轴/径向伸缩式成型鼓的拓扑分析与结构创新

轴/径向伸缩式成型鼓是一种适用于航空轮胎成型的空间伸缩机构,是一种多环耦合和多重过约束的空间复杂机构,因而其拓扑特性分析是机构学研究的难点问题之一.在系统分析其结构与工作原理的基础上,针对轴向与径向结构对称的特点,将机构拆分为若干子结构,运用反螺旋理论判定各子结构的过约束和公共约束,再逐一组合计算机构的自由度和产生的过约束,得出槽凸轮与小转臂间构成的高副结构使机构产生多重过约束的结论.在此基础上,分析并揭示出槽凸轮仅约束外瓦鼓肩做沿径向平面运动,研究了替代或保留槽凸轮约束功用时支链的施加位置;最后,通过建立支链结构约束螺旋系,构造了支链的可行结构形式,进而得到多种轴/径向伸缩式成型鼓的可行方案.因而为该类成型鼓的创新设计提供了一种新的思路,同时也为结构复杂、多环耦合及多重过约束空间机构的自由度分析提供了一种有效的方法.

一种轴/径向伸缩式成型鼓的运动特性分析

基于我国航空轮胎成型鼓的自主创新需求,针对一种典型的大伸缩比轴/径向伸缩式轮胎成型鼓,研究了其运动特性,以期为该机构的运动学设计奠定基础.基于矢量法建立了该机构的运动学模型,采用无因次分析方法分析了3层鼓肩的运动规律,分别从轴向、径向和周向研究了3层鼓肩依次层叠收缩的相对运动关系,建立了鼓肩避免干涉的几何约束方程.研究结果表明:该成型鼓分2个阶段收缩,鼓肩轴向尺寸越大第1阶段越长;鼓肩的轴向尺寸应小于最大伸展状态下成型鼓轴向尺寸的1/4,否则轴/径向伸缩比减小.最后结合算例对该机构进行了运动学仿真,验证了该分析方法的正确性和有效性.