本文關(guān)鍵詞：考慮鉸鏈間隙的空氣舵?zhèn)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模及分析

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【摘要】：空氣舵?zhèn)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)是將舵機(jī)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為舵面響應(yīng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),其動(dòng)力學(xué)特性直接關(guān)系著舵面動(dòng)態(tài)響應(yīng)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中回轉(zhuǎn)鉸鏈間隙不僅會(huì)使舵偏角出現(xiàn)偏差,還會(huì)導(dǎo)致機(jī)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生沖擊碰撞,影響傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性和傳動(dòng)精度。因此,考慮回轉(zhuǎn)鉸鏈間隙產(chǎn)生的接觸碰撞效應(yīng),開展空氣舵?zhèn)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性研究,對舵系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的提升具有重要意義。本文以間隙回轉(zhuǎn)鉸鏈的接觸非線性和沖擊碰撞效應(yīng)分析為基礎(chǔ),對空氣舵?zhèn)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)開展精確的動(dòng)力學(xué)建模。針對回轉(zhuǎn)鉸鏈的結(jié)構(gòu)及力載特性,基于彈性基礎(chǔ)模型,根據(jù)協(xié)調(diào)變形的幾何約束,建立了鉸鏈軸孔徑向靜態(tài)接觸力學(xué)模型,獲得了軸孔靜態(tài)非線性接觸剛度表達(dá)式。開展了軸孔壓縮實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了軸孔接觸模型的準(zhǔn)確性。在軸孔靜態(tài)接觸剛度分析的基礎(chǔ)上,考慮回轉(zhuǎn)鉸鏈的軸向接觸長度和多接觸狀態(tài),建立了鉸鏈的等效接觸剛度模型,獲得了鉸鏈所受外載荷與接觸變形的關(guān)系,開展了鉸鏈壓縮實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了模型的正確性。在回轉(zhuǎn)鉸鏈靜態(tài)接觸模型的基礎(chǔ)上,利用非線性彈簧阻尼模型,建立了鉸鏈法向接觸碰撞力模型。為了準(zhǔn)確描述碰撞過程中損失,采用曲面擬合的方法,確定了碰撞力模型中接觸深度對阻尼力的貢獻(xiàn)指數(shù),分析了接觸碰撞過程能量轉(zhuǎn)換,獲得了非線性接觸剛度下鉸鏈碰撞的遲滯阻尼系數(shù)。開展了軸孔接觸碰撞計(jì)算,分析了模型的有效性。為了合理描述靜動(dòng)摩擦動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換過程,采用Cubic非線性摩擦模型分析了鉸鏈接觸的切向摩擦力。依據(jù)舵?zhèn)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)中回轉(zhuǎn)鉸鏈的結(jié)構(gòu)形式,采用矢量法對鉸鏈間隙進(jìn)行了準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)描述,建立了鉸鏈接觸判別式。基于MLSD模型,通過引入虛擬質(zhì)點(diǎn)和接觸判別式將鉸鏈接觸碰撞力直接轉(zhuǎn)化為第一類拉格朗日動(dòng)力學(xué)方程中的鉸鏈約束力,建立了鉸鏈的碰撞動(dòng)力學(xué)模型。開展了含單個(gè)鉸鏈的單擺運(yùn)動(dòng)分析,驗(yàn)證了碰撞動(dòng)力學(xué)模型的有效性。針對某空氣舵?zhèn)鲃?dòng)機(jī)構(gòu),進(jìn)行了詳細(xì)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析。將回轉(zhuǎn)鉸鏈碰撞動(dòng)力學(xué)模型引入到傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分析中,建立了考慮間隙的空氣舵?zhèn)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程,并構(gòu)建了Simulink仿真模型。根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及負(fù)載要求,研制了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)綜合測試系統(tǒng),開展了動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了考慮間隙的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型的正確性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V249

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本文編號：1288344