以大型往复式压缩机曲轴为研究对象, 采用Box-Behnken试验设计对曲轴结构进行优化设计, 达到降低曲轴系的扭振幅值和自由端扭转角的目标。首先采用田口设计试验法从多个曲轴结构的设计参数中筛选出对曲轴系强度及扭转性能影响较大的显著因子, 然后采用Box-Behnken试验设计法对显著因子进行优化, 得出曲轴结构设计参数的最终优化值。通过对8列全平衡曲轴的曲柄厚度、中心圆盘厚度和与大端曲柄销长度进行优化结果显示, 压缩机曲轴系在一个周期内的峰值应力和自由端扭转角与优化前相比分别下降了22.4%和4.5%, 这表明, 优化后曲轴系的强度提高, 扭振幅值降低。研究结果为大型多列曲轴的研究设计提供了有效理论和有效证据。
静力学分析 田口设计 响应面试验设计 曲轴优化 static analysis Taguchi design Box-Behnken test design crankshaft optimization
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
为了研究极端温度环境对跟踪望远镜指向精度的影响,利用ANSYS Workbench有限元分析软件,建立跟踪望远镜机架的有限元模型,通过稳态热分析,得到高、 低温环境中机架在太阳辐射、空气对流、电器件产热及热传导作用下的温度场分布;通过结 构静力学分析,得到机架在以上温度场作用下的热变形。分析结果表明在高、低温工况下, 机架轴系的偏斜角均小于30′′,在误差允许范围内。极端温度环境中跟踪望远镜 机架的方位转轴、俯仰转轴及光路视准轴基本没有发生偏斜,跟踪望远镜的指向精度几乎没有受到影响。
几何光学 跟踪望远镜 对流换热 稳态热分析 结构静力学分析 geometrical optics tracking telescope convection heat transfer steady-state thermal analysis static structural analysis
1 南京理工大学 机械工程学院, 江苏 南京 210094
2 上海机电工程研究所, 上海 201100
为了验证实验室环境下红外导引头跟踪能力的精度, 设计了一套模拟飞行目标能量分布的目标源以及一款能够满足相应姿态条件的保障车。采用焦距为700 mm的离轴抛物面反射镜, 满足2′束散角的要求, 利用多个反射镜及离轴镜构成反射式平行光管, 模拟空间距离, 通过1%和10%两片衰减片与光阑孔调节, 实现三档能量的需要。采用微调升降机构实现0°～10°俯仰角的调节, 滚转机构用以满足0°～10°的滚转角调节, 运用液压升降机构达到0~1 000 mm升降指标。依靠力学计算和静力学分析, 得出升降臂的最大变形量为0.11 mm, 最大应力为111.6 MPa, 能够满足1 000 kg负载的要求, 同时车架的模态分析所得到的一阶振型的固有频率为25.355 Hz, 远大于产生共振的条件, 满足所设计的目标源和条件保障车指标要求。
目标源 光学设计 保障车 静力学分析 target source optical design guarantee vehicle static structural analysis
1 兰州理工大学 有色金属新材料省部共建国家重点实验室, 兰州 730050
2 兰州理工大学 凝聚态物理研究所, 兰州 730050
3 西安航天精密机电研究所, 西安 710100
4 中国空间技术研究院 兰州分院, 兰州 730000
针对可折叠展开式伞状龙骨聚光器具有自重低、功率高、比冲高、推力适中的特点, 利用ANSYS和ZEMAX软件对功率为100 kW的可折叠展开式伞状龙骨聚光器在太空环境中的聚光性能进行模拟分析。在太阳风及衬底薄膜表面张力的影响下, 伞面最大应力为1.66 MPa, 远小于Kevlar材料及Ti-6Al-4V龙骨材料的阈值强度, 伞面最大形变仅为0.941 mm, 焦斑半径为6.37 cm, 几何聚光比可达5 917, 比标准抛物面仅减小了1.25%。结果表明：将材质轻、抗拉伸强度高的伞状龙骨结构引入可折叠展开式聚光器的设计方案, 在很大程度上抵消了衬底薄膜材料表面张力及太阳风对聚光器工作形态的影响, 可消除褶皱, 提高可折叠展开式伞状龙骨聚光器的结构稳定性及可展开度, 同时证明了伞状龙骨结构及Kevlar材料的选择是合理的。
伞状龙骨 聚光器 太阳能热推进 静力学分析 聚光性能 umbrella-shaped keel concentrator solar thermal propulsion static analysis concentration performance
