折疊物體中簡(jiǎn)單曲柄機(jī)構(gòu)的折疊設(shè)計(jì) 摘要：鉸鏈四曲柄機(jī)構(gòu)在折疊物體中有著廣泛的應(yīng)用，如可折疊建筑、小型天線(xiàn)的折疊過(guò)程、鋁合金窗的開(kāi)合等。幀。 本設(shè)計(jì)以對(duì)象設(shè)計(jì)的傘形小骨架A鉸鏈曲柄機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，對(duì)其運(yùn)動(dòng)特性、質(zhì)心動(dòng)力學(xué)、精度定性分析，得到優(yōu)化的折疊四桿鉸鏈機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)果連桿機(jī)構(gòu)的自鎖，具有開(kāi)閉方便、經(jīng)濟(jì)、輕便等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：鉸鏈四曲柄機(jī)構(gòu)； 折疊機(jī)構(gòu)分析； 傘形建筑； 雷達(dá); 天線(xiàn); 概述。 在設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如后現(xiàn)代建筑中的可折疊設(shè)計(jì)、天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)、天線(xiàn)展開(kāi)包絡(luò)機(jī)構(gòu)、小型雷達(dá)、木門(mén)開(kāi)合等。而且平面結(jié)構(gòu)各鉸鏈支撐的連接四曲柄機(jī)構(gòu)主要以旋轉(zhuǎn)副為基礎(chǔ)。 當(dāng)運(yùn)動(dòng)副數(shù)量較多時(shí)，間隙偏差的傳遞和積累會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)精度低、工作角度小。 針對(duì)如何在四曲軸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中提升系統(tǒng)精度，在動(dòng)力源一定的條件下獲得更大的推力要求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)大工作角。 根據(jù)上述設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行如下設(shè)計(jì)。 1 方案設(shè)計(jì)與考慮 1.1 設(shè)計(jì) 根據(jù)后現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中的一些可折疊傘形建筑，為了美觀并凸顯個(gè)性和特色，需要將傘形建筑不時(shí)地折疊展開(kāi)成上下正面。時(shí)間。 小型雷達(dá)且天線(xiàn)產(chǎn)品如果采用單陣方式，無(wú)法滿(mǎn)足運(yùn)輸和隱蔽要求。 決定采用天線(xiàn)陣列分塊方式（天線(xiàn)分為兩部分），同時(shí)還需要折疊機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)的展開(kāi)和包裹，以滿(mǎn)足運(yùn)輸要求。 。

軍用雷達(dá)和天線(xiàn)對(duì)部署時(shí)間也有很高的要求。 在建筑中，美觀和安全是首要考慮的因素，不需要快速的響應(yīng)速度。 折疊機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中要求穩(wěn)定性好、速度快、定位準(zhǔn)確。 允許有較大的振動(dòng)和沖擊現(xiàn)象。 由于結(jié)構(gòu)和環(huán)境載荷變化巨大，可能會(huì)出現(xiàn)不連續(xù)運(yùn)動(dòng)、構(gòu)件變形和失效等問(wèn)題。 根據(jù)不同工況下的運(yùn)動(dòng)情況和關(guān)節(jié)的熱特性，對(duì)整體機(jī)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定性和載荷分析。 1.2 常用折疊方案介紹 目前，折疊機(jī)構(gòu)的方式多種多樣，滿(mǎn)足的功能需求也各不相同。 常見(jiàn)的大角度折疊機(jī)構(gòu)方式主要有：雙導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（由兩組單連四桿機(jī)構(gòu)組成）和滑塊蝸桿機(jī)構(gòu)。 雙導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的折疊如圖1(a)所示。 