运动副间隙对卫星天线双轴机构动态特性影响
反作用轮铰间隙对航天器动态特性影响分析
反作用轮铰间隙对航天器动态特性影响分析潘冬;赵阳;王兴贵;马文来【摘要】反作用轮是高精度航天器姿态控制系统的主要扰动源之一,其转动副间不可避免的含有间隙,研究铰间隙对航天器动态特性影响,对建立更精确的反作用轮扰动模型至关重要.基于虚拟样机技术,采用非线性弹簧阻尼模型建立间隙处的接触碰撞模型,同时采用修正的Coulomb摩擦模型考虑运动副间隙处的摩擦作用,进而建立考虑反作用轮铰间隙的卫星系统虚拟样机模型,对其进行动力学仿真分析,详细分析间隙对系统各动态变量的影响,为卫星系统的结构设计及控制策略的制定提供参考.%Reaction wheel has been identified as one of the main disturbance sources that affect the precision of attitude control system of spacecraft. The influence of the joint clearance in reaction wheel on the dynamic characteristics of satellite is essential to be considered for the establishment of an accurate reaction wheel disturbance model. Based on virtual prototype technique, the contact dynamics model for joint clearance was established using the nonlinear equivalent spring-damping model and the friction effect was considered by using the revised Coulomb friction model. The virtual prototype of the satellite considering the clearance was then constructed and the influence of the clearance on dynamic characteristics was analysed. The results provide a reference to the satellite system's design and are helpful to the development of control strategy.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2012(031)013【总页数】5页(P71-75)【关键词】高精度航天器;反作用轮;铰间隙;动态特性【作者】潘冬;赵阳;王兴贵;马文来【作者单位】哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TB123;V411.8反作用轮是高精度航天器姿态控制的主要扰动源之一,随着航天事业的发展及哈勃望远镜、新一代望远镜(NGST)等一系列航天器的发射升空,预示着未来的航天器向高精度、高稳定性方向发展,目前中国在轨飞行的中低轨道遥感卫星成像精度与国际先进水平有明显差距,其主因即为飞轮扰动所致,对此迫切需要深入研究。
间隙对平面机构运动特性的影响分析_田浩
间隙对平面机构运动特性的影响分析田浩寇伟白争锋(哈尔滨工业大学,哈尔滨150001)Effects analysis of clearance on kinetic characteristic of plane mechanismTIAN Hao ,KOU Wei ,BAI Zheng-feng(Harbin Institute of Technology ,Harbin 150001,China )文章编号:1001-3997(2010)02-0017-02【摘要】由于装配、制造误差和磨损,运动副中的间隙是不可避免的,在机构运行期间,间隙使实际机构与理想机构的运动发生偏离,降低了机构运动精度。
以含间隙曲柄摇杆机构为研究对象,建立了系统的动力学方程,并基于ADAMS 进行了动力学仿真,仿真计算结果能够准确的预测含间隙机构的运动特性;利用ADAMS 软件进行动力学仿真分析,可以提高效率,降低成本。
关键词:间隙;ADAMS ;机构;动力学仿真【Abstract 】The clearances in mechanism are unavoidable for the assemblage ;manufacturing errors and wear.The movements of the real mechanism are deflection from the ideal mechanism for the clear -ances and the motion accuracy is decreased.The dynamics equation of the crank and rocker with clear -ances is established and the dynamics simulation is made using ADAMS .The results of the simulation will predict the dynamic performances accurately.And it can also increase the efficiency and decrease the cost.Key words :Clearance ;ADAMS ;Mechanism ;Dynamics simulation中图分类号:TH16文献标识码:A*来稿日期:2009-04-221引言含间隙机构动力学已经成为国内外机械工程、宇航工程界迫切需要解决的关键问题之一[1]。
运动副间隙振动状态实验研究
文献标识码 : A
D b w k ,Fe dnti F等 对 含 间 隙 机械 系 u o syS ru e s n e
统 进 行 了 动 力 学 分 析 ,e ei teL D,E r s S nvr n a al W eS
