广义可展开单元非线性动力学分析

首先设计了一种包含柔性铰链、驱动扭簧等非传统构件的广义可展开单元,考虑间隙、摩擦、碰撞阻尼以及柔性铰链非线性,建立了间隙和柔性构件非线性耦合的广义可展开单元非线性动力学模型。通过对其展开过程的角位移、角速度、碰撞频率、碰撞力等动力学特性进行数值分析,得到了铰链间隙和扭簧刚度对展开过程平稳性的影响规律。结果表明:间隙对运动平稳性影响较大,使机构的运动呈现非线性现象,主要体现在从动杆角速度以及碰撞力幅值方面。扭簧的刚度与其初始力矩的匹配是广义可展开单元平稳展开的重要因素,通过合理设计扭簧的刚度可以有效抑制机构展开过程中的非线性现象。     

基于螺旋理论的三棱锥折展机构构型综合与组网

研究折展单元机构构型综合对于可展开天线机构创新设计具有重要意义。根据三棱锥折展单元机构多运动输出期望公共运动和期望同步运动自由度要求,基于螺旋理论约束综合法,完成机构公共运动和耦合同步运动支链的构型综合,获得了多种基本折展单元构型,并结合应用实际确定一种优选三棱锥折展单元机构。根据3RR-3RRR单元折展机构的组网方式和组网运动的要求,采用螺旋理论进行了运动副的构型设计和优化,综合出一种具有耦合自由度的高刚度三棱锥折展单元组网机构。所采用的构型综合方法实现了螺旋理论约束综合法在折展机构构型综合中的应用,为具有多运动输出部件耦合运动要求的机构综合研究提供参考。综合得到的机构适用于星载构架天线反射器等空间曲面支撑类机构应用需求,具有广泛的应用前景。     

基于四面体单元的新型可展机构自由度分析

基于3RR-3URU四面体单元构造对称和非对称两种可展组合单元机构,提出3UU-3URU四面体单元机构,并基于此单元构造可展组合单元机构,对这三种可展机构进行自由度分析。首先,基于拆杆等效法分析3RR-3URU四面体单元的自由度数目及性质,进一步将基本单元组合成对称组合单元和非对称组合单元两种形式,定义这两种组合单元的结构及需要满足的几何约束条件,并应用螺旋理论和G-K公式分析两种组合单元的自由度。其次,针对基于3RR-3URU构成的组合单元无法组网成大型可展天线机构的问题,提出3UU-3URU四面体单元及其组合单元机构,根据G-K公式得到其自由度数。最后,应用ADAMS仿真软件建立三种组合单元机构的仿真模型,对三种组合单元进行运动仿真,仿真结果验证其自由度分析的正确性。研究结果为四面体可展天线机构的设计与分析提供重要理论依据。     

平面二维移动可展机构动力学分析

提出一种新的仅含转动副的平面二维移动可展单元,经模块化组合与扩展后,构造出一种平面二维移动可展机构,该机构的执行构件可实现工作平面内的二维移动。在简述机构结构原理的基础上,分别对机构的运动学、动力学进行分析;最后,以三层平面二维移动可展机构为例,对其进行动力学数值计算和虚拟仿真,验证所建运动学和动力学模型的正确性和有效性。仿真结果表明:牛顿欧拉方法可对构件数量庞大但通过模块化叠加而形成的可展机构进行动力学建模,在求解机构运动或所需驱动力的基础上,还可求解得到全部运动副处的约束反力,从而提高其在移动可展机构中应用的可行性。     

基于两杆张拉整体结构的可展机构设计

根据平面两杆张拉整体结构的特点,建立了可展机构单元的结构简化模型.在此基础上,以简化的平面两杆张拉整体结构作为可展单元提出了一种可展机构.利用最小势能法对两杆张拉整体结构进行找形分析,给出了可展单元中的几何尺寸关系.对确定尺寸的可展机构进行运动学分析,通过ADAMS仿真软件对可展机构进行运动学仿真,将理论计算与仿真结构进行对比,以验证结构的合理性.最后,设计制造了可展机构模型,并进行实物展开实验,验证了模型展开与收拢过程的有效性.     

剪刀机构环形阵列可展结构的运动学与动力学研究

通过分析剪刀单元之间几何参数的关系,得到单元尺寸和单元数量与展开和收拢半径之间的约束条件;针对可展结构的组成特点,提出将单元机构法与运动影响系数法相结合,建立可展结构的运动学分析方法;将运动影响系数法与虚功原理相结合,形成了可展结构的动力学分析方法。通过算例证实了所建立的运动学和动力学分析方法的有效性。     

