考虑驱动索柔性的网状天线展开动力学分析

为综合考虑铰链摩擦、索网张力及驱动绳索柔性对环形桁架式网状可展开天线展开过程的影响,建立了包含驱动绳索-滑轮的环形桁架天线系统动力学模型。采用基于位置控制的展开策略对天线的展开过程进行运动规划,实现展开角加速度的峰值最小化,并获取驱动绳索的最优输入轨迹;采用Bushing力法建立驱动绳索的动力学模型,并将索网张力等效为作用在桁架铰链上的时变外载荷,进而得到天线整体系统的动力学模型。仿真案例结果表明,驱动绳索的柔性、展开时间等参数会对展开过程中的展开角加速度和驱动索力产生显著影响,可为实际工程中环形桁架天线的展开过程控制提供参考。     

绳索驱动式环形天线传动系统的动力损耗建模与应用

传动系统是大型可展开天线的重要组成系统，在其展开过程中起到驱动天线展开的作用。针对绳索驱动式环形天线在轨展开动力损耗问题，基于理论力学及摩擦学原理，分析得到动力绳绕过线轮动力损耗模型，该模型给出了动力绳与过线轮之间分别在静、滑动摩擦工况下的动力绳传动效率计算公式，揭示了摩擦效应对传动系统效率的影响机理；在此基础上，修正了已有绳索驱动式环形天线展开动力学的系统模型，实现了环形天线展开过程精准仿真与实验验证。文中提出的动力损耗模型可为绳索驱动式环形天线的展开设计与优化提供重要理论参考。     

一种新型张力-杆系结构展开过程动力学研究

针对新型张力-杆系结构展开过程复杂导致动力学分析困难的问题,采用多柔体动力学方法,提出了张力-杆系结构的全新多体系统模型,实现了结构的展开过程仿真,研究了不同的绳索加载方式对桁架展开动力学行为的影响,总结了绳索力光滑加载方式的优势,揭示了桁架壁厚和绳索张紧力大小对张力-杆系结构展开过程的影响机理,结果表明杆件壁过薄及绳索张紧力过大均对结构展开过程中桁架受力产生显著影响。在此基础上,提出了张力-杆系结构的理论驱动力矩,给出了力矩与桁架杆件展开角度之间的关系,可以为电机选型提供参考。新型张力-杆系结构动力学分析为实际工程应用提供一种新的建模与仿真方法。     

双圈六面体环形桁架式可展开天线结构设计

分析双圈六面体环形桁架可展开结构的展开原理,计算完全展开状态下结构振动频率,说明结构具有较好的刚度。进行展开过程动力学计算,优化展开驱动机构、节点、驱动方式及连杆等结构模型的设计,制作缩比模型,试验证明结构能顺利展开,从而验证模型设计的有效性。计算分析和试验结果表明:双圈六面体环形桁架式可展开天线结构形式简单,收缩比小,具有较好的刚度,在扭簧和电动机拉索力驱动下,能顺利展开,可作为可展开天线结构的有效支撑形式。     

模块化可展天线机构展开动力学建模与运动规划

模块化可展开天线具有拓展灵活、通用性好、适应性强等特点，是满足未来天线大口径发展趋势的一种新型航天装备。为掌握模块化可展开天线展开过程的动态特性，提出一种六棱柱模块化可展开天线机构展开动力学建模及运动规划方法。首先，阐述了六棱柱模块化可展开天线的结构组成及展开原理，建立了天线机构数值仿真模型，研制了单模块原理样机，并验证了原理方案的正确性；其次，基于多刚体系统动力学Lagrange方法，建立了天线机构在展开过程的动力学模型，得到了缓释电机驱动力随展开时间的变化规律；最后，开展天线机构展开过程运动规划，建立了天线机构S型运动速度曲线模型。研究结果表明：运动规划减小了天线展开过程始末的速度突变，提高了天线展开过程的平稳性，为该构型天线的展开试验及工程应用提供了一种可供参考的速度控制方案。     

被动输入过约束四面体可展天线机构动力学分析

建立了一种由3RR-3RRR四面体单元组成的被动输入过约束可展天线机构的动力学模型,分析了驱动元件(扭簧)的数量、刚度、初始压缩量对机构展开运动的影响。基于3RR-3RRR四面体单元组成的可展机构的结构特点和空间坐标变换关系建立了机构展开/收拢过程中各构件质心位置与机构展开角之间的关系,得到了各构件的速度解析表达式。根据机构自由度性质,将机构展开/收拢过程中构件的运动分为平移运动、定轴转动、平面运动和复合运动四类。为便于建立3RR-3RRR四面体单元组成的被动输入过约束可展机构的动力学模型,进一步将构件的复合运动分解为平面运动和沿该平面法线方向的平移运动。基于拉格朗日法建立了单元可展机构3RR-3RRR和组合可展机构3(3RR-3RRR)-3RRR-3RRR的动力学模型,得到了机构中扭簧刚度与机构展开角之间的表达式,并讨论了扭簧刚度和数量对机构展开运动的影响。基于ADAMS仿真软件建立了3(3RR-3RRR)-3RRR-3RRR被动输入过约束可展机构的仿真模型,通过添加不同数量、不同刚度的扭簧对机构进行了动力学仿真分析,并讨论了扭簧初始压缩量对机构展开运动的影响,仿真结果验证了理论分析的正确性。研究结果可为由3RR-3RRR四面体单元组成的大型被动输入过约束可展天线机构的协调控制提供理论指导作用。     

