CN108301724B - 一种下翻式尾大门执行机构设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于装甲车辆结构设计技术领域，具体涉及一种特别适用于装甲车辆的下翻式尾大门执行机构设计方法。该方法通过分析执行机构的几何和运动关系及最佳传动条件，能够对执行机构的传动角进行优化，提高执行机构的传动效率，确定符合条件的尾大门执行机构的初始和终止位置角，从而达到优化机构的布置方式的目的。本发明通过简单的操作，可以明确产品优化的方向，直观地了解计算目标与自变量之间的关系，得到符合要求的设计变量，克服现有技术中无法对数据做自动深层次分析处理而导致的研发问题。

Description

一种下翻式尾大门执行机构设计方法

技术领域

本发明属于装甲车辆结构设计技术领域，具体涉及一种特别适用于装甲车辆的下翻式尾大门执行机构设计方法。

背景技术

装甲车辆出于防护的需要，尾大门的门板较厚重，所以在开关过程中费时费力。因此，现有的尾大门多采用下翻式设计，动力执行机构由液压、电传动、链传动等形式实现尾大门开闭。下翻式尾大门便于载员进出和物资搬运，所以在装甲车辆领域应用越来越广泛。为满足各种装甲车辆的具体要求，针对具体的任务设计相应的执行机构显得尤为重要，设计初期往往需要大量的计算和校核工作，机构设计过程中数据多而复杂，现有的设计计算方法，数据的计算基本是基于人员的手动计算，不能对数据自动执行深层次的处理分析，计算任务繁重，消耗大量时间和精力，严重影响工作的效率和计算结果的准确性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提出一种下翻式尾大门执行机构设计方法，以解决如何快速、简便地对执行机构的布置方式进行优化的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种下翻式尾大门执行机构设计方法，下翻式尾大门执行机构包括尾大门、车体和动力执行机构，其中尾大门通过转轴与车体连接，尾大门与车体的连接处形成尾大门相对车体的转轴中心O；动力执行机构的固定端通过车体支座与车体连接，动力执行机构的固定端与车体支座的连接处形成动力执行机构相对车体的转轴中心A；尾大门的内侧安装有后门支座，动力执行机构的伸缩杆与后门支座连接，并在连接处形成后门支座与动力执行机构伸缩杆的铰接中心B；该设计方法包括如下步骤：

S1、确定尾大门执行机构设计所需参数，参数包括已知量和未知量；其中，已知量包括，尾大门的转动幅度Δθ；动力执行机构的伸缩系数k；尾大门转轴中心O与动力执行机构转轴中心A之间的距离d；尾大门转轴中心O与后门支座铰接中心B之间的距离r；尾大门转轴中心O与动力执行机构伸缩杆的最小距离l₁；尾大门转轴中心O与后门支座的最小距离l₂；尾大门转轴中心O与车体门框的最小距离l₃；以及动力执行机构伸缩杆的半径r₁；未知量包括，执行机构的安装位置角即尾大门关闭状态下∠AOB的大小；执行机构的传动角γ，即∠OBA的大小；尾大门在关闭状态下后门支座铰链中心B到动力执行机构转轴中心A的距离L₁；尾大门在转动过程中后门支座铰链中心B到动力执行机构转轴中心A的距离L₂；

S2、确定设计目标：使执行机构的传动性能相对最优，即确定执行机构的安装位置角使在尾大门运动过程中执行机构的最小传动角最大；然后确定执行机构各构件的几何形状；

S3、确定约束条件：

(1)尾大门开合过程中执行机构的最小传动角大于等于40°；

(2)l₁-r＞l₃，l₂＞l₃，保证尾大门能顺利关闭和打开，动力执行机构伸缩杆与车体的门框无干涉；

S4、建立数学模型：

执行机构传动角γ的定义如下：

定义参数如下：

在三角形ΔABO中，应用余弦定理得到：

由公式(2)推导出σ和ρ₁表达式如下：

S5、根据数学模型和约束条件进行执行机构设计分析，具体包括：

(1)判断在尾大门打开过程中，执行机构的传动角γ的变化趋势：当尾大门打开过程中∠ABO是逐渐减小的，由钝角减小至锐角，结合公式(1)，确定尾大门打开过程中执行机构的传动角γ的变化趋势是先增大后减小，所以在尾大门处于关闭和完全打开两种极限状态时，执行机构的传动角γ最小；

(2)确定执行机构的安装位置角的大小：根据尾大门完全关闭时相对车体的位置，确定安装位置角的取值范围；通过不断调整的取值，使执行机构传动角γ达到最优，包括：结合公式(3)观察当安装位置角在其取值范围内以微小的增量连续变化时，对由步骤(1)确定的尾大门处于关闭和完全打开两种极限状态下执行机构的传动角γ的影响；并寻找使得尾大门处于关闭和完全打开两种极限状态下执行机构的传动角γ最大最优条件时，安装位置角的值的大小，进而得到执行机构的布置方位；

