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空间新型大尺度可折展式机构创新设计理论与方法研究

《空间新型大尺度可折展式机构创新设计理论与方法研究》是依托哈尔滨工业大学,由邓宗全担任项目负责人的重点项目。

空间新型大尺度可折展式机构创新设计理论与方法研究基本信息

空间新型大尺度可折展式机构创新设计理论与方法研究结题摘要

全面完成了计划任务书中的内容,在大尺度可折展式机构创新设计、大型化组网、动力学建模与分析、可靠性、地面模拟与测试等科学问题取得重要进展,突破了多项关键技术,掌握了具有自主知识产权的理论与技术成果。主要创新性成果如下: 1. 融合图论、螺旋理论、李群理论,提出了空间折展机构拓扑与运动学综合方法,建立了具有可展性的机构单元图谱及构型库。提出了大尺度模块化组网方法,发明了多种大折展比的折展机构新构型,开发出空间折展机构构型综合与仿真软件平台。 2. 提出了大尺度折展机构多模块联动驱动方法,建立了驱动模型,优化配置了驱动源位置、数量,实现了多模块折展机构多源协调展开驱动。针对二维平面天线折展机构,推导了在不同驱动组合下的折展机构运动学奇异条件,分析了奇异位置对机构运动学产生的影响。 3. 提出了基于局部随机搜索算法和粒子群算法相结合的多目标优化算法,具有更高的收敛效率;建立了可折展机构网络的多目标优化设计模型,针对基于Myard机构单元的双层桁架式折展机构进行优化设计并进行了样机实验验证。 4. 建立了基于Hertz接触力分布假设及几何约束的关节铰链接触力学模型;引入铰链和柔性索模型,建立了含铰链和张力索的折展机构非线性动力学模型,分析了系统固有频率随激振力的变化规律。 5. 提出了大尺度折展机构静动态可靠性评估方法。建立了空间铰接式伸展臂机构的可靠性分析模型与展开失效的故障树模型,分析了各故障模式的关联系数与关联度,实现了大尺度折展机构的启动、展开、锁定阶段与展开工作状态的可靠性评价。 6. 创新研制出三棱柱式伸展臂、平面折展天线机构、空间曲面天线机构等3种新型空间折展机构,完成了空间折展机构的型谱化研究。提出地面零重力模拟试验方法和性能测试方法,研制出零重力模拟试验装置。研制出低冲击压紧释放装置、大扭矩驱动组件、高刚度关节铰链、超弹性关节铰链等空间折展机构用关键部件。 出版了《空间折展机构设计》学术专著,发表论文84篇,其中SCI检索20篇、EI检索54篇。申请国家专利21项,获授权发明专利11项、授权实用新型专利6项。培养教育部新世纪人才1名,培养研究生37人(博士生8人、硕士生29人,其中毕业博士2人、毕业硕士17人)。本项目成果获2013年度黑龙江省技术发明一等奖。研究成果丰富和发展了现代机构学理论与技术,为大尺度可折展式机构的工程应用提供理论依依据和技术支撑。 2100433B

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空间新型大尺度可折展式机构创新设计理论与方法研究造价信息

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空间新型大尺度可折展式机构创新设计理论与方法研究项目摘要

随着宇航空间技术的发展,空间机构向大型化、复杂化方向发展,因此可重复展收式大尺度宇航空间机构在空间领域具有非常重要的应用价值。本项目旨在针对国内外宇航空间机构研究中存在的共性和关键科学问题,以轻型化、模块化、高可靠性、可重复展开与收拢等性能为目标,开展新型宇航空间大尺度可折展式机构创新研究。通过在大尺度可折展式机构的组成原理和构型综合创新,形成一维、二维、三维等各种大尺度可折展式机构的设计理论体系与方法,阐明空间大尺度可折展式机构设计的基本原理与方法,揭示空间大尺度可折展式机构动力学特性一般规律。在大尺度可折展式机构创新设计、动力学建模理论与方法、动力学仿真、可靠性、地面模拟与测试等关键技术和重大科学问题上获得重大突破和创新,在空间可折展式机构设计、分析与试验方面形成具有自主知识产权的理论与技术,为大尺度可折展式机构在大型卫星平台、空间站、深空探测等方面的工程应用提供理论设计依据和技术储备

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空间新型大尺度可折展式机构创新设计理论与方法研究常见问题

