用于教学水洞的两自由度转动机构设计【13张CAD图纸+PDF图】
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机械工程学院毕业设计（论文）开题报告 学 生 姓 名： 陈森海 学号： 100007103 专 业： 机械设计制造及其自动化 设计（论文）题目： 用于教学水洞的两自由度转动机构总体设计 指 导 老 师： 李鹭扬 2014年 4 月 1 日毕业设计（论文）开题报告1、结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述1.1研究的意义 在实验流体力学领域内，风洞测试和水洞测试是实验的两种主要形式。水洞是一种水动力学实验和研究设备，其中有导引良好的，可控制的水流。在水洞中实验物体是静止的（或是转动的，例如船舶螺旋桨），水是流动的。就水洞的布置与运转而言，它与亚声速风洞类似，只是实验介质不同对于水洞的应用来讲，其研究的现象与亚声速风洞的研究现象类似，比如流动与实验物体之间的作用力，边界层现象和湍流。水洞作为流态显示的一种设备己日益受到航空!航天界的注视,早在1883年雷诺就曾在水管中进行了层流转变为湍流的流态显示实验,迄今己经发展和完善了许多种类流态显示设备和技术因研究对象的不同,水洞作为一种水动力学实验和研究设备,因水流可以进行有效控制,利用水洞可以较好的显示流场的流动,由于在水洞中水流可以以较低的流速稳定运行,低雷诺(Reynolds)数试验在水洞中也相对较容易实现,利用水洞能方便地得到前缘涡的产生与破碎!细长体大攻角气动力不对称性与其涡系的关系!喷流和边界层结构以及尾流等现象水洞良好的流场品质和方便的实时控制对湍流边界层试验有很重要意义此外，水洞还可以用来研究水动力学中特有的现象，特别是空化，水弹性现象和自由面现象。 综上所述，无论是商业上的应用还是军事上的应用,水洞的建立对于水力学的研究具有很高的价值.1.2研究现状 实验水洞的前驱可以追溯到 1895 年帕森斯建造的第一个空化实验水洞,其又在 1910 于英国沃尔森德（Wallsend）1建造了一座大型水洞，其用途为研究空化状态下的螺旋桨实验。在欧洲，直至第二次世界大战这一段期间还曾建造了其他几个研究螺旋桨的水洞。当时在帕森斯水洞基础上已有不少改善和改进，但新水洞的基本原理还是相同的。1938年投入运行的荷兰船舶模型池8的直径91.4厘米（36 英寸）大型水洞即为一例。在同一时期，对空化现象的普遍关心，促使开展文透里计与其他受约束的管道实验，设置转为单个水翼剖面实验的循环系统，以及为水泵和水轮机研究用的变压循环系统。这些研究工作的进展大部分在欧洲。在美国，1934 年加州理工学院水力机械实验室为研究水泵建制了水流循环系统。这些循环系统所具有的特性和测试设备均体现在以后的水洞中。第二次世界大战期间，战时问题的迫切需要，加速发展了可供各种物体和部件进行实验的通用水洞。在美国，第一个这种水洞是柯乃普等人和戴利介绍的加州理工学院1942 年建置并在 1947 年重建改善的高速水洞。这一装置是现代化设备的前驱，它具有专门控制设备和比以前更高精度，更多样化的量测附属设备。它对以后的水洞具有广泛的影响。其基本特性包括下列各部分 1工作段 可以安装模型并进行观察； 2水流循环系统 基本上包括水泵和管路，用以保持水流通过工作段； 3空气重溶系统 当工作段发生空化时重溶可能从水中释放出来的任何掺入的气泡； 4含气量控制系统 使水流重溶解空气量保持为任何需要的常量； 5控制系统 用以调节工作段的压力，流速和温度，并使之保持在任一组规定数值； 6天平 用它可将模型放置在不同位置，并可量测作用在模型上的动水作用力。 此水洞的基本特色，均已体现在一些最重要的现代化水洞中。为了避免进入扩散段的水流过早出现空化现象，促使了另一个水洞型式，即自由射流水洞，如早期在哥廷根建成的水平射流二维水洞，以及在圣安东尼瀑布实验室兴建的自由射流垂直式的圆断面水洞。除此之外，还有自由面水洞，它是研究物体稍微潜水或插入自由面的一种设备。水下导弹，水翼，水柱和某些类型的水工建筑物均为实例。顾名思义，这种水洞的唯一特征是其自由面工作断有改变水面以上空气压力的设施。加州理工学院自由面水洞就是一个实例。在日本,1993年10月,日本运输省船舶技术研究所由三井造船施工建成了世界首座“变动风水洞”设施,该实验验设施在回流型风洞的测量部下有宽3m,深l.5m、长15m的水池,舟公舶和海洋结构物模型可在水池中进行实验,将盖盗:在水池上面,也可单独作为风洞使用。它的最大特点是,水池中能发生风、波、潮流,可以在风、波、潮流中进行实验。 国内发展情况：国内在水洞实验这方面的研究虽然不如国外先进，但是也建立了一批水洞设施，比较著名的是中国船舶重工集团公司第七 0 二所的水洞实验室。还有很多位于大学内的水洞实验室。