一种分级同步重力卸载试验台

卫星天线驱动机构由两个正交的旋转关节组成,为了在发射前测试其性能,提出了一种分级同步重力卸载方法,并根据该卸载方法搭建了气浮试验台。该试验台能够对天线驱动机构的两个正交关节进行重力卸载,同时提供两个关节的转动自由度。试验台采用两层结构的形式,用气浮垫和气浮主轴组合实现重力卸载,提供了驱动机构所需的两个关节的转动自由度。带载测试能够真实反映驱动机构的性能,椐此设计了基于频率和转动惯量约束的模拟负载,并安装在所设计的气浮试验台上。两层结构的形式解决了两轴转动惯量的耦合问题,同时能够达到给定的频率要求。对气浮试验台进行了测试,证明了分级同步重力卸载方法的有效性。     

基于真空负压吸附的太阳翼重力卸载技术

空间可展开机构在地面装配和模拟展开试验过程中受到重力作用而产生应力或变形,在太空环境下重力消失引起应力释放,造成空间机构的性能发生变化影响其在轨可靠运行。针对太阳翼等空间可展开机构地面装配和展开试验的重力卸载需求,提出基于真空负压吸附的重力卸载方法,通过对太阳翼的展开动力学分析,建立卸载重力的太阳翼动力学模型;分析摩擦因数对真空负压吸附系统运动性能的影响规律和重力补偿系统的跟随响应特性,实现重力卸载系统在水平面内的自由移动和快速跟随。试验结果表明,真空负压吸附重力卸载系统的接触界面摩擦因数小于0.08,在40N的太阳翼载荷下重力补偿系统的响应误差为±5%,综合重力卸载精度可以达到94.6%。因此,基于真空负压吸附的重力卸载方法具有很高的自由度和跟随响应速度,能够满足太阳翼等空间可展开机构精密装配和模拟展开试验的需求。     

星载大口径网状天线重力卸载研究

为了模拟星载大口径网状天线在太空中零重力环境下进行组装、试验和测试,需要进行重力卸载。分析了影响星载大口径网状天线重力卸载的因素,介绍了几种重力卸载的方法,并设计了二维动态卸载系统。所做研究可以为星载大口径网状天线的地面零重力模拟提供技术参考。     

星载柔性可展桁架结构的模态试验与分析

对于基频小于2Hz的小卫星柔性可展结构,因为普通的锤击测试法只能激发出柔性结构的局部模态,很难激发出整体模态。针对文中描述的小卫星柔性可展桁架结构,提出一种新颖的模态测试方法:采用绳索-柔性弹簧的重力卸载系统消除重力对模态的影响。利用绳索在19个花盘处同时进行重力卸载,并在吊索中部安装柔性弹簧避免对花盘产生附加刚度;将柔性可展结构分别置于水平、竖直两个方向进行模态试验,采用超低频激振系统进行激励,并利用激光位移传感器采集试验数据,提高了试验结果的准确性。试验结果表明:竖直悬吊方式更为准确,并将试验数据与有限元分析结果对比分析,结果显示两者较为接近,从而验证了试验方法的准确性。     

双层气浮平台中气浮支承动力学参数设计的研究

针对双层气浮运动平台中气浮支承动力学参数设计问题,分析了气浮支承动力学参数的一般规律,提出了减小双层气浮平台同步误差的设计原则,并通过两种不同双层气浮平台动力学性能设计方案验证了所提出的设计原则。研究结果表明:选择和设计气足时需综合考虑多方面因素,包括气足承载力、刚度和阻尼参数的合理设计,设计时为了避免产生共振应遵循气足固有频率远离工作频率和平台结构频率的设计原则;当气浮平台对同步特性有需求时,双层气浮平台的气足固有频率应该相等,使双层平台具有相同的动力学性能,对干扰和驱动指令具有相同的响应特性,从而保证两者的同步精度。     

高刚度气浮垫气腔槽宽变化规律研究

对具有弹性薄板可变截面积均压槽的高刚度空气静压导轨气浮垫进行分析研究,在气体压力的作用下,环形弹性薄板产生弹性变形,引起节流面积和均压槽深度的变化,使得新结构气浮垫的刚度较之传统已有气浮垫得到明显提高.而节流面积受到气浮垫气腔槽宽的影响,因此,十分有必要研究分析一下弹性薄板和气浮垫气腔槽宽的关系.     

含间隙卫星天线双轴机构动态磨损特性研究

卫星天线双轴驱动机构是天线系统实现精确定位的关键组件,磨损间隙是影响天线指向精度及寿命的主要因素.采用非线性弹簧阻尼模型建立了间隙处的接触碰撞模型,同时采用Coulomb摩擦模型考虑运动副间隙处的摩擦作用,进而建立了含间隙双轴机构的动力学模型,对其进行动力学仿真,提取出接触碰撞时的动力学参数,基于Archard's摩损模型计算运动副间隙的动态磨损量,从而得到间隙运动副的动态磨损特性,为进一步研究非规则时变间隙对卫星天线系统动态性能的影响提供基础.     

