快速反射镜两轴柔性支承设计

提出了基于集中柔度的柔性铰链单元的柔性支承结构,研究了这种柔性支承静动态特性的设计过程和设计方法。首先,从快速反射镜的工作机理出发,分析了系统对柔性支承的特性要求;然后,结合现有两种柔性支承结构的特点,提出基于集中柔度的柔性铰链单元的柔性支承设计;在分析单个柔性铰链刚度特性的基础上,研究了两轴柔性支承的设计方法;最后,以通光口径为Φ90 mm、行程为±2 mrad、工作带宽为300 Hz的两轴快速反射镜为例,进行了两轴柔性支承的设计和特性计算。基于dSPACE半实物仿真系统建立了两轴柔性支承特性实验,对柔性支承的转动刚度进行测试,并对由设计的柔性支承组成的快速反射镜系统的控制性能进行分析。实验结果显示:设计的快速反射镜系统的一阶机械响应频率为78 Hz,闭环控制带宽为340 Hz,满足设计要求,表明基于集中柔度的柔性铰链单元的柔性支承可以满足行程若干mrad,工作带宽数百Hz的两轴快速反射镜的应用需求,且具有加工工艺性好,转动中心稳定等优点。     

推力轴瓦机械变形的有限元分析

分析了点、线支承推力轴瓦的机械变形,进行了有限元数值模拟。结果表明:同一轴瓦、相同工况条件下,点支承的挠变形最大,挠变形主要是径向弯曲变形,周向挠变形较小,且随着轴瓦长/宽比的减小而愈加明显。线支承的挠变形主要是周向弯曲变形,且沿周向左右对称,径向挠变形较小,挠变形与支承长度和宽度有关,随其增大而变小。     

肘板固定支承点位置对动颚行程特征值的影响研究

动颚行程特征值是决定颚式破碎机性能优劣的一个重要运动学参数。以复摆颚式破碎机为研究对象,利用MATLAB进行动颚的运动学建模与仿真分析,研究在当前结构条件下,在保持肘板长度、动颚肘板衬垫中心位置、动颚处于最低位置的排料口尺寸不变时,改变肘板固定支承点位置对动颚行程特征值的影响。计算结果表明,随着肘板支承点位置的变动,进料口动颚行程特征值逐渐减小,但变化不大;排料口动颚行程特征值逐渐增大,在某一支承点位置出现极值,以后逐渐减小,并且保持进料口行程特征值小于排料口行程特征值,即肘板支承点位置的变动不影响一般水平行程从进料口到排料口逐渐减小的要求。这个结论有助于对该产品进行优化设计选择最佳肘板支承点位置提供科学的依据。     

底支承对小口径反射镜镜面变形的影响

论述了运用有限元技术研究镜面变形的方法及分析底支承在不同口径，焦比、厚径比和相对支承半径时镜面变形的技术；在取得的相互关联的最大镜面变形数据基础上，研究了影响小口径反射镜底支承镜面变形的因素。     

1.3 m主镜的支承设计

依据1.3 m主镜支承的技术要求,完成了支承结构的设计分析。确定了有中心定位的底面18点支承和侧面水银带支承的技术方案。对于结构复杂的轻质镜,依据均衡原理,利用结构分析并结合插值算法确定了底支承18点的支承位置;在给出了具体底支承结构设计后,对底支承的结构变形和结构设计允差进行了分析。根据主镜立放状态下的受力分析,给出了3个水银带侧支承的设计变量,最终依据镜面Z向变形最小的原则和12种工况下有限元的分析结果,确定了水银带侧支承的设计。在中心定位设计中,考虑到温度变化的影响,选用了特殊的殷钢材料。在具体结构设计中,为减小支承球头与主镜直接接触的不利影响,在支承球头和主镜之间增加了过渡轴套。用Zygo干涉仪检测了装配完成后的主镜,主镜镜面变形PV值为0.7 λ,RMS值为0.15 λ。该支承结构基本满足了设计要求,且结构稳定可靠。分析可知,主镜的厚度可以再适当减薄,进一步减轻重量。     

磨床床身垫铁支撑布置探讨

机床结构件的约束形式对其工作性能有直接而重要的影响。以磨床床身垫铁为例,运用有限元方法,通过比较5种不同的垫铁排列方式,得到最优的床身支承方式——6点对称垫铁支承方式。该支承方式既节约成本,又不易产生由于支承不当造成的应力集中或扭曲变形等,符合支承方式的发展趋势。     

平尺支承点位置的探讨

千尺是检验不直度和不平度时经常采用的测量工具。在实际应用中,要求平尺的弯曲量处于最小的状态。为满足此要求,有的在平只检验后,将实际弯曲量为最小的支承点标出来。有的在检验机床工作台的不乎度时将垫铁放在 2/9L处(L是平尺的全长)。为了使用方便,我们认为可先决定平尺的支承点在两端,再根据其支承点的位置来制造平尺,使在两端支承后平尺因自重向下产生的挠曲变形和平尺的原始形状的向上弯曲量相抵消,从而得到较为理想的平直表面。我厂曾制造出两根1米平尺,用支承点在两端和在2/9L处的两种测量方法。实践证明,使用这两种支承方法后,…     

