含弹性构件的铰接式可展开支撑臂设计与分析

发布时间：2017-07-16 10:20

  本文关键词：含弹性构件的铰接式可展开支撑臂设计与分析

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【摘要】：随着太空探索的不断深入,空间可展开支撑臂承担起了越来越多的任务,其能否在太空中平顺展开,能否满足刚度和强度的需求,能否达到预期的工作年限,对空间探测任务影响极大,甚至决定整个太空项目的成败。本文在基于对国内外可展开支撑臂结构和功能特点的理解上,结合本课题支撑臂的各项指标,设计了一款含弹性构件的铰接式可展开支持臂。介绍了支撑臂展收原理,根据可展开单元和弹性构件的几何特点及工作状态,分析弹性构件的受力情况,获得弹性构件的简化力学模型,给出可用于支撑臂的弹性构件几何参数和材料属性。设计了支撑臂的驱动系统。分析了支撑臂的静力学特性。根据可展开支撑臂各节点的受力情况,建立支撑臂各刚度的表达式,并研究结构参数对支撑臂刚度的影响,同时运用有限元法求解支撑臂各刚度对比分析拉索半径对支撑臂桁架刚度的影响。建立了运动学及动力学模型。建立支撑臂任意一点的运动方程,研究其运动学特性;建立支撑臂展开过程动力学模型,研究在不同驱动策略下驱动力随时间变化的规律;利用有限元分析软件研究支撑臂桁架动力学特性,获得各阶模态频率及其对应振型图。制备可用于支撑臂的弹性构件,并完成支撑臂原理样机研制和试验。完成支撑臂展收动作,并对展开刚化状态下的支撑臂进行静力加载、试验模态等测试,了解其运动特性并验证理论分析的适用性。测试结果表明,该含弹性构件的铰接式可展开支撑臂具有刚度高、可靠性强等特点。
【关键词】：可展开支撑臂 弹性构件 静力学 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】：V423
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-18
• 1.1 课题来源及研究的背景和意义8
• 1.2 空间可展开支撑臂国内外发展现状8-17
• 1.2.1 薄壁管式支撑臂8-10
• 1.2.2 套筒式支撑臂10-11
• 1.2.3 盘压杆式支撑臂11-14
• 1.2.4 铰接式支撑臂14-16
• 1.2.5 整体张拉式支撑臂16-17
• 1.3 本文主要研究内容17-18
• 第2章 含弹性构件铰接式支撑臂结构设计18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 支撑臂桁架结构设计18-21
• 2.2.1 支撑臂可展单元展收原理18-19
• 2.2.2 支撑臂单元结构设计19-21
• 2.3 支撑臂弹性构件设计与分析21-28
• 2.3.1 弹性构件的受力分析21-22
• 2.3.2 弹性构件轴心受压的大挠度弹性理论22-25
• 2.3.3 弹性构件轴心受压的有限元数值模拟25-28
• 2.4 驱动系统设计及分析28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 含弹性构件铰接式支撑臂静力学特性分析31-44
• 3.1 引言31
• 3.2 支撑臂静力学参数研究31-41
• 3.2.1 节点受力分析31-33
• 3.2.2 支撑臂轴向刚度33-36
• 3.2.3 支撑臂抗弯刚度36-37
• 3.2.4 支撑臂抗扭刚度37-41
• 3.3 基于有限元法的静力学分析41-43
• 3.3.1 支撑臂有限元模型的建立41
• 3.3.2 支撑臂静载能力仿真分析41-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 含弹性构件支撑臂运动学及动力学特性分析44-55
• 4.1 引言44
• 4.2 可展开支撑臂运动学分析44-48
• 4.2.1 支撑臂任一点运动状态分析44-46
• 4.2.2 不同驱动策略下支撑臂运动规律46-48
• 4.3 支撑臂展开过程动力学建模48-52
• 4.3.1 杆件能量函数48-49
• 4.3.2 支撑臂展开过程动力学方程49-52
• 4.4 支撑臂展开后动力学分析52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第5章 含弹性构件铰接式支撑臂样机研制及试验分析55-67
• 5.1 引言55
• 5.2 支撑臂弹性构件力学性能测试55-57
• 5.2.1 弹性构件的制备55-56
• 5.2.2 弹性构件的力学性能测试56-57
• 5.3 支撑臂功能验证试验57-59
• 5.3.1 支撑臂原理样机研制57-58
• 5.3.2 支撑臂样机折展过程测试58-59
• 5.4 支撑臂静载试验59-62
• 5.4.1 支撑臂轴向抗压刚度测试59-61
• 5.4.2 支撑臂抗弯刚度测试61-62
• 5.5 支撑臂动力学试验62-66
• 5.5.1 模态试验原理62-63
• 5.5.2 模态试验测试63-65
• 5.5.3 试验结果分析65-66
• 5.6 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-73
• 致谢73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 葛双好;张蔚波;王佩凤;魏南;;基于模态实验的机床进给系统的分析[J];机床与液压;2015年01期

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本文编号：548246