含间隙航天机构动力学

随着精密仪器工程和航天工程的不断发展，机构产品功能日趋复杂，机构系统向着高精度、高效率、高可靠性和长寿命的目标迈进，尤其是对航天机构，机构系统的功能更强大、任务更多样、环境更复杂，需要深入考虑的因素越来越多。然而实际机构中，由于加工制造误差、装配以及长期磨损，运动副间隙是不可避免的，间隙的存在将严重地影响机构的动态性能以及可靠性。本书结合航天、机械等领域工程实际应用，围绕含间隙机构动力学建模、碰撞建模、动态特性分析、实验技术、航天工程应用等方面展开研究工作，研究成果有助于准确评估实际机构的动态性能，可以在设计阶段对多种设计方案进行评估、优化设计，明确提高航天机构性能和可靠性的方向，为高精度、高效率、高可靠和长寿命航天机构的性能评估与可靠性设计奠定了理论基础。

前言
第1章绪论1
1.1研究背景与意义1
1.2含间隙航天机构动力学研究综述3
1.2.1含间隙机构动力学建模方法研究进展3
1.2.2接触碰撞动力学研究进展5
1.2.3含间隙机构运动副磨损研究进展7
1.2.4含间隙机构动力学分析研究现状10
1.2.5含间隙机构动力学验证实验研究现状12
1.2.6含间隙齿轮机构建模方法研究现状14
1.2.7含间隙齿轮机构实验研究现状17
1.3本书研究内容19
第2章含转动副间隙机构动力学建模21
2.1转动副间隙描述方法21
2.1.1无质量杆方法21
2.1.2弹簧阻尼方法21
2.1.3碰撞铰方法22
2.2含间隙转动副数学模型22
2.3运动模式判别25
2.4含间隙机构动力学方程26
2.4.1约束方程的建立26
2.4.2动力学方程的建立26
第3章含转动副间隙机构动力学分析28
3.1接触碰撞力建模28
3.1.1Kelvin-Voigt线性弹簧阻尼模型29
3.1.2Hertz接触力模型30
3.1.3Hunt-Crossley非线性弹簧阻尼模型31
3.1.4L-N非线性弹簧阻尼模型31
3.1.5接触碰撞力模型分析33
3.2旋转铰间隙接触碰撞力混合模型36
3.2.1旋转铰间隙接触碰撞力混合模型36
3.2.2接触碰撞力混合模型分析39
3.3切向摩擦力建模41
3.4接触力混合模型验证44
3.4.1机构几何参数与质量特性44
3.4.2不同间隙尺寸仿真结果与分析45
3.4.3不同曲柄转速仿真结果与分析47
3.5含间隙机构动力学影响因素分析49
3.5.1间隙尺寸对机构动态特性影响50
3.5.2曲柄转速对机构动态特性影响52
3.5.3摩擦系数对机构动态特性影响54
第4章含间隙转动副磨损动力学特性57
4.1摩擦磨损基本理论57
4.1.1摩擦磨损57
4.1.2磨损基本规律58
4.2含间隙转动副磨损动态计算模型59
4.2.1Archard磨损模型59
4.2.2间隙旋转铰磨损动态计算模型59
4.2.3滑移距离计算模型60
4.3含间隙转动副磨损预测60
4.3.1含间隙机构动态特性分析61
4.3.2间隙铰动态磨损特性62
4.3.3磨损表面重构64
4.4磨损间隙对机构动力学特性影响67
4.4.1运动副磨损分析与动力学分析集成67
4.4.2动力学分析68
4.4.3磨损分析68
4.4.4非线性动态变刚度系数69
4.4.5磨损周期70
4.4.6含磨损间隙机构动力学特性分析70
第5章含间隙齿轮转子系统动力学83
5.1多间隙耦合模型83
5.2轴承径向接触力模型88
5.3齿轮动态啮合力模型90
5.4齿轮转子系统动力学方程91
5.5多间隙耦合效应分析93
5.6含多间隙齿轮转子系统动力学验证实验98
5.6.1多间隙齿轮转子系统实验装置简介98
5.6.2多间隙齿轮转子系统实验验证100
第6章含多间隙耦合的行星齿轮传动机构系统动力学109
6.1行星齿轮传动系统动力学建模109
6.2动力学模型修正113
6.3含多间隙行星齿轮传动系统动力学特性分析116
6.4含多间隙行星齿轮传动系统动力学影响因素分析121
6.4.1驱动转速对系统动力学特性的影响规律121
6.4.2间隙尺寸对系统动力学特性的影响规律125
6.5惯性负载对系统动力学特性的影响规律131
第7章含间隙航天机构动力学工程应用实例136
7.1含转动副间隙航天器机械臂动力学研究136
7.1.1含间隙机械臂动力学模型137
7.1.2仿真结果分析139
7.2星间链路双轴驱动机构动力学研究143
7.2.1双轴驱动机构工作原理及结构简介144
7.2.2双轴驱动机构动力学建模144
7.2.3多间隙对驱动机构系统动力学特征的影响146
第8章总结与展望153
参考文献157