空间套筒式伸展臂综述及新型伸展臂设计

空间套筒式伸展臂广泛应用于航天领域,其按不同的驱动形式可分为丝杠式伸展臂、绳索式伸展臂和螺旋滚筒式伸展臂。对不同类型的套筒式伸展臂的结构形式、特点、工作原理和研究现状进行了分析,并提出了应用于伸展肋天线的新型空间套筒式伸展臂的设计方案。     

转向架构架加工工艺

本文主要针对转向架构架加工工艺进行全面分析研究,从构架结构的分类以及制造工艺入手,对206型车型为代表的导柱式构架、地铁车辆为代表的结合型架构、动车组作为代表的转臂式构架进行了阐述和分析,并在此基础上对转臂式构架典型部位加工技术进行分析和研究。     

空间可展开三棱柱伸展臂设计与优化

空间伸展臂作为空间折展机构中形式最丰富、研究最早、应用最广泛的一维空间折展机构,其主要作用是展开柔性太阳能帆板,支撑网状天线、合成孔径雷达、太空望远镜等。以三棱柱式伸展臂为研究对象,对伸展臂的展开方式和几何参数进行设计分析。基于几何非线性有限元理论,建立含空间桁架及预应力绳索的可展开伸展臂单元模型,然后建立含多可展开单元的大型伸展臂的几何非线性动力学模型。通过Matlab编程计算伸展臂的基频,得到影响伸展臂基频的关键因素,并以伸展臂的基频为优化目标,质量为约束条件,采用遗传算法对伸展臂进行优化设计。研制可展开三棱柱伸展臂样机,对伸展臂进行折展功能及参数优化设计验证试验。结果表明所设计的三棱柱伸展臂可顺利折展,所做的优化设计有效可行。通过该方法可以对特定任务需要的伸展臂进行优化设计,在满足约束条件的情况下,达到基频最高,对伸展臂的设计提供参考。     

薄壁管状空间伸展臂技术综述

介绍了可收拢管状伸展臂(STEM)和可盘卷管状伸展臂(CTM)这两类薄壁管状空间伸展臂的工作原理,并调研了国内外基于该类伸展臂的典型应用,如空间并联机构、可展天线、太阳帆展开机构等。总结分析了薄壁管伸展臂结构与机构设计、仿真分析与试验、成型工艺等关键技术,并对我国在该技术领域的发展提出了开展新型展开机构研究、开展全面地仿真分析与试验、开展薄壁管基材研究、开展成型工艺研究等建议。     

空间索杆铰接式伸展臂参数设计与精度测量

结合空间索杆铰接式伸展臂在航天工程中的应用,基于伸展臂从航天器伸出且前端支撑负载的在轨工作状态,运用欧拉梁理论建立了悬臂式伸展臂理论分析模型。分析了工作状态下伸展臂与负载系统的固有频率和根部弯曲强度,提出了基于伸展臂固有频率限制和根部弯矩限制的伸展臂参数设计方法。通过算例分析了伸展臂线密度、半径、纵杆截面面积等主要设计参数与伸展臂固有频率和根部弯矩之间的关系。研制了伸展臂原理样机,其弯曲刚度和抗弯强度分别为0.388 MN.m2和562.12 N.m,验证了伸展臂具有较高的刚度和强度。对伸展臂物理样机的地面重复展开定位精度进行了测量实验,其轴向、水平、竖直方向上的重复展开精度分别为0.127 mm、0.645 mm和0.588 mm,证明了伸展臂具有较高的重复展开定位精度。     

基于空间多面体向心机构的伸展臂设计研究

空间多面体向心机构是一类特殊空间可展机构,这类机构一般成球形或多面体形状,具有高度的对称性,通过铰链关节运动可以实现多面体机构的展开/收拢运动.本文在其结构和运动特点分析的基础上,进一步提出一种新型六面体机构.该机构由4个4腿运动链和一个十字滑块机构组成.利用螺旋理论对这种机构作自由度和奇异性分析.将这种机构运用于伸展臂的设计中,提出一种新型同步展开/收拢伸展臂机构,该机构的自由度是1.对这种伸展臂机构的运动学和动力学进行研究,推导出了其运动学和动力学方程,这有助于此伸展臂的分析设计,最后将理论计算结果与ADAMS计算结果进行比较,验证了运动学和动力学方程的正确性.本文的研究成果在航天领域有较好的应用前景.     

索杆铰接式伸展臂动力学建模与分析

针对索杆铰接式伸展臂的结构特点,提出基于能量互等原理的伸展臂连续梁等效动力学模型的建模方法.推导出伸展臂桁架单元的应变能与动能关于节点位移、几何结构参数及材料参数的表达形式.基于伸展臂桁架与连续梁等效模型两者之间应变能、动能分别相等原理,建立伸展臂桁架结构与连续梁等效模型之间的几何结构参数与材料参数的联系式,推导出伸展臂连续梁等效模型的等效刚度矩阵和质量矩阵.运用提出的索杆铰接式伸展臂连续梁等效模型化方法计算出伸展臂原理样机的等效刚度和质量参数.分别运用连续梁等效模型和有限元模型对伸展臂的动力学特性进行分析,通过理论计算和仿真分析得到伸展臂前8阶固有频率.通过有限元仿真结果与伸展臂等效模型计算结果对比分析,验证伸展臂连续梁等效模型的正确性.通过对不同长度伸展臂各阶固有频率的对比,得出伸展臂连续梁等效模型对于分析大型索杆铰接式伸展臂动力学特性具有较高的精度.     

