构架天线四面体可展单元机构运动学与动力学特性研究

发布时间：2021-05-15 23:30

　　空间可展机构由于其可折叠性及高稳定性等特点被广泛运用于大型空间可展天线的模块化组装中,常见的基本模块有多种,其中四面体可展单元机构由于具有高收纳比及高精度等特点已被运用于大型构架式天线,并且已在轨运行。但由于四面体可展单元机构具有多闭环、多冗余的结构特点,其构型设计、运动学与动力学分析难度大。本文针对四面体可展单元机构,采用理论计算和软件仿真分析相结合进行自由度及动力学特性研究,同时由于在实际机构中间隙不可避免,故本文还研究间隙动力学特性,分析间隙参数对机构动力学特性的影响。首先,提出机构的模块分解与组合方法,利用图论知识逐步绘制机构的几何约束拓扑图,结合螺旋理论列出各个环节的螺旋约束方程组,将其以矩阵形式表达,推导机构自由度公式,进而求得机构自由度数;利用机构速度传递关系,推导机构构件质心螺旋速度,建立机构运动学方程。其次,利用构件局部坐标系推导构件质心雅可比矩阵,由机构动力传递过程推导机构构件质心螺旋加速度;利用刚体加速度合成法则,求解构件质心绝对加速度,结合虚功原理建立机构动力学理论模型。然后,利用切断铰方法将多闭环机构分解为多个树系统模块和切断铰模块,由图论的关联数组结合体铰矢... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：109 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题来源及研究背景和意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 构架式可展开天线的发展
        1.2.2 可展开天线动力学研究现状
    1.3 本文主要工作
第2章 四面体可展单元机构自由度及运动学分析
    2.1 引言
        2.1.1 螺旋理论基本概念
        2.1.2 螺旋运算
        2.1.3 运动螺旋和力螺旋
        2.1.4 螺旋系
    2.2 四面体可展单元机构的自由度分析
        2.2.1 3RR-3RRR四面体可展单元机构自由度分析
        2.2.2 3RR-3URU四面体可展单元机构自由度分析
    2.3 四面体可展单元机构运动学分析
        2.3.1 可展机构速度的螺旋表示
        2.3.2 3RR-3RRR四面体可展单元机构运动学分析
    2.4 本章小结
第3章 四面体可展单元机构理论动力学分析
    3.1 引言
    3.2 可展机构加速度的螺旋表示
    3.3 可展机构质心雅可比矩阵的建立
    3.4 3RR-3RRR四面体可展单元机构动力学分析
        3.4.1 可展机构加速度分析
        3.4.2 可展机构动力学方程建立
    3.5 3RR-3URU四面体可展单元机构动力学分析
        3.5.1 可展机构驱动位置的选择
        3.5.2 可展机构的加速度分析
        3.5.3 可展机构动力学方程建立
    3.6 本章小结
第4章 四面体可展单元机构间隙动力学分析
    4.1 引言
    4.2 间隙动力学模型及评价指标
        4.2.1 基于图论的拉格朗日乘子建模方法
        4.2.2 运动副间隙模型的描述及矢量模型
        4.2.3 运动副间隙的作用力模型
        4.2.4 运动副相对运动状态的判别准则
        4.2.5 运动副间隙评价指标
    4.3 含间隙的3RR-3RRR四面体可展单元机构模块化动力学
        4.3.1 基于模块化建模方法的3RR-RRR四面体可展单元机构动力学模型
        4.3.2 含间隙的动力学模型
    4.4 本章小结
第5章 四面体可展单元机构动力学仿真研究
    5.1 引言
    5.2 ADAMS软件简介
        5.2.1 ADAMS软件对运动副间隙的处理
    5.3 四面体可展单元机构自由度的验证
        5.3.1 3RR-3RRR四面体可展单元机构自由度验证
        5.3.2 3RR-3URU四面体可展单元机构自由度验证
    5.4 3RR-3RRR四面体可展单元机构理论模型的数值算例验证
    5.5 3RR-3RRR四面体可展单元机构间隙模型仿真分析
        5.5.1 机构的动力学仿真结果
        5.5.2 间隙运动副的作用力分析
    5.6 间隙参数对机构动力学性能的影响
        5.6.1 不同间隙个数对机构动力学的影响
        5.6.2 不同间隙大小值对机构动力学的影响
        5.6.3 不同间隙位置对机构动力学的影响
    5.7 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]环形桁架天线展开动力学分析[J]. 任伟峰,何柏岩,聂锐.  中国机械工程. 2019(24)
[2]空间构架式可展天线研究进展与展望[J]. 胡飞,宋燕平,郑士昆,黄志荣,朱佳龙.  宇航学报. 2018(02)
[3]构架式可展天线机构自由度分析——拆杆等效法[J]. 许允斗,刘文兰,陈亮亮,姚建涛,赵永生,朱佳龙.  航空学报. 2017(09)
[4]航天器缠绕肋天线缠绕过程动力学建模与仿真[J]. 易乐天,袁俊刚,董富祥,李友遐.  航天器工程. 2017(02)
[5]周边桁架式可展开天线展开分析与控制[J]. 齐朝晖,常进官,王刚.  宇航学报. 2014(01)
[6]Mobility Analysis of the Deployable Structure of SLE Based on Screw Theory[J]. SUN Yuantao,WANG Sanmin,LI Jianfeng,ZHI Changjian.  Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2013(04)
[7]大型空间可展开天线技术研究[J]. 李团结,马小飞.  空间电子技术. 2012(03)
[8]基于杆组邻接矩阵的平面机构综合方法[J]. 李树军,戴建生.  机械工程学报. 2012(13)
[9]含间隙卫星天线双轴驱动机构动力学特性分析[J]. 张慧博,陈军,潘冬,王兴贵,李甘霖.  宇航学报. 2012(01)
[10]空间可展开天线结构的研究现状与展望[J]. 刘荣强,田大可,邓宗全.  机械设计. 2010(09)

博士论文
[1]考虑运动副间隙的平面并联机构动力学与控制研究[D]. 宋振东.哈尔滨工业大学 2017
[2]剪式单元可展结构的自由度及动力学特性研究[D]. 孙远涛.西北工业大学 2016

硕士论文
[1]星载可展开天线展开过程的仿真与分析[D]. 赵林燕.西安电子科技大学 2011
[2]星载可展开机构的动力学仿真分析[D]. 冯长凯.西安电子科技大学 2008



本文编号：3188532