導(dǎo)桿由上折疊氣缸A、上天線(xiàn)前端2和曲軸5組成； 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)B由曲軸5、下折疊氣缸4和下天線(xiàn)前端3組成。 其中，曲軸5在導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)A中作為框架桿存在，在導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)B中作為曲柄存在。上框架的折疊運(yùn)動(dòng)是通過(guò)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)A和導(dǎo)桿的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。機(jī)構(gòu)B。滑塊蝸桿機(jī)構(gòu)如圖1(b)所示。 該機(jī)構(gòu)由螺栓9、螺母8、小蝸桿6、大蝸桿7等組成。天線(xiàn)的折疊部分與大蝸桿7連接，大蝸桿7的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)天線(xiàn)。 翻動(dòng)。 運(yùn)動(dòng)過(guò)程是由動(dòng)力源帶動(dòng)螺栓9旋轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)的自鎖，進(jìn)而推動(dòng)滑塊螺桿8與螺栓9相通。滑塊螺桿8的連通推動(dòng)小蝸桿6在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)，然后完成大蝸桿9的轉(zhuǎn)動(dòng)，即天線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。 翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

以上兩種機(jī)構(gòu)可以達(dá)到相同的目的，但結(jié)構(gòu)完全不同，特點(diǎn)也比較鮮明。 雙導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是： 1）結(jié)構(gòu)新穎，能承受較大的載荷； 2）油缸數(shù)量過(guò)多，動(dòng)作同步控制較復(fù)雜。 蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：1）質(zhì)量較大，質(zhì)量和體積與載荷有關(guān)； 2）采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制穩(wěn)定。 陽(yáng)傘的折疊原理也可以應(yīng)用到傘狀物體上【如右圖】。 將手推的動(dòng)力加到液壓動(dòng)力上即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的手動(dòng)驅(qū)動(dòng)。 該方案承載能力差，本身硬度不夠。 表面材質(zhì)要求較高，必須是厚實(shí)且適合折疊的布料。 應(yīng)用面并不廣。 穩(wěn)定性不夠，金屬桿末端在展開(kāi)和閉合的過(guò)程中會(huì)晃動(dòng)很大。 1.3 折疊方案的主要選擇通常是畫(huà)布。 表層，合金骨架，陣體大，重量輕，折疊后兩陣體之間的空間狹窄。 蝸桿機(jī)構(gòu)通常用于承載或重物。 雷達(dá)和天線(xiàn)采用輕金屬制成，表面無(wú)覆蓋。 經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析比較了以上幾種方案后，決定采用如下兩種鉸鏈四桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如圖2所示。這種機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，承載能力大，重量輕重量； 并且由于空間布置的限制，影響推力油缸的長(zhǎng)度、力臂的大小和工作角度。 鉸鏈四桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案 2.1 機(jī)構(gòu)組成及運(yùn)動(dòng)過(guò)程 圖2所示鉸鏈平面四曲柄機(jī)構(gòu)是雙曲柄手柄機(jī)構(gòu)。 該方案由曲軸（上天線(xiàn)前端3）、曲柄1、曲柄2和機(jī)架（下天線(xiàn)前端）4組成； 折疊過(guò)程是通過(guò)油缸活塞桿的伸縮推動(dòng)曲柄1轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)上天線(xiàn)前端翻轉(zhuǎn)。 天線(xiàn)面展開(kāi)包封過(guò)程中需要油壓缸作為動(dòng)力源。 氣缸推力的大小由載荷和曲軸的結(jié)構(gòu)以及鉸接點(diǎn)的位置決定。

