翅膀上下?lián)鋭雍驼郫B的電動機選用微型直流電機。 腳部直線行走選用單自由度六桿步行機構(gòu)，驅(qū)動行走的電機選用微型直流電機。 整機總重量控制在 1 kg 以下。
3、進度安排
1、1—3 周，主要進行畢業(yè)設(shè)計準備工作，熟悉題目，收集資料，進行畢業(yè)實習，
2、4—5周，明確研究目的和任務(wù)，構(gòu)思總體方案；
3、6—7周，開題報告，翻譯相關(guān)英文文獻；
4、8—9周，設(shè)計計算，繪制工作原理圖（機械、電氣圖）；
5、10周，繪制成三維裝配圖，并能夠?qū)崿F(xiàn)運動仿真；
6、11—13周，編寫畢業(yè)設(shè)計論文，準備畢業(yè)設(shè)計答辯
已查閱的主要參考文獻
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指導教師意見
指導教師簽名：
年 月 日
目錄
1. 英文文獻翻譯 2
1.1 英文文獻原文題目 2
1.2 中文翻譯 18
2. 專業(yè)閱讀書目 29
2.1 微型撲翼式仿生飛行器 29
2.2 仿鳥復合振動的撲翼氣動分析 29
2.3 多自由度撲翼微型飛行器設(shè)計研究 30
2.4 微型仿生撲翼飛行器的尺度效應(yīng)分析 31
2.5 仿生微撲翼飛行器撲翼機構(gòu)的設(shè)計及其動態(tài)模擬和分析 31
2.6 微型撲翼飛行器的氣動建模分析與試驗 32
2.7 仿生微撲翼飛行器機構(gòu)動態(tài)分析與工程設(shè)計方法 32
2.8 機翼彈性變形對氣動特性影響的實驗研究 33
2.9 鳥類撲翼運動的非定常運動初步數(shù)值模擬研究 33
2.10 一種仿蜜蜂類昆蟲撲翼懸?？刂频姆抡婀浪阊芯?34
29
1. 英文文獻翻譯
1.1 英文文獻原文題目
Chapter 2 Research and rotating machinery fault vibration fault diagnosis of common.
Rotating machinery are those main function is to be completed by the rotary movement of mechanical equipment, such as steam turbines, gas turbines, generators, motors, centrifugal blowers, centrifugal compressor pumps, vacuum pumps and a variety of slow growth of the gears and other machinery equipment, all belong to the scope of rotating machinery. Rotating machinery is the application of machinery and equipment most widespread, the number of the largest and most representative one of machinery and equipment, especially in electric power, petrochemical, metallurgy, machinery, aviation, nuclear industry and other industries, rotating machinery is a significant share an important position.
2.1 Classification of Rotating Machinery Vibration
Rotating machinery vibration failure was classified as a major form of failure, according to different classification methods, a variety may be as follows
1. By vibration frequency classification
(1) Vibration frequency;
(2) Harmonic vibration, for example, two octave, 3 octave vibration;
(3) The entire baseband frequency scores (such as 1 / 2, 1 / 3, etc.) of the vibration;
(4) Frequency and baseband into the relationship between a certain percentages (eg 38% ~ 49%) of the vibration;
(5) ultra-low-frequency (vibration frequency 5Hz below) vibration;
(6) Ultra-high frequency (vibration frequency in 10 kHz and above) Vibration
2. Amplitude direction according to classification
(1) Diameter (horizontal) to the vibration that is the direction along the shaft diameter of the vibration is generally divided into horizontal vibration straight vibration.
(2) Axial vibration, that is, the direction along the axis of vibration cutting;
(3) Tensional vibration, that is, the vibration along the shaft rotation direction.
3. by vibration of the reasons for classification
(1) The vibration caused by rotor imbalance;
(2) Shaft misalignment caused by vibration;
(3) Sliding bearing and crankshaft vibration caused by eccentricity;
(4) The machine parts caused by loose vibration;
(5) Friction (such as seal friction, the rotor and the stator friction, etc.) caused by vibration;
(6) Bearing damage caused by vibration;
(7) Sliding bearing oil whirls and oil whip caused by vibration;
(8) Air power and hydraulic vibration caused by factors such as;
(9) Bearing stiffness asymmetry caused by vibration;
(10) Electrical aspects of the reasons for the vibration caused by
4. Vibration occurred by the site classification
(1) Rotor or shaft (including the journal, shaft profile vane, etc.) vibration;
(2) Bearings (including the film sliding bearings and rolling bearing) vibration;
(3) Shell, bearing vibration;
(4) Infrastructure (including aircraft seats, table, or bracket, etc.) vibration;
(5) Other areas such as valves, pipe stem, and a variety of structural vibration, etc.