等 对含 间 隙四杆 机 构动 力 学 混 沌现 象 进 行 了研
隙 对 机 构 运 转 动 态 特 性 的 影 响 日益 关 注 。
上 升 , 动 副 间 隙 引 发 的机 构 非 线 性 振 动 现 象 日益 明 显 , 运
影 响 了机 构 的 运 转 精 度 和 平 稳 性 。 为 了解 决 高 速 机 构 运 转 精 度 和 平 稳 性 的 问题 , 须 对 运 动 副 间 隙 引 起 机 构 的 冲 必 击 与 振 动 进 行 研 究 。 为 此 , 分 析 运 动 副 间 隙 特 点 的 基 础 在
间 隙 四杆 机 构 振 动 测 试 实 验 台 如 图 1所 示 。 实 验 台 上 下 底 板 分 别 采 用 长 8 0 m、 4 0 m、 0 r 宽 5 m 厚 a
第 4期
黄海洋 , 李
艳 , 超 超 , : 动 副 间 隙振 动 状 态 实 验 研 究 井 等 运
1 7
2 r 的 钢 板 , 间 用 长 4 0 m、 1 0 m、 0 m a 中 5m 宽 0r a 厚
上 , 计 了 间 隙 四杆 机 构 振 动 测 试 实 验 台 。通 过 合 理 地 布 设
置测点和选择 传感 器及 测试 手段 , 大量 测试 的基础 上 , 在 得到间隙状 态机构 振 动的 波形 图和数 据。并 将其 与无 间
1 运 动 副 间 隙 研 究 现 状
~一一 一一一 一一~ ~一 一~ ~~ 一 一 ~
多间隙对2K—V型减速机动态性能的影响
多间隙对2K—V型减速机动态性能的影响【摘要】间隙是精密机械动力学分析中必须考虑的问题之一。
根据“三状态模型”,借助实体接触约束建立了2K-V型减速机多间隙多碰撞的机构动力学数字模型,通过速度、加速度和接触力的时间历程曲线分析了多间隙对输入输出机构的影响,为2K-V型减速机的设计提供了必要的参考。
【关键词】多间隙;2K-V型减速机;机构动力学0 引言精密机械中,间隙的存在严重地影响了机构的静态定位精度和动态传动精度。
真实机构中运动副的间隙量非常小,制造误差、装配误差、测量误差等很容易干扰测量的准确性,因此,通过实验的方法测定间隙对机构性能的影响存在较大的难度。
借助虚拟样机技术建立复杂机械系统的接触碰撞模型并进行仿真分析是目前国内外学者普遍采用的研究方法之一。
间隙对机构的动力学影响具有强非线性的特征,所建立的系统动力学方程为严重的病态方程[1],在数值方法的求解上存在较多的技巧,很多学者研究了运动副间隙模型的建模方法和数值解法,但研究对象大多停留在简单四杆构上[2-5],涉及复杂机构多间隙方面的研究较少。
本文以2K-V型减速机为研究对象,建立了整机的虚拟样机,定义了6个间隙铰和2个摆线针轮啮合副,运动过程中涉及8处碰撞,分析了间隙对2K-V型减速机输入和输出机构动力学性能的影响。
1 间隙铰的状态模型1.1 连续接触模型连续接触模型也称为间隙杆模型,是运动副间隙等效为一个杆构件,从而将运行过程中的含间隙运动副机构构件间的接触状态简化为仅接触一种状态。
连续接触模型方法模糊了运动副构件间的分离和碰撞状态,未考虑运动副元素接触表面间的刚度、阻尼和摩擦等物理参数,因而在分析含间隙运动副模型时精度较差。
1.2 二状态模型二状模型将运动副元素间的相对运动状态分为接触和分离两种状态,它以牛顿力学为基础建立动力学方程,考虑了接触表面间的刚度和阻尼,但未考虑碰撞对运动副机构造成的影响,一定程度上降低了分析的精度。
1.3 三状态模型三状态模型将运动副元素间的相对运动状态分为接触、分离和碰撞三种状态。
考虑构件弹性和转动副间隙的空间机构动力学研究
Ξ张跃明考虑构件弹性和转动副间隙的空间机构动力学研究张跃明(北京工业大学 北京 100022)张德强(辽宁工学院 辽阳 111000)唐锡宽(清华大学 北京 100084)摘 要 对同时考虑构件弹性和转动副间隙的空间机构进行了动力学研究。
提出了一种新型空间间隙转动副的连续接触模型。
以此模型采用有限元法,建立了同时考虑构件弹性和转动副间隙的刚弹耦合方程,并给出了数值解。
计算结果显示,间隙对弹性构件的振动有较大影响。
关键词 空间机构 间隙 弹性 动力学中图号 TH113 引 言机构的任何构件都有一定的弹性,任何运动副都有一定的间隙,要研究高速精密机构的真实运动规律,必须把构件的弹性和运动副的间隙同时考虑进去。
由于受分析方法、计算方法以及计算机速度的限制,到目前为止,对同时考虑构件弹性和运动副间隙的机构动力学研究还很少。
通常,研究机构动力学问题时,把机构运动副间隙和构件弹性两个因素同时考虑进去是非常复杂的,需要进行繁冗的公式推导和运动微分方程的求解。
因此建立一个既简单又能反映实际运动规律的数学模型是非常重要的,对于空间机构显得尤为重要。
文[1,2]对含运动副间隙和构件弹性的的空间机构进行了理论研究,但由于建立的模型复杂,不适宜解决具有一般特性空间机构的动力学问题。
本文提出了一种新的间隙转动副模型——即连续接触模型,这使研究的问题得到了一定的简化。
在构件的弹性分析方面则采用了结构有限元法,用拉格朗日方程建立了机构的刚弹耦合方程。
最后,以R SSR机构为例,研究了同时考虑构件弹性和转动副间隙时的对机构动力学性能的影响。
1 间隙转动副的连续接触模型由文献[3]得知,在间隙转动副(R副)的许多模式中,只有其中的一种模式(轴销与轴套接触情况是:轴销的两个端面外圆与轴套的圆柱接触;轴销的一个端面与轴套端面接触。
见图1,图中A、B、C为三个接触点)在机构的运动中能够长期保持,其它都是瞬时的(当轴向间隙较大时)。
由于其它模式在机构的运动中存在的时间短促,为简化计算,假定转动副始终以图1模式运动。
含间隙副的两轴液压振动试验系统动力学分析
含间隙副的两轴液压振动试验系统动力学分析
文祥;陈章位;贺惠农
【期刊名称】《振动与冲击》
【年(卷),期】2013(032)021
【摘要】由于装配、制造误差等原因,运动副中的间隙是不可避免的.为了研究转动副间隙对系统动态特性的影响,建立了一种含间隙转动副的非线性碰撞力模型,同时采用基于库仑摩擦定律的Threfall力模型描述间隙处的摩擦作用.将含间隙副的两轴液压振动试验系统模型嵌入到ADAMS动力学分析软件中进行动力学仿真分析,仿真结果表明:在异步简谐激励下,间隙尺寸和激振频率对液压振动试验系统的加速度响应特性都有很大影响,间隙越大,激振频率越高,加速度响应峰值越大,但对位移响应影响较小.
