[发明专利]基于曲线内展处理的驱动声波增雨装置音圈的凸轮设计数值实现方法

说明书

本发明提供一种驱动高压射流式声波增雨装置机械配气系统中音圈部件的凸轮设计数值实现方法，包括步骤：通过摇臂系统中的摇臂旋转中心、摇臂滚轮中心和摇臂弧面中心这三个点的刚性位置关系以及摇臂弧面中心关于曲轴角的位置关系，求得摇臂滚轮中心的轨迹；将所述摇臂滚轮中心的轨迹数值化，形成由点集为{x_k,y_k}的离散点连接形成的轨迹曲线；对离散点连接形成的轨迹曲线，确定每个点处的法向；根据点{x_k,y_k}和法向，沿着法向距离r，确定每个离散点内展的方向，得到内展点的坐标；将这些点连接起来，形成凸轮的型线；以及用形成的凸轮的型线来设计凸轮。本发明方法有利于提高音圈驱动凸轮的连续性和光滑性，增强高压射流空气的间断性，激发强声波。

技术领域

本发明涉及一种用于驱动天河工程高压射流式声波增雨装置机械配气系统中音圈部件的凸轮设计数值实现方法，特别地，涉及一种基于曲线内展处理的凸轮设计数值实现方法。

背景技术

大气水汽通量场中不仅存在通量强度相对周围区域更高的局部性条带结构，而且整个水汽通量场中都存在着通量相对较高的水汽输送网络结构，形成了全球及区域水汽输送的主干通道。天河概念的提出有利于我们认识大气中的水汽输运规律，对研究地球水循环长期演化规律的统计特征及其与地表水循环过程的相互作用机制具有重要的价值。天河概念促发了以“空-地”一体的水资源开发、配置、利用为核心思想的“天河工程”科学构想。高压射流式声波增雨装置是一种新型的人工影响天气技术为手段，其关键部件是运动的音圈，音圈的往复运动能使得高压气体产生间断，从而发射强声波。音圈的往复运动需要凸轮驱动。作为天河工程高压射流式声波增雨装置机械配气机构核心部件之一，凸轮的特性影响着配气机构音圈的工作特性。一方面，不同的凸轮型线对应着不同的声发射(进排气)特性，而不同的配气机构应用场景要求不同的声发射(进排气)特性，也就要求不同的凸轮型线；另一方面，不同的凸轮型线又有着不同的运动学和动力学特性，在其他诸如振动冲击等特性方面影响音圈的运行，这既与凸轮本身的特性有关，例如表面连续性、高阶光滑性，也与凸轮的装配位置有关系,装配位置设计的恰当，则有可能会使得同样的声发射特性对应着不同的凸轮型线，进而会有不同的动力学特性。传统凸轮设计方法的基本思路是通过寻找凸轮和滚柱的接触点，然后利用两者在接触点相切的关系进行求解。但是传统凸轮设计方法需要考虑复杂的几何关系，甚至需要分情形进行计算，计算过程复杂，计算精度较低，不利于参数分析，优化设计。因此需要提出一种不同的凸轮设计方法以及由该设计方法设计制造的凸轮，与传统方法相比，新的方法能够更加适合用于参数分析等优化设计过程。

发明内容

本发明是基于上述问题和需要而提出的，目的在于提出一种用于机械配气系统中的基于曲线内展处理的凸轮设计数值实现方法，其在数值实现上，提出了明确的凸轮设计计算方案及动力性能验证方法。这是一种代数思路求解凸轮型线，相比传统的几何设计方法，避免了复杂的几何关系，求解方法统一。这种方法有效利用了周围点的信息，相比传统点对点的求解，有利于提高凸轮连续性和光滑性。

本发明的另一目的在于提供一种用于驱动天河工程高压射流式声波增雨装置机械配气系统中音圈部件的凸轮。

根据本发明的一个方案，一种用于驱动天河工程高压射流式声波增雨装置(简称喊雨器)机械配气系统中音圈部件的基于曲线内展处理的凸轮设计数值实现方法，所述凸轮与摇臂系统中的半径为r的摇臂滚轮外切接触，特征在于，包括步骤：通过所述摇臂系统中的摇臂旋转中心、摇臂滚轮中心和摇臂弧面中心这三个点的刚性位置关系以及所述摇臂弧面中心关于曲轴角的位置关系，求得所述摇臂滚轮中心的轨迹；将所述摇臂滚轮中心的轨迹数值化，形成由点集为{x_k,y_k}的离散点连接形成的轨迹曲线；对离散点连接形成的轨迹曲线，确定每个点处的法向；根据点{x_k,y_k}和法向，沿着法向距离r，确定每个离散点内展的方向，得到内展点的坐标；得到内展点的坐标后，将这些点连接起来，形成凸轮的型线；以及用形成的凸轮的型线来设计所述凸轮。