胶层厚度对三点支撑反射镜面形的影响

以45nm浸没式光刻物镜中采用的三点支撑反射镜为研究对象,建立了胶层连接的三点边缘支撑结构模型,用以确定胶层厚度对三点支撑反射镜面形变化的影响。分析了重力作用下三点支撑反射镜的面形变化情况,通过解析表达式描述了胶层厚度对反射镜受力变形的影响。建立了"支撑块-胶层-反射镜"的有限元计算模型,针对不同胶层厚度对反射镜的面形变化进行了仿真分析。仿真结果表明:随着胶层厚度的增大,反射镜的面形变化(均方根值RMS)呈现先减小后增大的趋势;当胶层厚度为280μm时,反射镜面形变化的RMS值最小,约为1.25nm。最后,通过实验测量了柔性双脚架三点边缘支撑导致的反射镜面形变化。结果显示:当胶层厚度为200,280,400μm时,反射镜面形的变化结果均与仿真结果一致,验证了本文仿真结果的正确性。     

大口径光学二维角度调整机构的支承优化设计

设计了"三顶三拉"的大口径光学二维角度调整机构,并探讨支承分布方式对基于三点支承调平机构的调整性能、抗倾覆能力和抗变形能力的影响,为机构设计提供了理论依据。分别建立了调平机构的几何模型、力学模型和优化模型。推导了支承调整量对平板二维倾角的贡献值,通过比较证明支承呈对称分布的调平机构更易达到快速调平的目的。介绍一种抗倾覆几何测度的概念,从中给出支承呈任意三角形分布的调平机构抗倾覆几何测度公式,并给出了对称分布调平机构的抗倾覆几何测度解析解。通过ANSYS优化模块对前内环的支承位置进行优化,得到最优的支承跨距。     

汽车曲轴的磨削精度控制

基于分析磨削加工过程对四缸曲轴主轴颈加工精度的影响规律,提出通过减小加工弹性变形从而降低磨削加工误差和提高曲轴磨削精度的工艺控制方法。有限元分析结果表明:影响主轴颈精密磨削变形的主要因素是顶尖压力和中心支承位置,而磨削力引起的弹性变形影响很小;当顶尖压力确定时,通过改变中心支架的作用位置能够有效减小顶尖压力导致的主轴颈的弹性变形;当中心支架作用于第二、第三主轴颈处时,曲轴变形能够减小1.5μm,使曲轴变形得到有效控制。     

空间相机主次镜间的薄壁筒和支杆组合支撑结构

为了满足大口径、长焦距空间相机中次镜相对于主镜的位置精度要求,设计并研制了主次镜间的支撑结构,分析和试验验证了组合支撑结构的稳定性。首先,根据给定的光学系统,确定了主次镜之间采用薄壁筒和支杆组合的支撑结构形式,对比了支撑杆和薄壁筒的结构形式以及二者之间的连接方式,通过优化,完成了组合支撑结构的设计。然后,讨论了重力对支撑结构的影响,并进行了固有频率和正弦振动响应分析。最后,通过量级逐增力学试验,采用光学方法测量了主、次镜间的角度变化量,验证了支撑结构的结构稳定性。试验结果表明:主、次镜间的角度变化量10″,组合支撑结构的一阶基频75 Hz。这些结果满足主、次镜间角度变化量要求,具有较好的结构稳定性。     

小型光学遥感器主镜室的光机结构

设计了一种新的光机结构,以使超小型光学遥感器在宽温度范围及恶劣的动力学环境下能够良好成像。研究了该结构中的核心部件-主镜组件的支撑结构的设计原理和实现方法。通过对主镜室初始设计方案的力、热特性分析,说明了主镜传统支撑方式的局限性。然后,以挠性支撑原理为基础设计了一种新型的适用于小口径反射镜支撑的挠性反射镜支撑结构,对该支撑结构的温度适应性及组件的模态进行了有限元分析,说明了采用这种反射镜挠性支撑结构能够满足设计指标要求。最后,论证了小型光学遥感器主镜室的加工及具体实现方法。对装配后的主镜组件进行了热冲击试验和温度拉偏试验,结果表明:在-60℃~80℃进行热冲击试验后,主镜不会出现炸裂现象;而在-20℃~50℃温度下,反射镜面形精度RMS仍保持在0.025λ(λ=632.8nm)水平。得到的结果验证了主镜室的设计可以满足小型光学遥感器的应用环境要求。     