【总页数】6页(P125-130)
【作者】文祥;陈章位;贺惠农
【作者单位】上海卫星装备研究所,上海200240;浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室,杭州310027;浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室,杭州310027;浙江大学生物医学工程与仪器科学学院,杭州310027
【正文语种】中文
【中图分类】O342
【相关文献】
1.动摩擦作用下含间隙碰撞振动系统的动力学分析 [J], 张艳龙;唐斌斌;王丽;杜三山
2.间隙对两轴液压振动试验系统动力学影响的研究 [J], 文祥;陈章位;贺惠农
3.含间隙机械碰撞振动系统的动力学分析 [J], 高梦亭
4.干摩擦下含双侧间隙碰撞振动系统的动力学分析 [J], 周鹏;李贵杰;黄剑
5.含Lugre动摩擦及间隙的振动系统的动力学分析 [J], 张艳龙; 李振国; 王丽因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
空间机构移动副间隙的随机特性分析
0
引言
析 由于运动副间 隙而引起 的待求量的偏差 下 面就 以
空间 运 动 副 中 的移 动 副 为例 进 行 运 动 副 间 隙 的 随机 特
由于机构的活动性要求 ,在运动 副中存在间 隙是 必要的。间隙的存在对机构输 出的运动精度有一定 程 度的影响 , 且间隙对运动精度影 响常常大于构件 尺寸 误差对运动精度 的影 响。而在 运动副 间隙中,包 容元 素与被包容元素 的相对 位置又是 随机变 化的,所 以, 为了提高机构的运动准 确性 ,有必 要对运动副 间隙的
A d wh nt efn: s l g ,te 咖 | u a g m d l I d b sd.T ern o c a at r t so t ece r n ei h r mai r f p - n e h o ei a e h r md stn e t l mo e s e u e h a d m h rcei i f h l aa c nte p i tcp so a sc s s ta meh rs r n lsd i ealb gb 6 ernd m d la d tec n iu u n e tmo e T e rs l c b s d a h o ̄l' ai il c a 6msa ea a e nd t i y u n o t a o mo e n o t o st g n d ! h eut e ue ste rt , I .s y h h n a c b ̄ d fram y igt e kn t r c ino 【 l 【me h ns o r lTn ie i pe i o fa5. i h c s aa c ai m K q 0 d : P s t ; S ail eh rs ; Ra d m h rce s c rs i r mai p c p t e a dm am n o c aa tr t s ii
含间隙平面连杆机构动态特性研究
1
引言
由于装配、 制造误差和磨损, 运动副中的间隙是不
可避免的。间隙对机构运动的影响在低速机构设计中 一般不考虑 , 但是 , 在高速机构中, 间隙的影响已不容 忽略。解决这个问题有两种方法, 一是通过提高制造 精度来消除间隙 , 但从成本角度出发这种方法是不现 实的 ; 二是正确分析间隙对机构动态特性的影响, 找出 其主要影响方向、 影响程度和影响原因 , 在机构设计时 抓住主要方向, 尽可能地降低间隙的影响。后一种方 法对于高速机构设计具有很大的实用价值。 对于含间 隙机构 的动态 特性分 析, 国内外 的研 究
图5
!= 1200r/ min, 摇杆角速度对比曲线 2 3
4 5
Jungkeum Rhee. Dynamic response of revolute joint w ith cl earance. Mech, Mach, Theory , 1996, 31( 1) Earles S W E and Mansour W M, Mot ion Analysis of a Rigid- Link Mecha nism with Clearance at a bearing, U sing Lagrangian M echanism and Digital Computation, Conference on Mechanisms, IME, London, England, 1972
1 1
0 < 0
( 1) 为轴销轴
联立式 ( 1) ~ 式 ( 9) , 对于项数太多的方程组, 在合并、 化简过程中容易出错 , 用 Matlab 中的 Symbolic 工具可 以快速准确地进行符号推导, 可得 ( 10) f 2 ( t , 2 , 3 , 2 , 3) 这个方程组是强非线性的 , 只能采用数值方法求解 , 本
卫星天线双轴驱动机构综合性能的模糊评判
( co l f hp ulig n ier gH ri Istt e h ooya Weh i ia 2 4 0 , hn ) S h o o ib i n gnei , abn ntueo T c n l t ia, h i 6 2 9 C ia S d E n i f g We
W Set lhdadtep r r neidxw i tce ceto eto ae -oio cai o பைடு நூலகம்a s bi e ,n h e omac ne e h of i ft w - ̄sp sinm h s fr a s f g f n i h t e n m
