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非规则间隙对卫星天线双轴驱动机构动态性能影响研究

作　者: 潘冬
导　师: 赵阳
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 人机与环境工程
关键词: 磨损非规则间隙虚拟样机双轴驱动机构动力学特性
分类号: V415.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

摩擦磨损是引起航天机构性能和精度下降甚至失效的主要因素之一,针对高可靠、长寿命航天器的工程需求背景,本文以某卫星天线双轴驱动机构为对象,对其磨损特性以及由磨损产生的非规则间隙对机构动态特性的影响进行了深入的研究。首先,建立了含间隙天线双轴驱动机构的动力学模型。通过引入间隙矢量对轴承间隙进行了正确描述,并采用非线性弹簧阻尼模型建立了间隙处的接触碰撞模型,同时采用修正的Coulomb摩擦模型考虑了轴承间隙处的摩擦作用,最后通过引入阶跃函数将间隙处接触碰撞力和摩擦力嵌入到理想运动副的动力学模型中,从而得到了含间隙天线双轴驱动机构的动力学模型。其次,基于Pro/E和ADAMS建立了双轴驱动机构的虚拟样机。利用Pro/E建立双轴驱动机构的三维实体模型,通过MECHANISM/Pro定义刚体、定义固定副,将其导入到ADAMS中,定义转动副,并通过引入关联副实现双轴机构的减速比,从而得到双轴驱动机构的虚拟样机,并通过校核验证其正确性。进一步,系统的分析了间隙以及不同因素对双轴机构动力学特性的影响。将间隙嵌入到虚拟样机中,从而得到含间隙的双轴驱动机构虚拟样机,对其进行动力学仿真,通过与理想铰结果对比,分析了间隙对双轴机构位移、速度、加速度及铰间力的影响。并进一步研究了间隙大小、驱动力矩、摩擦等因素对双轴机构动力学特性的影响及变化规律。最后,实现对间隙运动副磨损后形貌重构,分析了磨损间隙对机构的影响。通过虚拟样机仿真,获取间隙处动态载荷谱,利用Archard’s磨损模型求取间隙运动副的动态磨损量,进一步求出运动副上各点所对应的磨损深度,引入极坐标矢量法实现对运动副磨损后形貌的重构,将磨损后形貌回带到虚拟样机中,进而分析非规则磨损间隙对双轴驱动机构动力学特性的影响。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-21
  1.1 课题来源  9
  1.2 课题研究背景和意义  9-10
  1.3 国内外研究现状  10-20
    1.3.1 多体系统动力学研究现状  10-13
    1.3.2 含间隙多体系统动力学研究现状  13-17
    1.3.3 虚拟样机技术  17-18
    1.3.4 机构摩擦磨损  18-20
  1.4 本文主要研究内容  20-21
第2章含间隙天线双轴驱动机构动力学建模  21-33
  2.1 卫星天线双轴驱动机构简介  21-23
    2.1.1 工作原理  21-22
    2.1.2 结构简介  22-23
  2.2 间隙运动副矢量模型  23-24
  2.3 间隙运动副数学描述  24-26
  2.4 间隙运动副法向接触力模型  26-27
  2.5 间隙运动副切向摩擦力模型  27-30
  2.6 含间隙双轴驱动机构动力学模型  30-32
  2.7 本章小结  32-33
第3章卫星天线双轴驱动机构虚拟样机  33-43
  3.1 三维实体模型  33-36
  3.2 虚拟样机模型  36-40
    3.2.1 简化机构定义刚体  36-37
    3.2.2 定义简单运动副  37-39
    3.2.3 模型转换  39
    3.2.4 定义复杂运动副  39-40
  3.3 虚拟样机校核  40-42
  3.4 本章小结  42-43
第4章含间隙天线双轴驱动机构动力学分析  43-52
  4.1 含间隙双轴机构虚拟样机模型  43
  4.2 间隙对卫星天线动态特性影响分析  43-47
    4.2.1 间隙对铰间作用力的影响  44-46
    4.2.2 间隙对卫星天线姿态运动影响  46-47
  4.3 含间隙双轴机构动力学响应影响因素分析  47-51
    4.3.1 间隙大小对双轴机构影响分析  47-49
    4.3.2 驱动力矩对双轴机构影响分析  49-50
    4.3.3 摩擦对双轴机构影响分析  50-51
  4.4 本章小结  51-52
第5章磨损间隙对双轴驱动机构动态特性影响分析  52-62
  5.1 间隙运动副磨损分析  52-53
  5.2 间隙运动副动态磨损量  53-56
    5.2.1 间隙运动副磨损模型  53-54
    5.2.2 数值仿真算例  54-56
  5.3 间隙运动副磨损形貌重构  56-59
  5.4 磨损间隙对双轴机构动态特性影响  59-61
  5.5 本章小结  61-62
结论  62-64
参考文献  64-71
攻读学位期间发表的学术论文  71-73
致谢  73

非规则间隙对卫星天线双轴驱动机构动态性能影响研究

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