【摘要】：圍繞我國航天技術(shù)的國家重大需求,空間站大型機(jī)械臂、衛(wèi)星天線等航天機(jī)構(gòu)的應(yīng)用日益廣泛,且執(zhí)行空間任務(wù)的復(fù)雜度越來越高,對這類機(jī)構(gòu)的精度、穩(wěn)定性、可靠性等要求也越來越高。傳動(dòng)關(guān)節(jié)作為其核心部件,主要完成機(jī)械連接、動(dòng)力傳遞等工作,對空間機(jī)械臂的位置精度、衛(wèi)星天線的指向精度等具有直接影響。本文針對行星輪系傳動(dòng)系統(tǒng)中存在的多間隙現(xiàn)象,剛?cè)狁詈犀F(xiàn)象,建立多種動(dòng)力學(xué)模型并進(jìn)行數(shù)值仿真,主要研究工作如下:聚焦于課題研究的意義及相關(guān)背景,分析了相關(guān)研究的發(fā)展?fàn)顩r和優(yōu)缺點(diǎn),提出了本文的研究方向及重點(diǎn)。此外,航天機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)研究有助于提高航天機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及分析水平,延緩航天機(jī)構(gòu)的磨損,延長其使用壽命,同時(shí)對其他大型機(jī)構(gòu)的研制具有指導(dǎo)借鑒意義。針對行星輪系傳動(dòng)系統(tǒng)中多使用斜齒輪作為傳動(dòng)元件的應(yīng)用現(xiàn)狀,建立斜齒輪傳動(dòng)的彎-扭-軸耦合6自由度動(dòng)力學(xué)模型�？紤]斜齒輪傳動(dòng)中的齒側(cè)間隙,時(shí)變嚙合剛度和嚙合阻尼等因素,推導(dǎo)齒輪嚙合剛度及間隙函數(shù)方程。為分析輪齒修緣對齒輪嚙合傳動(dòng)的影響,建立輪齒修緣模型,并用不同曲線分析修緣曲線方程,代入原斜齒輪傳動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型,得到系統(tǒng)綜合考慮輪齒修緣的5自由度動(dòng)力學(xué)方程。數(shù)值仿真結(jié)果表明外部激勵(lì),齒側(cè)間隙等因素對齒輪傳動(dòng)的振動(dòng)影響較大,合理的輪齒修緣曲線能夠有效減小系統(tǒng)振幅。在此基礎(chǔ)上,分析含有多組斜齒輪副傳動(dòng)的行星輪系關(guān)節(jié),建立考慮多間隙因素的行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型及柔性臂桿動(dòng)力學(xué)模型,利用拉格朗日乘子法建立含行星輪系關(guān)節(jié)及柔性臂桿的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程。數(shù)值仿真中,通過對多間隙模型及剛?cè)狁詈夏Ｐ偷膶Ρ?發(fā)現(xiàn)柔性臂桿與關(guān)節(jié)內(nèi)部多間隙的耦合作用致使傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)劇烈,但也加快了碰撞的衰減,因此,剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型更符合實(shí)際工作情況。在剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上,改變轉(zhuǎn)速、間隙等參數(shù)大小,分析不同因素對系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性影響。結(jié)果表明較高轉(zhuǎn)速時(shí)運(yùn)動(dòng)偏差波動(dòng)次數(shù)衰減較快但啟動(dòng)時(shí)刻的沖擊與碰撞程度較大,同時(shí)得到了維持系統(tǒng)最佳工作狀態(tài)時(shí)各間隙大小的合理取值。此外,以2K-H行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)為研究對象,建立平移-扭轉(zhuǎn)耦合模型,將星載天線視為包含衛(wèi)星本體、行星輪系關(guān)節(jié),機(jī)械臂桿,天線反射面的多體系統(tǒng),建立星載天線多體模型。重點(diǎn)分析雙行星輪系關(guān)節(jié)情況下齒輪側(cè)隙、嚙合誤差、摩擦力、耦合誤差、空間溫度等非線性因素對天線指向精度的影響。數(shù)值仿真結(jié)果表明,合適的齒側(cè)間隙能夠避免齒輪嚙合過程中的卡齒現(xiàn)象,也能保持較高的傳動(dòng)精度,選用泊松比較大的齒輪材料能夠減弱齒輪嚙合誤差造成的影響,在低速、勻速、低摩擦的情況下更易于保持天線的平穩(wěn)。但由于雙行星輪系關(guān)節(jié)的耦合作用,更容易引起天線指向精度偏差的波動(dòng)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V443.4
【圖文】：

