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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107315869A(43)申请公布日2017.11.03(21)申请号201710480676.9(22)申请日2017.06.22(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人高峰曾文黄川张彬刘本勇(74)专利代理机构北京慧泉知识产权代理有限公司11232代理人王顺荣唐爱华(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)B60B19/02(2006.01)权利要求书5页说明书11页附图2页(54)发明名称一种可变直径轮柔顺变径机构的力-变形行为分析方法(57)摘要本发明公开了一种可变直径轮柔顺变径机构的力-变形行为分析方法,其特征在于主要采用以下步骤:(1)根据变径机构变径过程中受力状况合理假设,建立两自由度系统伪刚体模型;(2)计算该系统中各主动力、主动力矩与扭簧扭矩所做的虚功;(3)根据虚功原理,得到该机构变径过程中力与变形的关系。本发明的有益效果:可以较准确地获取变径所需驱动转矩与轮径大小之间的关系,可确定变径所需最大转矩;利用该方法得到的力-变形特性可为可变直径轮轮径变化的控制提供理论依据。CN107315869ACN107315869A权利要求书1/5页1.一种可变直径轮柔顺变径机构的力-变形行为分析方法,其特征在于:该方法包括如下步骤:步骤一、根据变径机构变径过程中受力状况合理假设,建立两自由度系统伪刚体模型;步骤二、计算该系统中各主动力、主动力矩与扭簧扭矩所做的虚功;步骤三、根据虚功原理,得到该机构变径过程中力与变形的关系。2.根据权利要求1所述的一种可变直径轮柔顺变径机构的力-变形行为分析方法,其特征在于:所述步骤一具体如下:假设变径过程中月球车轮腿能够保持结构稳定性,变径在低速中进行,可认为准静态,将轮毂Dcq1与轮毂Dcq2看作两个曲柄;由于轮脚为弧形脚,可以近似认为轮脚在它着地和离地的转角范围内始终能实现其中心点与地面接触,另外,由于轮脚外缘中点到轮脚连杆中点的径向距离较小,不妨忽略,即来自地面的集中力作用在轮脚连杆中点;该两自由度系统以轮心O为坐标原点,以轮毂Dcq1转角θ1与轮毂Dcq2转角θ2为广义坐标,柔顺铰链用具有等效刚度的扭簧表示,建立柔顺变径机构两自由度伪刚体模型;则系统的总虚功可以表示为:其中为作用在机构上的第i个主动力,为第i个主动力作用点到坐标原点的位置矢量,即虚位移,为作用在机构上的第i个主动转矩,为角位移,即虚角位移,为第i个扭簧力矩,为角位移,即虚角位移;对于具有n个轮腿的可变直径轮系统,具体可表示为:3.根据权利要求1所述的一种可变直径轮柔顺变径机构的力-变形行为分析方法,其特征在于:所述步骤二具体包括如下子步骤:子步骤1:建立变径机构单个轮腿中的矢量封闭环方程,对其微分后可求得虚角位移δθ3与δθ1、δθ2之间关系;由该机构单个轮腿中的矢量封闭环方程可得:r2cosθ2+r3cosθ3+r4cosθ4-r5cosθ5-r1cosθ1=0(3)其中,r1为轮毂Dcq1半径,r2为轮毂Dcq2半径,r3为连接轮毂Dcq2的辐杆长度,r4为轮脚连杆的长度,r5为连接轮毂Dcq1的辐杆长度,θ3为连接轮毂Dcq2的辐杆与水平方向夹角,θ4为轮脚连杆与水平方向夹角,θ5为连接轮毂Dcq1的辐杆与水平方向夹角;对式(3)求微分,得到其中,由几何对称关系可得到:2CN107315869A权利要求书2/5页θ5=θ1+θ2-θ3(6)对式(5)和式(6)求微分后,得到δθ5=δθ1+δθ2-δθ3(8)由结构对称性可得:r1=r2(9)r3=r5(10)将式(5)~(10)带入式(4),可以得到:式(5)、(6)和(10)带入式(11),令即δθ3=δ1δθ1+δ2δθ2(14)子步骤2:将主动力F与主动力到坐标原点的位置写成矢量;其中,Fq为地面对轮脚外缘中心点的水平作用力,FN为地面对轮脚外缘中心点的垂直作用力;其中位置矢量的模为:子步骤3:对位置矢量求微分得到虚位移,并将力矢量与虚位移做点积,求出虚功;对式(17)微分,得到3CN107315869A权利要求书3/5页将式(15)与式(18)点积,可得到虚功:子步骤4:对主动力矩作用下转过的角度求微分,并求出主动力矩所做虚功;Θ1=θ1-θ10(20)Θ2=θ2-θ20(21)其中,θ10为轮毂Dcq1转角初始值,θ20为轮毂Dcq2转角初始值;对式(20)和式(21)微分有:δΘ1=δθ1(22)δΘ2=δθ2(23)则主动力矩所做虚功:M1δΘ1+M2δΘ2(24)4CN107315869A权利要求书4/5页子步骤5:对弹簧扭矩作用下转过的角度求微分;ψ1=(θ3-θ30)-(θ2-θ20)(25)ψ2=