基于蜘蛛网结构的伞状可展机构设计与分析

根据蜘蛛网结构的几何特点,建立了蜘蛛网的结构简化映射模型。在此基础上,以平面四杆曲柄滑块机构为可展单元提出了一种新型伞状可展机构。利用ANSYS Workbench软件对模型进行静力学分析与优化,给出了蜘蛛圆网结构模型中捕丝间距的最佳比例关系;同时,建立了蜘蛛网刚架模型的刚度矩阵,利用矩阵位移法给出了捕丝间的最优夹角。基于捕丝间距的最佳比例和捕丝最优夹角,提出了受力性能最佳的伞状可展机构,并对其静力学性能进行了仿真分析。结果表明：基于蜘蛛网结构模型优化后的伞状可展机构强度性能得到提升。最后,设计制造了展开直径为1.2 m的可展机构模型,并对其运动过程进行模拟,验证了模型展开与收拢过程的有效性。     

环状可展机构运动学分析方法及应用研究

将Moore_Penrose广义逆理论与空间连杆机构的运动传递矩阵相结合,提出了一种多杆可展机构的运动学分析方法,利用Gan和Pellegrino方法得到了机构的运动约束方程以及约束方程的雅可比矩阵,依据雅可比矩阵的奇异性和欠秩特性,获得了机构运动参数的最小二乘解。以四杆可展机构为算例,揭示了构件的截面夹角对机构收拢角和展开角的影响规律,并获得了展开运动过程中构件间夹角的变化曲线,为环状可展机构的运动控制奠定了基础。     

平面多体系统动力学计算机仿真向量键合图法

为提高平面多体系统动力学计算机仿真的效率及可靠性,提出了相应的向量键合图法。由系统向量键合图模型基本场及结型结构的输入、输出向量间的代数关系,推导出便于计算机自动建立的系统状态方程及运动副约束反力方程的统一公式。根据运动约束关系,将平面运动构件及旋转铰的向量键合图模型组合起来,建立了3-RRR型平面并联机器人机构的向量键合图模型。通过有效的解耦方法,解决了微分因果关系及非线性结型结构给该类机构动力学计算机仿真所带来的代数困难。在此基础上,实现了3-RRR型平面并联机器人机构的计算机自动建模与仿真,验证了所述方法的可靠性及有效性。     

基于正四棱台Bricard单元的双环可展开天线机构构型设计

单环桁架式可展开天线的结构刚度随口径增大而降低的特点制约了其大型化,提出一种基于空间过约束正四棱台Bricard机构单元的双环可展开天线机构设计方法。首先,由等腰梯形面对称Bricard机构综合出展开构型与正四棱台几何体具有相同几何约束的正四棱台机构。而后,以始终存在一组正交对称面为约束条件推导出正四棱台Bricard机构的扭角约束关系,满足该约束的正四棱台机构自由度为1、可束状收拢。最后,由正四棱台机构构建出5 m口径的双环桁架式可展开天线机构。为双环桁架式可展开天线机构设计提供了过约束机构方案,提高了桁架的利用率,有助于面对称Bricard机构的广泛工程应用。     

可展开固体反射面机构设计及运动学分析

针对传统固体反射面机构主反射面型面精度和收拢率较低的问题,设计了一种可展开固体反射面机构。首先,提出4种固体反射面机构可展单元构型并对其机构自由度进行分析,对比分析构型方案优缺点确定构型方案4作为可展单元基础构型,并对其结构和展开原理进行详细设计。通过D-H坐标变换建立该机构可展单元的运动学模型,根据几何约束条件建立机构位置矢量方程,利用向量封闭投影法解出各回转角间的关系,结合MATLAB软件编程对机构的位置、速度和加速度进行分析。应用ADAMS软件建立机构仿真模型,验证了机构运动学分析的正确性。最后根据机构中回转角的限制条件和结构尺寸关系,分析回转角和结构尺寸对可展开固体反射面机构收拢率的影响,确定2.2m可展开固体反射面机构的回转角和旋转角分别为78°和30°,中心圆盘半径、铰支座一孔纵向尺寸、切换连杆横向尺寸、纵向尺寸分别为245,8,40,18mm,收拢率为0.326,从而为可展开固体反射面机构的设计提供参考。     

基于昆虫羽化与折纸的折展机构设计与分析

基于蝉翅羽化展开过程的运动特点,建立了蝉翅的结构简化模型.并在此基础上,基于折纸理论抽象简化出了一种折展机构.基于雅可比矩阵法对其进行了 自由度分析;同时,基于坐标变换矩阵方法,分析了该折展机 构的运动过程,得出了其输入角与输出角关系;利用仿真软件ADAMS建立了该折展机构的虚拟样机模型,并对其进行了模拟仿真,得出了其具体的运动过程;最后,基于该折展机构制作了简易的折纸模型,验证了模型展开与收拢过程的有效性.     

