【摘要】：圍繞我國航天技術(shù)的國家重大需求,空間站大型機械臂、衛(wèi)星天線等航天機構(gòu)的應(yīng)用日益廣泛,且執(zhí)行空間任務(wù)的復(fù)雜度越來越高,對這類機構(gòu)的精度、穩(wěn)定性、可靠性等要求也越來越高。傳動關(guān)節(jié)作為其核心部件,主要完成機械連接、動力傳遞等工作,對空間機械臂的位置精度、衛(wèi)星天線的指向精度等具有直接影響。本文針對行星輪系傳動系統(tǒng)中存在的多間隙現(xiàn)象,剛?cè)狁詈犀F(xiàn)象,建立多種動力學(xué)模型并進行數(shù)值仿真,主要研究工作如下:聚焦于課題研究的意義及相關(guān)背景,分析了相關(guān)研究的發(fā)展?fàn)顩r和優(yōu)缺點,提出了本文的研究方向及重點。此外,航天機構(gòu)的動力學(xué)研究有助于提高航天機構(gòu)的設(shè)計及分析水平,延緩航天機構(gòu)的磨損,延長其使用壽命,同時對其他大型機構(gòu)的研制具有指導(dǎo)借鑒意義。針對行星輪系傳動系統(tǒng)中多使用斜齒輪作為傳動元件的應(yīng)用現(xiàn)狀,建立斜齒輪傳動的彎-扭-軸耦合6自由度動力學(xué)模型。考慮斜齒輪傳動中的齒側(cè)間隙,時變嚙合剛度和嚙合阻尼等因素,推導(dǎo)齒輪嚙合剛度及間隙函數(shù)方程。為分析輪齒修緣對齒輪嚙合傳動的影響,建立輪齒修緣模型,并用不同曲線分析修緣曲線方程,代入原斜齒輪傳動動力學(xué)模型,得到系統(tǒng)綜合考慮輪齒修緣的5自由度動力學(xué)方程。數(shù)值仿真結(jié)果表明外部激勵,齒側(cè)間隙等因素對齒輪傳動的振動影響較大,合理的輪齒修緣曲線能夠有效減小系統(tǒng)振幅。在此基礎(chǔ)上,分析含有多組斜齒輪副傳動的行星輪系關(guān)節(jié),建立考慮多間隙因素的行星齒輪傳動系統(tǒng)動力學(xué)模型及柔性臂桿動力學(xué)模型,利用拉格朗日乘子法建立含行星輪系關(guān)節(jié)及柔性臂桿的系統(tǒng)動力學(xué)方程。數(shù)值仿真中,通過對多間隙模型及剛?cè)狁詈夏Ｐ偷膶Ρ?發(fā)現(xiàn)柔性臂桿與關(guān)節(jié)內(nèi)部多間隙的耦合作用致使傳動系統(tǒng)振動劇烈,但也加快了碰撞的衰減,因此,剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)模型更符合實際工作情況。在剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)的基礎(chǔ)上,改變轉(zhuǎn)速、間隙等參數(shù)大小,分析不同因素對系統(tǒng)動力學(xué)特性影響。結(jié)果表明較高轉(zhuǎn)速時運動偏差波動次數(shù)衰減較快但啟動時刻的沖擊與碰撞程度較大,同時得到了維持系統(tǒng)最佳工作狀態(tài)時各間隙大小的合理取值。此外,以2K-H行星齒輪傳動系統(tǒng)為研究對象,建立平移-扭轉(zhuǎn)耦合模型,將星載天線視為包含衛(wèi)星本體、行星輪系關(guān)節(jié),機械臂桿,天線反射面的多體系統(tǒng),建立星載天線多體模型。重點分析雙行星輪系關(guān)節(jié)情況下齒輪側(cè)隙、嚙合誤差、摩擦力、耦合誤差、空間溫度等非線性因素對天線指向精度的影響。數(shù)值仿真結(jié)果表明,合適的齒側(cè)間隙能夠避免齒輪嚙合過程中的卡齒現(xiàn)象,也能保持較高的傳動精度,選用泊松比較大的齒輪材料能夠減弱齒輪嚙合誤差造成的影響,在低速、勻速、低摩擦的情況下更易于保持天線的平穩(wěn)。但由于雙行星輪系關(guān)節(jié)的耦合作用,更容易引起天線指向精度偏差的波動。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V443.4
【圖文】：

圖 1-1 Kahraman 的行星齒輪傳動系統(tǒng)多間隙模型 The planetary gear transmission system multi-gap model of K隙模型碰撞力研究現(xiàn)狀機構(gòu)動力學(xué)中，接觸碰撞力主要包括法向接觸力和切

導(dǎo)致行星輪中心點相對于行星架產(chǎn)生徑向跳動，跳動幅度逐次減小，并最終穩(wěn)定于與行星架的連續(xù)接觸狀態(tài)。而圖 b)中，行星輪的徑向跳動次數(shù)比圖 a)中多，且跳動幅度相對較大。這說明柔性臂桿的變形與多間隙間的耦合作用導(dǎo)致行星輪在啟動后更難進入穩(wěn)定狀態(tài)，增大了啟動初期關(guān)節(jié)的振動，對于關(guān)節(jié)的運行穩(wěn)定性影響很大。

行星輪與行星架首次碰撞的徑向碰撞力要大于圖 a)中的碰撞力，且進行了多次碰撞才進入穩(wěn)定接觸狀態(tài)，說明由于多間隙和臂桿柔性變形合作用，導(dǎo)致啟動初期，行星輪的徑向碰撞次數(shù)增加，徑向碰撞力增大擊程度增加。而進入連續(xù)接觸狀態(tài)后，徑向接觸力仍有一定程度的波動主要是由于運動過程中臂桿的柔性變形導(dǎo)致的。

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3 姜京e

本文編號：2798231