圖 1-1 Kahraman 的行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)多間隙模型 The planetary gear transmission system multi-gap model of K隙模型碰撞力研究現(xiàn)狀機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)中，接觸碰撞力主要包括法向接觸力和切

導(dǎo)致行星輪中心點(diǎn)相對于行星架產(chǎn)生徑向跳動(dòng)，跳動(dòng)幅度逐次減小，并最終穩(wěn)定于與行星架的連續(xù)接觸狀態(tài)。而圖 b)中，行星輪的徑向跳動(dòng)次數(shù)比圖 a)中多，且跳動(dòng)幅度相對較大。這說明柔性臂桿的變形與多間隙間的耦合作用導(dǎo)致行星輪在啟動(dòng)后更難進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，增大了啟動(dòng)初期關(guān)節(jié)的振動(dòng)，對于關(guān)節(jié)的運(yùn)行穩(wěn)定性影響很大。

行星輪與行星架首次碰撞的徑向碰撞力要大于圖 a)中的碰撞力，且進(jìn)行了多次碰撞才進(jìn)入穩(wěn)定接觸狀態(tài)，說明由于多間隙和臂桿柔性變形合作用，導(dǎo)致啟動(dòng)初期，行星輪的徑向碰撞次數(shù)增加，徑向碰撞力增大擊程度增加。而進(jìn)入連續(xù)接觸狀態(tài)后，徑向接觸力仍有一定程度的波動(dòng)主要是由于運(yùn)動(dòng)過程中臂桿的柔性變形導(dǎo)致的。

【參考文獻(xiàn)】

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1 陳長征;趙昕;劉杰;孫自強(qiáng);;風(fēng)電齒輪箱齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)非線性因素影響分析[J];沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2015年06期

2 王彥;王興兆;王曉筍;;復(fù)合行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)建模與振動(dòng)特性[J];武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2015年04期

3 劉福才;侯甜甜;秦利;馮偉波;;考慮鉸間間隙和重力影響的空間機(jī)械臂軌跡跟蹤控制[J];控制理論與應(yīng)用;2015年05期

4 張慧博;王然;陳子坤;魏承;趙陽;游斌弟;;考慮多間隙耦合關(guān)系的齒輪系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)分析[J];振動(dòng)與沖擊;2015年08期

5 巫世晶;彭則明;王曉筍;朱偉林;李洪武;潛波;程燕;;嚙合誤差對復(fù)合行星輪系動(dòng)態(tài)均載特性的影響[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2015年03期

6 馮海生;王黎欽;鄭德志;趙小力;戴光昊;;計(jì)及齒面摩擦的高功率密度齒輪傳動(dòng)效率分析[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年09期

7 陳思雨;唐進(jìn)元;王志偉;胡澤華;;修形對齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響規(guī)律[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2014年13期

8 王庚祥;劉宏昭;鄧培生;;考慮球面副間隙的并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型[J];振動(dòng)與沖擊;2014年10期

9 趙軍忠;劉越東;劉曉勇;;某星載天線熱變形對跟蹤指向精度的影響仿真分析[J];遙測遙控;2013年05期

10 劉敬;石萬凱;鄒卓航;;同軸對轉(zhuǎn)行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的固有特性[J];重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué));2013年08期

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1 潘冬;空間柔性機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)建模分析及在軌抓捕控制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

2 游斌弟;星載天線動(dòng)態(tài)指向精度動(dòng)力學(xué)分析與控制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

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1 譚在銀;節(jié)點(diǎn)外嚙合行星輪系耦合動(dòng)力學(xué)分析及試驗(yàn)驗(yàn)證[D];南京航空航天大學(xué);2016年

2 劉波;船用齒輪箱動(dòng)態(tài)激勵(lì)模擬及動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)化[D];重慶大學(xué);2015年

3 姜京e

本文編號：2798231