比如 1983 年西安工业大学由黄景泉教授带头建造的用于科研和教学的水洞实验室，再比如上海交通大学的重力式空泡水洞、徐汇校区的国内最早（1958）的封闭循环式水洞以及哈尔滨工程大学的重力式低噪声水洞，其基本设计方法都借鉴了国外的水洞设计经验。很多专家和学者也根据相似性原理,利用水洞进行了大量的模型实验,如李福新等通过高速水洞对回转体空化噪声声功率谱的谱特性进行了分析,验证了回转体流噪声相似律理论【16】,并在该基础上对回转体头体模型的空化噪声特性进一步深入研究【17】虞心田等用氢气泡显示流场,在重力式循环水洞中进行了振动二元机翼流动的研究,得出机械激励对大攻角失速分离流动的控制作用【18】 关于水洞部件的研究，收缩段是水洞的重要部件，它的主要作用是提高实验段的流动品质，即改善流场的均匀性，稳定性及降低湍流度。在实际水洞中，既有轴对称的圆截面收缩段，又有矩形截面的收缩段。在三元收缩段中，流动在横向发生变化，壁面的顺压梯度随着横向位置不同而改变，收缩段的出口流动均匀性的情况也与轴对称收缩段不同。 参考文献1邹继明、杨世彦、程树康、郝燕玲,两自由度电机速度雅可比矩阵,微电机,2003.32 曹茹. solidworks 2009三维设计及应用教程（第2版）M，北京：机械工业出版社,2009,9.26-49.3 李幼涵. 伺服运动控制系统的机构及应用M. 北京:机械工业出版社，2006,8.72-89.4 宋爱平，尤飞，褚辉生. CAD/CAM技术综合实训指导书. 北京：机械工业出版社，2006. 15 何克敏,屠兴. 低湍流度风洞及其设计J.气动实验与测量控制,1988,2(2):9216.6 纪明刚，陈国定，吴立言，等. 机械设计（第八版），北京：高等教育出版社，2006.57谭建成,电机控制专用集成电路,机械工业出版社,19978 Cunningham H J, Batina J T, Bennett R M, “Modern Wing FlutterAnalysis by Computational Fluid Dynamics Methods,” Journal ofAircraft,Vol,25,1988,pp.962-9689 成大先，王德夫，姜勇，等. 机械设计手册/常见机械工程材料，北京：化学工业出版社，2010. 110 常鹏，汪劲松，李铁民，等平面三自由度并联机床的分步运动学标定中国科学. 2009. 01. 657311 王波，刘向东，韩强，等三自由度平面并联机构位姿分析电气技术与自动化20100817017512Van Lammeren, W,P,A: “The Netherlands Ship Model Basin”, TheNetherlands Publicaton,195213 Patanker S V,Spalding D B,“A Calculation Procedure for Heat, Massand Momentum Transfer In Three-Dimensional Parabolic Flows,”International Journal of Heat Mass TransferVol.15,1972,pp.1787-18014Richardson,A,The Evolution of the Parsons Steam Turbine，Enginering,191115黄继汤,田立青,李玉柱.国内外现有水洞综述.空泡学术讨论会论文集.中国造船学会,198216李福新,邓飞,鲍鹏,张宇文.回转体头部空化噪声特性的实验研究.流体力学实验与测量,第16卷第2期,2002(6)17张志良,沈为群,刘旺开.位置测控系统在水洞中的应用.军民两用技术与产品,2008(l)18 赵建国，李兵一种新型三自由度平面并联机构的运动学研究机械工程师200815719李福新,石秀华,张宇文,施促庆.回转体流噪声相似律的实验研究流体力学实验与测量,第13卷第4期,1999(12)20 陈航.三自由度并联机构正解及试验平台控制方法研究M. 武汉：华中科技大学，2005毕业设计（论文）开题报告2、本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：为了测量水流的大小和测力情况。需设计一个两自由度的机构。由于多自由度电机自身的特点,各自由度之间除了存在电磁耦合之外还存在着十分复杂的力学耦合关系,这是多自由度电机难以控制的重要原因之一,因此必须根据电机的具体结构,建立准确的力学模型,深入分析各自由度之间的耦合关系,研究力学解藕控制策略,以提高电机的动静态性能及稳定性。这里所设计的两自由度步进电机由于具有两套相对独立的定转子,因此从控制角度看可以看作两个独立的两相混合式步进电
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