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大型曲面可展开机构的设计与奇异消除方法研究

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大型曲面可展开机构的设计与奇异消除方法研究

作者：张铁山哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

由于一定的设计缺陷或者技术故障,部分曲面可展机构在工程应用中未能完全展开,从而导致预设任务失败,并带来了巨大的经济损失。为了提高曲面可展机构的可靠性和整体刚度,本文提出了一种大型曲面可展桁架式机构,并在构型设计、自由度分... 详细信息

由于一定的设计缺陷或者技术故障,部分曲面可展机构在工程应用中未能完全展开,从而导致预设任务失败,并带来了巨大的经济损失。为了提高曲面可展机构的可靠性和整体刚度,本文提出了一种大型曲面可展桁架式机构,并在构型设计、自由度分析计算、展开运动学和动力学分析以及组网机构的奇异消除等方面展开了深入的研究。针对大型曲面的设计需要,基于中心投影原理,得到了全展开状态下的可展机构的理论模型,并得出了组网机构的单元轮廓均为非对称三棱台。针对此单元轮廓特点,对其进行了构型设计。本文以平面对称双4R机构为基础,辅之以空间7R机构和平面对称双5R机构,扩展得到了三棱台单元机构,并进一步运用螺旋理论计算验证了此机构的单自由度折展特性。为了分析其运动学特性,运用D-H参数法建立了可折展三棱台机构的运动学模型,求出了机构内任意质点的位置、速度以及加速度表达式。基于运动学分析,进一步建立了本文所提可折展机构的展开动力学模型,运用拉格朗日法推导了驱动力矩与展开过程相关运动参数之间的表达式。由于本文所提桁架式机构内部潜在运动奇异问题,针对该机构中运动奇异的消除方法,一方面,本文设计了弹性关节用以替换存在奇异的刚性构件,从运动仿真和自由度计算两个角度验证了弹性替换不影响机构的单自由度特性;另一方面,基于大型组网机构提出了两种潜在奇异构件去除方案,并通过运动仿真验证了其不影响整体机构的单自由度性质。为了进一步验证原始单元构型的折展性能以及引入弹性关节的三棱台机构的奇异消除和折展性能改善效果,本文还完成了三棱台单元样机的制造与装配,同时搭建了测试系统以进行相应的实验。综上,本文所提大型曲面可展桁架式机构为同类型由单元扩展所得的单自由度可展组网机构提供了一种新的设计思路,且本文所提奇异消除方案对拥有多闭环、多冗余约束机构的折展稳定性和可靠性的提高有一定的参考价值。

关键词：大型可展机构构型设计自由度分析运动学分析展开动力学分析奇异消除

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折纸型变胞机构的结构分析方法及其应用研究

折纸型变胞机构的结构分析方法及其应用研究

作者：许栋铭哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

变胞机构是一类在连续运动过程中自由度和拓扑结构可变且能根据不同工作任务改变约束特征的新型机构。变胞机构的这些特点使得对它的结构分析和设计中存在一定的困难,对变胞机构的研究将有助于开拓机构创新设计新思路和新方法,同时变胞... 详细信息

变胞机构是一类在连续运动过程中自由度和拓扑结构可变且能根据不同工作任务改变约束特征的新型机构。变胞机构的这些特点使得对它的结构分析和设计中存在一定的困难,对变胞机构的研究将有助于开拓机构创新设计新思路和新方法,同时变胞机构在航空航天领域、机器人、制造系统和玩具行业等都有广泛的应用前景。本文结合可展曲面的相关理论来研究折纸型变胞机构结构分析方法及其在太阳翼中的应用。以变拓扑结构和变自由度这两个变胞机构的主要特征为切入点展开研究,提出了新的拓扑矩阵和矩阵变换公式来描述变胞过程并运用螺旋理论结合机构几何参数模型的方法分析自由度,还利用折纸型变胞机构的结构优点设计出变胞太阳翼。本文首先研究基于可展曲面的折纸型变胞机构的结构描述与构型分析方法。揭示了可展曲面、折纸和变胞机构三者之间的对应关系,提出利用可展曲面的相关理论研究折纸型变胞机构的结构。寻找到不同折纸型机构构型的几何特征并提炼出对应的几何约束方程,通过可展曲面参数方程和几何约束方程建立机构的几何参数模型并构造新的拓扑矩阵和矩阵变换公式分析变胞过程,给折纸型变胞机构的计算机辅助设计提供了理论基础。其次,利用螺旋理论来研究折纸型机构的自由度分析方法。运用螺旋理论分析简单折纸型机构的自由度,针对复杂折纸型机构存在大量过约束的现象,提出几何参数模型与螺旋理论相结合的方法分析机构的过约束数目并计算其自由度。建立折纸型机构自由度的分析方法有助于变胞机构的结构分析与设计。最后,将折纸型变胞机构应用于太阳翼基板构型的设计中。阐述了太阳翼基板的构成方式,说明了折纸型机构分析方法适用于太阳翼基板构型分析,指出了现有太阳翼基板构型设计中存在的不足,设计出具有单自由度、折展比大、模块化的变胞太阳翼。

关键词：变胞机构折纸可展曲面太阳翼结构分析自由度分析

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三维几何公差标注正确性验证技术及软件实现

杭州电子科技大学学报（自然科学版） 2018年第3期38卷 70-77页

作者：陈晨吴玉光杭州电子科技大学机械工程学院浙江杭州310018

提出基于实体模型的三维几何公差标注正确性自动验证方法。介绍了基于几何要素自由度分析的公差标注正确性验证的原理,讨论了三维公差标注可能存在的错误及相应的验证规则。提出了基于SolidWorks软件的三维公差标注正确性验证软件的总... 详细信息

