基于五自由度并联机构航天器减振平台地研究

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1、国内图书分类号：TB535.1学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文基于五自由度并联机构航天器减振平台研究硕士研究生：付杰导师：李兵教授申请学位：工学硕士学科、专业：机械电子工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2012年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB535.1U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeofEngineeringRESEARCHONTHESPACECRAFTVIBRATIONISOLATIONPLATFOR

2、MBASEDONTHEFIVE-DOFPARALLELMECHANISMCandidate:FuJieSupervisor:Prof.LiBingAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechatronicsEngineeringAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:December,2012Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnol

3、ogy摘要摘要近年来我国积极开展载人航天、国际空间站等重大航天工程的研究。据美国宇航局统计，大多数航天器发射失败的原因是来自于航天器发射过程中由于其恶劣的力学环境所引起的振动引起的。研究整星隔振技术对于卫星及航天器的发射有至关重要的作用。本文在分析航天器发射过程中的各种载荷的基础上，提出一种含有柔性关节的并联减振机构。以并联减振主体机构为研究背景，进行并联隔振主体机构的运动学及动力学分析，完成并联隔振机构的振动响应分析。本文分析航天器发射过程中的载荷特点，根据减振机构的选择原则，选择3-CPS/UPU的并联机构作为减振机构，

4、对其自由度进行计算同时确定其约束的运动方向，并对阻尼器进行选型。介绍了柔性关节的分类及优势，对其中四种典型铰链的转动刚度的公式进行推导，设计柔性关节的尺寸参数，并对其进行静力学分析及强度校核。本文对3CPS/UPU减振并联机构进行逆解分析，利用求导法解出机构的一阶及二阶影响系数矩阵，利用MATLAB进行机构逆运动学仿真分析。分析了减振机构的工作空间及条件数在空间的分布情况。对柔性铰链进行几何分析及动力学建模，利用凯恩方程对机构进行动力学建模，利用MATLAB进行机构逆运动学仿真分析。求解了机构的刚度矩阵及阻尼矩阵，利用机构无

5、阻尼自由振动方程求解了系统的固有频率，并对各参数对系统固有频率的影响进行分析，随后利用正则矩阵对系统有阻尼受迫振动方程进行解耦，求解含阻尼的减振系统在正弦周期及随机激励下的振动响应本文以含柔性关节的并联机构为背景，对隔振机构的运动学、动力学及振动响应的进行分析。为航天器多维隔振机构的设计及性能分析提供了一条解决途径。关键词：整星隔振；并联机构；柔性关节；振动响应-I-AbstractAbstractInrecentyearsChinaactivelyresearchedandlaunchedthespace-craftsuc

6、hasmannedspaceflight,moonexplorationspacecraft.AccordingtoNASAStatistics,thereasonofmostspacecraftlaunchfailure,causedbythevibrationoftheharshmechanicalenvironments.Rresearchingthewhole-spacecraftisolationtechnologyhasacrucialroleforsatellitesandspace-craftlaunch.I

7、nthispaperbasedontheanalysisofthespace-craftduringthelaunchingload,proposedtheparallelvibrationisolationmechanismcomprisingflexiblejoints.Parallelvibrationisolationmechanismastheresearchbackground,thekinematics,dynamicsandthevibrationresponseoftheparallelvibrationi

8、solationmechanismisanalyzed.First,thispaperanalyzedtheloadcharacteristicsofthespacecraftlaunchingprocess.Accordingtoselectionprincipleofthevibrat