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. 机构各构件的材料选用难度很大；
3. 动力电机和扭转点击的选用？
4. 制作工艺的确定？
由于水平和理解的肤浅，文中错误在所难免，请各位讨论指正。

ZMQ 2011-5-18