两种着陆模式下的着陆器缓冲机构构型优化

分别建立了着陆器在非0高度关机着陆模式下、触地关机着陆模式下的动力学仿真模型。基于仿真模型,应用全因子实验设计方法分析了着陆器在两种着陆模式下的软着陆性能,得到了软着陆极恶劣工况。为了获得软着陆性能最佳的着陆器设计方案,研究了着陆缓冲机构构型参数对软着陆性能的影响。结合仿真模型与实验设计方法获取样本点,构造了极恶劣工况下描述软着陆性能指标值、着陆缓冲机构构型参数之间映射关系的响应面模型。之后利用响应面模型与第二代非劣排序遗传算法(NSGA-II)实现了着陆缓冲机构构型参数的优化。将优化后的参数代入仿真模型验证,着陆器在两种着陆模式下的抗翻倒能力、底面抗损坏能力均得到提升。

RV传动啮合齿形参数化设计及其软件开发

RV(Rotate Vector)减速器是工业机器人的关键元器件之一,啮合齿形设计是RV传动设计的重要环节。根据RV传动基本几何参数之间的关系及短幅摆线与长幅外摆线的不同齿廓特点,提出相应的参数化设计方法;以Auto CAD软件为平台,采用Auto Lisp语言开发了正/负一齿差、正二齿差、正三齿差等典型少齿差短幅摆线针轮传动及长幅外摆线针轮传动的参数化设计软件,提高了设计效率。

短幅摆线及其齿廓特性的理论研究

根据齿轮啮合原理和坐标变换原理,建立了短幅摆线及摆线轮齿廓方程,利用Matlab进行仿真分析,得到了短幅摆线凹凸特性、拐点、根切点、曲率、曲率半径及摆线轮齿廓压力角的变化规律。短幅摆线内凹部分随短幅系数的增大而缩小,根切点发生在外凸部分曲率半径绝对值最小处,摆线轮不产生根切的最大针齿半径随短幅系数的增大而减小,摆线轮齿廓上各点的压力角是变化的,齿顶和齿根部位压力角大,拐点处压力角较小。研究结果为摆线针轮行星传动的设计制造提供了理论依据。

着陆器变阻尼缓冲器性能分析及参数优化

为了分析带有变阻尼缓冲器的典型腿式着陆器软着陆性能,建立了着陆器的整机动力学仿真模型。结合仿真模型与蒙特卡罗法分析了着陆器在不确定着陆工况下的软着陆性能,验证了变阻尼缓冲器应用在着陆器中的可行性。基于动力学仿真模型和优化拉丁超立方实验设计抽取样本点,构造了描述变阻尼缓冲器缓冲特性参数、着陆工况参数与软着陆性能指标值之间映射关系的不完全三阶多项式响应面代理模型。为了得到性能最佳的变阻尼缓冲器,结合响应面模型、蒙特卡罗法与第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对变阻尼缓冲器的缓冲特性参数进行了优化。通过仿真模型验证,优化后的变阻尼缓冲器使着陆器的软着陆性能得到提升。

RV减速器三维参数化建模与虚拟装配

针对RV减速器品种规格繁多的特点,面向ANSYS有限元分析和ADAMS虚拟样机仿真,以Pro/E软件为平台,采用基于特征的参数化建模技术,建立了RV减速器各零件的三维参数化模型,并根据RV减速器的结构特点和零件装配关系,合理选择了虚拟装配过程中的父子关系,实现了零件特征参数改变时模型装配关系的不变性,避免了对RV减速器进行ANSYS有限元分析和ADAMS虚拟仿真之前所需的大量重复建模工作,提高了有限元分析计算和虚拟仿真分析工作的效率,具有建模简单、操作方便、易于实现等特点。

RV减速器两级传动特性耦合分析

针对RV减速器的传动结构特点,应用Pro/E参数化建模技术,建立了RV减速器的三维实体模型,并以RV-40E为例,采用ADAMS软件对一级传动和二级传动进行运动学与动力学耦合仿真,分析了一级传动和二级传动的动力学特性对RV减速器传动特性的影响,并对其进行整机动力学分析。结果表明:一二两级传动对曲柄轴转速波动均有影响;二级传动导致输出轴转速波动的幅度远大于一级传动;针齿与摆线轮之间的啮合力因曲柄轴自转(摆线轮公转)而呈周期性波动,啮合力幅值随摆线轮修形量的增加而增大;曲拐轴承转动副受力巨大,易导致轴承损坏。研究结果对RV减速器的产品化设计具有重要的参考价值。

