考虑运动副间隙的双滑块机构运动分析

考虑运动副间隙的双滑块机构运动分析

罗阿妮;邓宗全;刘荣强;刘贺平

【摘要】A kind of root lock mechanism with a space deployable mast in a space probe was analyzed and simplified into a kind of mechanism with two sliders and a spring. First, using the vibration analysis method, movement of the mechanism was studied to obtain an expression of the ideal movement of the #2 slider. Then, mathematical models of backlash in movement pairs were analyzed. Kinetic equations of components of the mechanism were set up according to analysis of forces on them. At last, mathematical simulation was applied to check the correctness of theory analysis and effects of pair backlash on movement precision. It was concluded that matching precisions at different positions have different influence on movement precision of the mechanism. Improving matching precision of pairs and hinge on the #2 slider can heighten movement precision of the mechanism, but the same is not true for the #1 slider. The analysis can analyze the influence of movement pairs on movement of a mechanism and make reasonable matching precisions in order to decrease the cost of manufacturing.%针对一种航天器上伸展臂的根部锁紧机构,通过分析将其简化为一种带弹簧的双滑块机构.根据此机构的运动分析,利用振动分析方法,获得了理想状态下滑块2的位移表达式.通过对铰链和移动副间隙数学模型的分析,结合各构件的受力分析,获得了机构中各构件的动力学方程.通过仿真来验证理论分析的正确性和各运动副间隙对机构运动精青度的影响.得出结论:不同位置的配合精度对机构的运动精度影响是不同的,提高滑块2上铰链和移动副的配合精度可以显著

提高机构运动精度,而滑块1与其他构件的配合精度对机构运动精度影响较小.该分析方法能够确定各运动副间隙对机构运动的影响,有利于构件间配合精度的选择和

减小制造加工成本.

【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》

【年(卷),期】2011(032)003

【总页数】6页(P355-360)

【关键词】伸展臂;双滑块机构;间隙;振动

【作者】罗阿妮;邓宗全;刘荣强;刘贺平

【作者单位】哈尔滨工程大学,机电工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,机电学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,机电学院,黑龙江,哈尔

滨,150001;哈尔滨工业大学,机电学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学,机电工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001

【正文语种】中文

【中图分类】TH122

航天机构的运动精度要求都是很高的，而构件的配合精度对运动精度有直接的影响［1］.构件的配合精度受到加工和安装等方面的影响，提高配合精度会大大增加制造成本［2-3］.因此，分析各运动副的配合精度对机构运动精度的影响，确定主要影响因素，减小提高配合精度范围是十分必要的.目前，间隙机构的数学模型有二

状态模型、三状态模型和连续接触模型，这里采用二状态模型，即接触－分离模型，来对机构间隙进行建模研究［4-5］.

1 空间一维伸展臂工作原理

ADAM伸展臂于2000年NASA在进行SRTM (shuttle radar topography mission)项目时作为合成孔径雷达的支撑构件，其结构组成的二维剖面如图1所示.下面简要介绍其结构组成及伸展臂杆单元的工作原理.

如图1所示，伸展臂完全收拢状态放置在承载筒内.伸展臂由承载筒和伸展单元2

部分组成.承载筒按照其功能可以划分为3段，图1中从左向右依次为:装载段、消旋段、提升段.装载段用来容纳收拢状态的伸展臂，由布置在圆筒内的8条直轨道

组成;消旋段用来把收拢状态的伸展臂单元展开成具有良好刚性的空间立方体，由

8条布置在圆筒内壁的消旋轨道形成;提升段是整个伸展臂展开、收拢的动力源，

由螺旋提升筒和4条直轨道组成，在电机的带动下通过传动机构使得螺旋筒转动

从而带动伸展臂沿直轨道实现提升或收拢.伸展臂完全收拢在承载筒后由均布在筒

内的4条压紧杆实现其轴向定位.伸展臂完全展开后由其根部的锁紧机构实现伸展

臂与承载筒的定位锁紧功能.

图1 伸展臂结构组成Fig.1 Structure of the deploy and retract mast

图2为空间伸展臂根部的锁紧机构地面试验装置的机构简图.此锁紧机构安装在空

间伸展臂上，随着伸展臂向上运动.当此机构运动到图示位置时，即轨道7与锁定

孔8(安装于机架上)相对，轨道6与7被机架上的相应结构挡住，不能向上运动，这时只有滑块1随着此伸展臂向上运动.滑块2在滑块1的驱动下沿着轨道7向左运动.当滑块2运动到一定距离后，它就插入到孔8中.当滑块1运动到与轨道7所在的直线上时，伸展臂停止，滑块2插入到孔8的深度最深，从而空间伸展臂被

滑块2锁定在当前位置.但是由于结构方面的精度和控制方面的可靠性等问题，伸

展臂停止的位移未必精确.因此，滑块1的停止位置会有偏差，这样滑块2不能完

全插入孔8中，从而空间伸展臂不能被完全锁紧.因此滑块1、2的连接采用连杆4、5和弹簧3的方式，这样在滑块1没有运动到轨道7所在的直线上时滑块2就可