為了解決星載四面體構(gòu)架式可展開天線運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模分析困難的問題,建立了一種基于螺旋理論的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性分析方法.首先分析了3RR-3RRR四面體可展機(jī)構(gòu)的構(gòu)型機(jī)理及幾何特征,基于螺旋理論繪制了旋量約束拓?fù)鋱D,計(jì)算了機(jī)構(gòu)的自由度,結(jié)果表明其只有1個(gè)自由度.然后對其進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,通過運(yùn)動(dòng)旋量的組合運(yùn)算分析了各個(gè)構(gòu)件的速度,并推導(dǎo)得到了機(jī)構(gòu)的雅可比矩陣,采用旋量導(dǎo)數(shù)表示構(gòu)件的6維加速度,推導(dǎo)得到了各個(gè)花盤和桿件的角加速度與質(zhì)心線加速度.最后基于牛頓-歐拉方程和虛功原理建立了動(dòng)力學(xué)方程,并進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算與仿真驗(yàn)證,數(shù)值計(jì)算結(jié)果與仿真結(jié)果完全一致,驗(yàn)證了基于螺旋理論的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性分析方法的正確性.本文的研究方法在分析過程中各參數(shù)物理意義明確,分析過程較為程式化,易于編程,適合應(yīng)用于此類空間可展開機(jī)構(gòu)的分析中.

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【部分圖文】：

圖1 3RR-3RRR四面體可展機(jī)構(gòu)

星載構(gòu)架式空間可展開天線中的3RR-3RRR四面體可展機(jī)構(gòu)單元包括4個(gè)花盤、3根腹桿和6根同步桿，如圖1所示，3根腹桿長度相同，6根同步桿長度相同，頂花盤所含的3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副均布在其周邊各個(gè)側(cè)面上，底部3個(gè)花盤完全相同，結(jié)構(gòu)與頂花盤略有不同，整體機(jī)構(gòu)為空間對稱型機(jī)構(gòu)，所含運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)....

圖2 3RR-3RRR四面體可展機(jī)構(gòu)簡圖及坐標(biāo)系

3RR-3RRR四面體可展機(jī)構(gòu)中，3個(gè)腹桿與頂花盤連接的3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線所在平面、3個(gè)腹桿與底面花盤連接的3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線所在平面均與底面平行，同一腹桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行，同一個(gè)同步桿中的3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行，且所有同步桿中的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與同步桿兩端節(jié)點(diǎn)的連線垂直，同步桿中的轉(zhuǎn)....

圖3 旋量約束拓?fù)鋱D

式中，0是6維零向量．同理得到，在環(huán)路II中閉環(huán)旋量約束方程可以表示為

圖4 四面體可展機(jī)構(gòu)仿真模型

為驗(yàn)證前述理論分析的正確性，建立了四面體可展機(jī)構(gòu)的3維仿真模型，采用動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS和Matlab數(shù)值計(jì)算軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算與仿真模擬驗(yàn)證，3RR-3RRR四面體可展機(jī)構(gòu)仿真模型如圖4所示．四面體可展機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及物理參數(shù)見表1.

本文編號：4024472