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在航空航天领域,由于运动副存在间隙而造成严重航天事故的例子很多,运动副间隙使得空间机构存在非线性动力学特性,会导致展开结构振动、定位机构精度下降、卫星天线打开失稳等故障,从而导致航天器不能正常运行甚至失效。 本文主要针对周边环形桁架天线展开锁死后,分析齿轮副间隙在外激励的作用下对系统所产生的影响。 因为周边环形桁架天线结构复杂,间隙种类众多,所以文中只研究两种形式的间隙,分别是齿轮间隙和铰链间隙。由于间隙的存在导致系统有很强的非线性的动力学行为,这种非线性的动力学行为主要是由非光滑所致的。通过建立含间隙的齿轮非光滑动力学模型对齿轮间隙进行数值计算,进行分析;铰链间隙是通过建立含间隙平面四杆机构非光滑动力学模型进行数值计算,进而得出一些结论。由于齿轮结构的特殊性,本文建立了两种齿轮非光滑动力学模型。从数值结果可知,由于间隙的存在导致系统方程中出现了分段光滑的现象,进而出现了分岔和混沌等强的非线性的动力学行为。由于系统方程中的分段函数出现,使用解析方法相对比较困难,论文主要采用了数值计算进行研究。文章最后简单的介绍了求解非光滑动力学中求解不连续映射的两种基本方法,并且举例分析这两种方法。论文的研究内容分为以下几部分: (1)研究第一种含间隙的齿轮副非光滑动力学模型,通过对物理模型的分析,建立了直齿锥齿轮一种简化的动力学模型,而齿轮中的润滑油等在太空由于冷热冲击的不断交替而产生能量损耗。通过对间隙的变化,运用数值仿真的方法对系统进行了动力学分析。 (2)研究了第二种含间隙的齿轮副模型,首先介绍几种不同形式的接触碰撞模型,并指出模型的利弊,找到最适合含间隙的齿轮动力学方程的模型,进而建立动力学模型,研究了模型随着齿轮间隙的变化,产生了周期运动与混沌交替出现的非线性动力学行为。最后通过对外激励频率数的变化,运用数值仿真的方法对系统进行了动力学分析。 (3)以含间隙四连杆机构为对象,基于旋转铰间隙的连续接触碰撞力的模型,建立含间隙四连杆机构的动力学方程,分析的机构动态特性。由于目前含间隙机构动力学特性的分析多是定性的分析,关于含间隙机构定量分析较少,本章含间隙的四连杆机构为对象,分析了不同间隙尺寸时,间隙对机构动态特性的定量影响。 (4)研究了碰撞系统的周期轨道的动力学行为,运动轨线与接触面有三种情况,这里主要分析轨线与碰撞面相切的周期运动的情况。周期运动相应的时间Poincare映射是不连续的,有两种分析方法,一种是通过零时间不连续映射法(ZDM),另外一种是通过Poincare截面不连续映射法(PDM)。