s e l e a t n a Wa ee mi e y u ig t e i d x n mb rs ae lw n t e a ay i i r r h o e s t i n a l t e n s d t r n d b n h n e u e c a i h n l t h e a c y pr c s . s l c
【 摘 要】 双轴驱动机构是卫星天线完成跟踪 、 定位等功能的重要执行机构, 其性能好坏对卫星天 线 工作性 能有极 大影响 。为 了全 面评价 天线双轴 驱动机 构各项性 能指标 , 分析 了天线驱动机 构的组成 、
原理 , 立 了研 究双 轴驱动 机 构综合性 能 的 多层 次评 价指标 体 系, 用层 次 分析 法 中的指数 标度 法确 建 采 定 了驱动机 构各 项性 能指标 的权 重 系数 , 以某 型点波 束天 线驱动机 构 为研 究对 象 , 用模 糊 综合评 判 运
机 械 设 计 与 制 造
含间隙卫星天线双轴驱动机构动力学特性分析
含间隙卫星天线双轴驱动机构动力学特性分析张慧博;陈军;潘冬;王兴贵;李甘霖【期刊名称】《宇航学报》【年(卷),期】2012(033)001【摘要】以某型点波束卫星天线双轴驱动机构为研究对象,研究关节间隙对驱动机构动力学特性的影响规律.通过建立关节间隙动力学模型,并将间隙模型嵌入到虚拟样机中,进一步建立含间隙的双轴驱动机构虚拟样机.利用虚拟样机进行动力学仿真,分析关节间隙对双轴驱动机构动力学特性的影响.同时,利用多项式拟合的方法给出间隙大小对系统动力学特性的影响规律.结果表明,关节间隙会使运动副构件间发生接触碰撞,导致驱动机构执行末端动力学特性变化,影响运行稳定性,降低定位精度.且随着关节间隙的增大,执行末端的速度误差和加速度误差峰值都随之增大,使系统的运行稳定性变差.所得结论对双轴驱动机构定位精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义.【总页数】7页(P33-39)【作者】张慧博;陈军;潘冬;王兴贵;李甘霖【作者单位】哈尔滨工业大学(威海)船舶学院,威海264209;哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学(威海)船舶学院,威海264209;哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学(威海)船舶学院,威海264209;哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学(威海)船舶学院,威海264209【正文语种】中文【中图分类】V514.4【相关文献】1.卫星天线双轴驱动机构旋转铰磨损规律研究 [J], 张慧博;陈军;李甘霖;王兴贵;程东起;田艳2.含间隙卫星天线双轴定位机构动力学仿真分析 [J], 赵阳;白争锋;王兴贵3.卫星天线双轴驱动机构综合性能的模糊评判 [J], 陈军;隋秀蔚;王兴贵4.含间隙卫星天线双轴机构动态磨损特性研究 [J], 赵阳;潘冬;白争锋;游斌弟5.基于模糊理论的卫星天线双轴驱动机构效能评估 [J], 陈军;隋秀蔚;王兴贵因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
不同运动副材料对间隙机构动力学特性的影响
选 择 曲柄滑 块 机 构 作 为 研 究 对 象 , 构 件 的材 料 各 为钢 , 曲柄 和连 杆长度 分别 为 7 m 和 2 0m 0m 0 m。假设
机构的四个运动副中, 两个为理想转动副, 一个为理想 移动 副 , 杆 与滑 块 之 间为 考 虑 间 隙的 转 动副 , 图 3 连 如
iut t tee et o ieetm tr l i ji .T ersl hw d ta fc o oc ,sf es a pn n te l s a h f c fdf rn a i s n o t h eut so e ht r t nfre tf s,d m iga doh r l re f s f ea n s i i in
{ —, e c 由撞入深度可以得出销轴和孔的运动接触条 i
件 为 6 。在 碰撞 过 程 中 , 能 量 损 失 的计 算 非 常 重 0 对
要, 因此 , 需要计 算 两接 触 面 间 的相对 速 度 。将 6投 影
2 0
振 动 与 冲 击
21 02年第 3 卷 1
到接 触 面上 , 以得 到 接 触 点 处 的法 向速 度 和 切 向 速 可 度分 别 为 ] =8 =a, 中 是 碰 撞 速 度 , : , t其
Abta t T ee et o ieet a r l i jit o y a i caat i i f eh ns i laac ee src : h f c f f rn t i sn o s nd n m c h rc r t s m c ai wt c rn ew r f s df m ea n e sc o a m h e
i et a d T ecnat d l fj nswt laa c a s bi e y uigtenniere uvln sr gdmp n sgt . h o t e o it i c rn ew set l h db s ol a q ia t p n —a v i e c mo o h e a s n h n e i
考虑运动副间隙的机构动态特性研究
运 动发 生偏 离 , 降低 了机 构运 动 精 度 , 且容 易 引 起 冲 而
建立含间隙机构动力学模型并进行动力学仿真 , 详细
的研 究 了含 间隙机 构 的动态特 性 。
1 含 间隙机构动 力学建模
运动 副铰 问 间 隙 会 引 起 相 连 两 体 的 内碰撞 , 机 在 构运 行期 间 , 动 副包含 有 间 隙 , 与 体之 间的 连接 产 运 体
击动载荷 , 影响系统载荷传递 , 以及造成运动 副的破坏