桁架式反射镜筒的变形控制

介绍用于澳大利亚2.3m新技术望远镜(ATT)的桁架式镜筒的变形控制。旨在使镜筒光轴指向任意位置时,主镜和副镜的轴向与侧向的相对位移都等于零。用精度足够的经典材料力学方法对镜筒处在光轴指向天顶和水平两个位置时,列出了镜筒各组成部分——中间块、主桁架、副桁架、副镜圈和内桁架的变形计算公式。最后确定了主桁架的优化结构。     

300 mm干涉仪参考镜的设计及测试

针对一台有效口径为300 mm的斐索立式移相干涉仪的参考镜,采用有限元方法对其水平状态不同支承方式下的表面变形进行了分析及优化设计,根据设计结果在对镜坯抛光时留出变形余量,并用液面基准法进一步验证了分析结果,其PV的差值为0.008 λ,RMS的差值为0.005 λ。实验结果表明,此干涉仪参考镜支撑结构的设计满足技术要求。     

动载体光电平台视轴稳定精度的检测

提出一种动载体光电平台视轴稳定精度的检测方法.介绍了光学测量原理,讨论了光电平台视轴稳定精度检测系统的实施路线,并对该系统使用的自准直光学成像系统、高速数字CMOS相机和光斑检测算法进行了研究.由安装在光电平台照准架上的平面反射镜反映光电平台视轴指向角度的变化,用高速数字CMOS相机采集图像,并通过计算图像之间归一化的...     

航空遥感相机扫描反射镜支撑技术

从保证扫描反射镜成像质量及功能的角度出发,介绍了扫描反射镜及其支撑结构材料的选取原则;探讨了扫描反射镜的支撑方式,以及各种支撑方式的适用范围;针对面型精度要求较高的反射镜,提出了柔性支撑结构的设计思想.通过CAD/CAE工程分析软件,在各种情况下,对采用柔性支撑结构前后的反射镜组件进行分析,由有限元模型变形情况的对比分析,可以验证此种柔性支撑结构的有效性.最终通过相机的外场试验,由相机的成像质量确定了反射镜支撑结构的可靠性.     

自适应光学系统中非共轭问题对波前校正的影响

在常规的自适应光学系统中,变形镜与波前传感器满足共轭位置关系以保证最好的校正效果。现基于角谱理论,通过对光场线性传输过程的仿真,分析了波前传感器偏离与变形镜共轭的位置的情况下波前校正效果所受到的影响。结果表明,波前传感器偏离共轭位置的距离增大和共轭位置波前的增大,均会导致校正效果变差。     

大口径轻量化主镜边缘侧向支撑的优化设计

对大口径主镜的侧向支撑结构进行了优化,以便最大限度地降低重力作用下的镜面变形。首先,从理论上给出了一种优化主镜边缘侧支撑结构的判据和思路,然后,引入边缘切向剪切侧支撑原理,阐述了这种支撑形式的优化思想和优势。以口径为2060mm的扇形轻量化主镜作为分析实例,采用16个边缘离散支撑点,优化设计等角间距侧向支撑,并针对轻量化主镜的结构特点和等角间距支撑下支撑力值相差较大的缺点,将等角间距改为不等角间距侧向支撑,分析推导了相应的支撑力公式。结果显示,改进后的支撑形式提高了系统的支撑刚度,镜面变形由原来的1.723nm降为1.633nm。所研究的边缘切向剪切支撑方式很大程度上保证了主镜镜面面形,对不同口径的扇形孔轻量化主镜的设计有普适性。     

应用于冷光学组件的透镜支撑技术研究

对于采用冷光学技术的短波红外透射式成像系统,由于光学元件及支撑结构的加工、装调温度与实际工作温度差异较大,几何形状的变化差异将导致光学元件出现位置误差,甚至受到破坏。本文根据低温红外系统对光机结构的设计要求,遵循均一性和不调整两个原则设计和加工一套短波红外成像系统的光机结构。在透镜和支撑结构件的配合面上分别加工45°的斜面,以充分适应光学元件与其支撑结构在温度变化过程的热胀冷缩,避免了光学元件和支撑结构由于受热变形差异过大而产生的不可恢复性破坏,最后通过实验验证了该光学支撑方案在80K的低温下具有良好的成像效果,本文的研究为今后大温差下的红外光机系统设计提供了较高的参考价值。     

光阱位置操纵系统的研究

利用He-Ne激光器,在LEICADMIRBE倒置显微镜上建立了可对生物样品进行三维操纵的光镊系统。在光镊的研制过程中,我们重点对光阱的横向位置操纵系统进行了研究。理论分析及实验表明,利用平移反射镜及转动反射镜的方案均可实现光阱位置的横向操纵。本文对平移反射镜及转动反射镜实现光阱位置操纵的机理进行了详细的论述,并对操纵过程中保证光阱质量不发生变化的条件进行了理论分析和说明。此外,比较分析表明,与平移反射镜系统相比,转镜系统在光镊技术中的应用可加快光镊操纵速度、简化光阱位置操纵系统的复杂程度、有利于系统开发成本的减少及开发周期的缩短。