空间相机快门装置结构分析及优化研究

• 作 者: 周旭
• 机 构: 华中科技大学
• 出 处: 华中科技大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 快门装置 轴承简化建模 基频优化 接触分析 平衡试验

快门装置是是空间相机上的关键部件，其性能下降或故障会导致可见光近红外通道的失效。快门装置在随火箭发射过程中会经受复杂的力学环境，对其结构的动态特性要求很高。本文主要研究如何使快门装置的结构设计满足质量尽量小、刚度和强度高的要求，保证整机和关键性部件的性能，以及对整机进行平衡试验以提高轴承寿命。文中首先研究了对轴承采用以弹簧单元代替滚珠的简化建模方法，并建立快门装置的有限元模型。为验证模型的准确性，设计了快门简化样机的模态试验，试验和仿真结果验证了模型准确，表明在快门装置中可以将轴承滚珠简化成弹簧模型。在此基础上，运用子部件思想单独对两个轴系进行基频优化，采用单一变量法提取出影响基频的主要因素，最后通过整合优化后的两个轴系得到了优化的快门装置，结果表明优化后快门装置基频提高了21.2%。其次，文中对优化后的快门装置进行了整机的静力学、随机振动、响应谱分析，评价了整体的静动刚度和强度，分析结果表明整机的力学性能满足设计要求。最后，文中对快门装置寿命的关键性部件---轴承进行了发射阶段和在轨阶段的性能评价。本文通过赫兹接触理论计算和仿真分析两方面计算出在发射阶段准静力学环境下轴承的接触应力状况，通过热机耦合分析计算出轴承在轨运行时温度场分布，接触应力变化。另外，为了在实际中改善轴承受力，提高轴承寿命，对快门加速寿命试验样机进行了平衡试验，减小了由于不平衡给轴承产生的振动力和振动力矩。研究表明，文中对快门装置进行基频优化后，整机和关键部件轴承的力学性能均满足设计要求。