重力引起的3自由度气浮台各类不平衡力矩关系及影响

为了提高3自由度气浮台的仿真精度,减小重力引起不平衡力矩的影响,提出气浮台弹性不平衡力矩的计算及补偿方法。建立气浮台重力引起的静态、弹性、重力梯度和总不平衡力矩的计算模型,分析重力引起的各类不平衡力矩关系及影响。通过对比发现气浮台质心位置相对回转中心较远时,静态不平衡力矩起主要作用。随着质心位置接近回转中心,弹性不平衡力矩逐渐成为影响气浮台平衡的主要因素,此时质心位置与回转中心距离的减小已不起作用,说明弹性不平衡力矩是制约气浮台精度提高的主要因素。提出静态不平衡力矩与弹性不平衡力矩相互补偿的原理,给出自动调平衡系统补偿算法。试验结果表明采用补偿方法是减小气浮台不平衡力矩的有效措施。     

重力对大型可展开天线热变形测试结果影响分析与验证

研究重力对某大型可展开天线热变形测试结果的影响,通过仿真计算和试验测试对重力影响程度进行了分析和验证.首先,对大型可展开天线热变形来源进行了归类分析,并从中找出了受重力场影响的关键因素.然后,将重力场对各个误差来源的影响程度进行了详细分析,影响以天线位移变化的形式给出,并最终得出对整天线热变形的影响.最后,对天线在卸载和不卸载状态下的热变形进行了测试,测试结果显示,对文中所指的大型可展开天线,重力引起的热变形结果偏差均方根为0.046 mm,该误差与系统测试误差相当,因此,可以认为天线热变形测试结果对重力不敏感.     

超精密气浮工件台的微振动及其抑制

超精密气浮工件台系统是当前主流光刻机中的核心子系统,要求具有纳米级的重复定位精度和同步运动精度.这种系统所采用的气浮轴承如果设计不当,会导致系统发生微幅振动,从而影响系统精度.文章通过分析微振动的成因和影响因素,提出了相应的抑制措施,保障了超精密气浮工件台系统的精度实现.     

直线电机驱动的H型气浮导轨运动平台

建立了双边直线电机驱动的H型气浮精密定位平台,对该精密定位系统的气浮导轨设计方法和双边直线电机同步运动控制等关键技术进行了研究。利用有限元法设计了气浮导轨,分析了气膜压力场的分布情况,采用预加载技术提高气浮导轨的承载能力和刚度等性能。静态特性实验表明,开发的定位平台气浮导轨具有较高的承载能力和刚度,X、Y导轨的竖直方向静刚度为276.9 N/μm和333.3 N/μm。设计了基于同步速度偏差的改进型并联结构同步控制器,采用模糊控制实现PID参数的自适应在线整定。运动实验表明,改进的控制器具有较高的同步控制精度,速度同步精度比一般同步控制提高了3倍多,适合于具有强机械耦合的多电机同步运动控制。H型直线电机气浮定位平台具有承载能力强、精度高的优点,可以用于光刻机和光学检测等精密工程领域。     

超大惯量航天器微低重力仿真试验系统设计与实现

航天器微低重力仿真试验是模拟验证太空环境下航天器性能最有效、最经济的方法。由于空间站由多个舱段在轨组装而成,其自身的质量和惯量较大,对微低重力仿真系统的构建带来新的挑战。文中提出一种以大型超平支撑平台为基础、多体式气浮平台为刚性运动基,跨度达20 m的大惯量、低摩擦微低重力试验系统。通过对试验系统的原理介绍、关键指标分析,确定试验系统各部分的设计依据。同时对单轴气浮平台、3自由度气浮平台、桁架结构、地基等进行设计和分析,实物验证此微低重力仿真试验系统满足空间站控制系统验证需求。     

小尺寸零件直线度测量仪运动系统设计

叙述有关空气静压气浮导轨运动机构的选用和设计 ,简要说明小尺寸零件直线度测量仪驱动控制系统的设计 ,实验结果表明 ,采用该运动机构能够保证整台仪器设计精度的要求     

气浮悬吊式太阳翼重力补偿装置的设计与验证

针对滚轮滑车悬吊式重力补偿装置运行阻力大、气浮支撑式补偿装置无法满足机构向气浮平台方向运动的问题,提出了基于龙门架式支撑结构与横、纵双向气浮导轨相结合的悬吊式重力补偿装置设计方案。采用多段拼接技术解决了超长纵向导轨生产与装调难题;采用在纵向导轨拼缝两侧增设节流孔的方法,提升了纵向滑车在拼缝处的运行平稳性;在纵向导轨上采用倒"V"形工作表面,解决了因外力未通过质心可能引起横向导轨运行偏转的问题;采用挤压成型中空铝型材与碳纤维增强梁相结合的方法实现了大跨距横向导轨的减重与抗弯刚度的提升。经分析与试验验证,在单个悬吊点处悬挂90kg负载,该装置最大运行阻力系数不超过0.037%,运行范围可达2 m×20 m,在速度不超过1 m/s,加速度不超过0.3 m/s~2的使用条件下,具有良好的动态跟随能力,可满足太阳翼、天线等大型空间可展开机构地面展开试验与性能测试的需求。     

