基于五自由度并联机构航天器减振平台研究

摘要

近年来我国积极开展载人航天、国际空间站等重大航天工程的研究。据美国宇航局统计,大多数航天器发射失败的原因是来自于航天器发射过程中由于其恶劣的力学环境所引起的振动引起的。研究整星隔振技术对于卫星及航天器的发射有至关重要的作用。本文在分析航天器发射过程中的各种载荷的基础上,提出一种含有柔性关节的并联减振机构。以并联减振主体机构为研究背景,进行并联隔振主体机构的运动学及动力学分析,完成并联隔振机构的振动响应分析。
　　本文分析航天器发射过程中的载荷特点,根据减振机构的选择原则,选择3-CPS/UPU的并联机构作为减振机构,对其自由度进行计算同时确定其约束的运动方向,并对阻尼器进行选型。
　　介绍了柔性关节的分类及优势,对其中四种典型铰链的转动刚度的公式进行推导,设计柔性关节的尺寸参数,并对其进行静力学分析及强度校核。
　　本文对3CPS/UPU减振并联机构进行逆解分析,利用求导法解出机构的一阶及二阶影响系数矩阵,利用MATLAB进行机构逆运动学仿真分析。分析了减振机构的工作空间及条件数在空间的分布情况。对柔性铰链进行几何分析及动力学建模,利用凯恩方程对机构进行动力学建模,利用MATLAB进行机构逆运动学仿真分析。
　　求解了机构的刚度矩阵及阻尼矩阵,利用机构无阻尼自由振动方程求解了系统的固有频率,并对各参数对系统固有频率的影响进行分析,随后利用正则矩阵对系统有阻尼受迫振动方程进行解耦,求解含阻尼的减振系统在正弦周期及随机激励下的振动响应
　　本文以含柔性关节的并联机构为背景,对隔振机构的运动学、动力学及振动响应的进行分析。为航天器多维隔振机构的设计及性能分析提供了一条解决途径。

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英文摘要

目录

第1章绪论

1 .1课题背景研究的目的及意义

1 .2国内外的研究现状

1 .3课题来源及主要研究内容

第2章并联减振机构方案分析

2 .1引言

2.2载荷分析

2 .3多自由度减振机构的选型

2 .4隔振用并联机构自由度计算及方案分析

2 .5磁流变阻器的选型

2 .6本章小结

第3章柔性关节的设计及分析

3 .1引言

3 .2隔振用柔性铰链的优势

3 .3柔性铰链转动刚度计算

3 .4柔性铰链尺寸设计及静力学分析

3 .5本章小结

第4章并联减振主体机构的运动学及动力学分析

4 .1引言

4 .2减振机构位姿反解及仿真分析

4 .3减振机构影响系数的建立及仿真分析

4 .4机构位置正解的数值解法

4 .5并联减振机构性能研究

4 .6减振机构动力学方程的建立

4 .7本章小结

第5章减振机构振动响应求解及分析

5 .1引言

5 .2刚度矩阵及阻尼矩阵的求解

5 .3减振系统的无阻尼振动响应

5 .4减振系统有阻尼受迫振动响应

5 .5本章小结

结论

参考文献

声明

致谢