1.5m口径空间相机主镜组件的结构设计

研究了1.5m口径空间相机反射镜组件的结构,设计了主镜组件结构系统。采用RB-SiC作为反射镜镜坯材料,分析并优化了反射镜支撑形式和镜体的结构参数,得到了重131.9kg,轻量化率达到81%的反射镜结构。在主镜基本构型确定的基础上,设计了主镜支撑结构,通过合理设计柔性卸载结构满足了主镜结构系统的力、热环境适应性和抗振性要求。最后,利用有限元法综合分析了主镜组件的性能。试验结果表明:主镜在1g重力作用下的面形精度RMS达到0.025λ(λ=632.8nm),(20±4)℃温变环境中主镜面形变化量在RMS 0.01λ范围内,主镜组件一阶固有频率为95.8Hz,有限元分析结果的误差为4%。得到的结果表明主镜组件的静态刚度、动态刚度及热环境适应性完全满足设计指标要求。     

反应连接230mm口径RB-SiC反射镜

针对传统工艺难以制备口径大于1.2m的整块反射镜的问题,提出了反应连接制备大口径RB-SiC反射镜的工艺。该工艺在素坯阶段实现连接,一次反应烧结完成坯体的致密化和镜体的连接。采用该工艺制备了230mm口径的RB-SiC反射镜,并使用FSGJ-2光学数控机床对反射镜进行了研磨、粗抛光和精抛光加工,其镜面面形精度RMS值达到了λ/50(λ=632.8nm)。在环境温度(20±3)℃检测了连接反射镜,其面形变化RMS值小于λ/300,热循环试验前后连接反射镜面形没有明显变化;连接镜体表面在焊缝处粗糙度Ra<3.3nm,连接层与基体的显微结构基本相似,热性能相匹配。研究结果表明,用新型反应连接技术制成的RB-SiC反射镜可以满足空间光学应用要求。     

大口径空间反射镜大容差支撑结构设计与优化

针对传统反射镜无法消除加工及装配应力,长期使用后面形精度下降不能满足使用要求的问题,提出了一种高稳定性空间反射镜支撑结构的解决方案,进行了具有大容差特性的1.5m口径高精度空间反射镜工程化研究和创制。依据经验和理论,完成了初始反射镜组件构型,反射镜的材料选用RB-SiC,采用三角形背部半开口反射镜轻量化形式和背部三点膜片型柔性支撑结构。以装配误差0.01mm的9种工况下反射镜的面形RMS变化量最小为目标,利用isight软件对反射镜支撑结构的主要尺寸进行了优化设计。最终完成了轻量化率为82.1%,组件质量为170.23kg的反射镜的研制。试验结果表明:反射镜在1 g重力作用下,面形精度RMS优于0.016λ(λ=632.8nm);加入0.02mm强迫位移模拟装配误差,面形RMS仍然为0.016λ;在20℃±5℃温变环境下,面形RMS变化量在0.002λ范围内;组件一阶固有频率为101.3Hz。反射镜组件静态刚度、动态刚度、面形精度以及环境适应性满足空间工程应用要求。     

新型轻质大口径空间反射镜支撑设计

摘要：随着空间反射镜口径的增大,光学系统总质量随之剧增,这与当前光学遥感器轻小型化的发展趋势相矛盾。为了更好的满足空间光学遥感器发展的需要,文章从主反射镜组件的轻质化设计入手,从结构材料热匹配的设计、主镜轻量化形式的确定以及支撑结构的合理设计三个角度系统地进行了一体化结构—热设计。针对某型卡塞格林系统Φ630mm口径主镜进行了轻质化设计,三点为主多点为辅的支撑方案在保持组件结构刚度满足力学要求的同时,使反射镜具有良好的热尺寸稳定性。在综合考虑加工和工作状态后,最终确定了一种满足设计要求的整体优选方案,经最终分析计算确认,主镜组件镜面综合面形误差PV值均小于λ/10,各项指标完全满足光学系统对主反射镜的设计要求。     

大口径反射镜几种轻量化孔结构形式的分析

针对某空间相机的主反射镜,根据目前的光学器件的加工工艺性,利用CAD技术对反射镜镜体进行有限元建模,分析了反射镜的几种轻量化孔的结构形式对镜体动、静态刚度的影响,从而优化出符合反射镜面形精度要求的轻量化孔的最佳结构形式.     

