机械工程学报

作者：畅博彦, 高宇晗, 金国光, 莫帅, 周杨

单位：1. 天津工业大学机械工程学院 天津 300387;2. 天津市现代机电装备技术重点实验室 天津 300387;3. 广西大学特色金属材料与组合结构全寿命安全国家重点实验室 南宁 530004

关键词：折纸,可展支撑机构,螺旋理论,欧拉梁理论,动力学；

基金：国家自然科学基金资助项目(52265004, 52005368)。

将Kresling折纸模型与变胞原理相结合，设计出一种具有“易展难压”特性的可展支撑机构。首先，基于约束螺旋理论和空间几何理论，分析山折支链与谷折支链的约束螺旋系及其反螺旋，发现山折机构与谷折机构均具有一个变节距螺旋运动自由度，但由于二者的节距不同，当山折支链和谷折支链布置在同一机构中时，将得到自由度为零的“难展难压”的支撑结构；其次，通过在谷折支链中引入变胞运动副的方式，设计得到三种“易展难压”的可展支撑机构，以6U1U1/6(P)U2U2机构为研究对象，基于欧拉梁理论建立机构支撑状态下的静力学分析模型，得到抗压刚度最优时山折支链和谷折支链刚度系数应满足的条件，并以此为基础对机构的结构参数进行优化；最后，推导出机构总势能与总动能的表达式，建立可展支撑机构的动力学模型并对不同初始条件下机构的运动路径进行数值计算与虚拟仿真。研究结果表明，机构具有双稳态特性和易展难压特性，所得结论可为高刚度大承载折展机构的设计提供理论与方法支撑。

来源：2025年第21期

《机械工程学报》期刊编辑部

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