和失 效 。随 着精 密 机 械 工 程 和航 天 工 程 的 发 展 , 精 对
生了松动 , 运动副关节元素存在失去接触的现象 , 进入 到 自由运动状态 , 待再接触时会产生碰撞 , 因此间隙总 是要 包含 着一定 的接 触 和碰 撞 过程 。含 间隙 机械 系统 动力学建模的关键是如何把 间隙模型嵌入到系统 的动
h b i o t c mo e se tb ih d h r t n ef c s c n i e e y u i g i r v d C u o r t n mo e .T e y rd c n a t d l wa sa l e .T e f c i f t s i o e wa o sd r d b sn mp o e o lmb f ci d 1 h n i o
考虑运动副间隙的机构动态特性研究_白争锋
动
与
冲
击 Vol. 30 No. 11 2011
JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK
考 虑运 动副 间隙 的 机 构 动 态 特性 研 究
白争锋,赵 阳,赵志刚
槡
2 2 δ[ 3 ( R i - R j ) + 2 δ] ( R i - R j + δ) 3
( 6)
σi =
1 -ν 1 -ν , σj = πE i πE和杨氏模量,R i 和 R j 分别 为两球的半径。 式( 2 ) 中的系数 D 为碰撞过程 的 阻尼 系 数, δ 为相 [8 , 9 ] D 的表达式为 : 对碰撞速度, D =
Dynamic characteristics of mechanisms with joint clearance BAI Zhengfeng , ZHAO Yang ,ZHAO Zhigang
( Harbin Institute of Technology,Harbin 150001 , China)
[11 ]
。
本文在其基础上, 提 出 了 非线 性 刚度 系 数, 通 过求 解基于改进弹性基础接触 模 型 的 间隙 铰 载荷 - 位 移 关 系曲线在某瞬时碰撞 点 附近 的 曲 线 斜 率 得 到 ( 5 ) 进一步可以得到非线性刚度系数 K n 为: Kn = 1 * πE 8
[14 ]
( 2)
n 3 K ( 1 - c2 e) δ ·
4δ
·( - )
( 3)
15]中 的 研究 思 在以上研究基 础 上, 本 文 采 借鉴 文 献[ Nikravesh 模型与基 于 改 进 弹 性 基 础 想, 建立 LankaraniNikravesh 模 型 的 接触模型的混合模 型, 采 用 Lankarani形式, 模型中 的 刚度 系 数 应 用 基 于 改 进 弹 性 基 础 接 触 Ni模型 推 导 的 非线 性 刚度 系 数 K n , 以 及 在 Lankaranikravesh 模型的阻尼力中引入改进弹性基础 接 触 模 型 与 LankaraniNikravesh 模 型 刚度 系 数 之 比, 从而混合模型 碰撞过程中的阻尼 系 数 为 D mod 。 因 此 运 动 副间隙接 触 碰撞力混合模型的表达式为: · F nmod = K n δ n + D mod δ ( 8)
含间隙卫星天线双轴定位机构动力学仿真分析
第31卷第6期2010年6月宇 航 学 报Journal of AstronauticsVol.31June No.62010含间隙卫星天线双轴定位机构动力学仿真分析赵 阳,白争锋,王兴贵(哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨150001)摘 要:以某卫星天线双轴定位机构为对象,研究运动副间隙对天线定位系统运动特性的影响,采用非线性等效弹簧阻尼模型建立间隙处的接触碰撞模型。
同时采用Coulomb 摩擦模型考虑运动副间隙处的摩擦作用,并将其嵌入到ADAMS 多体系统动力学分析软件中,基于虚拟样机技术建立了含运动副间隙的卫星天线双轴定位机构动力学模型,并采用ADAMS 进行了动力学仿真,分析运动副间隙对天线双轴定位机构动力学特性的影响,以及间隙大小对双轴定位机构动力学特性的影响。
仿真结果表明,运动副间隙对卫星天线双轴定位机构运动特性有显著的影响,可以较好的预测运动副间隙对双轴定位机构的影响。
关键词:运动副间隙;卫星天线;双轴定位机构;虚拟样机;动力学仿真中图分类号:TP391.9;V411.8 文献标识码:A 文章编号:1000 1328(2010)06 1533 07DOI :10.3873 j.issn.1000 1328.2010.06.004收稿日期:2009 10 17; 修回日期:2009 10 29基金项目:国家自然科学基金(50975056);教育部新世纪人才支持计划(IRT0520)0 引 言卫星天线是卫星系统实现精确制导、精确定位的重要组成部件,而天线定位系统是卫星天线实现精确定位的一个关键组件[1-5]。
双轴定位机构主要用来实现天线沿两个转动轴的转动,从而获得精确地空间位置,以便捕获地面指定区域的信号,同时双轴定位机构可以提供天线的位置信号,并对天线结构进行支撑。
双轴定位机构在国外的通信卫星和数据中继卫星上已经有了较多的研究和应用,例如,Loral 公司研制的用于INTELSAT(I-VII)卫星应用了该机构;日本E TS-VI 为星上KSA 卫星天线定位系统同样应用了该机构;Matra Marconi 研制的DRRS 卫星天线定位系统同样应用了该机构等等,我国在这方面尚处于起步阶段[2-3]。
运动副间隙对机构运动特性的影响分析
运动副间隙对机构运动特性的影响分析 引言由于装配、制造误差和磨损,运动副中的间隙是不可避免的[1],间隙使实际机构与理想机构的运动发生偏离,降低了机构运动精度,而且容易引起冲击动载荷,同时产生振动和噪声,影响系统载荷传递,以及造成运动副的破坏和失效,这对机构的效率和寿命都有影响[2]。