2.2 質(zhì)心靜態(tài)估計(jì)分析在重力作用下，分析機(jī)構(gòu)承受自身重力的能力，并校核各桿件的硬度，校核運(yùn)動(dòng)部件的壽命。 鉸鏈承受了上天線(xiàn)陣的全部重量，是極易出現(xiàn)金屬疲勞的危險(xiǎn)點(diǎn)，對(duì)鉸鏈進(jìn)行了硬度校核和壽命校核。 最終得到桿體材料、桿體半徑、厚度等激勵(lì)因素的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。 這部分使用ANSYS分析：ANSYS 分析過(guò)程包括三個(gè)步驟： 第1步：創(chuàng)建有限元模型。 包括：（1）創(chuàng)建或讀取有限元模型； （2）定義材料屬性（3）定義網(wǎng)格（節(jié)點(diǎn)和單元）。 步驟 2：施加載荷并求解。 應(yīng)用載荷和載荷選項(xiàng)，設(shè)置約束，然后求解。 步驟 3：查看結(jié)果。 查看分析結(jié)果，然后驗(yàn)證結(jié)果（分析是否正確）。 利用ANSYS對(duì)平臺(tái)錨索受力情況進(jìn)行分析，找出偏轉(zhuǎn)危險(xiǎn)點(diǎn)。 由此可以得出，提高整體硬度的方法是從根本上降低危險(xiǎn)點(diǎn)的硬度，使其能夠承受更大的撓度和變形。 應(yīng)用ANSYS分析得到的結(jié)果具有一定的理論價(jià)值。 （對(duì)ANSYS軟件不熟悉，不討論，僅提供解決方案） 2.3 系統(tǒng)工作角度分析 工作角度與可折疊物體的最大可折疊狀態(tài)有關(guān)，它標(biāo)志著四桿機(jī)構(gòu)是否合理，是否可以折疊。滿(mǎn)足可折疊建筑的折疊要求，天線(xiàn)雷達(dá)體積減小，可以滿(mǎn)足運(yùn)輸隱蔽等設(shè)計(jì)要求。 如圖所示，在液壓推桿的作用下，主動(dòng)部分可以以θ角度來(lái)回?cái)[動(dòng)，從動(dòng)件上表面可以以φ角度來(lái)回?cái)[動(dòng)。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在預(yù)制構(gòu)件不干涉的前提下，φ角度越接近180越好。 當(dāng)上下鋒線(xiàn)平行時(shí)，體積最小。

據(jù)推測(cè)，該折疊機(jī)構(gòu)可應(yīng)用于體育場(chǎng)館、風(fēng)景區(qū)、觀光建筑的窗框，可美化建筑、減少自然采光、節(jié)約能源。 采用折疊機(jī)構(gòu)，合理劃分天線(xiàn)和雷達(dá)，大大提高小天線(xiàn)雷達(dá)的機(jī)動(dòng)性。 經(jīng)過(guò)對(duì)幾種折疊機(jī)構(gòu)的比較后發(fā)現(xiàn)，在重型結(jié)構(gòu)中，采用鉸鏈曲柄機(jī)構(gòu)技術(shù)上合理且結(jié)構(gòu)緊湊，是一種非常好的折疊解決方案。 參考文獻(xiàn)[1]葛文杰． 平面四曲柄機(jī)構(gòu)CAD與動(dòng)力學(xué)仿真[J]. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，1994(3)。 [2] 翟一峰. 樓華偉. 拋物面天線(xiàn)的手動(dòng)折疊方案及實(shí)現(xiàn)[J]. 機(jī)電工程，2007，23(3)。 [3] 陳建平. 大型陣列天線(xiàn)手動(dòng)展開(kāi)/折疊設(shè)計(jì)及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[J]. 現(xiàn)代電子學(xué)，2002（2）。 [4]萬(wàn)福昌. 一種簡(jiǎn)單的雷達(dá)天線(xiàn)平衡機(jī)構(gòu)[J]． 現(xiàn)代雷達(dá)，1996(2)。 [5]史建軍. 馬念杰. ANSYS軟件在錨索靜力分析中的應(yīng)用[J].華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)2007,4(4). [5]方敬詩(shī). 張?jiān)鎏? 鉸鏈四曲柄機(jī)構(gòu)在雷達(dá)設(shè)計(jì)中的分析及應(yīng)用[J]. 機(jī)械制造與研究2006．[6]鄭家興． 梁采萍. 朱平. 陳冠龍. 折疊結(jié)構(gòu)熱性能研究[J]. 計(jì)算機(jī)仿真2008,25(1)。