小卫星空间跟踪遥感相机二维摆镜组件优化设计

根据某空间跟踪遥感相机光学系统特性和工作指标要求,为了达到节约空间、保证相机成像质量的目的,设计了一种适用于小卫星平台的二维摆镜,并对口径为300 mm的空间相机用摆镜进行了轻量化设计。以镜体厚度、切角大小、边缘厚度、镜面厚度及轻量化筋的厚度为设计变量,以面形峰值PV不大于63 nm和均值方根RMS不大于12 nm为边界条件进行了优化,针对单点支撑孔径的参数设计提出了一种将质量、面形峰值PV和均值方根RMS在一定平衡下尽可能小的多目标优化方法。最终优化的反射镜质量仅为0.84 kg,轻量化率达到76%。单点柔性支撑结构采用3个相隔120°布置的回形梁作为柔性铰链,与镜座采用一体化设计,结构简单,减少了摆镜组件的转动惯量,提高跟踪相机的响应度。对优化后的摆镜组件进行空间环境校核,摆镜在空间XY微重力工况下的面形RMS值小于6 nm,Z向重力、-50℃载荷及3.5 rad/s旋转惯性载荷条件下的面形RMS均小于12 nm,组件基频为326 Hz,最后对面形精度和摆镜定位精度进行了实验验证,证明了该方案的可行性。     

大口径离轴长条形反射镜的检测支撑机构

针对大口径离轴长条形反射镜光轴水平向检测的需要,设计了一套检测支撑结构。优化了结构参数,实现了由支撑结构引起的镜面面形误差最小化。通过比较长条形反射镜光轴水平向检测支撑的级联多点支撑结构,选择了结构简单、扩展性和调整性优良的两点单层固定支撑结构。利用集成仿真与优化方法,分析计算反射镜镜面面形误差随支撑间隔的变化趋势,确定了最优支撑间隔。最后,利用干涉仪结合补偿器的检测方式,对不同支撑间隔工况下镜面面形进行检测,验证了仿真分析的可靠性。结果表明:在支撑间隔为564mm时,由检测支撑引起的镜面面形误差最小(RMS=8.26nm),干涉检测得到的镜面面形误差随支撑间隔的变化趋势与仿真得到的趋势相符,仿真结果可靠性高。提出的方法可实施性好,可推广到其他大口径离轴长条形反射镜的设计和检测中,为离轴三反(TMA)相机的设计提供技术基础。     

展开式反射镜单元镜支撑技术

基于展开镜结构工作原理,运用有限元方法分析了展开式反射镜单元的裸镜及其支撑方案.目的是确定镜子支撑点数量及排布方式,并具体分析了12-6-1、12-8-1和16-8-1型三种支撑点排布方式,分别计算了各支撑点排布方式下的镜面自重变形.计算结果表明,采用16-8-1型的排布方式较为合理.支撑结构的优化设计是在裸镜支撑点优化位置加入支撑组件综合分析镜坯与支撑组件,以镜面面形误差及结构总体刚度为目标函数,考查、修改支撑组件以保证镜面RMS值在可调节范围(30μm)内.计算带有支撑组件的单元反射镜在自重作用下的变形,得出的镜面RMS值为16.52nm,小于1/4波长(632.8nm),表明将该支撑方案应用于单元镜具有可行性.并提高整个反射镜面的面形质量.     

空间反射镜结构轻量化设计研究

为提高空间反射镜的轻量化率,设计了一种新型空间反射镜结构。以空间望远镜次镜为研究对象,首先对实体镜坯进行了拓扑优化,根据材料分布结果建立了次镜初步模型;对初步模型进行了尺寸、形状联合优化,进而得到了一种新型次镜结构。其次建立了采用背部三角形轻量化孔的传统次镜结构模型,对其进行了尺寸、形状联合优化。最后将新型结构与传统结构进行了对比;对两种结构分别进行了重力释放载荷下的有限元分析,根据分析结果计算出了镜面变形的RMS值。综合镜体质量和RMS值数据来看,在两种结构的面形精度近似的情况下,新型次镜结构在轻量化率方面更占优势。     

大口径轻质反射镜坯的制造

给出了制造大口径轻质反射镜坯的机械法减重技术及所制造的反射镜坯.在镜坯制造过程中通过计算机辅助设计搜索轻量化加工区域的形状、大小、深度,并对其进行分类标识;编辑TPH(toolpath)轨迹数据文件,编写CNC(comput ernumbercontrol)数控系统的零件加工程序,由数控系统在图形方式下控制实际加工.同时采用化学方法消除加工过程中产生的应力与微小裂纹.加工出的大口径轻质反射镜坯达到设计要求,轻量化率达到65%以上,加工后的非球面面形精度达到0.029λ(rms,λ=633nm).制造过程中在不同支撑状态下,变形量很小,保持了非球面面形精度稳定性,显示出了结构的稳定性.该方法已经成为大口径反射镜制造的关键支撑技术.     

