大型繩索鉸接式可展開機構(gòu)的展開性能分析與優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、人類航天事業(yè)的發(fā)展對空間大型機構(gòu)的要求愈發(fā)強烈,但限于發(fā)射技術(shù)和發(fā)射成本,目前還沒法將大型機構(gòu)按原尺寸直接送上太空,為此空間可展開機構(gòu)應(yīng)運而生,這種大型機構(gòu)在發(fā)射時折疊收攏,到軌后按計劃展開進行工作,服役期滿還能折疊回收。
　　本論文對可展開機構(gòu)中的索桿機構(gòu)進行研究,首次綜合設(shè)計了帶繩索的、鉸接式的、可展開折疊的、大型的、曲面的空間機構(gòu),推出了3種新型機構(gòu),并對從中選取典型進行了從機構(gòu)到運動、從靜力學(xué)到動力學(xué)的分析以及優(yōu)化設(shè)計,精

2、心考量了它們零部件設(shè)計的一致性、可互換性和經(jīng)濟性原則,并比較總結(jié)了它們的可擴展性、折展性能、繩索布置方式、分析方法以及曲面構(gòu)成方法。
　　本論文首先對剪式鉸構(gòu)成的三棱臺機構(gòu)、雙3R1S閉環(huán)共支鏈正曲率機構(gòu)和雙5R1S閉環(huán)共支鏈負(fù)曲率機構(gòu)進行機構(gòu)綜合分析,用螺旋理論分析3R1S閉環(huán)機構(gòu)的運動度,接著將基本單元進行大型的曲面擴展,用鋪地磚理論和曲面幾何理論研究此三種機構(gòu)的曲面擴展并分析它們的折展性能。為了深入剖析機構(gòu)特性,對三種基本單

3、元選典型進行分析,第一步是運動分析,用解析幾何法求解三棱臺機構(gòu)的運動,用D-H表示法轉(zhuǎn)換坐標(biāo)描述正曲率機構(gòu)的運動,此步所得廣義坐標(biāo)之關(guān)系為第四步動力學(xué)分析做準(zhǔn)備;第二步是通過總結(jié)曲面構(gòu)成方法解釋三種機構(gòu)的由來,并進行關(guān)鍵的繩索布置討論,按驅(qū)動方式對繩索布置方式進行分類,給出具體的繩索布置模型;第三步是對布置繩索后的機構(gòu)進行靜力學(xué)分析,求取展開穩(wěn)定后的受力關(guān)系和展開過程的受力關(guān)系,分別得到被動繩索預(yù)應(yīng)力與電機驅(qū)動力;第四步是在不忽略慣性力