In addition, if according to the characteristics and forms of vibration, but also separation of synchronous vibrations (forced vibration) and sub-synchronous (self-excited vibration), etc... Due to vibrations caused by the failure of its manifestations are diverse, in order to accurately identified the cause failures cause - generally speaking, have to rely on signal processing techniques and vibration theory, and other modern methods and means to conduct a comprehensive and integrated analysis and in accordance with the gradual accumulation of experience in the specific circumstances, the only way to achieve fault diagnosis success. Failure of rotating machinery and therefore must be characterized by research.
2.2 The characteristics of rotating machinery fault
The implementation of fault in the dynamic monitoring of rotating machinery, we must pay attention to other features:
2.2.1 Rotor Features
The rotor component is the core of rotating machinery and equipment, which is fixed by the shaft and the installation of various types of circular discoid components (such as coupling, bearings, impeller, gear, balance disk, pulley, wheel, flywheel, etc.), formed. As the entire rotor in high-speed rotation movements, so its manufacture, installation, commissioning, maintenance and management have a very high demand. If you had problems with one of these components, or in connection with a change in part an exception occurred, they immediately drew a strong vibration unit. It can be said of dynamic monitoring rotating machinery monitoring and diagnosis is mainly the rotor state of motion.
2.2.2 The frequency characteristics of rotating machinery vibration
Most of rotating machinery vibration signals is periodic signals, quasi-periodic signal, or a stationary random signal. Failure of rotating machinery vibration characteristics have a common point, namely, the failure of their characteristic frequency related with the rotor speed is equal to the rotor rotation frequency (referred to as transfer frequency, also known as frequency) and its octave or sub-frequency. Therefore, the analysis of vibration signals of the frequency and turn the relationship between the frequencies of rotating machinery fault diagnosis of a key.
2.2.3 for rotating machinery vibration monitoring the main way
Vibration signal analysis is the basic method for monitoring rotating machinery, the main three-pronged approach to obtain monitoring information
1. Analysis of rotating machinery vibration frequency of each type of fault has its own characteristic frequency at the scene to make the frequency of the vibration signal analysis is the diagnosis of rotating machinery of the most effective method. Frequency speed of rotating machinery is like a "military demarcation line," the entire band is divided into sub-and super-asynchronous asynchronous vibration frequency of vibration of two sections, to seize this point, helps us to analyze and judge the fault
2. Analysis of amplitude and direction of features in some cases (certainly not all occasions) different types of rotating machinery fault vibration on the performance characteristics of a clear direction. Therefore, the vibration of rotating machinery measurements, as long as conditions permit, the general measure of each measuring point should be horizontal, vertical and axial three directions, as in different directions to provide us with a different fault information. Leakage measured in one direction, you may lose a message.
3. Analysis of the relationship between the amplitude changes with the speed of a considerable portion of rotating machinery fault vibration amplitude and speed changes are closely related, so on-site measurements, when necessary, to create conditions for as much as possible, in the process of changing the speed amplitude measurement of the machine value.
2.3 Rotating Machinery Vibration Fault Diagnosis
As mentioned earlier, equipment fault diagnosis is essentially a pattern classification are based on test analysis obtained on the state information, and grouped into a certain type of equipment failure. Therefore, the characteristics of each type of fault must have sufficient understanding. Equipment diagnostics development today, the people through a large number of experimental studies and a wide range of diagnostic practice, for a variety of devices (especially rotating machinery) of the failure mechanism, fault type and its characteristics have a considerable understanding of understanding. Statistics show that, with the production of a different nature, the type of equipment used is also different, so the proportion of various types of failures is also inconsistent. Here are several common fault diagnosis of rotating machinery vibration characteristics, diagnostic methods and examples.
2.3.1 Imbalance
According to the information that various types of rotating machinery failure due to imbalance of about 30%, we can see that the machine rotor imbalance caused by rotating machinery vibration is a common multiple faults. To fully understand and grasp the characteristics and mechanism of unbalanced fault diagnosis is very important.
1. The causes of imbalances caused by rotor imbalance are many reasons, such as:
① unreasonable because it is designed geometry caused by different heart, or deviate from the geometric center line of rotary valve shaft;
② Manufacture, installation error;
③ Rotor material uneven, or heat unevenly;
④ Rotor initial bending;
⑤ Work medium in the solid impurities in the rotor on the uneven deposition;
⑥ Rotor in the course of corrosion, wear and tear;
⑦ Rotor parts loose, fall off.
