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柔性机械臂振动特性分析及其减振设计

于长帅  
【摘要】:随着科学技术的发展,空间机械臂在航天领域中起着重要作用,尤其对空间站的建设发挥着不可或缺的作用,空间机械臂的应用目前在国内还处于探索阶段,我国计划于2020年建立空间站,为了实现这一战略目标,必须加快空间机械臂的研究计划。在空间环境下,漂浮于其中的任何物体都处于失重状态,为了提高操作的机动性,空间机械臂大都具有轻质、大跨度的特点,这就注定了空间机械臂是一种柔性的机械臂。柔性空间机械臂在进行空间操作任务时,对目标载荷的成功捕获是关键,由于空间机械臂的柔性特点,空间机械臂的末端容易发生振动而导致其定位精度及稳定性差。因此,深入系统地研究空间机械臂的振动特性,空间机械臂在运行过程中振动行为变化及其阻尼减振具有十分重要工程应用价值。本文以柔性机械臂原理件为研究对象,从柔性机械臂的振动特性及其粘弹性阻尼减振进行了研究,本文主要内容为:首先,推导了柔性机械臂的固有频率和振型的解析解,详细阐述了运用LMS测试系统对柔性机械臂的实验模态分析方法,以同一个柔性机械臂原理件为研究对象,分别进行振动的特性的解析和实验分析。然后,应用复合材料结构的有限元法,对比了粘弹性阻尼层厚度、材料参数、粘贴位置及粘贴宽度的改变对柔性机械臂固有特性及响应特性的影响。最后,从试验角度,对抗弯刚度不同的两个柔性机械臂原理件分别进行振动行为的试验探究,基于试验结果对两个原理件分别进行动力学参数的识别,并分析了粘弹性阻尼层对原理件在运行过程的不同阶段的振动抑制作用。


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