含间隙机构运动副动力学模型研究

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1、摘要运动副间隙对机械系统所带来的影响问题已经成为现代机械动力学理论研究的前沿问题之一，也是航天工程中急需解决的关键问题之一。开展考虑间隙的多体动力学理论及空间可展机构动力学仿真和实验的研究，将为实际的航天多体机械系统设计和动力学行为的精确预测提供分析方法和理论基础，具有重要的理论意义和实际工程价值。论文在分析目前广泛应用的点接触间隙模型局限性的基础上，综合考虑运动副结构形状、间隙大小、材料以及碰撞速度等因素的影响，初步提出了面一面接触间隙模型。该模型计及了粘滑和滚动摩阻的影响，能够精细地模拟运动副中的碰撞过

2、程。本文在柔性多体系统动力学理论的基础上，建立了含间隙柔性多体系统动力学模型，并以双连杆机构为研究对象，初步研究了构件柔性和运动副间隙对机械系统动力学特性的影响。对考虑运动副间隙和构件柔性的空间可展机构动力学进行了初步的仿真研究，重点研究了间隙、构件柔性、摩擦，重力场对系统动力特性的影响。仿真结果表明，由于间隙的存在，使组成间隙的两构件在机构伸展过程中频繁的碰撞，间隙、柔性以及摩擦等的耦合，使系统非线性特性增强。关键词：间隙柔性多体系统动力学建模仿真AbstractThedynamiceffectsoffl

3、exibilitiesofmembersandjointclearancesinthemechanismsareachallengetotheoreticalanalysisandyetareamongthemostimportantfactorsthatmustbeconsideredwhendesigningandmanufacturingaspacecraft．Theresearchoilthetheoryofmulti·bodysystemwithjointclearancesandthedynam

4、icsofdeployablemechanismwillprovidetheanalysismethodandtheoreticalbasisforthedesignofspacemechanismsandpredictionoftheirdynamicbehavior．Studyontheseproblemshasprofoundtheoryandapplicationvalue．Inthisthesis，thelimitationoftheexisdngclearancemodelsarediscuss

5、ed．Toovercomethelimitations，anewsurface·to—surfacecontactclearancemodelisproposed．11lisnewclearancemodel，consideringtheeffectsofthefigureofjoint，themagnitudeofclearance，thepropertyofmaterialandspeedofimpact，accuratelysimulatestheimpactbehavior,includingthe

6、phenomenaofstick-slipandroilingfriction．Inordertoinvestigatethedynamiceffectsofflexibilitiesofmembersandjointclearances，theequationofflexiblemulti-bodysystemwithjointclearanceswasderivedbasedontheflexiblemulti-bodytheory．Further,adeployablemechanismwasstud

7、iedthroughsimulations．Thetwo-linkrobotmanipulatormechanismWasstudiedusingnumericalsimulation．Thesimulationresultsshowthattheflexibilityofmembers，themagnitudeofclearancesatthejoints，materialdamping，impactdamping，frictionandgravityaffectthedynamicsofthemecha

8、nism．Thejointclearancescausesevereimpact．11lecouplingoftheclearances，flexibilityandfi'ictionenhancethenonlinearbehavior,andevencausechaoticvibration．Keywords：clearanceflexiblemulti-bodysystemdynamicmodelsimul