含间隙铰曲柄滑块机构动力学特性研究

【摘要】随着现代宇航技术的飞速发展,空间机构日益大型化,广泛存在着通过活动铰链接的机构,如太阳能电池阵、天线阵等在航天器入轨后再逐步展开,空间可展机构普遍存在的铰间隙是影响航天机械系统性能以及动力学特性的关键因素之一。开展考虑连接铰间隙的机械系统的动力学理论、仿真、实验等研究,对精密机械和航天器机构等的研究与发展,具有重要的理论意义和工程实际价值。本文研究了铰间隙的描述方法以及含间隙铰中存在接触碰撞力和摩擦力,建立了通用的含间隙铰机构动力学方程,进行了含间隙铰曲柄滑块机构动力学仿真和实验研究,同时还开展了含间隙铰曲柄滑块机构磨损实验研究。主要工作如下：首先,分析研究了铰间隙的描述方法和处理碰撞接触过程等关键问题,基于接触变形铰、Lankarani和Nikravesh建立的非线性弹簧阻尼模型和修正Coulomb摩擦模型建立了通用的含间隙铰多体系统动力学方程。然后,以含间隙曲柄滑块机构为研究对象,建立了含间隙曲柄滑块机构动力学模型,并进行了动力学仿真,分析了间隙大小和输入转速对含间隙机构动力学特性的影响,提出了健康指标来定量的分析间隙对机构运动精度的影响。间隙的存在极大地改变了含间隙铰机械系统的动力学特性,间隙的存在对高速转动的机构的影响非常严重,对于高速转动的机构必须考虑间隙对其整体机构性能的影响。为了验证上述仿真结果,本文设计并搭建了含间隙曲柄滑块机构实验平台,进行了含间隙机构动力学特性实验,通过实验验证了动力学模型的合理性和数值仿真结果分析的可靠性。最后,通过Archard模型对间隙铰的磨损进行了理论分析,并通过改进含间隙曲柄滑块机构实验平台,进行了含间隙铰磨损现象的实验研究,发现了间隙铰存在偏磨现象并指出了导致间隙铰偏磨的原因。
【作者】王鹏；
【导师】杨运强；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），机械工程，2014，硕士
【关键词】间隙；铰链；曲柄滑块机构；动力学；接触碰撞；

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