三棱柱伸展臂及其折叠丝杠驱动机构研究

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1、工学硕士学位论文三棱柱伸展臂及其折叠丝杠驱动机构研究（学术型）STUDYONTRIANGULARPRISMMODULARDEPLOYABLEMASTANDITSFOLDINGSCREWDRIVEMECHANISM王丰华哈尔滨工业大学2018年6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伸展臂及其折叠丝杠驱动机构研究（学术型）硕士研究生：王丰华导师：刘荣强申请学位：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：2018年6月授予学位

2、单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V476.1U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONTRIANGULARPRISMMODULARDEPLOYABLEMASTANDITSFOLDINGSCREWDRIVEMECHANISMCandidate：WangFenghuaSupervisor：Prof.LiuRongqiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpec

3、iality：AeronauticsandAstronauticsManufacturingEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要空间一维伸展臂被广泛应用在航天器的展开与支撑领域。设计出一种轻量化、大折展比的伸展臂是当今航天领域的普遍需求。对提高航天器

4、的尺寸、通讯卫星的通讯质量以及太阳能电池阵的发电能力等方面具有重要意义。在现有空间一维伸展臂的基础上，针对伸展臂在空间中根部受力较大，顶部受力较小这一特点，提出几种伸展臂的变截面改进方案，通过这些方案的基频对比分析，给出基于基频的最佳选择方案。将该方案与传统的等截面伸展臂的模态振型进行比较，综合结构的复杂性等因素，给出实际应用中方案选择的依据。在传统的丝杠驱动伸展臂展开方案基础上，提出折叠丝杠驱动和伸缩丝杠驱动的两种改进构型，以降低伸展臂在收拢状态下的高度，进一步提高伸展臂的折展比。对丝杠驱动系统进行连续梁

5、等效，分析丝杠折叠铰链刚度对整个丝杠驱动系统刚度的影响，量化铰链对丝杠刚度的削弱。分别对有负载和无负载工作状况下的变截面伸展臂和等截面伸展臂进行模态分析，比较这4种情况的固有频率和振型的区别。分析变截面伸展臂的结构参数对固有频率的影响，比较不同的参数对固有频率影响的灵敏度，结果显示绳索直径对固有频率影响的灵敏度最高。以伸展臂的一个展开单元作为研究对象，分析伸展臂支撑杆铰链刚度对展开单元的刚度影响。在假设绳索始终保持张紧状态的条件下，推导展开单元的轴向、切向、弯曲和扭转刚度与支撑杆铰链的轴向和切向刚度之间的计

6、算公式，并通过有限元仿真对其正确性加以验证。研制展开单元的样机，采用工装对支撑杆铰链施加预紧力，可通过更改预紧力的方式更改铰链的刚度。测量不同铰链刚度下展开单元的轴向、切向、弯曲和扭转刚度，验证铰链刚度与伸展臂展开单元刚度之间的理论计算公式。关键词：伸展臂；丝杠驱动；模态分析；刚度分析I哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractWiththedeepeningofspaceexploration,thesizeofthespacecrafthasalsoincreased.Thespatialone-dim

7、ensionaldeployablemasthasbeenwidelyappliedinthefieldofspacedetectionbecauseofitslargeratioofextensibilityandhighdeploymentstiffness.Basedontheone-dimensionaldeployablemastintheexistingspace,andinviewofthecharacteristicsthatthedeployablemasthasgreaterforcea

8、ttherootandlessforceatthetop,severalvariablecross-sectionimprovementplansforthedeployablemastwereproposed,andthefundamentalfrequencythroughthesesolutionswasproposed.Gavethebestchoicebasedonthefundamentalfrequ