德国机械鸟组成和动作原理.doc

解读德国“聪明鸟”的扑翼机构 （组成和动作原理）自从电视台播放了德国人“聪明鸟”的飞行录像后，它一直在吸引着我。为此，我曾无数次地观看了由老鹰先生提供的录像资料。一直在关注着该鸟扑翼机构的组成和动作原理。今天想就该鸟的组成和动作原理做一解读，以愿与有兴趣的社友共同讨论。组成：经解化后的组成如下图所示： 图-（1）组成有：前后支架，翅膀主骨，翅膀副骨，翅膀外翼主骨，翅膀骨架固定轴，动力齿轮，翅膀付轴，联动板，三合一连杆，1#5#支架，前缘，后缘，筋。这1#5#支架的结构中都有一个有一定宽度的圆孔： 图-（2）它的直径与翅膀主骨的直径相等，用来与翅膀主骨作同轴配合。1#5#支架的前缘端点与前缘构件焊合，后缘端点与后缘构件焊合。联动板与筋构成一个整体（图中绘成了两个构件），筋与1#5#支架的合适位置焊合在一起。付翼主骨的外端点焊合在一起。如此，整个翅膀的所有构件就组成了一个整体。动作原理：为了便于叙述，将5#支架左侧的翅膀称为主翼，右侧部分称为副翼。整个翅膀的动作由三部分作成：1. 主翼的扑打动作；2. 副翼的扑打动作；3. 主付翼的扭转动作。主翼的扑打动作:其实，主翼的扑打动作是由一个简单的四连杆机构就可以完成：主翼的扑打动作： 图-（3） 它由动力齿轮带动连杆，连杆带动翅膀主骨摆动翅膀。如果将其绘成机构简图，如图-（4）所示： 图-（4） 动画：翅膀主骨运动 付翼的扑打动作：相较主翼的扑打动作付翼的扑打动作就比较复杂。它是由一个四边形机构，借助主翼摆动机构中的连杆的带动来完成。它的动作既与主翼同步，又有与主翼之间存在相对运动的动作。 图-（5）将其绘成机构简图如图-（6）： 图-（6）在图-（4）中三合一连杆是由三个构件组成的：主连杆，副连杆，左连接板。其实这三个构件已经构成了一个三角形，它是一个稳定的平面建构，所以可以将其合并成一个构件。故称三合一连杆。由图-（5）可以看出，当三合一连杆在曲柄的带动下，左右摆动的同时，也带动翅膀副骨的运动，在翅膀副骨的带动下，付翼主骨也就产生运动。由于付翼主骨的一个铰链与翅膀主骨的一个铰链是同轴链接的，所以付翼主骨相对于翅膀主骨就产生一个相对运动，这个相对运动它只能是相对翅膀主骨的转动。因而，付翼主骨的整个运动，就有两个动作构成：随翅膀主骨的牵连运动，与翅膀主骨同步；另一个就是它相对于翅膀主骨的转动。从而，就有效地完成了付翼的扑打运动。动画：主付翅膀的运动联动板的作用：在联动帮上有两个圆孔，它的大小和位置尺寸与翅膀主骨的两个圆孔完全相同。它通过翅膀骨架固定轴，付轴，翅膀主骨构成了一个平面四边形，将翅膀主骨的摆动传递到翅膀的后缘。从而使翅膀前后缘的震动同步。 图-（7）主付翼的扭转运动：主付翼的扭转运动是依靠附着在5#支架上的小齿轮箱与具有一定弹性及刚性的前缘，后缘和筋来拉动，1#5#支架的不同程度的转动而实现。 图-（8）小齿轮箱里有两个小齿轮，1#扭转齿轮与翅膀主骨同轴并固定在翅膀主骨上。2#扭转齿轮与步进电机同轴并与电机轴固定。而步进电机的基座，小齿轮箱，5#支架构成一个整体。当步进电机转动的时候，电机轴带动2#牛转齿轮与#支架之间就产生相对的转动，由于1#扭转齿轮是与翅膀主骨固定在一起的，通过齿的啮合，2#扭转齿轮就围绕1#扭转齿轮的轴回转，从而也就带动5#支架围绕1#扭转齿轮的轴回转，也就是围绕翅膀主骨的轴线回转。5#支架通过前缘，后缘，韧带的牵连而拉动2#4#支架不同程度的回转。从而就实现了主翼和付翼的扭转。扭转后的状态如图-（9）所示： 图-（9） 图-（10） 后话： 真正要进入实践的话，有下列的难题必须解决：1. 机构各构件的尺寸，要有实验为基础；2. 机构各构件