副构架式转向架轻量化技术的研究

分析轻量化技术在副构架式转向架中的应用,并通过30t轴重轻量化副构架式转向架开展系统研究,实现了副构架式转向架轻量化和动力学性能友好匹配的目的。     

副构架式径向转向架导向机构参数研究

总结了副构架式转向架的结构与特点,并分析了自导向径向转向架的导向机理。以转K7型副构架式转向架为研究对象,建立安装有转K7型转向架的C80型敞车动力学模型。分析自导向机构的刚度参数对车辆系统动力学的影响,在此基础上进行导向机构参数优化选择,为副构架式自导向转向架的工程优化设计提供理论依据。     

新型双环减速器的运动学及动力学分析

首次对一种新型双环减速器(专利号ZL01220864.7)的结构特性、传动原理、运动学及动力学进行分析研究。建 立该环式减速器系统的受力模型,并对减速器的关键部件,如转臂轴轴承、转臂轴支承,进行受力分析,得出转臂轴承及 转臂轴支承的受力特性曲线。为该类型的环式减速器的设计和研究提供了理论依据。     

索杆式伸展臂分析与设计

提出索杆式伸展臂的原理模型,设计和制作了索杆式伸展臂的样机模型,并详细介绍了该类伸展臂的展开与收纳机理以及驱动系统、零重力装置等相关装置的技术要求。     

Design and Experiment of Triangular Prism Mast with Tape-Spring Hyperelastic Hinges

Because of the limited space of the launch rockets, deployable mechanisms are always used to solve the phenomenon. One dimensional deployable mast can deploy and support antenna, solar sail and space optical camera. Tape-spring hyperelastic hinges can be folded and extended into a rod like configuration. It utilizes the strain energy to realize self-deploying and drive the other structures. One kind of triangular prism mast with tape-spring hyperelastic hinges is proposed and developed. Stretching and compression stiffness theoretical model are established with considering the tape-spring hyperelastic hinges based on static theory. The finite element model of ten-module triangular prism mast is set up by ABAQUS with the tape-spring hyperelastic hinge and parameter study is performed to investigate the influence of thickness, section angle and radius. Two-module TPM is processed and tested the compression stiffness by the laser displacement sensor, deploying repeat accuracy by the high speed camera, modal shape and fundamental frequency at cantilever position by LMS multi-channel vibration test and analysis system, which are used to verify precision of the theoretical and finite element models of ten-module triangular prism mast with the tape-spring hyperelastic hinges. This research proposes an innovative one dimensional triangular prism with tape-spring hyperelastic hinge which has great application value to the space deployable mechanisms.     

一种大型空间展开机构的系统研究

结合大型空间展开机构的发展需求,提出一种适于超长、重载空间应用环境的新型球铰接杆展开机构,对其进行方案研究,并分析了该机构的系统构成和工作机理。     

大转角柔性铰链的结构设计及转动刚度研究

为满足航天可展结构需要,提出了一种大转角柔性铰链,其转动角度可达180°。借助几何运动学理论,进行了大转角柔性铰链的结构设计;并对柔性体的尺寸、啮合曲面轮廓、转动刚度、储存能量等关键问题进行了理论分析。得出了柔性体最小长度、厚度与柔性体转动时的最小弯曲半径之间的关系;给出了啮合面的轮廓计算、铰链的转动刚度、柔性铰链储存能量的计算解析表达式。这一柔性铰链的提出及关键问题的解决为相关领域的研究应用提供了重要的参考。     

基于ADAMS航天器刚性太阳帆板动力学仿真分析

基于ADAMS软件，建立了刚性太阳帆板展开动力学仿真系统，分析了帆板展开过程的动力学性能，并初步探讨了铰接处摩擦和间隙等因素对帆板展开的影响。。     

一种新型赋形可展开天线的设计

设计了一种新型的可展开天线－－赋形可展开天线;建立了此新型反射体结构的有限元模型,分别对其强风下反射面变形以及整体结构的模态进行分析,分析结果满足精度要求且自振频率较高;按1：1实物样机的实测结果进一步表明了此结构是合理的、可行的,为地面可展开天线的研制提供了有价值的参考。     

伸缩可控的杆状空间伸展机构研究

现存的大部分空间杆状伸展机构采用杆套杆式结构,其直径逐级递减,使得杆伸出长度受到限制,成形后的结构刚度不足,伸展收缩不可控,为此文中提出了一种伸缩可控的杆状空间伸展机构.该系统伸出杆采用螺旋管柱结构,杆伸展、收缩可控,杆的直径和刚度在伸展、收缩过程中不变.能带比较大的负载.控制伸出杆成形的机械系统结构简单、紧凑.以DSP TM320LF2407A为核心的BLDC数字控制系统实时性好,定位精度高.可用于低轨道卫星的重力梯度定位、展开天线及伸出臂,也可作为其它伸展机构的驱动臂来使用.     

桁架式支撑臂模态分析与振动主动控制研究

建立了一维大型空间可展开桁架式支撑臂的动力学模型,计算了支撑臂各阶模态的频率和振型,以及在各阶模态下的杆件模态应变能。基于杆件模态应变能对压电陶瓷作动杆的位置进行了优化设计。基于独立模态空间方法运用二次型最优控制理论,对支撑臂进行振动主动控制研究。对含有主动构件的空间桁架式支撑臂的振动主动控制进行了仿真,比较了控制前后支撑臂振动幅值的变化。仿真结果表明,该控制策略具有较好的振动控制效果。     

月球车桅杆系统的展开驱动器结构设计

阐述了月球车全息摄像机转向杆装置的结构,分析了其展开驱动器在桅杆系统中的关键作用,提出了转向杆展开驱动器的设计方法。