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基于弹簧预紧的高刚度回转铰链锁紧装置研究

作　者: 王劲
导　师: 刘荣强
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 锁紧装置高刚度弹簧预紧回转铰链
分类号: V443.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

星载平面天线需要可展开桁架机构支撑以保证其高刚度高精度的工作性能。回转铰链是空间可展阵面天线支撑机构的重要组成部分。为使天线展开后获得较高的刚度，可以通过配置与展开回转铰链配合使用的锁紧装置，对展开后的天线阵列进行锁紧。同时，为节约使用成本，高刚度回转铰链锁紧装置只有具有大预紧力、小体积、轻质量的特点，才能够适合应用于星载平面天线。本文以星载平面天线高刚度回转铰链锁紧装置为研究对象，采用弹簧预紧的设计思想以提高锁紧刚度，对锁紧装置进行了方案设计、分析仿真及样机研制试验的工作。提出了弹簧预紧的锁紧装置方案，并将锁紧装置分为主动瓣和从动瓣。选定了主动瓣的两种主钩形式进行了具有零件互换性的结构设计，对主要部件的静强度进行了校核，进行了与锁紧装置配合使用的回转铰链的结构设计，并对锁紧装置进行了触发力力学计算。在对回转铰链锁紧装置进行理论刚度分析的基础上，结合有限元计算软件ANSYS对回转铰链锁紧装置进行了有限元建模，根据静刚度计算的原理对两种形式主钩模型进行了静力分析及基于预应力模态法的谐响应分析。根据分析结果计算对比了两种模型的静刚度及动刚度，验证了两种形式主钩的回转铰链锁紧装置同时具有高刚度性能。将高刚度回转铰链锁紧装置模型转化成二维图形后，进行了触发时间计算。使用接口软件Mech/Pro2005将三维模型从Pro/E中导入到ADAMS后建立了两种形式主钩的ADAMS模型，并对板簧主钩建立了刚柔耦合仿真分析模型。通过脚本控制仿真的方式对ADAMS模型进行了运动仿真，验证了锁紧装置锁定动作可行性及触发时间计算的正确性。在上述设计与分析的基础上，进行高刚度回转铰链锁紧装置的原理样机及试验工装研制。搭建了试验台并对原理样机进行了实验测试，测试的项目包括锁紧力、重复锁紧锁紧精度、锁紧刚度、驱动力矩及振动环境的测试和测量。通过实验研究验证了设计方案可行性及分析结果的正确性。最后通过对比两种形式主钩的性能，确定板簧形式主钩性能优于回转形式主钩。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 国内外空间铰链及锁紧装置研究现状分析  10-16
    1.2.1 国外空间铰链及锁紧装置研究现状  10-14
    1.2.2 国内空间铰链及锁紧装置研究现状  14-16
  1.3 本课题主要研究内容  16-18
第2章锁紧装置及回转铰链设计  18-30
  2.1 引言  18
  2.2 锁紧装置方案设计  18-23
  2.3 锁紧装置及回转铰链结构设计  23-27
    2.3.1 回转主钩锁紧装置结构设计  23-24
    2.3.2 板簧主钩锁紧装置结构设计  24
    2.3.3 锁紧装置关键部件强度校核  24-27
    2.3.4 回转铰链设计  27
  2.4 锁紧装置触发力计算  27-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章回转铰链锁紧装置刚度分析  30-43
  3.1 引言  30
  3.2 锁紧装置静刚度理论分析  30-33
    3.2.1 理想刚体结构刚度  30-32
    3.2.2 结构等效刚度  32-33
  3.3 锁紧装置静刚度有限元分析  33-37
    3.3.1 锁紧装置静刚度计算  33-34
    3.3.2 有限元分析模型的建立  34-35
    3.3.3 静刚度分析结果  35-37
  3.4 锁紧装置动刚度有限元分析  37-42
    3.4.1 动刚度分析模型建立  37-39
    3.4.2 回转主钩及板簧主钩锁紧装置动刚度计算结果分析  39-42
  3.5 本章小结  42-43
第4章回转铰链锁紧装置动力学仿真分析  43-56
  4.0 引言  43
  4.1 ADAMS 动力学方程  43-44
  4.2 触发时间计算  44-46
  4.3 动力学仿真模型建立  46-50
    4.3.1 回转主钩锁紧装置建模  47
    4.4.2 板簧主钩锁紧装置刚柔耦合建模  47-49
    4.3.3 仿真控制脚本设定  49-50
  4.4 动力学分析  50-55
    4.4.1 回转主钩锁紧装置仿真  50-53
    4.4.2 板簧主钩锁紧装置仿真  53-54
    4.4.3 两种主钩形式锁紧装置仿真结果对比  54-55
  4.5 本章小结  55-56
第5章回转铰链锁紧装置样机研制及试验  56-68
  5.1 引言  56
  5.2 原理样机及工装研制  56-58
  5.3 试验测试  58-66
    5.3.1 锁紧力测试  58
    5.3.2 重复锁紧精度测试  58-59
    5.3.3 静刚度测试  59-61
    5.3.4 动刚度测试  61-64
    5.3.5 驱动力矩测量  64-65
    5.3.6 振动环境适应性测试  65-66
  5.4 两种主钩形式锁紧装置综合对比  66-67
  5.5 本章小结  67-68
结论  68-69
参考文献  69-74
致谢  74

基于弹簧预紧的高刚度回转铰链锁紧装置研究

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