柔性调平机构概念设计

芯片之间的调平是保证对准精度的一个重要手段.针对目前微制造领域中常用调平机构的缺点,提出了一种实用的柔性调平机构.该机构具有精度高、速度快、结构紧凑、控制简单等优点.重点对机构的调平原理及其概念设计进行了详细论述.在概念设计中,对机构的总体结构及其关键元件--柔性柱的结构进行了设计与分析;为确定调平机构主要的设计参数,建立了原始尺寸、变形尺寸和应力三个方面的约束条件.利用能量法对柔性柱的柔度进行了理论分析,通过商用有限元软件ANSYS8.0对其进行了仿真,从而验证了柔度公式的正确性.指出了在设计实现中需要解决的若干关键问题.     

大型客机两段翼型着陆滑跑气动性能数值研究

采用非定常数值模拟方法对包含前缘下垂、后缘铰链襟翼和上偏扰流板的两段翼型在着陆滑跑时的气动性能进行了研究。计算结果表明：①扰流板大角度上偏产生了明显的增阻效果,两段翼型的阻力系数在0.33以上,远大于一般的多段翼型（30P30N三段翼型不超过0.05）;②两段翼型的总升力系数始终为负值,其中前缘下垂、主翼和扰流板均提供负升力,而铰链襟翼提供正升力;③在两段翼型的铰链襟翼上翼面有一对脱体涡,会随着升力/阻力系数的周期性变化而扩张、收缩、消亡和再生,并随着来流向下游移动。     

舵面铰链力矩及其缝隙效应研究

对翼型舵面铰链力矩的缝隙效应进行了低速风洞试验研究和CFD计算研究.风洞试验在1.4m×1.4m低速风洞中进行,测量模型在不同缝隙下舵偏分别为-10°、-5°、0°、5°、10°时的气动载荷,获得了缝隙对模型舵面铰链力矩的影响.采用CFD软件计算不同缝隙下各个舵偏状态时的舵面铰链力矩.主要研究舵面的铰链力矩特性受缝隙效应的影响.研究表明,舵面铰链力矩随迎角或舵偏的增大而增大;缝隙宽度对舵面的铰链力矩特性影响比较复杂,总体上影响程度不显著;CFD软件计算结果和风洞试验结果具有较好的一致性.     

一类含间隙铰的刚柔耦合系统动力学研究

研究一类含间隙铰的结构对称的刚柔耦合系统的动力学建模及仿真问题。在该系统中, 柔性附件被简化为一段带有端部集中质量的无质量轻梁。首先,提出了轻梁双刚度的新概念; 基于运动关系的分析, 运用达朗贝尔原理导出了该耦合系统的五自由度动力学方程; 然后细致讨论了系统作反对称初值响应运动的情况,指出该响应中存在一种低频反对称振荡运动和两种高频反对称模态运动。由于两种高频运动的存在, 在数值仿真时, 需要选用足够小的步长, 才能获得可信的数值结果。仿真表明, 系统的低频反对称振荡频率将随间隙角的出现及增加而降低     

全柔性微位移放大机构的设计技术研究

全柔性机构是一种新型机构,通过采用免装配、无间隙和无摩擦的设计方式可实现微米级甚至纳米级的高精度。其重要的应用之一是可作为精密驱动系统中的运放机构。为此,对此类机构进行了较为系统的研究,包括典型的结构类型、结构设计中的诸多考虑以及新型运放机构的开发等。所有这些都为精密作业领域中驱动系统的构筑提供了丰富的参考素材。     

基于有限元分析的纳米级微进给工作台的设计

采用平行板移动副设计了压电陶瓷驱动纳米级微进给工作台。用有限元方法系统的分析了铰链的各个几何参数对工作台的静、动态特性的影响。举例给出了如何来利用有限元方法选择铰链尺寸,使工作台各性能参数均满足设计要求。     

低重力环境下基于超弹性铰链的某折展机构展开动力学研究

针对地外行星、月球探测中杆状天线对轻量化折展机构的需求,提出了一种基于超弹性铰链的两折杆折展机构,天线展开长度可达1.3 m,折展机构重量小于200 g;建立了超弹性铰链的薄壳大变形模型和机构的有限元分析模型,同时引入重力场影响,对不同重力场下机构展开动力学行为、展开时序进行了分析,并对天线末端特征点最大位移进行了预测;利用该折展机构原理样机开展了地球重力条件下的展开试验,使用高速摄影对展开过程进行记录并反演获得特征点位移信息,验证了特征点实际最大位移与分析值的一致性.基于超弹性铰链的两折杆折展机构的设计思路与分析方法,可以为我国后续深空探测更长尺度天线折展机构的设计与分析提供新的思路.     

敏捷卫星高刚度太阳翼的设计与验证

基于对国内外敏捷卫星带辅助支撑式太阳翼现状及存在问题的分析，开展了太阳翼的构型设计与布局优化，设计一种基于带簧铰链与自适应锁定式铰链的单臂支撑式高刚度太阳翼。利用支撑臂中部带簧铰链在弯折后形态可变的特性，解决了多连杆闭环机构收拢状态下的杆长匹配问题；利用太阳翼根部自适应锁定式铰链可自动调节锁定状态的特性，解决了展开末了过约束锁定的技术难题，实现了带辅助支撑式太阳翼根部铰链的可靠锁定功能。开展太阳翼展开静力矩裕度分析、模态分析和展开动力学分析，结果表明，太阳翼展开力矩裕度大于1，展开状态下基频大于8 Hz，展开过程顺畅无死点，展开末了冲击力不超过750 N。开展了太阳翼地面试验验证和在轨飞行验证，结果表明，该高刚度太阳翼满足敏捷卫星在轨长时间快速机动的使用要求。     

铰矩天平固定方式及预紧力矩对其测量影响的研究CSCD

铰矩天平在静态校准和风洞试验两种状态下的支撑、连接不一致导致铰矩天平使用公式变化。通过对铰矩天平带模型静态校准,对铰矩天平公式进行修正,提高铰链力矩天平测量准确度,减小气动载荷计算误差。利用天平静态校准和有限元分析相结合的方法,研究铰链力矩天平在不同的固定端几何尺寸和紧固螺栓预紧力下,铰链力矩天平接触应力的变化和分布规律,并分析其对铰链力矩天平测量元主系数的影响,得出改善天平性能的两个重要结论,为今后设计铰链力矩天平提供决策性依据。     

一种用于机载设备的高精度转动型柔性铰链

 传统铰链应用于机载设备时会产生摩擦、磨损、接触面热梯度等问题,而利用材料变形产生运动的柔性铰链可避免此类缺陷,获得高性能的同时,降低维护成本。现阶段使用的交叉簧片柔性铰链无法满足某些超精密航空机载设备的定位精度要求,因此将交叉点推广到任意位置以改善性能。首先,考虑机械接口,建立了广义交叉簧片柔性铰链的刚度和轴漂模型,从而分析了各个参数与刚度及轴漂的关系,并评估了由于加工因素造成的簧片不等长给性能带来的影响,得到了具有等值刚度和较小轴漂特性的柔性铰链。然后,通过有限元仿真验证了所分析特性的有效性。最后,通过组合提出了一种更大行程的复合柔性铰链,当转角为15°时,且在垂直力作用下,轴漂小于3 μm,精度优于在国外已得到应用的蝶形铰链。