地面模拟实验调姿机构的设计及优化

发布时间：2017-08-04 11:15

  本文关键词：地面模拟实验调姿机构的设计及优化

  更多相关文章： 调姿机构 结构方案设计 拓扑优化 精度分析

【摘要】：随着航天摄影技术的不断发展,对于地貌的测绘质量要求也越来越高,使得天文摄像机的尺寸和质量不断增大。大型天文摄像机在轨运行工作时,为了能够保证全方位采集图像信息和提高成像质量,需要在地面建立一个模拟摄像机在轨运行的物理实验环境来对其各项性能指标进行检测。摄像机尺寸和质量的增大对地面模拟实验的设备提出了更高的要求。而作为模拟实验中最关键的摄像机调姿机构将直接影响大型天文摄像机各项性能的检测。因此,对该环境使用下的调姿机构进行研制是非常重要的。本课题主要是研制出一台运用于该模拟实验的四自由度调姿机构。模拟实验对调姿机构提出高负载、高精度、高刚度、低质量的要求。由于低温环境下对调姿机构调试的成本较高,所以在调姿机构研制期间,先使其满足常温下的设计指标,然后再对调姿机构进行低温环境适应性分析,使其能够在真空低温环境下正常工作。基于上述设计思路,本课题展开了以下所述的研究工作。首先,根据项目的技术要求对调姿机构进行总体方案的设计,确定调姿机构关键的尺寸参数和各自由度精度控制方式。分配调姿机构的技术指标,对各组成部件提出相应的技术要求。建立调姿机构运动学模型和力学模型,为后续调姿机构各组成部件结构的详细设计提供理论力学基础;其次,根据调姿机构总体的设计方案对其组成部件承载台面、举升机构、导向机构、支撑台面和X向运动机构进行详细的结构设计,并建立详细的三维模型;再次,选择合适的拓扑优化方式分别对重量影响较大的承载台面和支撑台面进行减重优化。获得满足质量和中心下沉量两个技术指标要求的承载台面和支撑台面结构;最后,分析常温下影响调姿机构定位精度的误差因素。建立调姿机构各轴的理论误差模型,为调姿机构常温标定和误差补偿提供理论基础。对调姿机构进行低温环境适应性分析,并给出X向运动机构和举升机构的变形—温度模型。
【关键词】：调姿机构 结构方案设计 拓扑优化 精度分析
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V416.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题背景8-9
• 1.2 国内外转台的研究现状9-14
• 1.2.1 国外转台的研究现状9-11
• 1.2.2 国内转台的研究现状11-14
• 1.3 连续体拓扑优化在调姿机构设计中的应用14-15
• 1.3.1 基于均匀化法的连续体结构拓扑优化14-15
• 1.3.2 基于变密度法的连续体结构拓扑优化15
• 1.4 课题主要研究内容15-16
• 第2章 调姿机构总体方案设计与运动学模型建立16-28
• 2.1 引言16
• 2.2 调姿机构的技术要求16-17
• 2.3 调姿机构的总体方案设计17-22
• 2.3.1 调姿机构方案对比与选择17-19
• 2.3.2 结构关键尺寸参数的确定19-21
• 2.3.3 精度保证的方式21-22
• 2.4 调姿机构整体方案设计22-24
• 2.4.1 调姿机构三维模型的建立22-23
• 2.4.2 调姿机构技术指标分配23-24
• 2.5 调姿机构运动学模型和力学模型的建立24-27
• 2.5.1 调姿机构运动学模型的建立24-26
• 2.5.2 调姿机构承载台面力学模型的建立26-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第3章 调姿机构结构设计28-34
• 3.1 引言28
• 3.2 X向运动机构的设计28-29
• 3.3 举升机构的设计29-30
• 3.4 导向机构的设计30-31
• 3.5 承载台面的结构设计31-32
• 3.6 支撑台面的结构设计32-33
• 3.7 本章小结33-34
• 第4章 调姿机构关键部件的优化设计34-44
• 4.1 引言34
• 4.2 基于Workbench支撑台面的优化设计34-37
• 4.3 基于Optistruct承载台面的优化设计37-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第5章 调姿机构的精度分析44-55
• 5.1 引言44
• 5.2 调姿机构的理论误差建模44-48
• 5.2.1 导向机构挠度变形影响的理论误差模型44-47
• 5.2.2 导向机构上端转轴偏心影响的理论误差模型47-48
• 5.2.3 举升机构定位误差影响的理论误差模型48
• 5.3 常温下调姿机构的精度综合分析48-50
• 5.3.1 X向精度分析48-49
• 5.3.2 Z向精度分析49
• 5.3.3 俯仰角度精度分析49-50
• 5.4 调姿机构低温环境适应性分析50-54
• 5.4.1 低温工况下调姿机构X向精度分析52-53
• 5.4.2 低温工况下调姿机构Z向精度分析53-54
• 5.4.3 低温工况下调姿机构俯仰角度精度分析54
• 5.5 本章小结54-55
• 结论55-56
• 参考文献56-61
• 致谢61

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本文编号：619239