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空间新型大尺度可折展式机构创新设计理论与方法研究文献

多自由度系统可控机构式新型机械工程设计理论与方法 多自由度系统可控机构式新型机械工程设计理论与方法

多自由度系统可控机构式新型机械工程设计理论与方法

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大小:256KB

页数: 2页

机械工程是装备工业的重要组成部分,也是其主要核心。我们平常使用的机械工程在日常的生产过程中起着非常重要的作用,不仅能够节约劳动力还能够节省时间,压缩成本等,但是随着时代的发展,社会科技的进步,现有的机械工程已不能满足工作的需要。例如:在建筑行业都会使用到的单自由度的挖掘机,随着这种挖掘机的构架比较稳定,工作效率也比较高,但是,单自由度构架下的挖掘机还是缺乏一定的灵活性。再如液压式挖掘机,虽然这种挖掘机比单自由度挖掘机更加灵活,但是液压式挖掘的使用寿命有待延长,而且其零部件的寿命也相对较短,在工作中还会出现漏油的现象。所以,现在急需一种新的可控机构,用来代替原有的可控机构,多自由度系统的设计理论很好的解决了这一问题。多自由度系统不仅仅能够整合现有的机械技术,而且还可以再利用先进的电子技术对工程设备进行设计和改造,用以满足使用者的需求,在机械工程具备的动力学特性的基础上,通过加大多自由度系统的使用,是未来机械工程的发展方向。因此,作为机械设计人员要能够明白多自由度系统可控机械的设计原理,摸索出完善的设计方法。但是,由于不同的工程对设备的性能要求方面不同,所以我国现在所拥有的工程设备并不能满足使用者的需求,并且在一定程度上存在着不足之处,作为新兴的可控机构,多自由度系统渐渐进入了人们的视线。

新型交通护栏创新设计 新型交通护栏创新设计

新型交通护栏创新设计

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大小:256KB

页数: 未知

论述了交通护栏在安装运输和美观度方面存在的问题,调查分析了现有交通护栏设计中的缺陷,通过模块化可收缩结构设计,对现有的交通护栏做出改进、创新设计,更便于运输安装,简约时尚造型设计,体现现代感,同时兼顾了交通护栏与城市环境的协调性,为同类产品设计提供可一定的参考价值。

空间折展机构设计基本介绍

内容简介

《空间折展机构设计》编著者邓宗全。

本书是作者结合多年空间折展机构的理论研究和工程实践撰写而成的,主要包括空间折展机构设计方法、设计实例、主要功能部件及地面模拟试验与测试等内容。全书共分9章:第l章介绍空间折展机构的概念、主要结构形式与分类、技术发展与应用,以及本书的主要研究内容;第2章介绍图论、李群理论、螺旋理论等机构构型综合与分析的数学基础;第3章介绍基于图论、李群理论、螺旋理论对基本折展单元进行构型综合设计与自由度分析;第4章阐述多闭环机构的自由度分析方法,提出大尺度模块化空间折展机构的组网方法;第5章系统阐述折展机构的各种性能指标分析计算与评价方法,提出空间折展机构多目标优化设计方法;第6章对空间伸展臂进行实例设计,包括结构与机构设计、静力学与动力学建模分析、样机研制等;第7章对抛物面天线折展支撑桁架机构进行实例设计,包括方案设计与评价、空间几何建模方法、运动学与动力学分析、样机研制等;第8章介绍空间折展机构所应用的功能装置,包括驱动与传动装置、压紧释放装置、铰链组件等……

作者简介

邓宗全,哈尔滨工业大学教授。博士生导师,国家教学名师,机械设计及理论学科带头人,1956年生人,于1982年和1984年在哈尔滨工业大学机械工程系获学士和硕士学位一现任国务院学位委员会机械工程学科评议组成员,国家863计划先进制造技术领域主题专家,军口973项目首席科学家,教育部机械基础课程教学指导委员会主任委员。宇航空间机构及控制技术国防重点学科实验室主任,教育部学科创新引智计划"装备设计制造科学与技术"项目负责人。机械工程学会理事等,获国家技术发明二等奖1项,国家科技进步三等奖1项,军队科技进步二等奖1项:获国家级教学成果二等奖2项:发表论文300余篇:获国家发明专利39项。研究方向:空间大型折展机构。星球移动与采样机构,空间连接与分离技术,特种机器人等。

