空间机械臂关节零部件对关节总刚度的影响分析

大型空间机械臂关节用大传动比多级行星齿轮传动的复杂性给刚度分析和减小质量都带来了困难,用传统的有限元法进行关节刚度分析还需解决复杂的建模问题。文章针对上述问题,采用集中参数法和刚度串联原理建立了复杂传动系统关节等效刚度的计算模型,分析了各级齿轮扭转刚度对关节总扭转刚度的影响,为空间机械臂大传动比关节的轻量化高刚度优化设计提供了技术途径。     

车身薄壁梁结构轻量化设计的理论研究

薄壁梁是车身骨架结构的基本承载单元.为研究车身轻量化对其刚度的影响,首先推导了两端固支梁的静态弯曲和扭转刚度表达式.为获取最佳截面的轻型结构,分别研究了薄壁梁的截面尺寸和壁厚等几何参数对其刚度/质量比的影响.分析了用轻质材料替代传统钢材对其刚度和结构尺寸的影响.对开环与闭环截面梁的刚度/质量比进行了比较.分别找出了能显著影响上述薄壁梁的弯曲和扭转刚度的几何和材料参数.提出了获得高刚度车身典型薄壁梁的轻量化设计原则.     

控制力矩陀螺框架谐波减速驱动系统建模与仿真

摘要： 控制力矩陀螺是航天器姿态控制系统的重要执行机构,它具有输出力矩大、速度响应快、功率消耗低、寿命长等优点,可以完成高速率的姿态机动控制.综合考虑谐波减速器的齿隙模型、非线性刚度、减速器效率等因素,对CMG框架驱动组件用谐波减速器进行精细建模.针对低速下谐波减速器的刚度较低、传动误差较大这一缺陷,建立考虑传动误差的减速器模型;与传统的不考虑传动误差的模型相比可更准确地描述谐波减速器在低速下的输出速度曲线.根据建立的CMG框架驱动系统模型,在低速下采用PID闭环控制对输出转速误差进行抑制,使输出转速误差降低了50%以上.最后分析其对谐波减速器刚度和阻尼对框架系统性能的影响.     

航天微型扭杆刚度自动测量装置的研制

研制开发一套航天微型扭杆刚度高测量自动测量装置。它具有独特的定心夹紧装置 ,同时采用压电晶体柔性铰链机构驱动实现了对扭杆的平衡对称扭矩加载 ,并且采用精密扭矩和角度测量装置 ,使测试达到了高精度     

一种正负刚度并联低频隔振器的刚度和动力学特性分析

随着航空航天领域机械结构的大型化、柔性化发展,减振隔振愈发重要。设计了一种具有非线性刚度和非线性阻尼的正负刚度并联的低频隔振器,其负刚度特性和正刚度特性分别由两组倾斜弹簧和一根竖直弹簧实现;研究了隔振器的高静刚度低动刚度特性和阻尼特性,并对其隔振带宽进行分析,比较了分别由两组斜弹簧和一组斜弹簧实现负刚度的两种隔振器的刚度特性;利用谐波平衡法求解隔振器动力学响应,推导了隔振器振幅放大系数和振动传递率的表达式;通过数值仿真对比验证了谐波平衡法求解的系统响应的正确性,详细研究了所设计的正负刚度并联隔振器的刚度,阻尼及激励幅值等因素对振幅放大系数和振动传递率的影响     

齿轮全谐波误差分离技术

齿轮全谐波误差分离技术是一种新的亚微米级测量技术.在一台光栅式齿轮整体误差测量仪上,它用三点法误差分离技术能分离开仪器轴系测量链的系统误差(包括测量蜗杆误差、光栅传感器误差、轴承回转误差等)和被测齿轮的全谐波误差.因而能满足5级或更高级别的齿轮测量要求.在对上述误差进行谐波分析后,可找出仪器及被测齿轮的误差来源.这就提供了进一步提高仪器测量准确度的可能性,从而使新一代超精密齿轮整体误差测量仪的测量不确定度可以从微米级提高到纳米级的水平.     

