一种可变直径轮柔顺变径机构的力‑变形行为分析方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术的有益效果：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。

Method for analysis of deformation behavior of a diameter variable wheel reducer compliant mechanism force

The invention discloses a variable diameter wheel reducer compliant mechanism force deformation behavior analysis method, which is characterized mainly by the following steps: (1) according to the reasonable assumption that stress reducing process reducing mechanism, establish the system with two degrees of freedom pseudo rigid body model; (2) calculate the reactive power in the system of the initiative active force, torque and torsion done; (3) according to the principle of virtual work, relationship between the reducing process of the mechanism of force and deformation. The beneficial effect of the invention can accurately obtain the required driving torque and the relationship between the size of wheel diameter, can determine the required diameter and maximum torque; provide a theoretical basis for the control of the deformation characteristics obtained by using the method of force for diameter variable wheel wheel diameter change.

【技术实现步骤摘要】
一种可变直径轮柔顺变径机构的力-变形行为分析方法
本专利技术涉及一种可变直径轮柔顺变径机构的力-变形行为分析方法，属于柔顺机构的力与变形关系分析领域。
技术介绍
该柔顺变径机构主要是为了实现可变直径轮的直径变化，目前这种机构应用于一种新型月球车可变直径轮与新型多栖移动平台可变直径轮。由于柔顺变径机构主要依靠柔顺铰链的变形产生运动，可避免磨损，润滑，密封等问题，使结构轻便紧凑。例如公开号为CN101503044的专利技术专利申请公开了一种适用于可变直径轮的机液联动变径轮架，然而这种变径机构的受力分析只是将其看作结构来分析，没有考虑变径过程是在车轮行走中进行的，然后根据经验添加一个安全系数来考虑弹簧扭矩的作用，因此只能大致估算变径所需最大转矩。没有一个系统的分析方法来获取变径所需驱动转矩与轮径大小之间的关系，从而无法通过该机构变径过程中的力-变形特性来对变径机构轮径变化进行有效的控制，阻碍了该种机构和可变直径轮的进一步应用和推广。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术提出了一种可变直径轮柔顺变径机构的力-变形行为分析方法，是一种较为准确可靠的获取柔顺变径机构变径过程中的力-变形特性的本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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：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

【专利技术属性】
技术研发人员：高峰，曾文，黄川，张彬，刘本勇，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11