2. Rotor imbalance may lead to consequences for the flexible rotor may also generate additional degree of damage due to dynamic inertia of the centrifugal force caused by imbalance. For various reasons caused by rotor unbalance fault is a basically the same pattern. To sum up, the rotor imbalance may lead to the following undesirable consequences:
(1) The rotor caused by repeated bending and internal stress, causing the rotor fatigue, even lead to rotor fault;
(2) To enable the machine in operation during the excessive vibration and noise, so that it will accelerate the wear of bearings and other components to reduce life expectancy and efficiency of the machine;
(3) Through the vibration of the rotor bearings, machine transmits to the base blocks and buildings, resulting in deterioration in working conditions.
3. Rotor imbalance generally include the following four cases
(1) Static unbalance;
(2) double-sided imbalances;
(3) Static and dynamic imbalance;
(4) Dynamic imbalance. for example:2-1:
Among them, static imbalance is an imbalance in the cross section, while the remaining three kinds of imbalance is an imbalance on the number of sections, and each inspired by a cross-section due to imbalances in the lateral vibration and static unbalance is the same as the mechanism of. In other words, the cross section generated by the phase and amplitude of vibration and its size may vary, but the vibration frequency is exactly the same, are the first-order rotation frequency (fundamental frequency),
2-1f0 - a first-order frequency of the rotor, ie rotor fundamental frequency (Hz); n - rotor speed (r / min).
Unbalanced rotor in rotation will produce a cycle of change was the imbalance in power, the cycle just that, as shown in Figure 2-2.
With the rotor unbalance vibration signal, its time waveform and frequency spectrum of the typical curves shown in Figure 2-3, and generally has the following characteristics:
(1) The vibration signal of the original time waveform of sine wave;
(2) The frequency spectrum of vibration signal, its fundamental frequency component and a significant proportion, while other components such as frequency-doubling the proportion of relatively small.
(3) In the process of speeding up or down, when (that is, when speed is less than the critical speed), the amplitude increases with the increase in W, both bearing the same direction of the force, while in the later, the amplitude increases with the W, but will decreases, and gradually tends to a smaller valuation.
4. The basic method of diagnosis of unbalanced fault diagnosis of unbalanced faults, we must first analyze the signal frequency components, the existence of transponder prominent situation. Second, look at the direction of vibration characteristics, if necessary, further analysis of the changes in amplitude as speed or measuring the phase. Because the latter two tests carried out too much trouble to stop the problem involved, which in general is difficult in the production of the site done, and only to a non-for not only had to do when, but time can not be delayed too long.
2.3.2 Misalignment
As the rotor and turn on the sub-shaft connection between the use of connecting devices install properly, or due to bearing centerline deviation, or offset, or because the rotor bending, rotor and bearing clearance and load transfer in the bearing after the deformation and other reasons, tend to result in between the rotor (shaft) to the poor, resulting in vibration and lead to mechanical failure. It is also one of the very common mechanical failures
.
1. Shaft misalignment of the shaft does not include the three forms of coupling misalignment and bearing right in both cases, here we only discuss the coupling (shaft) misalignment. Coupling does not usually possesses the following three forms,
For example2-4:
(1) Parallel misalignment, this time through the rotor axis lines in parallel displacement.
(2) The angle misalignment, this time to switch on the two axis lines intersect, or angle displacement.
(3) Parallel synthesis misalignment angle, this time two lines intersect the rotor axis of displacement.
Figure 2-5 shows the shaft vibration caused by misalignment angle parallel to the simple diagram
In general, the rotor shaft misalignment can cause additional load on the bearings, resulting in the bearing load between the re-allocation would lead to serious bearing damage caused by a strong vibration. On the other hand, with the coupling on both sides of bearing the load changes that may cause the system critical speed of the change in the uneven effects of an increase, giving rise to the coupling fatigue. When the bearing change is large, for the sliding bearing oil film may also cause instability.
2. Shaft misalignment of the main features of a typical shaft misalignment radial vibration signal time waveform and frequency spectrum 2-6. And mainly has the following characteristics:
(1) The vibration signal of the original time waveform distortion sine wave. (2) The radial vibration frequency spectrum of the signal to a multiplier, and second harmonic components of the main shaft misalignment more serious, and the second harmonic component of the greater proportion, in most cases more than one harmonic component of .
(3) The axial vibration of components in the spectrum to octave higher amplitude.
(4) Coupling on both sides of the axial vibration is essentially 180 ° inverting.
(5) A typical trajectory for the banana-shaped axis is precession.
(6) Vibration on the more sensitive to changes in load, the general vibration amplitude increases with the load increase.