高精度航天轴承刚度测量装置

介绍一种高精度航天轴承刚度测量装置,内容包含轴承刚度测量的原理、刚度测量装置的设计、应用效果等三部分.航天器中的精密旋转部件,尤其是某些高速旋转部件例如陀螺仪转子和角动量飞轮以及某些光学部件例如红外地平仪都采用了精密角接触滚珠轴承作为旋转支承.为了使这类旋转支承获得高旋转精度、长寿命和高可靠的特质,就必须对轴承加一个精确的预载力.本文介绍的轴承刚度测量装置就是为此而研制的.该装置已在航天器旋转部件的研制中发挥了重要作用.装置允许加力范围0-100kg,测力精度1 N;变形测量范围100μm,测量精度0.1μm.     

蒙皮加筋圆柱壳扭转频率的三种计算模型

为了给火箭等加筋圆柱壳结构的简化计算提供理论基础,研究了加筋圆柱壳面积等效方法中的扭转刚度计算方法,说明了不能直接根据等效厚度计算扭转刚度的物理机理,得到了桁条对圆柱壳扭转刚度的贡献可以忽略的结论.根据等效厚度以及桁条与蒙皮连接关系的不同处理方法,给出了计算扭转固有振动频率的等效梁模型、变厚度壳模型和壳-梁模型,分析了桁条在3种模型中对刚度和质量(包括转动惯量)的不同作用.为了消除根据等效厚度计算扭转刚度和扭转固有振动频率的偏差,分别给出了扭转刚度和扭转固有振动频率的修正方法.数值结果验证了修正方法和所得结论的正确性.      

力反馈式电液伺服阀衔铁组件力学模型

电液伺服阀衔铁组件是连接电-机械转换器和液压放大器的柔性构件,其刚度是影响伺服阀动静态特性的重要因素。针对衔铁组件精密零部件刚度的精确分析理论欠缺的问题,将衔铁组件等效为变截面弹性组合梁结构,考虑剪力对结构变形的影响,建立了基于能量守恒原理的衔铁组件柔度矩阵静力学解析模型。进一步,提出了弹簧管、反馈杆和挡板刚度以及组件综合刚度的高精度计算方法。并作了弹簧管刚度测量和反馈杆柔度测量,理论计算结果与测量结果吻合。所建立的衔铁组件柔度矩阵模型及刚度计算式可为衔铁组件柔性构件匹配设计和精密零件刚度标定提供依据。     

结构动力特性分析中的圆角建模方法

针对薄壁结构中存在大量的圆角,提出了运用梁单元与壳单元组合的建模方法对圆角进行等效建模。通过分析圆角对薄壁结构的刚度贡献,提出圆角对结构刚度的贡献分为面内刚度贡献和面外刚度贡献。圆角对面外刚度的贡献与梁的作用等效,通过运用扭转相关理论推导出等效梁单元的截面参数。对于圆角的面内效应,运用壳单元对其进行等效建模,采用平面应变状态假设,将三维结构简化为二维结构。在平面内,通过刚度等效原理计算出壳单元的等效厚度与弹性模量。通过2个实例验证了圆角建模方法的正确性与准确性。      

CMG中角接触球轴承在随机振动下的安全性分析

研究CMG中角接触球轴承在随机振动下的安全性。推导轴承在轴向力和径向力联合作用下的轴向刚度和径向刚度,建立轴承的等效线性弹簧模型,并利用ANSYS的谱分析迭代求取轴承在随机振动下的轴向力和径向力,将径向当量静载荷和轴向载荷分别与径向基本额度静载荷和极限轴向载荷比较,分析其安全性。以某种角接触球轴承为例,验证了其在给定输入功率谱密度下任意方向加载都安全。     