(3)确定执行机构各个构件的相对位置关系及尺寸大小：将步骤(2)中得到的执行机构的安装位置角先后带入公式(4)和公式(3)，得到参数σ和ρ_i、尾大门转轴中心O与动力执行机构转轴中心A之间的距离d，和尾大门关闭状态下后门支座铰接中心B到动力执行机构转轴中心A的距离L₁，即动力执行机构初始行程的取值大小，进而对执行机构各个构件进行几何形状设计。

进一步地，动力执行机构包括电动缸、液压缸或气动缸。

(三)有益效果

本发明提出的下翻式尾大门执行机构设计方法，通过分析执行机构的几何和运动关系及最佳传动条件，能够对执行机构的传动角进行优化，提高执行机构的传动效率，确定符合条件的尾大门执行机构的初始和终止位置角，从而达到优化机构的布置方式的目的。本发明通过简单的操作，可以明确产品优化的方向，直观地了解计算目标与自变量之间的关系，得到符合要求的设计变量，克服现有技术中无法对数据做自动深层次分析处理而导致的研发问题。

本发明的显著优点在于，当设计初始条件变动时，通过改变执行机构设计方法中相关的参数，即可快速计算出符合要求的执行机构，避免大量繁琐的计算和比较工作，提高工作效率。

附图说明

图1为本发明实施例的下翻式尾大门执行机构示意图；

图2为本发明实施例的执行机构设计方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本实施例提出一种下翻式尾大门执行机构设计方法。其中，该下翻式尾大门执行机构的结构，如图1所示。尾大门3通过转轴与车体4连接，尾大门3与车体4的连接处形成尾大门3相对车体4的转轴中心O；电动缸1固定端通过车体支座5与车体4连接，电动缸1固定端与车体支座5的连接处形成电动缸1相对车体4的转轴中心A；尾大门3的内侧安装有后门支座2，电动缸1伸缩杆与后门支座2连接，并在连接处形成后门支座2与电动缸1伸缩杆的铰接中心B。

本实施例的执行机构设计方法基于上述结构的下翻式尾大门执行机构进行设计，如图2所示，该方法包括如下步骤：

S1、确定尾大门执行机构设计所需参数，包括已知量和未知量；其中，已知量包括，尾大门3的转动幅度Δθ；电动缸1的伸缩系数k；尾大门3转轴中心O与电动缸1转轴中心A之间的距离d；尾大门3转轴中心O与后门支座2铰接中心B之间的距离r；尾大门3转轴中心O与电动缸1伸缩杆的最小距离l₁；尾大门3转轴中心O与后门支座2的最小距离l₂；尾大门3转轴中心O与车体4门框的最小距离l₃；以及电动缸1伸缩杆的半径r₁。

未知量包括，执行机构的安装位置角即尾大门3关闭状态下∠AOB的大小；执行机构的传动角γ，即∠OBA的大小；尾大门3在关闭状态下后门支座2铰链中心B到电动缸1转轴中心A的距离L₁；尾大门3在转动过程中后门支座2铰链中心B到电动缸1转轴中心A的距离L₂。其中，执行机构的安装位置角是自变量，执行机构的传动角γ是因变量。

S2、确定设计目标：使执行机构的传动性能相对最优，即确定执行机构的安装位置角使在尾大门3运动过程中执行机构的最小传动角最大，然后确定执行机构各构件的几何形状。

S3、根据几何原理、机构构型设计相关的理论，结合执行机构需要满足的基本要求等相关因素，确定约束条件：

(1)尾大门3开合过程中执行机构的最小传动角大于等于40°；

(2)l₁-r＞l₃，l₂＞l₃，保证尾大门3能顺利关闭和打开，电动缸1伸缩杆与车体4的门框无干涉。

S4、建立数学模型：

执行机构传动角γ的定义如下：

定义参数如下：

在三角形ΔABO中，应用余弦定理可得到：

由公式(2)可以推导出σ和ρ₁表达式如下：

S5、根据上述步骤的模型进行执行机构设计分析，具体包括：

(1)判断在尾大门3打开过程中，执行机构的传动角γ的变化趋势。当尾大门3打开过程中∠ABO是逐渐减小的，由钝角减小至锐角，结合公式(1)，可以确定尾大门3打开过程中，执行机构的传动角γ的变化趋势是先增大后减小，从而可知，在尾大门3处于关闭和完全打开两种极限状态时，执行机构的传动角γ最小。

