三棱柱单元构架式可展开支撑臂结构设计与分析

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1、工学硕士学位论文三棱柱单元构架式可展开支撑臂结构设计与分析（学术型）MECHANICALDESIGNANDANALYSISOFATRIANGULARPRISMMODULARDEPLOYABLEMAST单明贺哈尔滨工业大学2013年7月国内图书分类号：V476.1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三棱柱单元构架式可展开支撑臂结构设计与分析（学术型）硕士研究生：单明贺导师：刘荣强教授申请学位：工学硕士学科：航空宇航制造工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2013年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V

2、476.1U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringMECHANICALDESIGNANDANALYSISOFATRIANGULARPRISMMODULARDEPLOYABLEMASTCandidate：ShanMingheSupervisor：Prof.LiuRongqiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AeronauticsandAstronauticsManufacturingEngineeringAffili

3、ation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2013Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着航天科技的发展，空间可展开机构应运而生，其中空间可展开支撑臂研究最早，应用最为广泛。空间可展开支撑臂作为一维线性体系，在太空探索任务中主要用来支撑太阳能展开帆板、太空望远镜等有效载荷。随着空间任务需求的多样化，对支撑臂比刚度、比强度，可靠性的要求日益增高。空间支撑臂能否在空间顺利展开，并保证

4、足够的刚度成为关系负载能否正常工作的关键因素。本文研究一种三棱柱单元构架式可展开支撑臂，该支撑臂具有高刚度、高强度、大折叠比等特点。其单元为三棱柱桁架结构，通过棱边的向内折叠实现桁架单元的折叠。针对折叠臂展开锁紧，本文提出了锥销锁紧方案，该锁紧过程简单可靠且能够顺利解锁。对单元构架式支撑臂的驱动结构、总体结构进行了详细设计。建立不同刚度的力学模型并分析结构参数对支撑臂刚度的影响，给出三棱柱单元构架式可展开支撑臂各节点的受力形式。同时运用有限元法分析折叠臂各方向刚度，并将其特性输入到整个支撑臂桁架中进行静力学分析。此外，对比分析拉索对支撑臂桁架刚度的影响。建立

5、了运动学及动力学模型，详细论述了支撑臂的运动学和动力学特性。利用几何法推导出支撑臂任一点的运动规律，并对比分析了不同运动输入形式下支撑臂的运动特性。针对支撑臂展开过程，求解出不同运动输入形式下驱动力矩的变化规律。支撑臂完全展开后为一静定桁架，利用有限元法对支撑臂进行模态分析，求出支撑臂各阶固有频率及其振型。研制了支撑臂原理样机，对支撑臂折展功能进行了试验验证。此外，分别对支撑臂进行静载、动力学试验分析。进一步验证支撑臂的折展特性以及理论分析的正确性。试验发现，该三棱柱单元构架式可展开支撑臂具有高压缩刚度、高弯曲刚度、高可靠性等特点。关键词：可展开支撑臂；三棱

6、柱单元；静力学特性；动力学特性-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofspacescienceandtechnology,spacedeployablestructureshaveappeared.Spacialdeployablemastisoneoftheearlieststudyfieldsandhasbeenwidelyused.Spacialdeployablemastismainlyusedtosupportthesolarpanels,spacetelescopeandotherpayload

7、sinthespaceexplorationmissionsasaone-dimensionallinearsystem.Withthediversityofspatialmissiondemands,therequirementsforstiffness,strengthandreliabilityofthedeployablemastarecontinuouslyincreasing.Whetherthedeployablemastcanunfoldsmoothlyinspaceandachievesufficientrigiditybecomethek

8、eyfactorsfornormalworkofth