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剪式可展机构的结构动力学建模及实验研究

内容来源:机械设计与制造工程杂志      浏览次数:244      更新时间:2018-07-12

                                          剪式可展机构的结构动力学建模及实验研究
                                 刘树青1,2,贾〓茜1,2,张〓越1,李〓波3,汪木兰2
                                     (1.南京工程学院工业中心,江苏 南京〓211167)
                             (2.先进数控技术江苏省高校重点实验室,江苏 南京〓211167)
                               (3.苏州欧米麦克机器人科技有限公司,江苏 苏州〓215500)
〖摘要:剪式可展机构构件数目多、结构复杂,为了使其展收动作可靠、快速准确,需要对可展机构的结构动力学特性进行研究。首先将剪式单元作为子结构,运用有限元方法,建立了剪式可展机构的结构动力学模型,完成了模态计算、仿真分析,得到其固有频率与振型。然后,构建了可展机构的模态特性实验平台,设计了实验方案,完成了剪式可展机构的结构动力学性能辨识与分析。实验结果和理论计算结果能够较好地吻合,证明了有限元分析的有效性及实验方案的可行性。
关键词:可展机构;结构动力学;模态实验
中图分类号:TH112〓文献标识码:A〓文章编号:2095-509X(2018)05-0014-05


    可展机构(deployable structure)也称为折叠机构(folding structure),其收拢时占用空间小,便于储存运输,工作时易于展开成型,因此在军事、机器人、空间结构、建筑、舞台设备、工程机械等领域得到广泛应用。可展机构在展开和折叠运动过程中表现出机构的运动特性,而在展开或折叠到位后,呈现出结构的稳固特性。
剪式可展机构的可展性好,组合方便,是可〖HJ*4/9〗展机构中一种常见的机构形式,许多空间可展机构都可以看作是剪式机构的组合。李端玲 设计了一种用于月球探测的月球车模型,在车轮和车身设计中大量采用了剪式机构。CHERNIAVSKY等[6]设计开发了一种新型EGS天线,天线由圆环剪式机构组成,收拢时直径为0.6m,展开后其椭圆面可以达到5.6m×6.4m。MIRA等针对剪式可展机构在临时及移动建筑中的应用,研究了机构参数对其质量、静力变形等的影响,用以指导剪式可展机构的设计。STABILE等对一种适合于航空航天领域的薄壁碳纤维复合材料可展臂进行了仿真分析,并对其展收的可靠性进行了研究。现有文献多从机构学角度对剪式机构的构型综合方法和运动分析方法进行研究,注重的是其可展开性能。近年来,可展机构的展收动力学也逐渐受到研究人员的〖重视。与现有文献不同,本文对一种剪式可展机构在不同展开位置时的结构动力学特性进行理论分析和实验,以期对剪式可展机构的优化设计及快速、稳定、精确的展收控制提供依据。

1〓剪式可展机构的结构动力学建模
    平面剪式单元由两个杆件通过销钉连接成剪刀状,每个杆件都是剪式单元的一个剪臂,把3个平面剪式单元按照图1(a)所示进行铰接,形成空间剪式单元,多个这样的剪式单元串联,相邻的节点依次铰接,可构成空间剪式可展机构,如图1(b)所示。该机构包括布置在正三棱柱3个侧面上的3个相同的平面剪式可展机构,当底部的3个滑块沿导轨同步运动时,即可实现机构的折叠和展开。

图1〓剪式可展机构


基金项目:江苏省高校自然科学研究项目(16KJB460011); 南京工程学院科研资助项目(ZKJ201308); 江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目(201511276006Z)
作者简介:刘树青(1973—),女,河北邢台人,南京工程学院副教授,博士,主要从事多体系统动力学研究。


(文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289)

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