考虑多间隙和构件柔性的机构耦合动力学研究

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1、硕士学位论文考虑多间隙和构件柔性的机构耦合动力学研究STUDYONCOUPLINGDYNAMICSCHARACTERISTICSOFMECHANISMWITHMULTIPLEJOINTCLEARANCESANDCOMPONENTFLEXIBILITY卞帅哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TH113.2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考虑多间隙和构件柔性的机构耦合动力学研究硕士研究生：卞帅导师：陈军副教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：船舶与海洋工程学院

2、答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH113.2U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONCOUPLINGDYNAMICSCHARACTERISTICSOFMECHANISMWITHMULTIPLEJOINTCLEARANCESANDCOMPONENTFLEXIBILITYCandidate：BianShuaiSupervisor：AssociateProf.ChenJunAcademi

3、cDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringSchoolofNavalArchitectureandAffiliation：OceanEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着机构不断向轻质、高速、精密方向发展，一些具有轻质量和柔性特点的柔

4、性构件广泛应用于机构中，而柔性构件弹性变形与大范围运动之间存在耦合作用，这会给机构动力学特性带来较大影响；同时机构中通常含有多个运动副间隙，间隙使机构动力学响应偏离了理想运转状态，并且各间隙之间、间隙与柔性构件弹性变形之间都存在耦合作用，这会进一步影响机构的工作精度与稳定性。因此，多间隙和构件柔性已成为机构动力学研究中的热点问题，本文对考虑多间隙和构件柔性的机构耦合动力学进行研究，以便为机构设计与动力学行为预测提供分析方法和理论指导。考虑机构中构件柔性因素，以柔性多体系统动力学理论为基础，建立含柔性构件的多体系

5、统动力学模型，进而考虑机构中运动副间隙因素，对间隙进行合理描述，并建立间隙的矢量模型和数学模型，同时将间隙模型嵌入到柔性多体系统动力学模型中，最终建立含间隙和柔性构件的机构耦合动力学模型，为研究考虑多间隙和构件柔性的机构耦合动力学特性奠定基础。为合理描述机构间隙处接触碰撞过程，对间隙法向接触碰撞力模型和切向摩擦力模型进行建模与分析，并基于L-N非线性弹簧阻尼接触碰撞力模型和修正的Coulomb摩擦力模型，结合含间隙和柔性构件的机构耦合动力学模型，对考虑多间隙和连杆柔性的平面四杆机构进行动力学研究，研究间隙和连杆

6、柔性对其动力学特性的影响。进一步将含间隙和柔性构件的机构耦合动力学模型应用到航天机构中，研究多间隙和构件柔性对航天机构动力学特性的影响。首先，研究考虑方位轴和俯仰轴间隙的刚性卫星天线双轴驱动机构耦合动力学特性，进而分别研究驱动力矩、间隙处摩擦系数、等效阻尼系数以及接触刚度系数对机构动力学特性的影响，并基于健康指标和无量纲幅值影响指标，定量研究各因素对机构指向精度和工作稳定性的影响规律。最后，研究考虑多间隙和反射面柔性的驱动机构耦合动力学特性，对柔性反射面进行离散化处理，研究反射面弹性变形规律，并深入研究弹性模量

7、和约束形式对其弹性变形的影响。进一步研究间隙对反射面弹性变形和动力学特性的影响，以及反射面柔性对含间隙机构指向精度和动力学特性的影响，并研究考虑间隙与不考虑间隙时反射面约束形式对机构动力学特性的影响规律。关键词：柔性多体系统；运动副间隙；接触碰撞；航天机构；耦合动力学-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofmechanisminthedirectionoflight,high-speedandprecisionconstantly,somecomponents

8、withlightmassandflexiblecharacteristicsareappliedtomechanismwidely.Butthecouplingeffectbetweenelasticdeformationandlargeoverallmotionofflexiblecomponethasabadinfluenceondynamiccharacteristicsofm