機電設計中的數學之美——羊角螺旋讓你平穩過彎

2020-12-13 易賣工控網

導讀:本次IAS貝加萊將展出SuperTrak和ACOPOStrak柔性電驅輸送系統。本文主要介紹貝加萊柔性電驅輸送系統的過彎設計。

本次IAS貝加萊將展出SuperTrak和ACOPOStrak柔性電驅輸送系統。本文主要介紹貝加萊柔性電驅輸送系統的過彎設計。貝加萊SuperTrak的軌道設計存在著秘密:直線段與兩側的彎道過彎設計曲線採用了「羊角螺線」也稱「歐拉螺旋線」。

羊角螺線是一段數學函數曲線,多用作緩和曲線,緩和直路線與圓曲路線之間曲線變化的作用。其特點是:從坐標原點開始,起始曲率為0,函數曲線的曲率呈線性增長。也即羊角螺線可以完美連結直線與任何圓弧曲線,它可以保證連接點與圓弧曲線的曲率完全一致。

就像下面這兩個公式:

它是形式為X=C(t)、Y=S(t)的曲線,其中C(t)和S(t)為Fresnel積分,就是上面兩個公式。其實,這是一個曲線。

上面參數方程的t,也是螺線於該點的曲率:k(t)=2t

圖1-函數的幾何表達

這個就像一個綿羊角,因此叫羊角螺線(Clothoid)也叫歐拉螺線(Eurler Spiral)。

SuperTrak的過彎設計曲線採用了「羊角螺線」也稱「歐拉螺旋線」。這使得它從直線段到彎道時無需減速即可過彎,保持整個輸送過程的高效。圖2是SuperTrak的軌道常用設計布局。

圖2-SuperTrak採用歐拉螺線設計彎道

SuperTrak區別於傳統直線電機的重要一點就是軌道不局限於直線。利用彎道(E-Turn)的曲線連接,SuperTrak可以讓滑塊的運動軌跡構成一個循環,從而給予機械工程師、工藝工程師更多的柔性。而SuperTrak在彎道處獨特的羊角螺紋曲線設計,最大程度地降低了滑塊在直線、彎道銜接處過渡時的衝擊和震動。

從上述可以看出,機電設計裡也蘊含著數學之美。數學,不僅是曲線,而且對於系統而言,意味著效率、降低磨損;也意味著設備的高效可靠運行。

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