大型控制力矩陀螺动力学精细建模与仿真

控制力矩陀螺（CMG,control moment gyro）系统存在多种误差与扰动,影响航天器的姿态控制精度.分析了大型单框架控制力矩陀螺（SGCMG,single gimbal control moment gyro）各主要组成部分的特性、误差及扰动,包括转子动静不平衡、转子轴的安装误差、轴承摩擦、转子电机特性、框架电机特性和谐波减速器特性.通过建立大型SGCMG的动力学精细模型并进行数学仿真,得到了大型SGCMG主要误差与扰动对其输出力矩的影响：在框架伺服系统加装谐波齿轮减速机构可以明显提高SGCMG输出力矩精度,同时也给框架带来高频谐振;转子动不平衡造成的扰动力矩是导致SGCMG在其力矩输出轴和框架轴方向产生输出力矩偏差的主要原因.     

飞机起落架摆振的阻尼特性影响

采用考虑支柱弹性、减摆器传动系统弹性、轮胎变形、结构重量、垂直载荷以及机轮陀螺力矩等影响因素的线性机轮摆振分析模型,通过灵敏度分析方法,区别研究了"轮胎型"摆振和"结构型"摆振.首先计算稳定矩、支柱侧倾刚度和减摆传动系统扭转刚度等结构参数的改变对减摆器阻尼的影响,以获得速度-灵敏度曲线,然后利用一组速度-灵敏度曲线分析阻尼特性对摆振稳定区域的影响,灵敏度计算考虑了各参数之间的耦合效应.算例表明方法合理、有效,同时为起落架防摆振设计的研究提供了一条新的途径.     

箱式动力结构的振动传递特性分析

针对箱式动力结构大型化、柔性化的特点,结合有限元法,以二级减速箱为对象研究不同激励条件下齿轮轴-轴承-箱体的振动传递特性.箱体采用Craig-Bampton动力缩减法缩聚到轴承孔中心处作为柔性子结构,啮合传递误差和输入轴扭矩波动分别作为激励源,考虑齿轮的时变啮合刚度、啮合错位、齿侧间隙、轴向重合度等非线性因素,计及轴段、齿轮的重力效应,基于轴段节点的思想分析了箱体缩聚节点处及轴承内圈处的动态加速度响应.最后基于Block Lanzos法提取箱体的固有特征频率.数值分析结果表明,输出轴轴承在动响应传递过程中没有起到衰减作用,应该替换以防影响整个系统的性能;减速箱的箱体设计保守,可以根据箱体缩聚节点处的动态响应为激励条件进行优化.      

基于传递矩阵法的柔性杠杆放大机构刚度分析

刚度是影响柔性微动机构动态性能和定位精度的重要指标。将工程中的传递矩阵概念引入到刚度分析中,首先根据结构特点将柔性微动机构模块化并将各子单元视为柔性体,全面考虑其轴向、剪切和弯曲等变形,求解各子单元柔性体的传递矩阵,然后通过传递矩阵将各子单元组合,最后根据力平衡建立柔性微动机构输入力和输出位移之间的关系模型。研究结果表明,传递矩阵法由于考虑了各单元的多维度真实变形,因此保证了结果的高精度。同时分析过程不需要求解刚柔单元变形协调方程,而且避免了微动机构全局坐标系的转换,减少了分析计算量。最后应用该方法建立了一种柔性杠杆放大微动机构的刚度模型,与有限元分析结果的对比误差小于6.4%,有效提高了分析精度,为参数设计提供了重要理论依据。     

金属蜗杆与塑料斜齿轮不等齿距啮合方法

为了进一步提高金属蜗杆与塑料斜齿轮传动中塑料齿轮的承载能力,研究了传统等齿距蜗杆与斜齿轮啮合传动时受力的特点,提出了蜗杆与斜齿轮不等齿距啮合方法。基于梁弯曲理论和轮齿变形理论,得到了齿面载荷、变形及接触刚度的关系,并以轮齿齿根弯曲变形率相等为前提,推导了不等齿距啮合的设计方法,得到了不等齿距啮合时蜗杆的齿距调整量,通过静态强度实验进行了验证。实验结果表明:不等齿距设计可以使塑料斜齿轮的承载能力提高13.69%。