(2)确定执行机构的安装位置角的大小。根据已知设计条件，结合尾大门3完全关闭时相对车体4的位置，可以确定执行机构的安装位置角的取值范围；通过不断调整的取值使执行机构传动角γ达到最优的目的，具体方法如下：结合公式(3)观察当执行机构的安装位置角在其取值范围内以微小的增量连续变化时，对由步骤(1)确定的尾大门3处于关闭和完全打开两种极限状态下执行机构的传动角γ的影响；并寻找使得尾大门3处于关闭和完全打开两种极限状态下执行机构的传动角γ最大最优条件时执行机构的安装位置角的值的大小，进而得到执行机构的布置方位。

(3)确定执行机构各个构件的相对位置关系及尺寸大小。将步骤(2)中得到的执行机构的安装位置角先后带入公式(4)和公式(3)，得到参数σ和ρ_i、尾大门3转轴中心O与电动缸转轴中心A之间的距离d和尾大门3关闭状态下后门支座2铰接中心B到电动缸1转轴中心A的距离L₁即电动缸初始行程的取值大小，进而可对执行机构的各个构件进行几何形状设计。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种下翻式尾大门执行机构设计方法，所述下翻式尾大门执行机构包括尾大门、车体和动力执行机构，其中所述尾大门通过转轴与所述车体连接，所述尾大门与所述车体的连接处形成尾大门相对车体的转轴中心O；所述动力执行机构的固定端通过车体支座与所述车体连接，所述动力执行机构的固定端与所述车体支座的连接处形成动力执行机构相对车体的转轴中心A；所述尾大门的内侧安装有后门支座，所述动力执行机构的伸缩杆与所述后门支座连接，并在连接处形成后门支座与动力执行机构伸缩杆的铰接中心B；其特征在于，所述设计方法包括如下步骤：

S1、确定尾大门执行机构设计所需参数，所述参数包括已知量和未知量；其中，所述已知量包括，尾大门的转动幅度Δθ；动力执行机构的伸缩系数k；尾大门转轴中心O与动力执行机构转轴中心A之间的距离d；尾大门转轴中心O与后门支座铰接中心B之间的距离r；尾大门转轴中心O与动力执行机构伸缩杆的最小距离l₁；尾大门转轴中心O与后门支座的最小距离l₂；尾大门转轴中心O与车体门框的最小距离l₃；以及动力执行机构伸缩杆的半径r₁；所述未知量包括，执行机构的安装位置角即尾大门关闭状态下∠AOB的大小；执行机构的传动角γ，即∠OBA的大小；尾大门在关闭状态下后门支座铰链中心B到动力执行机构转轴中心A的距离L₁；尾大门在转动过程中后门支座铰链中心B到动力执行机构转轴中心A的距离L₂；

S2、确定设计目标：使执行机构的传动性能相对最优，即确定执行机构的安装位置角使在尾大门运动过程中执行机构的最小传动角最大；然后确定执行机构各构件的几何形状；

S3、确定约束条件：

(1)尾大门开合过程中执行机构的最小传动角大于等于40°；

(2)l₁-r＞l₃，l₂＞l₃，保证尾大门能顺利关闭和打开，动力执行机构伸缩杆与车体的门框无干涉；

S4、建立数学模型：

执行机构传动角γ的定义如下：

定义参数如下：

在三角形ΔABO中，应用余弦定理得到：

由公式(2)推导出σ和ρ₁表达式如下：

S5、根据数学模型和约束条件进行执行机构设计分析，具体包括：

(1)判断在尾大门打开过程中，执行机构的传动角γ的变化趋势：当尾大门打开过程中∠ABO是逐渐减小的，由钝角减小至锐角，结合公式(1)，确定尾大门打开过程中执行机构的传动角γ的变化趋势是先增大后减小，所以在尾大门处于关闭和完全打开两种极限状态时，执行机构的传动角γ最小；

(2)确定执行机构的安装位置角的大小：根据尾大门完全关闭时相对车体的位置，确定安装位置角的取值范围；通过不断调整的取值，使执行机构传动角γ达到最优，包括：结合公式(3)观察当安装位置角在其取值范围内以微小的增量连续变化时，对由步骤(1)确定的尾大门处于关闭和完全打开两种极限状态下执行机构的传动角γ的影响；并寻找使得尾大门处于关闭和完全打开两种极限状态下执行机构的传动角γ最大最优条件时，安装位置角的值的大小，进而得到执行机构的布置方位；

(3)确定执行机构各个构件的相对位置关系及尺寸大小：将步骤(2)中得到的执行机构的安装位置角先后带入公式(4)和公式(3)，得到参数σ和ρ_i、尾大门转轴中心O与动力执行机构转轴中心A之间的距离d，和尾大门关闭状态下后门支座铰接中心B到动力执行机构转轴中心A的距离L₁，即动力执行机构初始行程的取值大小，进而对执行机构各个构件进行几何形状设计。

2.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述动力执行机构包括电动缸、液压缸或气动缸。