為滿足大型空間桁架結(jié)構(gòu)太空在軌裝配的需要,根據(jù)五面體可展桁架單元可以組合成多種類桁架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),設(shè)計了一種五面體可展桁架單元,發(fā)射到太空后用于桁架結(jié)構(gòu)的組裝。為分析五面體可展桁架單元的運(yùn)動特性,利用螺旋理論對該五面體可展桁架單元進(jìn)行了自由度分析;采用了D-H坐標(biāo)變換方法對該五面體可展桁架單元進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)分析,并推導(dǎo)了展開過程的運(yùn)動學(xué)方程;采用拉格朗日法對五面體可展桁架單元進(jìn)行了動力學(xué)分析,給出了展開過程的動力學(xué)方程。分析結(jié)果表明,該五面體可展桁架單元展開過程中自由度為1;推導(dǎo)的運(yùn)動學(xué)公式曲線結(jié)果與Adams仿真軟件的仿真結(jié)果高度吻合,能很好地描述該結(jié)構(gòu)的展開運(yùn)動過程;增大扭簧的剛度對展開的運(yùn)動參數(shù)變化趨勢沒有明顯影響;節(jié)點(diǎn)的加速度不僅與扭簧的驅(qū)動力有關(guān),還和節(jié)點(diǎn)位置和速度有關(guān)。在展開后期,節(jié)點(diǎn)位置和節(jié)點(diǎn)速度對節(jié)點(diǎn)加速度的影響比較明顯。

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【部分圖文】：

圖3連接桿

在基本單元進(jìn)行連接時,如圖3所示,通過在該基本單元上設(shè)置預(yù)留的連接桿,利用接頭將兩個五面體可展桁架單元進(jìn)行連接。連接的接頭可以使用卡扣式的快速接頭,或者利用記憶合金接頭。在連接時,只需將五面體可展桁架單元上預(yù)留的連接桿插入連接的接頭,即可實現(xiàn)連接。對于不同的成型面,可通過改變接頭....

圖4五面體可展桁架單元的坐標(biāo)系

如圖4所示,以五面體可展桁架單元的錐點(diǎn)o為原點(diǎn)建立空間直角坐標(biāo)系。圖4中所有連接均為鉸鏈連接,點(diǎn)1～23處的轉(zhuǎn)動軸在坐標(biāo)系中的矢量分別為S1～S23,其中轉(zhuǎn)動軸方向矢量S1、S2、S17、S16垂直于平面xoz,轉(zhuǎn)動軸方向矢量S7、S6、S12、S11、S21、S22、S23垂直....

圖5五面體可展桁架單元

I點(diǎn)為例對五面體可展桁架單元進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析。五面體桁架單元展開時,在D點(diǎn)施加驅(qū)動,CD、DE桿繞著D點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動。其中,D點(diǎn)的運(yùn)動可以視為繞著E點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)。I點(diǎn)的運(yùn)動可視為繞著H點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)。為了表達(dá)各桿件之間的相對位置和姿態(tài),通常采用D-H方法[18],其坐標(biāo)變換所需要的參數(shù)分別是....

圖6以E點(diǎn)為原點(diǎn)的坐標(biāo)系中的桿DE的位置

式中:l2為桿CD、DE的長度;∠EDC為2θ1。則在以o為原點(diǎn)的坐標(biāo)系中D(xD,yD,zD)點(diǎn)的坐標(biāo)為:

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