多自由度固面天线反射面展开动力学分析

某大型6自由度固面天线反射面在展开过程中存在自由摆动的问题,为减小主动控制的难度,需合理设计各关节处的动力,即扭簧的扭矩大小。针对该动力学问题,采用Lagrange第2类方程进行动力学模型推导,从1自由度递推至n自由度,利用Matlab对模型进行数值求解,研究6自由度情形下扭簧扭矩与展开过程的关系,并使用Adams进行辅助验证。通过动力学模型的计算,获得了一组合理的扭簧扭矩初值,在没有外力约束下,可以使得各个反射面能以相互协调的速度与规定的趋势进行展开。结果表明,该研究方法可获得特定条件下扭簧扭矩的控制方案,降低天线反射面展开过程中主动控制的难度。     

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。     

绳驱动仿人机器人下肢设计与仿真分析

仿照人体骨骼肌驱动,提出一种基于绳索驱动的新型拮抗驱动方式,采用一对电机带动绳索的方式对关节进行冗余驱动;基于绳索驱动方式完成仿人机器人下肢结构的设计;在给定的机器人运动轨迹下得出绳长的变化规律;利用逆动力学分析求解出机器人的关节力矩,采用优化方法求解出驱动关节两侧绳索的最优驱动力;最后利用ADAMS软件对绳索驱动机器人下肢进行动力学仿真,仿真结果验证了绳索长度驱动的可行性以及拉力计算的正确性。对于仿人机器人以及康复机器人的设计具有一定的借鉴意义。     

某特种体制雷达天线座驱动系统设计

对具有跟踪要求的某特种体制雷达天线座,分析了驱动系统结构固有频率对伺服系统稳定性的影响;并针对该雷达天线座的结构特点,详细阐述了驱动系统的设计、动力学计算模型的建立及结构固有频率计算方法,对跟踪雷达天线座驱动系统设计具有工程指导意义。     

基于Twin-Bennett机构固面可展开天线的优化设计

为了解决Twin-Bennett(TB)机构控制固面可展开天线展开过程的干涉问题从而提高收拢能力,对传统太阳花式天线分割方案进行了改进。通过指数积公式建立了该固面可展开天线设计参数与收拢率之间的数学模型,并以收拢率为目标函数对盘面分割方案进行了优化分析,通过多初值点序列二次规划算法得到了最优设计参数。针对收拢的同步性问题进行了伞状同步展开机构的设计,该同步机构能将直线运动转化为固面可展开天线的展开运动,同时能保证整体固面可展开天线的单自由度和同步性。最后进行了软件仿真和实物模型的制作。整体设计可提高传统太阳花式固面可展开天线的收拢能力,将收拢率从44%降低至37%,同时保证了驱动机构的简易性。仿真分析和3D打印模型结果证明了该方法的可行性和合理性。     

精密柔索传动天线座结构设计

通信技术向高频段、窄波束方向发展,对天线的指向精度提出了更高的要求。传动回差对天线的指向精度具有重要影响,为满足未来通讯技术的发展需求,文中研制了具有低空回特性的精密柔索传动天线座。基于柔索摩擦的欧拉公式推出了钢丝绳预紧力和天线座负载的关系,进而根据天线座负载力矩计算出钢丝绳的结构参数和预紧用碟形弹簧的结构参数。结构布局选用传统的俯仰–方位型座架,方位位于俯仰上方。张紧装置采用碟形弹簧从钢丝绳的端部进行预紧,可对多股存在长度误差的钢丝绳同时实现预紧。对原理样机的回差检测结果显示,该天线座具有明显的低空回特性,因此精密柔索传动在提升天线指向精度方面具有很大的应用潜力。     

一种仿蝗虫跳跃机器人的能量转换机制及跳跃稳定性设计

通过对蝗虫蹬腿跳跃方式的模拟,研制了一种新型的可连续跳跃的机器人。在研究起跳过程能量转换机制的基础上,设计了扭簧弹跳机构。扭簧在减速电机和机身轨道的共同作用下,完成连续的腿部收缩和起跳过程,同时可以实现稳定着陆以保证多次跳跃。为进一步增强跳跃机器人在不同表面起跳的适应能力,通过建立蝗虫钩爪的抓附模型,分析了蝗虫在不同粗糙度表面起跳中脚垫与钩爪的协同作用,设计了黏附垫与钩爪共同作用的仿生跳跃底座结构。     

