考虑铰链间隙的空气舵传动机构动力学建模及分析

发布时间：2017-12-14 15:09

  本文关键词：考虑铰链间隙的空气舵传动机构动力学建模及分析

  更多相关文章： 空气舵 传动机构 间隙铰链 接触碰撞 动力学建模

【摘要】：空气舵传动机构是将舵机运动转化为舵面响应的关键环节,其动力学特性直接关系着舵面动态响应。传动机构中回转铰链间隙不仅会使舵偏角出现偏差,还会导致机构内部发生冲击碰撞,影响传动机构的运动稳定性和传动精度。因此,考虑回转铰链间隙产生的接触碰撞效应,开展空气舵传动机构动力学特性研究,对舵系统动态特性的提升具有重要意义。本文以间隙回转铰链的接触非线性和冲击碰撞效应分析为基础,对空气舵传动机构开展精确的动力学建模。针对回转铰链的结构及力载特性,基于弹性基础模型,根据协调变形的几何约束,建立了铰链轴孔径向静态接触力学模型,获得了轴孔静态非线性接触刚度表达式。开展了轴孔压缩实验,验证了轴孔接触模型的准确性。在轴孔静态接触刚度分析的基础上,考虑回转铰链的轴向接触长度和多接触状态,建立了铰链的等效接触刚度模型,获得了铰链所受外载荷与接触变形的关系,开展了铰链压缩实验,验证了模型的正确性。在回转铰链静态接触模型的基础上,利用非线性弹簧阻尼模型,建立了铰链法向接触碰撞力模型。为了准确描述碰撞过程中损失,采用曲面拟合的方法,确定了碰撞力模型中接触深度对阻尼力的贡献指数,分析了接触碰撞过程能量转换,获得了非线性接触刚度下铰链碰撞的迟滞阻尼系数。开展了轴孔接触碰撞计算,分析了模型的有效性。为了合理描述静动摩擦动态转换过程,采用Cubic非线性摩擦模型分析了铰链接触的切向摩擦力。依据舵传动机构中回转铰链的结构形式,采用矢量法对铰链间隙进行了准确的数学描述,建立了铰链接触判别式。基于MLSD模型,通过引入虚拟质点和接触判别式将铰链接触碰撞力直接转化为第一类拉格朗日动力学方程中的铰链约束力,建立了铰链的碰撞动力学模型。开展了含单个铰链的单摆运动分析,验证了碰撞动力学模型的有效性。针对某空气舵传动机构,进行了详细的机构运动分析。将回转铰链碰撞动力学模型引入到传动机构分析中,建立了考虑间隙的空气舵传动机构的动力学方程,并构建了Simulink仿真模型。根据机构的运动及负载要求,研制了传动机构综合测试系统,开展了动力学实验,验证了考虑间隙的传动机构动力学模型的正确性。
【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】：V249

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本文编号：1288344