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空间折展机构设计图书目录

第1章绪论

1.1概述

1.2空间折展机构主要结构形式

1.3空间折展机构技术发展与应用

1.3.1空间伸展臂

1.3.2平面型折展天线

1.3.3抛物面型折展天线

1-4空间折展机构研究内容

1.5本章小结

参考文献

第2章机构构型综合与分析的数学基础

2.1概述

2.2图论

2.2.1 图论在机构学中的常用定义

2.2.2机构拓扑图的数学描述

2.3螺旋理论

2.4位移李群理论

2.4.1群、交换群和子群

2.4.2李群、李子群和李代数

2.4.3特殊欧氏群SE(3)及刚体运动描述

2.5本章小结

参考文献

第3章折展机构单元的构型综合与几何设计

3.1概述

3.2基于图论的平面折展机构单元拓扑综合

3.2.1拓扑图模型的建立

3.2.2拓扑对称性判别

3.2.3构型的演化

3.3基于图论的空间折展单元拓扑综合

3.3.1空间静定桁架图谱建立

3.3.2空间折展单元图谱的建立

3.4空间折展机构单元的同构判别

3.4.1空间折展单元的关联度码表示

3.4.2空间折展单元同构判别方法

3.4.3平面折叠态的四棱锥单元的综合

3.5基于位移李群的机构单元构型综合

3.5.1开环运动链的自由度分析与综合

3.5.2对称运动度闭环机构的分析与综合

3.6折展机构单元的几何设计

3.6.1连杆构件的几何设计

3.6.2基本展开形貌的综合

3.6.3折展单闭环机构的几何设计

3.7本章小结

参考文献

第4章大尺度折展机构的组网方法

4.1概述

4.2多闭环机构运动度分析

4.3机构模块单元的可动连接方法

4.3.1共用支链连接

4.3.2共用连杆连接

4.3.3共用附加机构连接

4.4典型机构的大尺度组网

4.4.1 4R Bennett机构的组网

4.4.2 5R Myard机构的组网

4.4.3 6R Bricard机构的组网

4.5本章小结

参考文献

第5章折展机构的性能分析与优化设计

5.1概述

5.2折展机构的性能分析与评价

5.2.1性能评价指标

5.2.2折展机构运动学分析

5.2.3折展机构动力学分析

5.3折展机构多目标优化设计

5.4本章小结

参考文献

第6章空间伸展臂设计实例

6.1概述

6.2伸展臂及其驱动机构设计

6.2.1伸展臂展收与驱动原理

6.2.2伸展臂展开过程受力分析

6.2.3伸展臂机构设计

6.2.4伸展臂及驱动机构实物

6.3伸展臂静力学特性分析

6.3.1伸展臂性能参数分析

6.3.2伸展臂静力学参数计算

6.3.3伸展臂结构参数对性能参数的影响

6.3.4伸展臂结构参数确定

6.4伸展臂动力学特性分析

6.4.1连续梁等效模型

6.4.2伸展臂动力学分析

6.4.3伸展臂动力学有限元分析

6.4.4动力学模型对比分析

6.5本章小结

参考文献

第7章抛物面天线折展支撑桁架机构设计实例

7.1概述

7.2折展支撑桁架机构方案设计与评价

7.2.1基本折展单元的设计与评价

7.2.2折展支撑桁架机构方案设计

7.3折展支撑桁架机构的空间几何建模

7.3.1天线工作表面拟合方法

7.3.2等尺寸模块的几何建模

7.3.3不等尺寸模块的几何建模

7.3.4模型的验证

7.4折展支撑桁架机构运动学分析

7.4.1折展支撑桁架机构尺寸关系

7.4.2折展肋单元展开运动学分析

7.5折展支撑桁架机构动力学分析

7.5.1有限元建模及模态分析

7.5.2支撑桁架机构的模态分析

7.5.3支撑桁架机构的谐响应分析

7.5.4固有频率影响因素分析

7.6折展支撑桁架机构参数设计

7.6.1结构参数的优化模型

7.6.2结构优化参数预测模型

7.6.3优化设计结果分析

7.7折展支撑桁架机构设计

7.8本章小结

参考文献

第8章折展机构主要功能装置

8.1概述

8.2驱动与传动装置

8.2.1驱动装置

8.2.2传动装置

8.2.3驱动与传动一体化装置

8.2.4冗余驱动装置

8.3压紧释放装置

8.3.1火工压紧释放装置

8.3.2记忆合金压紧释放装置

8.4关节铰链

8.4.1弹簧铰链

8.4.2高精度铰链

8.4.3高刚度铰链

8.4.4柔性铰链

8.5本章小结

参考文献

第9章折展机构地面模拟试验

9.1概述

9.2微重力模拟试验

9.2.1试验方法

9.2.2伸展臂微重力模拟测试

9.2.3天线支撑桁架机构微重力模拟测试

9.3精度测量试验

9.3.1测量方法

9.3.2天线支撑桁架机构展开精度测量

9.4动力学试验

9.4.1测试方法

9.4.2伸展臂动力学试验

9.5模态试验

9.5.1伸展臂模态试验

9.5.2模态试验结果分析

9.5.3天线支撑桁架机构动力学试验

9.6本章小结

参考文献

名词索引

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空间环境下多铰可折展机构的非线性动力学建模与分析项目摘要

空间多铰可折展机构广泛应用在载人航天、月球探测、空间站、对地观测等太空活动中。空间微重力、高低温、真空环境及铰链非线性力学行为对可折展式机构的折展运动学与动力学带来很大影响。而目前对考虑空间多场耦合作用下的空间可折展机构非线性动力学方面研究较少且不够深入。本项目以空间多铰可折展机构的航天应用为背景,重点研究以下内容:(1)考虑空间环境的影响,研究铰链结构中间隙、摩擦、预载荷、接触变形、微位移、粘滑之间的相互作用机理,建立间隙-摩擦铰的非线性等效弹簧-阻尼模型;(2)空间冷热交变环境下多铰可折展机构热变形、热振动分析;(3)建立多场耦合作用下空间多铰可折展机构非线性动力学模型,对可折展机构动力学特性进行分析。(4)基于动力学模型,对空间多铰可折展机构动态展开精度进行分析。(5)通过仿真分析与地面模拟实验验证理论模型的正确性和可行性,为空间多铰可折展机构的工程应用提供基础性理论依据和技术支持。

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