航天运载器舵类传动机构间隙影响研究冰

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1、第15卷第1期2017年2月动力学与控制学报Vo1．15No．11672—6553／2O17／15fl1／044—8JOURNALOFDYNAMICSANDCONTROLFeb．2017航天运载器舵类传动机构间隙影响研究冰王辰王小军张宏剑王江王端志袁文全(1．北京宇航系统工程研究所，北京100076)(2．中国运载火箭技术研究院，北京100076)摘要舵类传动机构内存在的间隙是影响航天运载器飞行稳定性、机动性和控制精确性等指标的关键因素．本文先依据影响特性将航天运载器舵类传动机构中存在的各种间隙归结为：连杆配合类

2、间隙、摇臂配合类间隙和舵轴配合类间隙；然后基于运动学分析提出了三类间隙影响的理论分析方法，而后与多体动力学软件ADAMS的仿真结果进行对比与分析．研究表明本文所提理论分析方法可准确估计三类间隙对传动机构的影响，满足实际工程间隙超差影响分析的需求．关键词航天运载器，舵类传动机构，间隙影响，运动学分析DOI：10．6052／1672-6553-2O16-041统中存在的六个基本问题进行了系统性梳理，并对引言含间隙的圆柱铰内接触力的通用计算方法进行了舵类传动机构是航天运载器飞行姿态控制系研究3J．赵振将Keller方法

3、扩展到了多点碰撞问统的重要组成部分，其主要功能是将伺服系统输出题的动力学建模问题．在航天领域，运动副间隙对的直线运动准确转化为矢量控制燃气舵或空气舵机构性能有着重要影响J，卫星太阳能帆板等航天的转动运动．控制系统信号在舵面转动运动中的准器附件的展开过程中结构构形变化和附件弹性振确执行是航天运载器飞行姿态控制的关键，同时直动会造成含间隙的铰接件的内碰撞，从而使关节的接影响航天运载器的飞行稳定性、机动性和控制精内力大大增加，加快关节的损伤J．Ferril7j对大型确性等性能．以往传动机构设计多集中于传动比，空间结构中

4、含间隙的滑移铰问题进行了研究，黄铁零部件强度、刚度要求以及热环境适应性等方面，球对伸展机构中的含间隙旋转铰和滑移铰都进随着航天运载器飞行机动性和控制精确性要求的行了非线性动力学建模分析．在其他工程领域，刘不断提高，舵类传动机构的设计不仅需要关注以上迎春从建模方法和实验研究等方面总结了含间方面的要求，还需考虑传动机构实际执行运动的稳隙机器人机构的发展，苏玉林。。通过实验研究对定性与精确性．齿轮含啮合问隙的刚性碰撞模型和含弹性约束和在实际工程中由于制造公差等原因，铰接桁架啮合间隙的弹性碰撞模型进行了对比分析，齐朝等结

5、构在铰连接处存在间隙，间隙的积累将使结构晖¨基于对深沟球轴承具体构造的分析，提出了具有非线性特征⋯．同样由于产品尺寸超差、装配通过铰约束反力来确定铰内接触点位置及其接触条件限制和功能需求等因素，传动机构内各运动部力的计算方法，沈煜用Kelvin．Voigt模型建立了件之间难免存在一定的间隙．而间隙对传动机构的凸轮分度机构含间隙动力学模型，靳春梅¨将挤传动稳定性与精确性产生直接影响，有时甚至会导压油膜阻尼器引入平面弹性机构的间隙处，可以有致机构功能失效．在机构动力学中，运动副间隙模效改善间隙引起的振动．型及其碰撞特

6、性是最基本的问题之一，且相对于冲航天运载器舵类传动机构中的含问隙运动副击动力学中研究的碰撞，它的碰撞特性是相对速度可以看作是含问隙的平面转动副，其描述方法主要较低且反复多次发生．刘才山对含碰撞多柔体系有连续接触模型和二状态模型等．连续接触模2016~6．14收到第l稿，2016~8一l】收到修改稿．$国家高技术研究发展计划资助项目(2015AA7021076)、国家自然科学基金资助项目(11402033，11602031)十通讯作者E-mail：zhanghj@pku．edu．cn第1期王辰等：航天运载器舵类传动

7、机构间隙影响研究45型¨中运动副元素始终处于接触状态，即通过使h，关节轴承I的轴线与舵轴轴线之间的距离为H用无质量杆叫代替间隙或等效机构代替间由于关节轴承Ⅱ与伺服作动器相连且始终在伺服隙等方法将含间隙的机构转化为无问隙多自由度作动器作用下沿竖直方向做直线运动，所以舵轴轴机构．连续接触模型基于等效建模的思想，通过用线与关节轴承Ⅱ轴线问的水平距离始终保持为H无质量杆等模型对间隙进行替代来模拟其特性，缺由于传动机构中各部件的材料为高强度钢，自身的点在于无法真实反映间隙对运动副碰撞特性的影弹性变形较小可以忽略．响，且系数

8、难以确定．二状态模型将传动机构各转动副中的轴与轴承视作两个碰撞体，转动副所包含的间隙会引起轴和轴承之间的碰撞．这时，转动副系统中存在两种状态：一种是自由运动状态；另一种是两体进入接触碰撞状态_1．通过碰撞体之间的碰撞力来确定系统的动力学特性，比等效建模的思想更能够准确描述含间隙系统，考虑了碰撞过程的能量传递．在实际工程中，快速定位间隙来源及快速定量描述间隙影响是提出间隙影