循环阵列组合可展结构单元机构的刚柔耦合动力学特性研究

以某卫星天线的可展单元机构为对象,采用非线性弹簧与阻尼模拟铰链间隙处的接触碰撞力学关系,并采用2阶插值基函数的线性组合描述杆的弯曲弹性变形,建立了单元机构的刚柔耦合动力学模型,研究运动副间隙及构件柔性对卫星天线可展单元机构的动力学特性的影响.分析结果表明,运动副处的间隙和构件的柔性都会导致碰撞力产生明显的局部波动,且刚柔耦合模型比刚性模型碰撞力的波动幅值增大了数倍.研究工作对可展机构的动态优化设计奠定了基础.     

基于Pro/E和ADAMS软件的平面3RRR并联机构运动求解

分析了平面3RRR并联机构,得到运动位置逆解方程。利用Pro/E软件的实体建模功能和ADAMS软件的动态仿真功能,对平面3RRR并联机构进行了运动联合仿真求解。在Pro/E中建立了三维模型,利用数据转化接口将模型导入ADAMS软件,进行属性及约束的编辑及定义。给定动平台预定运动轨迹驱动,得到3个驱动杆运动转角曲线,对曲线编辑处理后,应用ADAMS函数处理功能将其转化为机构的驱动函数,添加在3个驱动杆上,得到动平台运动正解。动平台在正逆仿真时运动轨迹的吻合证明了该方法的可靠性和正确性。简便的求解过程、直观的运动学性能为虚拟样机技术提供可借鉴的方法。     

卫星平面可展天线背架结构设计与分析

利用空间四棱锥单元,这里提出了一种卫星平面可展天线背架的结构方案。从机构学的角度出发,建立了可展天线背架机构的简化模型,对机构进行了模块化拓展,推导了机构的自由度与模块数之间的关系。为了研究机构的动态折展过程,这里建立了可展天线背架机构的数学模型,对机构折展过程进行了运动轨迹仿真。为了研究机构的结构动力学特性,这里建立了平面可展天线背架机构的有限元模型,并完成了机构的模态分析、谐响应分析及热变形分析。     

制造误差对过约束机构性能影响的研究

针对平面闭链机构为超静定的过约束结构和制造误差的非平面性，将结构力学中处理超静定结构的力分析法与平面连杆机构的动力分析相结合，以构件的扭转变形和弯曲变形为变形协调条件，建立了考虑非运动平面过约束的平面加杆机构动力学分析模型，仿真结果揭示了制造误差对过约束机构性能的影响。     

一种空间模块化桁架式展开机构及其运动过程分析

为设计一种折叠率高的新型空间桁架式展开机构并分析其运动过程,提出了由两个四棱锥对称布置组成的空间2自由度模块化可展单元。首先,阐述了空间桁架式展开机构的模块化组成原理。其次,根据机构顺利折叠条件推导了构件的几何协调方程。最后,根据展开过程的动作特征,将空间桁架式展开机构简化为平面机构并计算自由度,基于闭环矢量法对机构进行运动学分析。     

两级可重复展收立方星伞状天线机构设计与样机验证

针对现有RainCube立方星伞状天线展开冲击大、同步性差、难以重复展收的问题,提出了一种两级可重复展收立方星伞状天线展收机构创新方案,实现了对伞状天线主面根肋、尖肋和副面的重复展收。该展收机构由根肋、尖肋、电机、丝杠丝母、拉索、弹簧、扭簧等组成。通过电机与丝杠丝母相结合、拉索与扭簧相结合、拉索与弹簧相结合分别实现对天线主面根肋、尖肋和副面的同步可控展开及收拢。在对天线关键机构部件运动学分析的基础上,完成了天线展开与收拢过程的轨迹仿真。设计并制作了两级可重复展收立方星伞状天线原理样机,通过原理样机试验验证了所提展收机构创新方案的可行性。     

可展收抛物柱面天线机构的设计及分析

可展收抛物柱面天线可用于卫星系统中,实现无线通信、深空探测以及空间目标搜索等功能。近年来随着航天事业的迅猛发展,对空间可展天线的成形精度要求越来越高。提出并设计了一种可展收抛物柱面天线机构,该机构主要由网面支撑机构、柔索、金属丝网、轴向驱动与锁定装置、径向驱动与定位锁定装置组成。其中,网面支撑机构包括径向和轴向展收机构。研究中提出了一种新型平面可展收机构作为径向展收机构的组成单元实现天线的径向展开收拢。对可展收机构的等效机构进行了优化设计。利用剪式单元可展机构实现了轴向展收机构的设计。完成了可展收抛物柱面天线机构的驱动组件设计,在Solidworks中完成建模,对天线机构进行了运动学仿真。     

系统刚度对行星齿轮传动振动特性影响研究

为了分析齿轮啮合刚度、支承刚度对行星传动系统振动特性的影响,建立了基于人字齿行星传动的平移一扭转耦合的动力学模型.在动力学模型中,每个运动构件假定有3个自由度,同时考虑各构件的支承刚度、轮齿时变啮合刚度等影响因素.根据各构件的运动方程建立传动系统的动力学微分方程,并对其进行特征值问题求解,获取行星传动系统振动特性.