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折纸型变胞机构的结构分析方法及其应用研究

发布时间:2017-10-01 15:34

  本文关键词:折纸型变胞机构的结构分析方法及其应用研究


  更多相关文章: 变胞机构 折纸 可展曲面 太阳翼 结构分析 自由度分析


【摘要】:变胞机构是一类在连续运动过程中自由度和拓扑结构可变且能根据不同工作任务改变约束特征的新型机构。变胞机构的这些特点使得对它的结构分析和设计中存在一定的困难,对变胞机构的研究将有助于开拓机构创新设计新思路和新方法,同时变胞机构在航空航天领域、机器人、制造系统和玩具行业等都有广泛的应用前景。本文结合可展曲面的相关理论来研究折纸型变胞机构结构分析方法及其在太阳翼中的应用。以变拓扑结构和变自由度这两个变胞机构的主要特征为切入点展开研究,提出了新的拓扑矩阵和矩阵变换公式来描述变胞过程并运用螺旋理论结合机构几何参数模型的方法分析自由度,还利用折纸型变胞机构的结构优点设计出变胞太阳翼。本文首先研究基于可展曲面的折纸型变胞机构的结构描述与构型分析方法。揭示了可展曲面、折纸和变胞机构三者之间的对应关系,提出利用可展曲面的相关理论研究折纸型变胞机构的结构。寻找到不同折纸型机构构型的几何特征并提炼出对应的几何约束方程,通过可展曲面参数方程和几何约束方程建立机构的几何参数模型并构造新的拓扑矩阵和矩阵变换公式分析变胞过程,给折纸型变胞机构的计算机辅助设计提供了理论基础。其次,利用螺旋理论来研究折纸型机构的自由度分析方法。运用螺旋理论分析简单折纸型机构的自由度,针对复杂折纸型机构存在大量过约束的现象,提出几何参数模型与螺旋理论相结合的方法分析机构的过约束数目并计算其自由度。建立折纸型机构自由度的分析方法有助于变胞机构的结构分析与设计。最后,将折纸型变胞机构应用于太阳翼基板构型的设计中。阐述了太阳翼基板的构成方式,说明了折纸型机构分析方法适用于太阳翼基板构型分析,指出了现有太阳翼基板构型设计中存在的不足,设计出具有单自由度、折展比大、模块化的变胞太阳翼。
【关键词】:变胞机构 折纸 可展曲面 太阳翼 结构分析 自由度分析
【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9-16
  • 1.1 课题来源9
  • 1.2 课题的背景和意义9-11
  • 1.3 国内外相关的研究现状及分析11-14
  • 1.3.1 变胞机构的结构分析方法研究11-13
  • 1.3.2 变胞机构的应用现状13-14
  • 1.4 本文的主要研究内容14-16
  • 第2章 折纸型变胞机构的结构描述方法16-37
  • 2.1 可展曲面简介16-17
  • 2.2 可展曲面与变胞机构之间的对应关系17-19
  • 2.3 基于可展曲面的折纸型机构几何参数模型的建立19-25
  • 2.3.1 基本构型分析20-22
  • 2.3.2 三浦折叠机构几何参数模型的建立22-25
  • 2.4 折纸型变胞机构的变胞方式25-36
  • 2.4.1 构件间连接关系改变25-30
  • 2.4.2 构件耦合与拆分30-34
  • 2.4.3 运动副特征改变34-36
  • 2.5 本章小结36-37
  • 第3章 基于螺旋理论的折纸型机构自由度分析方法37-57
  • 3.1 螺旋理论简介37-40
  • 3.1.1 基础知识37-38
  • 3.1.2 自由度计算方法38-40
  • 3.2 简单折纸型机构的自由度分析40-49
  • 3.2.1 一般柱面型机构的自由度分析40-42
  • 3.2.2 柱面型奇异机构的自由度分析42-44
  • 3.2.3 一般锥面型机构的自由度分析44-46
  • 3.2.4 锥面型奇异机构的自由度分析46-49
  • 3.3 复杂折纸型机构的自由度分析49-56
  • 3.3.1 多柱面型机构的自由度分析49-53
  • 3.3.2 多锥面型机构的自由度分析53-55
  • 3.3.3 锥面柱面组合型机构的自由度分析55-56
  • 3.4 本章小结56-57
  • 第4章 变胞太阳翼的设计57-69
  • 4.1 太阳翼基板的构型分析57-62
  • 4.1.1 太阳翼基板的基本构型分析58-59
  • 4.1.2 现有太阳翼基板的构型分析59-62
  • 4.2 变胞太阳翼基板的构型设计62-65
  • 4.2.1 变胞太阳翼基板构型分析63-64
  • 4.2.2 变胞太阳翼基板构型的自由度分析64-65
  • 4.3 变胞太阳翼展开机构的设计65-66
  • 4.4 变胞太阳翼的整体分析66-67
  • 4.5 本章小结67-69
  • 结论69-70
  • 参考文献70-73
  • 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果73-75
  • 致谢75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 李树军;戴建生;;基于Assur杆组元素的平面机构的拓扑描述[J];机械工程学报;2011年19期

2 潘宇晨;蔡敢为;王红州;高德中;戴建生;;具有变胞功能的电动装载机构构态进化拓扑结构分析与基因建模[J];机械工程学报;2014年01期

3 李树军;戴建生;;变胞机构的构态变换矩阵与运动副方位变胞[J];中国机械工程;2010年14期



本文编号:954294

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