空间对接平台关键件结构优化设计

发布时间：2020-08-28 07:00

【摘要】： 空间对接平台的主要任务就是将设备精确的装入固定箱体中或者由固定箱体中拆卸下来以维护。本文主要从实现精密对接出发,分析出空间对接平台的六自由度调节功能是实现设备精确对接到位的关键技术。从而分析出支撑腔体是空间对接平台的关键件。对支撑腔体的优化设计具有重大意义,为以后的空间对接平台的设计奠定了基础。 对空间对接平台进行了功能分析,将功能进行了分解、归类。归纳整合后得出了空间对接平台组成结构。通过功能分析以及现场对接情况,发现空间对接平台的六自由度调整功能是实现设备精确对接的关键,对空间对接平台支撑腔体这一关键件的优化设计是必要的,也是本文进行优化设计的研究对象。 本文以空间对接平台支撑腔体作为研究对象,主要利用有限元软件ANSYS11.0建立腔体有限元模型,根据实际情况施加约束及载荷,然后进行静力学分析和模态分析,得出了腔体的等效最大值应力、最大变形量值、前10阶模态以及相应振型。这些数据作为优化设计的性能指标。 介绍了连续体拓扑优化设计的方法和理论,本文使用的Ansysworkbench11.0采用变密度法进行拓扑优化,优化准则法进行数学计算。介绍了变密度法建立拓扑优化数学模型的方法,推导了迭代算式。定义了优化的目标函数、约束条件、设计变量。通过改变约束条件得到了3中优化结果,但伪密度云图总体轮廓基本保持一致。为防止优化结果出现数值不稳定现象,对拓扑优化结果进行了可信度分析,发现优化过程不存在网格依赖性。拓扑优化结果并不能用于产品的加工制造,考虑腔体采用铸造方式,结合拓扑优化密度云图对腔体进行了可制造化处理,设计出新的对接平台腔体。最后对新腔体建立有限元模型进行静力学、模态分析。比较了优化前后腔体的最大值等效应力、最大值变形量值、前10阶模态、振型以及它们出现位置,发现优化前后腔体的力学性能并未发生太大变化,都在容许范围内;不过优化后一阶固有频率明显提高,腔体动力学特性变好。且腔体质量减小近30%,大大降低了加工制造成本。因此,达到了拓扑优化设计目的,对以后空间对接平台的设计具有指导意义,达到了课题研究的目的。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH122
【图文】：

2.1 对接平台概述作为某工程实际项目的运用，对接平台用于两设备之间的精密对接。如图2.1所示，对接平台放置在设备待装工位的地面上，设备放置于对接平台上面，在对接平台垂直上方是固定箱体。设备两侧有固定滑轨，上方固定箱体内对应有两导轨。在工程中需要把设备精密安装到带有导轨的固定箱体内部，箱体内部两导轨是竖直且相互平行的，设备左右两侧有两根互相平行的滑轨。在装配中首先要解决的问题就是使设备两侧滑轨与上面固定箱体的竖直导轨准确对位。即是通过对接平台在空间六个自由度（X、Y、Z、α 、β 、θ ）调节设备姿态，使得设备的几何中心与固定箱体两对导轨的几何中心重合；同时，使得固定箱体两对导轨的底部对应与设备两侧的滑轨的端部分别在同一平面内。在同时满足了这两个条件下，通过下面的对接平台调节Z方向的自由度使设备精确装配到固定箱体的导轨上。如果在对接过程中不解决设备姿态精确调整问题

对于设备的安装，为满足精确对接基本功能，根据上面的功能分析将对接平台分为三个部分，即平面运动机构、水平调节机构以及支撑腔体。对接平台结构组成如图2.3。图 2.2 对接平台功能分解Fig. 2.2 Functional analysis for Butt-joint platforms设 备 精 确 对 接Z方向运动θ方向运动X方向运动β方向运动α方向运动Y方向运动平 面 运 动 机 构 水 平 调 节 机 构空 间 对 接 平 台支 撑 腔 体平面运动机构水平调节机构图 2.3 对接平台结构组成Fig. 2.3 Structural compose for Butt-joint pl

2.4 本章小结根据工程实际项目的应用，介绍了对接平台的实际使用情况，归纳接平台应具备的功能。通过功能分析将对接平台各功能进行细化、分类确定了对接平台各子系统的功能。通过功能分析以及现场安装实际数据出对接平台的关键技术即六自由度调节功能的实现，从中提炼出对接平——支撑腔体，也是本文研究的对象。图 2.5 对接平台支撑腔体模型Fig. 2.5 Model of sustain shelly of butt-joint platform

【引证文献】

相关硕士学位论文 前1条

1 姚柯飞;地层变形模拟试验平台结构设计与优化设计[D];长安大学;2012年

本文编号：2807265