›› 2016, Vol. 36 ›› Issue (3): 41-49.doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2016.0020

• 研究探讨 • 上一篇    下一篇

考虑运动副间隙的剪式线性阵列可展结构动力学分析

 李博,王三民*,袁茹,智常建   

  1. 西北工业大学机电学院,西安710072
  • 收稿日期:2015-09-01 修回日期:2015-10-08 出版日期:2016-06-25 发布日期:2016-02-24
  • 作者简介:李博(1986-),男,博士研究生,yunfenglibo@126.com *王三民(1961-),男,教授,wangsami@nwpu.edu.cn,主要研究方向为机构学、机械动力学、机械振动与控制等
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(51175422)

Dynamicsanalysisoflineararraydeployablestructurebasedonscissor-likeelementconsideringjointclearance

 LI  Bo, WANG  San-Min*, YUAN  Ru, ZHI  Chang-Jian   

  1. SchoolofMechanicalEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi′an710072,China
  • Received:2015-09-01 Revised:2015-10-08 Online:2016-06-25 Published:2016-02-24

摘要: 为了精确研究剪式线性阵列可展结构的动力学性能,在该机构的运动副中引入间隙,通过含间隙转动副元素之间的运动规律建立了该运动副的运动学模型。基于Gonthier接触力模型和修正的Coulomb摩擦力模型分别计算了含间隙转动副元素之间的法向与切向接触力。进一步把该接触力转换到间隙运动副所联接的杆件与滑块的质心处,并将其集成到剪式可展结构动力学模型的广义力中,从而成功地将关节间隙效应引入到可展结构中。采用一种新的违约校正法直接对系统的坐标和速度进行修正,避免了数值结果的发散并可确保将违约控制在给定的精度范围内。通过数值分析预测了运动副间隙对剪式线性阵列可展结构动力学性能的影响,为研究可展结构的运动精度和机构设计提供了参考和依据,拓展了间隙碰撞模型的应用范围,有利于工程实际应用。

关键词: 可展结构, 运动副间隙, Gonthier接触力模型, 直接违约校正法, 动态特性

Abstract: Inordertopreciselyresearchthedynamicsperformanceofadeployablestructurebasedonascissor-likeelement,clearanceswereintroducedintooneofalljointsinthescissor-likeelementsothatitwasclosedtotherealmechanism.Thekinematicmodeloftherevolutejointwithclearancewasestablishedbytheprincipleofthemotionbetweenjointelements.ThenormalandtangentialcontactforcesbetweenjointelementsweredescribedbyaGonthiercontactforcemodelandacorrectionalCoulombfrictionmodel.Thecontactforcesbetweenthebearingandthejournalwereconvertedtothemasscentersoflinkandthesliderconnectedbythisclearancejoint.Theconvertedcontactforceandtheadditionaltorquewereintegratedtoageneralizedforceinmotionequationsofthedeployablestructure,andthentheeffectofjointclearancewasintroducedtothescissor-likeelement.Adirectdefaultcorrectionmethodwasusedtodirectlymodifythecoordinatesandspeedsofthesystemtoavoidthenumericalresultsdivergence.Also,thismethodcancontrolthedefaultwithinagivenrangeofaccuracy.Theinfluenceofrevolutejointclearanceonthedynamicperformanceofthelineararraydeployablestructurewaspredictedbymeansofnumericalanalysis,providingareferenceandbasisforthestudyofthemotionaccuracyandmechanismdesignofdeployablestructures.Furthermore,thesimulationresultsextendtheapplicationrangeoftheclearancecollisionmodel,whichishelpfulforengineeringapplications.

Key words: deployablestructure, jointclearance, Gonthiercontactmodel, directdefaultcorrection, dynamicscharacteristic