2.3.3 Rotor Crack
If the rotor rotating machinery are poorly designed (including the improper selection or structure is irrational) or improper processing methods, or the super life of running, it will cause stress concentration leading to cracks. On the other hand, fatigue, creep and stress corrosion can cause micro-cracks in the rotor, plus large change due to the twist and radial load to form the mechanical stress state, resulting in continuous expansion of these micro-cracks eventually become a macro-crack.
1. Three forms of rotor cracks
(1) Closed crack. Rotor rotates; the crack was always closed state. When the crack zone in a compressive stress state, would constitute a closed crack, such as the rotor weight is not an unbalanced force smaller or unbalanced force precisely the opposite point to cracks, or uneven quality, moments generated by the rotor is greater than the quality of generated moment and so on. Closed crack little effect on the rotor thrust.
(2) Open crack. When the rotor spins, the crack was always open state. Open cracks force the situation is exactly the opposite and closed crack; the crack area is always in tension stress state. Open crack will reduce the stiffness of the rotor, and its stiffness to the different nature of each, so that vibration increased.
(3) The opening and closing crack. With the rotation of the rotor movement, crack was open and close alternately state, and generally turn the rotor of each week, the crack will be the corresponding open and closed each time. Crack opening and closing part of the open crack and the crack in the middle of a closed transition state, which is the most complex forms. Figure 2-7 shows the rotor with the opening and closing crack deflection curve diagram.
Despite the change in the crack will affect the rotor vibration characteristics, but in most cases is not very sensitive, even the cracks in the rotor has a deep, sometimes hard to find significant changes in the vibration condition. For example, according to theoretical calculations, if there is a change in central depth is equal to 1 / 4 turn on the diameter of the crack, its stiffness is only about 10%, while the changes in critical speed is smaller, only 5%. Therefore, these changes will likely be completely submerged into the other signal, that is, from the observed changes in the natural frequency of the rotor, or when the normal operation of the vibration changes according to the early detection of cracks is very difficult. At present more effective way is to stop the process of measurement and analysis open the rate of change in amplitude.
Generally speaking, when there open crack rotor, the rotor will become of all the stiffness of the differences. As a result, the vibration of the rotor with a non-linear nature of the spectrum, in addition to a harmonic component, there are twice, three times to five times the high-harmonic components. Toward the crack, the stiffness of the rotor will be further reduced; a multiplier component, as well as twice or three times or five times, and other first-order harmonic components of the amplitude will be even greater.
2. Be passed on to crack the monitoring and diagnosis is divided into three areas
(1) Open, stopping when the variation of amplitude versus speed.
(2) The impact of crack depth on the amplitude.
Under normal circumstances, the vibration spectrum and the second harmonic component of twice the amplitude will increase with the depth of the monotonic crack growth, while the corresponding phase decreased with the increase of crack depth irregular fluctuations. It just can be used to distinguish between normal vibrations caused by imbalance.
(3) The crack growth rate.
But the crack propagation speed increases as the crack depth to accelerate, with a corresponding rate of increase in amplitude occurs phenomenon. In particular the rapid increase in second harmonic amplitude can often provide crack diagnostic information, so can take advantage of two trends in the changes in the harmonic components to diagnose the rotor cracks.
3. Rotor cracks after the general characteristics of
(1) The first-order critical speed is smaller than normal, especially when the crack worsens.
(2) As the crack and stiffness caused by rotor asymmetry, the rotor speed of the formation of multiple resonance.
(3) The crack rotor vibration response, one harmonic component of the degree of dispersion when compared with large crack-free.
(4) A constant speed, the doubled, tripled the third harmonic and other components of the amplitude and the phase-order instability, and in particular to highlight the second harmonic component.
(5) Due to the stiffness of cracked rotor asymmetry, so that pairs of rotor balancing difficulty.
1.2 中文翻譯
第2章旋轉(zhuǎn)機械故障的研究及常見故障的振動診斷
旋轉(zhuǎn)機械是指那些主要功能是由旋轉(zhuǎn)運動來完成的機械設(shè)備，如汽輪機、燃氣輪機、發(fā)電機、電動機、離心式鼓風機、離心式壓縮機泵、真空泵以及各種減速增速的齒輪傳動裝置等機械設(shè)備，都屬于旋轉(zhuǎn)機械范圍。旋轉(zhuǎn)機械是機械設(shè)備中應(yīng)用面最廣、數(shù)量最多，而且最具有代表性的機械設(shè)備之一，尤其是在電力、石化、冶金、機械、航空、核工業(yè)等行業(yè)，旋轉(zhuǎn)機械更是占有舉足輕重的重要地位。
2.1旋轉(zhuǎn)機械振動的分類
振動故障是旋轉(zhuǎn)機械的主要故障表現(xiàn)形式，根據(jù)不同的分類方法，各種可被歸類為：
1．按振動頻率分類
(1)
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