含转动副间隙的喷管段喉块驱动机构运动学及动力学研究

论文摘要

喉块段是半柔壁喷管中的关键部件,前端与可调收缩段搭接保持密封,后端与柔板段固连保持型面,对喉块段的精确控制是整个半柔壁喷管研究的关键技术之一。加工制造总是会有误差,误差的影响会反映在机构末端定位精度上,而高的流场品质又要求喷管要有较高的型面精度。本文主要分析转动副间隙对喉块驱动机构末端定位精度及动态特性的影响,为零部件的加工及控制系统设计提供理论指导。本文主要开展了以下几方面的研究:1进行运动学分析及转动副间隙误差传递模型的推导。本文采用5次多项式对喉块驱动机构末端轨迹规划,使其运动过程中保持加速度平滑过渡,减少冲击,并将规划的结果作为逆运动学的输入条件进行运动学分析,得到其运动学、速度、加速度约束方程及速度雅可比矩阵。接着采用牛顿迭代法进行位姿正解,从而得到喉块质心可达工作空间分布,然后对得到的速度雅可比矩阵分析,求其条件数在可达工作空间分布,最后对机构各向灵巧度进行分析,从而反映出机构的运动性能。在运动学分析的基础上将转动副间隙等效为无质量虚拟连杆,进而推导含转动副间隙的误差传递模型,根据间隙大小不同绘制单一姿态各个误差值对应的误差分布图及整个轨迹空间的最大误差分布图,最后得到转动副间隙和重复定位误差之间的线性传递关系。2进行喉块驱动机构系统动力学建模。采用L-N及Ambrósio摩擦力模型描述转动副间隙接触力模型,为将其引入动力学方程,首先采用牛顿-欧拉法,以各构件质心为参考坐标建立运动学、速度、加速度约束方程,得到雅可比矩阵,列出带拉格朗日乘子的动力学方程,将其扩展得到全约束多体系统动力学方程。联合Matlab和Adams软件验证建模的正确性。在理想喉块机构动力学模型的基础上引入接触力模型,得到含间隙的动力学方程。最后将接触力模型编制成Adams动态链接库用户子程序。3利用Adams软件完成了含转动副间隙喉块驱动机构的动力学仿真分析。分别从间隙有无、间隙大小、间隙位置三个主要因素对喉块驱动机构末端定位精度及稳定性的影响仿真分析,以喉块质心x向位移最大误差来评价机构定位精度,以x向加速度无量纲均方根误差影响指标来评价机构稳定性。最后实验验证机构重复定位精度在要求设计精度范围内。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
•   1.1 论文研究的背景及意义
•     1.1.1 研究的背景
•     1.1.2 研究的意义
•   1.2 风洞喷管国内外研究现状
•     1.2.1 国外研究现状
•     1.2.2 国内研究现状
•   1.3 机构转动副间隙建模研究现状
•     1.3.1 间隙接触建模研究现状
•     1.3.2 考虑运动副间隙动力学研究现状
•   1.4 本文主要研究内容
• 2 喉块驱动机构轨迹规划及间隙转动副接触建模
•   2.1 引言
•   2.2 喷管段喉块驱动机构概述
•     2.2.1 试验流程及功能分析
•     2.2.2 模型简化及自由度计算
•   2.3 喉块运动轨迹规划
•     2.3.1 确定喉块各姿态位姿
•     2.3.2 喉块轨迹规划
•   2.4 含间隙转动副接触力模型
•     2.4.1 含间隙转动副矢量建模
•     2.4.2 Lankarani-Nikravesh接触力模型
•     2.4.3 Ambrósio摩擦力模型
•   2.5 本章小结
• 3 考虑转动副间隙的喷管段喉块驱动机构运动学分析
•   3.1 引言
•   3.2 不含转动副间隙的喉块驱动机构运动学建模
•     3.2.1 运动学约束方程
•     3.2.2 速度约束方程
•     3.2.3 加速度约束方程
•     3.2.4 模型验证
•   3.3 运动性能研究
•     3.3.1 工作空间分析
•     3.3.2 灵巧度分析
•   3.4 考虑转动副间隙的喉块驱动机构运动学误差建模及数值计算
•     3.4.1 含转动副间隙的喉块驱动机构间隙建模
•     3.4.2 含转动副间隙的喉块驱动机构误差传递模型
•     3.4.3 误差数值计算
•   3.5 本章小结
• 4 考虑转动副间隙的喷管段喉块驱动机构动力学分析
•   4.1 引言
•   4.2 不含转动副间隙的喉块驱动机构动力学建模
•     4.2.1 全约束多体系统动力学方程
•     4.2.2 动力学仿真验证
•   4.3 考虑转动副间隙的喉块驱动机构动力学分析
•     4.3.1 含转动副间隙喉块驱动机构力学模型
•     4.3.2 含转动副间隙喉块驱动机构动力学方程
•   4.4 接触力模型动态链接库的生成与调用
•     4.4.1 L-N接触力模型动态链接库的生成
•     4.4.2 Adams调用L-N动态链接库的过程
•   4.5 本章小结
• 5仿真分析与定位精度实验
•   5.1 引言
•   5.2 含间隙动力学仿真分析
•     5.2.1 间隙的有无对喉块驱动机构动态特性的的影响
•     5.2.2 间隙大小对喉块驱动机构稳定性的影响
•     5.2.3 间隙位置对喉块驱动机构稳定性的影响
•   5.3定位精度实验
•     5.3.1 实验设备
•     5.3.2 实验结果
•   5.4 本章小结
• 6 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 附录
•   A.作者在攻读学位期间参加的科研项目
•   B.学位论文数据集
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李念平

导师: 秦伟,万红

关键词: 喉块,转动副间隙,运动学,动力学

来源: 重庆大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,航空航天科学与工程

单位: 重庆大学

基金: 某风洞喷管段多支点多驱动精确成型系统研究.国家重大科技攻关项目子项.2017-2019

分类号: V211.74

总页数: 85

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