考虑多间隙和构件柔性的机构耦合动力学研究

发布时间：2017-09-01 08:23

  本文关键词：考虑多间隙和构件柔性的机构耦合动力学研究

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【摘要】：随着机构不断向轻质、高速、精密方向发展,一些具有轻质量和柔性特点的柔性构件广泛应用于机构中,而柔性构件弹性变形与大范围运动之间存在耦合作用,这会给机构动力学特性带来较大影响;同时机构中通常含有多个运动副间隙,间隙使机构动力学响应偏离了理想运转状态,并且各间隙之间、间隙与柔性构件弹性变形之间都存在耦合作用,这会进一步影响机构的工作精度与稳定性。因此,多间隙和构件柔性已成为机构动力学研究中的热点问题,本文对考虑多间隙和构件柔性的机构耦合动力学进行研究,以便为机构设计与动力学行为预测提供分析方法和理论指导。考虑机构中构件柔性因素,以柔性多体系统动力学理论为基础,建立含柔性构件的多体系统动力学模型,进而考虑机构中运动副间隙因素,对间隙进行合理描述,并建立间隙的矢量模型和数学模型,同时将间隙模型嵌入到柔性多体系统动力学模型中,最终建立含间隙和柔性构件的机构耦合动力学模型,为研究考虑多间隙和构件柔性的机构耦合动力学特性奠定基础。为合理描述机构间隙处接触碰撞过程,对间隙法向接触碰撞力模型和切向摩擦力模型进行建模与分析,并基于L-N非线性弹簧阻尼接触碰撞力模型和修正的Coulomb摩擦力模型,结合含间隙和柔性构件的机构耦合动力学模型,对考虑多间隙和连杆柔性的平面四杆机构进行动力学研究,研究间隙和连杆柔性对其动力学特性的影响。进一步将含间隙和柔性构件的机构耦合动力学模型应用到航天机构中,研究多间隙和构件柔性对航天机构动力学特性的影响。首先,研究考虑方位轴和俯仰轴间隙的刚性卫星天线双轴驱动机构耦合动力学特性,进而分别研究驱动力矩、间隙处摩擦系数、等效阻尼系数以及接触刚度系数对机构动力学特性的影响,并基于健康指标和无量纲幅值影响指标,定量研究各因素对机构指向精度和工作稳定性的影响规律。最后,研究考虑多间隙和反射面柔性的驱动机构耦合动力学特性,对柔性反射面进行离散化处理,研究反射面弹性变形规律,并深入研究弹性模量和约束形式对其弹性变形的影响。进一步研究间隙对反射面弹性变形和动力学特性的影响,以及反射面柔性对含间隙机构指向精度和动力学特性的影响,并研究考虑间隙与不考虑间隙时反射面约束形式对机构动力学特性的影响规律。
【关键词】：柔性多体系统 运动副间隙 接触碰撞 航天机构 耦合动力学
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题来源及研究目的与意义9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题研究目的与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-17
• 1.2.1 柔性多体系统动力学研究现状10-13
• 1.2.2 含间隙机构动力学研究现状13-15
• 1.2.3 含间隙机构接触碰撞建模研究现状15-16
• 1.2.4 含间隙和柔性构件的机构动力学研究现状16-17
• 1.3 本文主要研究内容17-19
• 第2章 含间隙和柔性构件的多体系统动力学建模19-30
• 2.1 含柔性构件的多体系统动力学建模19-25
• 2.1.1 柔性构件任意点运动学模型19-21
• 2.1.2 柔性构件广义质量阵和刚度阵21-22
• 2.1.3 柔性构件广义力模型22-23
• 2.1.4 柔性构件动力学方程23-24
• 2.1.5 含柔性构件的多体系统动力学模型24-25
• 2.2 运动副间隙模型25-29
• 2.2.1 运动副间隙矢量模型25-26
• 2.2.2 运动副间隙数学模型26-29
• 2.3 含间隙和柔性构件的机构耦合动力学模型29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 含间隙机构碰撞力建模与动力学特性分析30-48
• 3.1 运动副间隙法向碰撞力模型分析30-33
• 3.2 运动副间隙切向摩擦力模型分析33-34
• 3.3 含多间隙和柔性连杆的平面四杆机构动力学研究34-47
• 3.3.1 动力学模型和间隙模型验证34-36
• 3.3.2 间隙个数对机构动力学特性的影响36-40
• 3.3.3 构件柔性对机构动力学特性的影响40-46
• 3.3.4 间隙大小对机构动力学特性的影响46-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 含多间隙天线双轴驱动机构动力学特性研究48-66
• 4.1 含多间隙驱动机构动力学特性研究48-50
• 4.1.1 间隙对机构运转轨迹和角速度的影响48-49
• 4.1.2 间隙对机构角加速度和碰撞力的影响49-50
• 4.2 含多间隙驱动机构动力学特性影响因素研究50-58
• 4.2.1 驱动力矩对机构动力学特性的影响51-53
• 4.2.2 摩擦和阻尼对机构动力学特性的影响53-57
• 4.2.3 接触刚度对机构动力学特性的影响57-58
• 4.3 含多间隙驱动机构动力学特性定量研究58-65
• 4.3.1 健康指标和无量纲幅值影响指标58-59
• 4.3.2 摩擦系数对机构动力学特性影响的定量研究59-61
• 4.3.3 等效阻尼系数对机构动力学特性影响的定量研究61-63
• 4.3.4 接触刚度系数对机构动力学特性影响的定量研究63-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第5章 考虑反射面柔性的驱动机构耦合动力学研究66-80
• 5.1 反射面有限元模型66-67
• 5.2 柔性反射面弹性变形研究67-70
• 5.2.1 反射面不同位置弹性变形规律67-68
• 5.2.2 约束形式对反射面弹性变形的影响规律68-69
• 5.2.3 弹性模量对反射面弹性变形的影响69-70
• 5.3 含柔性反射面的驱动机构动力学特性研究70-72
• 5.4 间隙和柔性耦合对机构动力学特性的影响研究72-77
• 5.4.1 间隙对反射面弹性变形的影响72-74
• 5.4.2 间隙对反射面动力学特性的影响74-76
• 5.4.3 柔性对含间隙机构指向精度的影响76
• 5.4.4 柔性对含间隙机构动力学特性的影响76-77
• 5.5 约束形式对机构动力学特性的影响规律77-78
• 5.6 本章小结78-80
• 结论80-82
• 参考文献82-88
• 致谢88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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1 王鹏;含间隙铰曲柄滑块机构动力学特性研究[D];中国地质大学（北京）;2014年

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本文编号：770984