提出基于实体模型的三维几何公差标注正确性自动验证方法。介绍了基于几何要素自由度分析的公差标注正确性验证的原理,讨论了三维公差标注可能存在的错误及相应的验证规则。提出了基于SolidWorks软件的三维公差标注正确性验证软件的总体设计架构,研究了相关程序算法,并给出了基于三维实体模型的几何信息和公差标注信息的数据提取方法。通过设计实例零件和错误标注案例,验证了软件的设计思想和算法的正确性。

关键词：公差标注正确性验证自由度分析软件架构

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化工过程系统的模拟分析与合成(二)

化学工程 1984年第2期 62-71页

作者：杨友麒北京化工学院

第二讲单元操作的模拟(上) 我们知道,单元操作模型是由一组非线性方程所组成,有时达上百个方程之多,这就意味着我们必须设定足够多的设计变量,以便使得未知变量数目正好等于方程数目。如果我们选择的设计变量数目不正确,会使方程组得... 详细信息

第二讲单元操作的模拟(上) 我们知道,单元操作模型是由一组非线性方程所组成,有时达上百个方程之多,这就意味着我们必须设定足够多的设计变量,以便使得未知变量数目正好等于方程数目。如果我们选择的设计变量数目不正确,会使方程组得到多重解,或根本找不到解。所以,在

关键词：方程式流股进料方程变量数目自由度分析等温闪蒸独立变量模型参数参变量化学反应化工过程系统

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平面光学元件PMD面形检测的调整技术研究

光学与光电技术 2017年第2期15卷 67-76页

作者：章涛李大海鄂可伟王琴金成英四川大学电子信息学院四川成都610065

针对相位测量偏折术(PMD)检测平面光学元件面形的光路结构,系统地分析了各部件因各自由度的不确定度变化对重建面形的影响,并且提出了一种高精度的平面元件调整方法。通过对相移算法得到的显示器坐标与通过光线追迹得出的参考面显示器... 详细信息

针对相位测量偏折术(PMD)检测平面光学元件面形的光路结构,系统地分析了各部件因各自由度的不确定度变化对重建面形的影响,并且提出了一种高精度的平面元件调整方法。通过对相移算法得到的显示器坐标与通过光线追迹得出的参考面显示器坐标进行比较,能够将被测镜调节至理想测试状态,从而能准确求出被测面上各点斜率,再采用波前重建算法,实现了光学元件面形重建。实验结果显示,有效口径为Ф140mm的平面元件在去掉Zernike多项式前6项的面形数据与干涉仪的测量结果差值在RMS=5nm以内,结果远优于未经过该方法调整的结果。因此,该调整方法可行,能够有效完成对平面元件的精密调整,具有很大的应用价值。

关键词：相位测量偏折术自由度分析灵敏度矩阵光线追迹精密调整

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空间遥感器的运动学支撑研究

中国科技信息 2015年第24期 53-55+33页

作者：张立浩中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

为了消除在轨工作时空间遥感器支撑结构与光学系统的相互影响,本文对运动学支撑结构进行了研究。首先介绍了运动学支撑的基本设计原理,运动学支撑系统约束刚体六个自由度,并且通过自身变形来适应热载荷和重力方向变化的影响。然后对"3-2... 详细信息

为了消除在轨工作时空间遥感器支撑结构与光学系统的相互影响,本文对运动学支撑结构进行了研究。首先介绍了运动学支撑的基本设计原理,运动学支撑系统约束刚体六个自由度,并且通过自身变形来适应热载荷和重力方向变化的影响。然后对"3-2-1"形式运动学支撑、"2-2-2"形式运动学支撑和"Hexapod"运动学支撑的基本原理、自由度和应用情况进行了研究。三种支撑结构分别通过支撑结构的整体转动,柔性结构的变形以及球铰的转动来消除应力释放和热变形对空间遥感器的影响;从自由度分析可以得知,三种支撑结构下物体的自由度数均为零,都可实现完全约束;三种结构均可在空间遥感器上应用。

关键词：运动学支撑结构光学系统热变形设计原理应力释放支撑设计塑性变形空间遥感器自由度分析

30万t/a凯洛格氨合成系统流程分析与模拟

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化肥设计 2006年第5期44卷 15-17,29页

作者：蒋柏泉陈常青刘玉德南昌大学环境与化学工程学院江西南昌330029

应用化工系统分析理论中萨金特与威斯特伯格(R W H Ssrgent&A W W esterberg)的单元串搜索法和自由度分析法,对30万t/a大型凯洛格合成氨装置氨合成系统进行流程分块、再循环回路切割和单元设备计算排序,结果表明,当一定的原始设计变量... 详细信息

应用化工系统分析理论中萨金特与威斯特伯格(R W H Ssrgent&A W W esterberg)的单元串搜索法和自由度分析法,对30万t/a大型凯洛格合成氨装置氨合成系统进行流程分块、再循环回路切割和单元设备计算排序,结果表明,当一定的原始设计变量确定后,计算顺序中的每个单元设备(或选择的体系)的物料子问题的自由度均为0或小于0。该法既可避免复杂的物热联解并省去全系统的迭代收敛,又可应用序贯联立模块法进行物料平衡的模拟计算,使计算快速准确。

关键词：合成氨系统分解回路切割自由度分析序贯模块分析

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