所以,含间隙机构动力学已经成为目前国内外工程界迫切要解决的关键问题。
当前对运动副模型的建立分为三类[3]:(1)连续接触模型:由于运动副元素间分离、碰撞的时间特别短,可假定运动副始终处于连续接触状态;(2) 二状态运动模型:只考虑运动副接触和自由两种状态,加入运动副元素接触表面弹性和阻尼;(3) 三状态模型:考虑运动副元素接触、分离和碰撞三种状态。
连续接触模型较简单,较难反映副元素间动力学特性;三状态模型较复杂,且不能求解接触碰撞力; 二状态模型在模型精确性或求解难度均符合实际需要,在二状态模型基础上逐渐发展成为碰撞铰模型。
本文基于间隙矢量模型,考虑构件制造、装配误差建立平面连杆传动机构含间隙球副的碰撞铰模型,并用非线性弹簧阻尼模型描述运动副元素法向接触力与位移关系,用修正的库伦摩擦模型描述运动副元素切向摩擦力与位移关系,建立该传动机构动力学模型,并嵌入LMS 软件,分析运动副间隙对该传动机构动力学特性的影响。
1 含间隙机构动力学建模运动副铰间间隙会引起相连两体的内碰撞,在机构运行期间,运动副包含有间隙,体与体之间的连接产生了松动,运动副关节元素存在失去接触的现象,进入到自由运动状态,待再接触时会产生碰撞,因此间隙总是要包含着一定的接触和碰撞过程。
含间隙机械系统动力学建模的关键是如何把间隙模型嵌入到系统的动力学模型中,这需要考虑间隙运动副的真实描述和间隙接触碰撞过程的正确描述。
1.1 运动副间隙矢量模型间隙矢量模型通过在平面球铰中引入一个间隙矢量来表达。
在该模型中,间隙矢量代表了球铰所连接的两相邻构件连接点的精确的相对位置,可以有效处理间隙运动副连接点相对位置的变化。
运动副间隙对曲柄滑块机构运动特性的影响
( 1 . L u o d i n g P o l y t e c h n i c C o l l e g e ,L u o d i n g 5 2 7 2 0 0 ,C h i n a ;2 . Wu y i U n i v e r s i t y ,J i a n g m e n 5 2 9 0 2 0 ,C h i n a )
d i s p l a c e me n t ,v e l o c i t y, a c c e l e r a t i o n i n s l i d e r h a v e b e e n o b s e ve r d i n t he p r o c e s s o f s i mu l a t i o n, t h e c o n c l u s i o n s c a n b e d r a wn f r o m t h e
速下 的动态 变化情况 ,仿真的结果显示 , 转速增加 一倍时 ,滑块 的位移随 时间的变化量 基本 不变 ,速度的最大值增加一倍 ,加
速度 的最大值也跟着增 加了二倍 多。
关键词 :运动副 间隙;曲柄 滑块 机构 ;A D A M S
中图 分 类 号 :T H1 1 3 文 献 标 识 码 :A 文章编号 :1 0 0 9—9 4 9 2( 2 0 1 7)0 4—0 0 9 1 —0 5
Th e I mp a c t 0 f J o i n t wi t h Cl e a r a n c e i n t he Mo t i o n Ch a r a c t e r i s t i c 0 f
Cr a n k - S l i d e r Me c h a n i s m
卫星天线双轴驱动机构旋转铰磨损规律研究
卫星天线双轴驱动机构旋转铰磨损规律研究一、引言卫星天线的双轴驱动机构是天线系统中至关重要的组成部分,负责实现天线的旋转和定位。
随着卫星通信技术的不断发展,对天线的可靠性和性能要求越来越高。
然而,长时间的使用和高频率的旋转对天线的铰链和驱动机构会造成磨损,影响其工作效果和寿命。
本文将对卫星天线双轴驱动机构旋转铰磨损规律进行研究。
首先介绍卫星天线双轴驱动机构的基本原理和结构,然后详细探讨旋转铰链和驱动机构的磨损情况,包括磨损形式、磨损原因以及磨损规律。
最后,对磨损规律进行分析和总结,并提出相应的改进措施,以提高卫星天线双轴驱动机构的可靠性和寿命。
二、卫星天线双轴驱动机构的基本原理和结构卫星天线双轴驱动机构主要由驱动电机、传动装置、旋转铰链等组成。
其基本原理是通过电机驱动传动装置,使天线在水平和垂直方向上进行旋转。
具体来说,驱动电机将电能转化为机械能,通过传动装置将机械能传递给旋转铰链,从而实现天线的旋转。
传动装置一般采用齿轮传动或带传动,具有较高的传动效率和承载能力。
旋转铰链是连接传动装置和天线的关键部件,其能够实现多自由度的旋转,并承受旋转过程中的载荷。
旋转铰链的材料和结构设计对于天线的性能和寿命具有重要影响。
三、旋转铰链和驱动机构的磨损情况3.1 磨损形式旋转铰链和驱动机构在长时间使用和高频率旋转的情况下,会出现多种磨损形式。
主要包括表面磨损、接触磨损和疲劳磨损。
表面磨损主要由摩擦引起,导致铰链表面的材料薄化和粗糙度增加。
接触磨损则是由于铰链接触面之间的相对滑动引起的,常表现为摩擦痕迹和局部材料损伤。
而疲劳磨损是由于铰链在多次循环载荷作用下发生微裂纹和断裂,最终导致失效。
3.2 磨损原因旋转铰链和驱动机构的磨损主要是由以下几个方面的原因造成的。
首先,摩擦是引起磨损的主要原因之一。
天线旋转时,铰链表面与传动装置或其他部件之间存在摩擦,摩擦力和摩擦热会导致铰链材料的损伤和变形。
其次,载荷是引起磨损的另一个重要原因。
多间隙运动副四杆机构运动特性研究
第2期2021年2月机械设计与制造Machinery Design&Manufacture117多间隙运动副四杆机构运动特性研究彭京徽,周奇郑,孙强,王强(海军工程大学兵器工程学院,湖北武汉430033)摘要:运动副存在间隙会造成机构精确度的降低,为了研究运动副间隙对机构运动可靠性的影响,以含间隙转动副的平行双曲柄四杆机构为研究对象。
