含间隙天线折展机构模块精度分析
发布时间：2021-07-23 17:34
针对天线折展机构连接运动副间隙引起天线折展过程运动不确定、精度下降等问题,提出了基于"无质量杆"模型来模拟自由状态的含运动副间隙机构建模方法。该方法基于D-H法建立了天线3个闭环的几何关系模型,将无质量杆模型引入天线几何关系中,获得了展开误差的计算模型。通过综合运用蒙特卡洛法实现了自由状态折展机构展开误差计算。计算结果表明:转动副间隙对折展机构单元肋展开在Z方向上展开精度影响最大,单元肋展开最大误差为0.353 mm,可为天线折展机构设计提供了参考。
【文章来源】：上海航天(中英文). 2020,37(05)CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
轴方向上的展开误差分布Fig.8UnfoldingerrordistributionintheZ-direction
时的最大展开误差。文献［11］采用螺旋理论给出了含转动副间隙的多环闭链机构精度分析的通用方法。文献［12］通过采用冗余驱动控制使运动副间隙对机构的影响最小化，但其引入了多余的自由度和驱动，控制难度大，且改变了机构的构型。本文通过将转动副间隙等效成“无质量杆”建立含间隙的折展机构等效模型，根据约束关系不变原则，将多环闭链拆分成多个单闭环，基于D-H法建立其几何关系，运用蒙特卡洛法模拟加工误差和含间隙转动副的状态，对其展开误差进行分析。1含间隙折展机构构型本文采用如图1所示的折展机构模块化单元作为研究对象。该折展机构含6个基本单元肋组成（2个横向肋、2个纵向肋和2个纵向辅助肋），单个模块可进行拓扑成所需要抛物柱面构型。基本单元是实现整个天线支撑机构折展功能、保障展开精度的基础，其折展原理如图2所示。该机构由弹簧力推动滑块A沿y轴正方向运动，进而带动各连杆运动使机构逐步展开，直到连杆DE触碰到机械限位点H，机构停止运动。此时，连杆DE与连杆QD共线，机构展开到位且处于自锁状态，拉索张紧提供张力。图中，M1点和M2点为天线金属网的固定位置，展开状态下，这两点的位置精度直接决定着天线的型面精度。折展机构单元肋基本单元包含1个滑动副和9个转动副，自由度为1。由于运动需求及制造误差的存在，各运动副均存在间隙，使机构的运动存在一定的不确定性。为提高运动可靠性，滑块处为直线轴承与轴精密配合，间隙极小，可忽略该处间隙，因此，简化后的模型仅存在转动副。2含间隙转动副等效模型折展机构肋基本单元展开到位后其位姿确定，即各连杆处于受力平衡状态，各转动副符合接触假
，π/2]（4）根据D-H法的定义有θD"={-θD+β，θD∈[-π，0]-(θ)D+β，θD∈(0，π)（5）式中：θD为连杆DD"相对于连杆Q"D的方位角；θD"为连杆D"H相对于连杆DD"的方位角；rD为铰接点D处孔和轴的偏心距；lDH为DH的距离。为便于分析计算，根据约束不变原则，将图4所示的折展机构等效模型拆分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3个单闭环进行分析，如图6所示。图3转动副间隙等效模型Fig.3Equivalentmodeloftherotatingpairclearance图4自由状态下含间隙的折展机构等效模型Fig.4Equivalentmodelofthefoldingmechanismwithclearanceinfreestate图5转动副D处的间隙等效模型Fig.5ClearanceequivalentmodelatDoftherotatingpair26
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间索杆铰接式伸展臂参数设计与精度测量[J]. 郭宏伟,邓宗全,刘荣强. 光学精密工程. 2010(05)
本文编号：3299733
【文章来源】：上海航天(中英文). 2020,37(05)CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
轴方向上的展开误差分布Fig.8UnfoldingerrordistributionintheZ-direction
时的最大展开误差。文献［11］采用螺旋理论给出了含转动副间隙的多环闭链机构精度分析的通用方法。文献［12］通过采用冗余驱动控制使运动副间隙对机构的影响最小化，但其引入了多余的自由度和驱动，控制难度大，且改变了机构的构型。本文通过将转动副间隙等效成“无质量杆”建立含间隙的折展机构等效模型，根据约束关系不变原则，将多环闭链拆分成多个单闭环，基于D-H法建立其几何关系，运用蒙特卡洛法模拟加工误差和含间隙转动副的状态，对其展开误差进行分析。1含间隙折展机构构型本文采用如图1所示的折展机构模块化单元作为研究对象。该折展机构含6个基本单元肋组成（2个横向肋、2个纵向肋和2个纵向辅助肋），单个模块可进行拓扑成所需要抛物柱面构型。基本单元是实现整个天线支撑机构折展功能、保障展开精度的基础，其折展原理如图2所示。该机构由弹簧力推动滑块A沿y轴正方向运动，进而带动各连杆运动使机构逐步展开，直到连杆DE触碰到机械限位点H，机构停止运动。此时，连杆DE与连杆QD共线，机构展开到位且处于自锁状态，拉索张紧提供张力。图中，M1点和M2点为天线金属网的固定位置，展开状态下，这两点的位置精度直接决定着天线的型面精度。折展机构单元肋基本单元包含1个滑动副和9个转动副，自由度为1。由于运动需求及制造误差的存在，各运动副均存在间隙，使机构的运动存在一定的不确定性。为提高运动可靠性，滑块处为直线轴承与轴精密配合，间隙极小，可忽略该处间隙，因此，简化后的模型仅存在转动副。2含间隙转动副等效模型折展机构肋基本单元展开到位后其位姿确定，即各连杆处于受力平衡状态，各转动副符合接触假
，π/2]（4）根据D-H法的定义有θD"={-θD+β，θD∈[-π，0]-(θ)D+β，θD∈(0，π)（5）式中：θD为连杆DD"相对于连杆Q"D的方位角；θD"为连杆D"H相对于连杆DD"的方位角；rD为铰接点D处孔和轴的偏心距；lDH为DH的距离。为便于分析计算，根据约束不变原则，将图4所示的折展机构等效模型拆分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3个单闭环进行分析，如图6所示。图3转动副间隙等效模型Fig.3Equivalentmodeloftherotatingpairclearance图4自由状态下含间隙的折展机构等效模型Fig.4Equivalentmodelofthefoldingmechanismwithclearanceinfreestate图5转动副D处的间隙等效模型Fig.5ClearanceequivalentmodelatDoftherotatingpair26
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间索杆铰接式伸展臂参数设计与精度测量[J]. 郭宏伟,邓宗全,刘荣强. 光学精密工程. 2010(05)
本文编号：3299733
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