【摘要】：展開機(jī)構(gòu)是近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)隨著空間技術(shù)與現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)不斷發(fā)展而誕生的一種新型機(jī)構(gòu),在航空航天、土木建筑、醫(yī)療器械等領(lǐng)域已取得廣泛應(yīng)用。為設(shè)計(jì)一種折疊率高的新型空間桁架式展開機(jī)構(gòu),本文提出了一種空間2-DOF模塊化可展單元,并完成了構(gòu)型分析及綜合、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與拓?fù)涮匦苑治龅裙ぷ?為空間展開機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析提供理論依據(jù)和計(jì)算方法,具體如下:(1)2-DOF可展單元的構(gòu)型分析與綜合通過分析2-DOF可展單元的自由度、幾何協(xié)調(diào)條件與可折疊條件,驗(yàn)證了其構(gòu)型原理的正確性。然后針對(duì)2-DOF可展單元作構(gòu)型綜合,提出了四種模塊化構(gòu)型方式:一維線性展開、橫向-縱向二維展開、徑向展開與圓弧展開,分析了機(jī)構(gòu)的兩種展開方式:同步展開與順次展開,并利用UG運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真加以驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。最后研究了任意兩個(gè)2-DOF可展單元能夠組合的條件,并推導(dǎo)了組合機(jī)構(gòu)的展開軌跡方程,利用該方法能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)構(gòu)的展開軌跡為任意曲線。(2)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與驅(qū)動(dòng)策略選取選取具有單個(gè)2-DOF可展單元的一維線性展開機(jī)構(gòu)為典型機(jī)構(gòu),將其簡(jiǎn)化為描述其運(yùn)動(dòng)學(xué)特性的平面機(jī)構(gòu),基于封閉環(huán)矢量法建立了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,推導(dǎo)了各節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡方程。然后研究了等速驅(qū)動(dòng)策略下,具體機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況,得出結(jié)論:機(jī)構(gòu)在初始收攏狀態(tài)發(fā)生奇異,但該奇異位置不干擾機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)動(dòng);等速驅(qū)動(dòng)策略雖能實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)正確展開,但會(huì)導(dǎo)致初期的展開運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定。最后,通過分析具體機(jī)構(gòu)在梯形驅(qū)動(dòng)策略、多項(xiàng)式驅(qū)動(dòng)策略、擺線驅(qū)動(dòng)策略下各構(gòu)件的角速度、角加速度曲線,提出了一種組合驅(qū)動(dòng)策略,能夠有效改善機(jī)構(gòu)的展開運(yùn)動(dòng)。(3)機(jī)構(gòu)的拓?fù)涮匦苑治隼米儼淼臋C(jī)構(gòu)拓?fù)涮匦苑治龇椒?基于圖論構(gòu)造了三種描述機(jī)構(gòu)拓?fù)涮卣餍畔⒌木仃?并通過其行列變換研究了典型機(jī)構(gòu)在工作周期內(nèi)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變,揭示了機(jī)構(gòu)內(nèi)部拓?fù)涮卣鞯膫鬟f。然后推導(dǎo)了描述以上變換過程的演變方程,實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)拓?fù)浞治龅挠?jì)算機(jī)求解。最后分析了典型機(jī)構(gòu)的空間緊湊性、動(dòng)態(tài)靈敏度及整體剛度,揭示了桁架機(jī)構(gòu)的固有屬性。(4)2-DOF可展單元的應(yīng)用研究針對(duì)目前固定車庫(kù)少、露天停放不安全等問題,設(shè)計(jì)了一種基于2-DOF可展單元的便攜式可展車用帳篷,提出了車用帳篷支撐桁架機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。然后基于某車型,求解了支撐桁架機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件尺寸,提出了鉸鏈在規(guī)定角度自鎖的實(shí)現(xiàn)形式。
【圖文】：

2-DOF 可展單元空間模塊化機(jī)構(gòu)研究最后，拆分可展單元 3 與可展單元 7，如圖 2-20 所示。所述單元包含 9 個(gè)活動(dòng)構(gòu)件與 14 個(gè)鉸鏈，機(jī)構(gòu)自由度為 1，而其均具有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)體，因此，單元 3、7 中驅(qū)動(dòng)體必定相關(guān)�，F(xiàn)利用運(yùn)動(dòng)仿真分析來(lái)驗(yàn)證可展單元 3、7 中驅(qū)動(dòng)體相關(guān)。針對(duì)圖 2-17 所示組合機(jī)構(gòu)，作仿真分析，測(cè)量鉸鏈 A、B、C、D 處夾角 θ1、θ2、θ3、θ4的變化。設(shè)定仿真時(shí)間為 90s，且各驅(qū)動(dòng)體的轉(zhuǎn)速相同，其方向如圖 2-17 中示箭頭所示。經(jīng)測(cè)量得到 θ1與 θ3、θ2與 θ4的變化情況完全一致，相關(guān)夾角變化如圖 2-21 所示。

a）節(jié)點(diǎn) B、C、D、F 的運(yùn)動(dòng)軌跡 b）節(jié)點(diǎn) E、G、H 的運(yùn)動(dòng)軌跡圖 3-4 相關(guān)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖Fig. 3-4 Motion trajectory diagram of related nodes針對(duì)圖 3-3 所示的平面簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，分析其運(yùn)動(dòng)軌跡曲線，，可知其縱向極限位于構(gòu)件7l 上的節(jié)點(diǎn) D，極限值為 108.02mm，此時(shí)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)變量 α1= 9°，α2= α3= 16.43°；機(jī)構(gòu)的橫向極限位于構(gòu)件10l 上的節(jié)點(diǎn) E，極限值為 185mm，此時(shí)機(jī)構(gòu)處于完全展開狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)變量 α1= 90°，α2= α3= 78.235°，由此即可得出平面簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)范圍。另外，節(jié)點(diǎn) B、C、F 的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓弧，反映了構(gòu)件 l1、l3與 l4作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V423

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3 羅s楃

本文編號(hào)：2662541