根据运动副对目标构件的作用特性定义了运动副的性质,利用ADAMS研究了间隙运动副对机构不同目标构件运动特性的影响。
结果表明:二级驱动间隙副比一级驱动间隙副对目标杆DI运动特性的影响更明显,但杆皿长度增加会减弱二级驱动间隙副的影响;另外,驱动间隙副比约束间隙副对目标杆H的速度影响更大。
关键词:多间隙运动副;四杆机构;动态特性;ADAMS;碰撞中图分类号:TH16;TH113文献标识码:A文章编号:1001-3997(2021)02-0117-04Study of Motion Characteristics of Four-Bar Mechanism with Multi-Clearance Joints PENG Jing-hui,ZHOU Qi-zheng,SUN Qiang,WANG Qiang(College of Weaponry Engineering,Naval University of Engineering,Hubei Wuhan430033,China)Abstract accuracy of mechanism will reduce by motion pair with clearance,in order to study the effect of the clearance ofjoint on motion reliability of t he mechanism,take parallel double crank four—bar mechanism with clearance as the research object.Defined the character ofjoints based the effect of the joints on the target component,and studied the clearance joints influence on the dynamic characteristics different target component of the mechanism by ADAMS.77ie results show that the secondary drive clearance joint has more significant effect on the motion characteristics of the target bar3than the primary drive clearance joint,but the effect of the secondary drive clearance joint will reduce with increasing of the length of bar3. Moreover,drive clearance joint has more irifluence on the velocity of t arget bar2than the constraint clearance joint.Key Words:Multi-Clearance Joints;Foui^-Bar Mechanism;Dynamic Characteristic;ADAMS;Collide1引言随着现代制造工业对机械运动精度提出越来越高的要求,精确预测机械系统的运动是机械设计的重要内容。
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尚未见 文献 对 含间 隙卫 星天线 双轴 机构 指 向精度 动态 指 向精度 要 求 的卫 星天 线 双 轴 驱 动 机构 为 研 究 对 象 ,分析 运 动 副 间 隙及 其 大
( 尔 滨 工 业 大 学 航 天 学 院 , 哈尔 滨 10 0 ) 哈 5 0 1
摘要 卫 星 天线指 向精 度要 求 高 ,天 线 驱动 机 构 中有 运 动 副的 存在 就 不 可避 免 地含 有 间隙 ,研 究 间隙等 非线 性 因素对 卫 星天线 驱 动机 构 动 态特 性 影 响 尤 为重要 。以 某型 卫 星 天 线双轴 驱 动机构 为研 究对 象 ,基 于虚拟 样机 技 术 ,采 用非 线性 弹 簧 阻尼 模 型 建立 了间 隙处 的接 触碰撞 模 型 , 同时采 用库 伦摩擦 模 型考 虑 运 动 副 间 隙处 的摩 擦 作 用 。通过 对 虚拟 样 机
21 0 2年 1 0月 第 5 期
中 国 空 间 科 学 技 术
Ch ne e Sp c inc n c o o i s a e Sce e a d Te hn l gy
21
运 动 副 间 隙对 卫 星天 线 双 轴 机 构 动 态特 性 影 响
潘冬 王 兴贵 赵阳
进 行动 力 学仿真 ,分析研 究 了运动 副 间 隙及 其 大 小、不 同驱动 力 矩 等 因素 对 双轴 驱动 机 构 动 态特 性 的影响规 律 。结 果表 明 :间 隙及 过 大 的驱 动力 矩将 使 天 线 定位 精度 降低 、稳 定 性
变差 。综合 考虑 各 因素影 响 ,对卫 星天 线 系统 进行 结构 优化 ,是 提 高天 线定 位精 度 的 有 效
小 、不 同驱 动力 矩等 因 素对机 构动 力学 特性 的影 响规 律 ,可为卫 星 天线双 轴机 构 的结 构设 计与 优化 提 供理 论参 考 。
国 家 自然 科 学 基 金 ( 0 70 6 10 2 6 )资 助 项 目 5 9 5 5 、 17 0 6
收 稿 日期 :2 1 01 。收 修 改 稿 日期 :2 1-32 0 卜1—1 0 20 —3
3 含 间 隙双 轴 驱 动 机构 动 力 学 建模
3 1 间 隙 运 动 副 矢 量 模 型 .