现代设计方法在工业洗衣机模糊控制系统中的应用

这里以工业洗衣机模糊控制系统的研制为实例，分析了现代设计方法中的几种主要方法如创新设计、并行设计、虚拟设计、智能设计、可靠性设计、安全设计等在工业洗衣机模糊控制系统研制中的应用及作用。采用现代设计方法设计的工业洗衣机模糊控制系统各项性能均达到设计要求，超过国家相关标准。     

计算机辅助概念设计研究现状和发展趋势

指出产品概念设计包含设计功能、原理、形状、布局和结构设计等内容,阐明计算机辅助概念设计的内涵。从工程设计、工业设计、人工智能和新技术４个角度探讨目前国内外该领域的研究发展现状,结合现代产品设计模式的发展方向,指出ＣＡＣＤ以设计创新和建模技术为核心的六大关键技术,以及ＣＡＣＤ的发展趋势。     

机械运动方案相似设计研究

概念设计是产品开发过程中的决定性阶段 ,机械运动方案设计是机械产品概念设计的关键内容。本文提出了机械运动方案相似设计理论和方法 ,并对构造相似元、计算相似度、实例再设计等关键技术进行了研究 ,给出了相应的解决方法     

Design justification of manufacturing systems—a review

The development of design systems which ensure economic feasibility has been the focus of recent research in the manufacturing area. Traditional design and justification approaches have been cited as having shortcomings; thus, there have been a variety of modifications and enhancements developed. An approach that is conceptually different from the traditional approaches seeks the integration of the economic analysis within the design process. We denote this approach as thedesign justification method. This paper reviews literature related to the explicit and implicit integration of economic factors in the manufacturing system design process, followed by supporting issues for the implementation of the design justification concept.     

绿色设计的体系结构及实施策略

绿色设计是一种全新的设计理念,是设计方法和设计工具的有效集成。在分析绿色设计产生背景的基础上,给出了绿色设计的概念与特点;并针对目前缺乏系统性、可操作性的绿色设计理论和工具的现状,提出了绿色设计体系结构和各模块的设计模型;最后,讨论了绿色设计的实施策略、方法,以及在我国开展绿色设计研究的重要性和必要性。     

基于模块化的概念设计模型的研究

从实现计算机辅助概念设计的目的出发,建立产品概念设计模型和动态需求的概念,同时把模块化设计方法引入到概念设计领域。该模型在设计过程中分为三层:用户层、功能层和结构层。通过层次分析,完成从用户需求到产品功能结构、产品模块结构的映射,这使复杂的设计任务转化为许多简单、基本的设计任务,从而达到满足用户要求、提高产品质量,缩短产品开发时间。     

生长型设计中公差进化设计方法研究

为实现生长型设计中尺寸链及形位公差项目的自动生成,在产品结构设计自动化技术基础上,研究生长型设计中公差进化设计的策略与原则。指出生长型设计中紧随结构的自顶向下、不断进化,公差进化设计模型也呈现为一种层次式结构;同时由于功能表面及其名义特征所具有的承载功能及几何信息的特点,可作为公差进化演绎的单元载体;在此基础上建立公差进化设计的基本过程模型。提出产品结构进化设计中,构建基于功能表面的装配网络以及基于名义特征的约束网络的双层装配约束网络的基本方法,给出辅助公差进化设计的公差断言;在此基础上,给出基于双层装配约束网络及公差断言的尺寸链及形位公差进化设计的基本过程。以活塞精镗销孔夹具的公差设计为例,说明所提出的公差进化设计方法在生长型设计中的成功应用。     

支持概念设计的分布式协同设计环境的研究

一个复杂产品的概念设计往往需要多学科领域专家之间的协同。基于黑板模型 ,本文提出了一个分布式模块化协同设计框架结构。首先分别介绍了支持该框架结构的几个关键技术 ,即产品信息共享模型、设计问题的分布式构模方法以及基于约束的冲突检测方法。然后利用这些框架支持技术以及网络使能技术开发了一个分布式模块化协同设计环境 DCMDE,能有效地支持不同地理位置、不同学科的设计人员进行机械产品的协同概念设计。一个齿轮箱协同方案设计实例显示了系统的有效性     

无障碍设计理念及应用研究

无障碍设计体现了人性化的设计理念,是工业设计未来发展的方向之一.对无障碍设计理念中情感化理念、易用理念、服务理念等3个方面进行了分析,对其应用范围和应用功能进行了阐述,提出了无障碍设计的前景及应用价值.     

直齿圆柱齿轮传动摩擦学设计模型的构建

齿轮传动是最重要的机械传动形式之一。传统的齿轮传动强度设汁方法没有考虑润滑要求,而润滑设计又不能兼顾强度需要。以赫兹理论和弹流润滑理论为基础,建立了直齿圆柱齿轮传动的摩擦学设计模型,基于此模型对齿轮传动进行设计,对提高其使用寿命具有重要意义。