小型车载卫通天线座的结构设计

根据车载卫通天线座的主要技术指标,以小型化和模块化设计为指导思想,选取新型传动型式——钢丝绳摩擦传动,并选择碟型弹簧作为传动系统的张紧装置。设计了一种小型转台式天线座,该天线座体积小,重量轻,满足了系统可靠性和机动性要求。     

基于电液伺服系统的多绳缠绕式提升机浮动天轮主动调绳性能研究

在多绳缠绕式超深矿井提升机运行过程中,采用基于电液伺服系统的浮动天轮主动调绳装置,调节钢丝绳的张力。根据浮动天轮主动调绳装置的结构和原理建立阀控缸液压伺服系统的数学模型,设计了电液伺服系统的模糊自适应PID控制器,提出了一种基于模糊自适应PID控制的电液伺服系统实现浮动天轮主动调绳的控制方法,并建立了相应的数字仿真模型,以不同扰动频率的正弦函数输入模拟钢丝绳的振动,分析了液压缸的动态特性。仿真结果证明了采用模糊自适应PID控制方法的电液伺服系统浮动天轮主动调绳装置的有效性。     

月球车用扭杆弹簧疲劳寿命功率谱预测法

研制的行星轮式月球车的安全行驶寿命主要取决于扭杆弹簧悬架中扭杆弹簧的扭转疲劳寿命。模拟月球表面的温度环境进行了扭杆弹簧的扭转疲劳试验，确定了扭杆弹簧的扭转疲劳次数。在此基础上，建立了扭杆弹簧悬架的动力学模型，通过此动力学模型及功率谱寿命预测法推导出了扭杆弹簧疲劳寿命与悬架参数之间的关系式，并估算了月球车的安全行驶里程。     

立方星星箭分离机构运动系统的设计与验证

为实现"翱翔之星"立方星在轨可靠分离,达到初始分离速度和姿态的要求,设计了立方星星箭分离机构运动系统并进行了实验验证。提出了一种利用分离弹簧推动立方星打开舱门,并采用弹簧销轴完成舱门锁定的运动系统结构方案。首先,基于能量守恒定理确定了分离弹簧的结构参数;其次,建立了星箭分离过程中立方星与舱门的运动耦合系统动力学模型,并利用MATLAB软件进行了数值仿真;最后,对星箭分离机构样机进行了地面分离试验。实验结果显示,实际分离过程与数值仿真结果基本一致,实现了立方星无干涉分离及舱门的可靠锁定。该星箭分离机构成功实现了"翱翔之星"立方星的在轨分离,卫星下传数据表明其初始分离速度为1.08m/s,三轴角速度均小于2(°)/s,完全满足立方星初始分离速度和姿态的要求,可为后续立方星星箭分离机构的标准化设计提供参考。     

微机控制电封闭汽车变速箱试验台

本文介绍由驱动侧电机、加载侧电机及控制等组成的电封闭试验台 ,计算机通过串行通讯从扭矩仪取得扭矩和转速等测量值 ,进而通过 D/ A实施控制 ,系统采用了预测和模糊相结合的智能控制方法。实施结果良好。     

Dynamic simulation of wire rope with contact

We present a dynamic simulation of a wire rope involving both contacts with a winch drum and hydraulic systems using the finite element method. Rapid winch operation often causes disorderly winding of the wire rope, which is an important quality problem. Dynamic simulation is, therefore, required for design of the hydraulic winch system on construction machinery. The wire rope is modeled using by truss elements considering large displacement motion. The contact between the wire rope and the winch drum is modeled using by variable-length truss elements and bilinear spring elements. An improved Newton method is proposed for nonlinear dynamic analysis. Simulation results show that some lever operations result in rope looseness and intense pressure fluctuation. This paper was presented at the 4th Asian Conference on Multibody Dynamics(ACMD2008), Jeju, Korea, August 20–23, 2008. Etsujiro Imanishi received his master degree in Mechanical Engineering from Ritsumeikan University, in 1981. He is working for KOBE STEEL, LTD. since 1981. He received his doctor degree in 1992. Dr. Imanishi’s research interests include dynamics of construction machinery, numerical analysis and multibody dynamics.     

风电机组传动链的动力学仿真研究

针对风电机组传动链在工作转速范围内的扭转共振问题,基于GL2010标准,结合动力学仿真软件SIMPACK和有限元分析软件ANSYS,建立了某兆瓦级风电机组传动链的多柔体动力学仿真模型,并使用模态分析方法对传动链动力学仿真模型进行了频域响应分析,基于2D坎贝尔图和模态能量分布图,筛选出了传动链的潜在共振点,最终通过时域仿真分析,对相关部件的加速度进行了傅里叶变换,进一步验证了该潜在共振点是否是实际的危险共振点。研究结果表明,该机型风电机组传动链不存在危险的共振频率,在工作转速范围内能够安全稳定地运行;该方法可为风电机组的稳定性和可靠性设计提供依据。