基于AMESim的负载敏感泵压力-流量特性影响因素探究

 对某型负载敏感泵的工作原理分析的基础上，建立负载敏感泵的数学模型，然后利用AMESim仿真平台建立负载敏感泵的仿真模型，进行仿真分析后得到压力-流量特性曲线，进一步探究压力-流量特性曲线的影响因素，最后利用负载敏感泵试验台进行试验，试验结果验证了模型的正确性和精度。研究表明：压力切断阀弹簧刚度与弹簧预紧力、电动机转速、泄漏量、控制油路压力均对压力-流量特性曲线产生影响，研究结果为更好地应用负载敏感泵提供了技术支持。     

3自由度气浮台力学性能研究--自重作用对转动惯量矩阵及惯量主轴方向的影响

利用高等动力学理论分析了自重作用下,气浮台平台产生的变形对平台转动惯量矩阵的影响,用有限元法计算了各种欧拉角下的平台的主转动惯量和惯性积,给出任意欧拉角下的计及变形效应一次项时的转动惯量矩阵计算公式,结果表明由于平台变形使主惯性轴方向变化从而使气浮台姿态准确度产生误差.此误差主要受重力单独沿结体坐标系中某一水平轴作用时,平台对此水平轴与垂直轴的惯性积的值的影响.计算得出本例结构气浮台的最大姿态准确度误差为1.4×10-6rad(0.289角秒),完全能够满足卫星所需的姿态准确度要求.     

改普通电机为气浮电机的研究

介绍了超精密加工中主轴电机的振动及其对超精密加工的影响;在原有伺服电机的基础上设计并制作了气浮电机;用加速度传感器提取电机的振动信号,并用AD3525FFT频谱分析仪对电机的振动加速度信号进行了分析,测试出在电机转速为500r/min时普通伺服主轴电机和气浮主轴电机的振动和速度分别为0.436×10-4g和0.108×10-4g,用改造的气浮主轴伺服电机构成的超精密加工系统,加工KDP晶体的表面粗糙度达到了8nm。本项研究对提高超精密加工主轴系统精度具有一定的实用价值。     

大口径空间光学望远镜重力卸载点布局优化方法

伴随空间光学载荷口径增大,"天地力学环境不一致"导致光学系统在轨像质严重下降,需要地面装调测试过程卸载重力。但定量的卸载点布局分析、优化方法有待完善。首先研究了大口径光学载荷1 g重力下变形机理,分别基于位置闭环和受力闭环,建立优化卸载点布局的数学模型,并通过协同仿真获得卸载点布局优化结果。利用仿真卸载实验验证不同卸载参数下,光学载荷的实际卸载效果。基于位置闭环的卸载方法将高敏感光学组件的位恣平均变化量由370μm、36″改善至72.9μm、0.3″,而基于受力闭环卸载方法的最大相对偏差约为7.4%。基于位置闭环的卸载分析方法可获得更接近0g的卸载效果,但误差敏度极高,不易工程实现。基于受力闭环的卸载方法总卸载率约75%,对卸载残差的敏感度相对较低,可满足半物理仿真实验对力学环境的模拟需求。     

基于免形状测量模式的复杂形状测量机设计

为了高精度高效率地测量数学模型未知的复杂几何形状,介绍了"免形状测量模式",分析了该测量模式对仪器的基本要求,基于该模式设计了一台移动工作台式测量机。测量机以直线电机为驱动元件,以高精度长光栅为测量元件。为减小被测件重量对测量机的影响,设计了封闭式真空负压的空气静压气浮导轨和共平面的H形二维结构。设计了具有制动功能的Z轴和气浮隔振等关键部件。仪器量程为300 mm×300 mm×300 mm,测量不确定度为1.8μm,能测量数学模型未知的复杂几何形状。     

滑道约束型链输送装置的驱动力矩性能分析

针对U型滑道约束型链输送装置,分析链条在极限状态下,链条携带不同数量的负载,运动到不同位置时,销轴受到负载重力的影响。利用力矩的方法,并通过MATLAB软件计算得出销轴受力的变化情况,从而分析得到链条销轴受负载重力的极限情况。通过对销轴受力及驱动力矩特性分析,获得最大驱动力矩出现的位置状态及支反力的大小,为驱动方式及装置的选型提供依据,同时为输送装置的相关结构强度设计提供数据基础。