对 双轴 驱动机 构 间隙铰进 行 真实 有 效描 述 是 实现 卫 星天 线 系统 运动 、动 力学仿 真 的关键 。如 图 2 示 ,间 隙矢 量 模 型通 过 在 轴 和 所
电机
了双轴 驱动 的天 线系 统 。俯仰 轴 和偏 航 轴 采用 偏 航一 仰 的布 局 俯
形式 ,即偏 航轴 的 输 出端 通 过 连 接 法 兰 与 整个 俯 仰 轴 相 连 ,当
偏航 轴 电机接到 驱 动信 号 转 动 时带 动 整 个 俯 仰 轴及 天 线 本 体 绕
偏航 轴转 动 ;俯 仰轴 的输 出端通 过法 兰 直接 与 天线 反 射 面相 连 ,
影响 规律 ,进 而加 以控 制 ,是提 高卫 星天 线指 向精 度 的有 效 途径 。 国内外学 者对含 间 隙机构 的运动 学 和 动力 学 问题 开展 了多年 的研究 ,并 取得 了丰硕 的成 果r ] 2 ,但 现有 文 献 对 于卫 星 天线 双 轴 驱动
机 构 的研究 甚 少 ,文献 E 3 用虚 拟样 机技 术研究 了理想情 况 下双轴 机构 运动 特性 ,文献 E - 双轴 6应 Tt 对
途径 。
关 键 词 双 轴 驱 动 机 构 运 动 副 间 隙 虚 拟 样 机 动 态特 性 影 响 规 律 指 向 精 度
卫 星 天 线
DOI 1 . 7 0 jis . 0 0 7 8 2 1 . 5 0 4 : 0 3 8 /.s n 1 0 — 5 X. 0 2 0 . 0
俯仰 轴转 动时带 动 天 线 本体 作 俯 仰 运 动 ,从 而 实 现卫 星天 线 在
三 维空 间 中的运动 ,并精 确定位 ,其 具体 机构 简图如 图 1 示 。 所
图 1 双 轴 驱 动 机 构 简 图
Fi.1 Tw o a s p ii m e h im g — xi— oston c ans
1 引 言
卫 星天 线双 轴驱 动机 构是 在空 间特定 环境 下 ,用来 实现 天线 两 自由度运 动 与定位 的专用 空 间机
构 ,可 以实现 天线 对 目标 的实 时跟踪 、定 位 、伺服 等 多种功 能 。双轴 驱动机 构在 国 内外 的通 信卫 星
和数 据 中继卫 星 上广泛 应用 l 。 1 ]
2 2
中 国 空 间 科 学 技 术
21 年 1 02 0月
2 卫 星 天线 双轴 驱 动 机 构 结 构
卫 星天线 双轴 驱 动 机 构 分 为横 向 、纵 向两 个 完 全 相 同 的驱 动 轴 ,即俯 仰 轴 和方 位 轴 ,每 个 驱 动 轴 由驱 动 电机 、减 速 器 、 轴承等 结构 组成 。两 个 驱 动轴 再 加 上 天 线 本 体相 应 支 架 就 构 成
随着 航 天事业 发展 ,对 卫星 天线 指 向精度 提 出 了更 高 的要 求 ,双轴 驱 动 机构 有 运 动副 的存 在 , 就不 可避 免地 存在 间 隙 ,间隙 的存在 ,使 得机 构 的运动 、动 力学 特性 变得异 常复 杂 ,尤 其存 在 内碰 撞 ,严重 影 响机构 的精 度与 稳 定 性 。 由于 制 造工 艺 及 成 本 限 制 ,通 过制 造 精 度 消 除 间 隙是 不 现实 的 ,综合 分析 间 隙引入 各 因素对 天线 双轴 机构 动态 特性 的影 响 ,分 析其 主要 影响 因素 、影响程 度 和