含间隙的航天机构动态行为仿真及其磨损寿命预测研究

摩擦磨损是引起机构性能和精度下降甚至失效的主要因素之一，以航天器天线驱动机构为对象，针对地面模拟试验困难，而无法对长寿命空间机构定寿的问题，充分运用计算机仿真技术，采取理论与地面模拟实验相结合的方法，研究建立反映运动副实际磨损间隙情况的天线驱动机构虚拟样机，通过仿真可以真实地反映其系统的动力学特性，可以准确获取机构中各构件的工作载荷谱，解决通过物理样机试验的办法获取载荷谱难的问题。针对长寿命天线驱动机构磨损失效问题，研究其磨损失效的寿命评判准则和失效阈值确定问题，研究天线驱动机构在各种不同工况条件下的寿命当量换算系数，研究基于虚拟样机仿真预测机构磨损寿命的方法，开发其剩余寿命模糊预测专家系统，解决天线驱动机构在任意工况条件下准确预测其剩余寿命的难题。研究成果为机械系统动态性能分析与评估、可靠性增长设计提供科学的方法和仿真手段，对提高机构设计和分析水平，提高其质量与可靠性具有十分重要的意义。

本项目针对影响长寿命和高精密机械设备工作性能和质量可靠性的主要因素之一的摩擦磨损问题，研究其磨损失效过程中的系统动态特性及寿命预测方法。综合运用多学科的交叉与融合，采取理论研究为主，充分运用现代仿真技术，通过理论与仿真实验相结合的方法开展研究工作。研究建立反映运动副实际磨损间隙的天线驱动机构虚拟样机，并对其进行了全工况的仿真分析，研究了磨损间隙的形成机理、间隙对机构动力学特性的影响、机构的非线性耦合动力学特性，进一步研究了含间隙机构工作载荷谱的准确获取技术、磨损失效的寿命评判准则和失效阈值确定问题、基于虚拟样机仿真预测机构磨损寿命的方法，并初步开发了其剩余寿命模糊预测专家系统，解决天线驱动机构在任意工况条件下准确预测其剩余寿命的难题。取得了一系列的研究成果，对提高机构的高可靠性、长寿命设计和分析水平，提高产品的质量和研制水平具有十分重要的意义。