小行星探测器附着碎石层的稳定性分析方法

小行星探测器在星体表面的稳固附着是探测任务的关键所在。以某型小行星探测器为研究对象,将离散元方法和多体动力学仿真方法相结合,建立了同时考虑缓冲机构作用和碎石层碰撞作用的耦合仿真模型,用来分析小行星探测器在碎石层的附着稳定性。而后,给出了探测器附着稳定性的综合评价参数,并在此基础上,针对典型附着工况,采用耦合仿真模型分析了探测器的附着稳定性。在特定的竖直速度下,通过全因子试验设计方法选取样本点,基于耦合仿真模型的计算结果,利用三阶多项式建立性能评价参数关于不同碎石层坡度、探测器水平速度和偏航角的代理模型,并利用代理模型确定了探测器的附着稳定性边界,分析了不同工况参数下的稳定性边界变化趋势。最后,根据稳定性边界分析结果,确定了三组恶劣附着工况,并在此基础上分析了竖直速度对附着稳定性的影响。该研究方法对于我国未来小行星附着探测任务的顺利开展具有一定的指导意义。

可变后掠翼联动驱动机构设计与尺寸综合

可变后掠翼飞行器通过改变其机翼后掠角,可实现在不同飞行速度条件下,达到最佳飞行状态。为了实现在单驱动下机翼后掠角变化时,同时实现机翼部分蒙皮的展收,基于平面复合连杆机构,提出一种可变后掠翼联动驱动机构。为了解决该机构函数生成与运动生成综合相结合的尺寸综合问题,将复合连杆机构拆分为3个子机构,通过矢量方程法对机构进行分析,建立复合连杆机构的矢量环路方程,并对机构的可动性进行分析。结合机构矢量环路方程,提出一种利用优化算法与运动学分析软件判断机构可动性、优化机构性能的尺寸综合方法。结合相应实例,使用所提方法对机构进行设计,获得了满足可动性要求、尺寸约束,且包络面积最小的机构尺寸构型,证明了所提方法的有效性。

RV减速器工作频率理论计算与ADAMS仿真

根据RV减速器的传动原理和工作方式,基于行星齿轮传动比计算的转化机构法和轴承滚动体纯滚动假设,导出了RV减速器各工作频率的通用理论计算公式;并以RV-40E减速器为例,采用ADAMS软件进行仿真验算。结果表明,理论公式计算值与仿真值的最大误差为4.19%;曲拐轴承滚动体自转转速较高,增大曲拐轴承滚动体直径,可有效降低其自转转速,有利于提高寿命。研究结果为RV减速器各传动零件和滚动轴承部件旋转频率的计算提供了一种通用、快捷和有效的计算方法。

RV减速器ANSYS参数化建模系统开发与应用

针对RV减速器的结构特点,定义了几何特征参数,并结合摆线轮、渐开线齿轮的齿廓方程,采用ANSYS参数化设计语言APDL与用户界面设计语言UIDL对ANSYS进行二次开发,实现了RV减速器整机的参数化建模,并采用Pro/E进行运动学仿真对该模型进行了验证;对RV-40E的参数化模型进行了参数化的模态分析,结果与试验模态达到了很好的吻合程度;通过改变模型参数,研究了RV减速器1阶固有频率的影响因素,得到了关键参数的影响曲线,为动态特性的提高提供了依据。提出的参数化建模方法,减少了对RV减速器进行各种有限元分析时所需的建模工作量,避免了重复建模,极大地提高了有限元分析的效率。其在模态分析方面的应用也为ANSYS平台下RV减速器的参数化建模与有限元分析一体化奠定了基础。

RV减速器动载特性建模与分析

RV减速器是工业机器人的核心部件,而动载特性又是其结构设计的核心问题。文中针对RV减速器结构复杂、动力学分析理论建模难度大等特点,基于虚拟样机技术,采用Pro/E参数化建模和ADAMS软件,建立了RV减速器的动力学模型。以针齿与摆线轮的啮合力为目标,研究分析了各项设计参数对啮合力的影响及其规律,结果表明,啮合力随摆线轮齿数、短幅系数、针齿中心分布圆半径的增大而减小,啮合力和针齿半径之间呈非线性关系,摆线轮齿数、短幅系数、针齿中心分布圆半径是影响啮合力的主要因素,针齿半径的影响幅度相对较小;并探讨了各参数对RV传动的影响,研究结果对RV减速器的设计具有重要的指导意义。