大型高精度双轴气浮转台设计及关键技术研究

发布时间：2017-03-20 12:10

  本文关键词：大型高精度双轴气浮转台设计及关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大型高精度双轴气浮转台是测绘相机内方位元素标定的关键设备，具有负载质量大、定位精度超高且负载有偏心等特点。本文根据大型高精度双轴气浮转台的技术指标要求，完成转台的总体设计，对转台的空气静压轴承及自动配平系统进行了详细设计及实验研究，并基于有限元方法对转台进行静动态特性分析和优化设计，，以保证转台的精度要求，为合理设计转台结构形式和尺寸提供指导，得到更加合理的设计方案。 首先，完成大型高精度双轴气浮转台的总体设计。针对转台的技术指标要求，分析得出转台三个主要设计难点：负载质量大、定位精度要求超高且负载有偏心，据此对转台有针对性的进行总体设计，并对转台的关键部件进行选型设计，包括支承系统设计、轴系设计、驱动系统设计及自动配平系统设计等，最终完成大型高精度双轴气浮转台的设计。 其次，对转台空气静压止推轴承和空气静压径向轴承进行设计计算。以空气静压轴承的基本理论分析为基础，确定转台俯仰轴系和方位轴系空气轴承的总体结构、节流方式及材料工艺等，进而利用空气轴承的工程算法，对空气静压径向轴承和空气静压止推轴承的承载力、静态刚度及耗气量等进行设计计算，得到满足要求的空气轴承系统。 然后，对大型高精度双轴气浮转台的自动配平系统进行设计和实验研究。阐述负载偏心位置测量原理及配平公式，并对自动配平系统的升降测力系统和配重块驱动系统进行设计，以实现转台的高精度配平。同时对自动配平系统进行验证实验，验证了测量原理的可行性及解算公式的正确性。 最后，利用有限元法对转台进行静动态特性分析和优化设计，以转台最关键的几个零部件为例进行静力学分析和动力学仿真，验证转台各零部件设计的合理性，同时以转台底座为例进行拓扑优化和目标驱动优化，通过对底座进行拓扑优化，显示出底座的可去除材料部分，通过对底座的目标驱动优化，分析底座侧面壁厚和顶面厚度对总质量和总变形的影响，筛选符合要求的最优解，在满足刚度要求的前提下获得最优设计方案。
【关键词】：大型高精度气浮转台 结构设计 空气轴承 自动配平 优化设计
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：V445.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义8
• 1.2 国内外研究现状8-10
• 1.2.1 国外测试转台研究现状8-9
• 1.2.2 国内测试转台的研究现状9-10
• 1.3 机械结构优化设计发展概况10
• 1.4 转台常见结构概况10-12
• 1.4.1 转台常见结构形式10-11
• 1.4.2 转台常见传动形式11-12
• 1.4.3 转台常见轴承形式12
• 1.5 本文主要研究内容12-14
• 第2章 大型高精度双轴气浮转台总体构成14-20
• 2.1 大型高精度双轴气浮转台技术指标及设计难点分析14-15
• 2.1.1 转台技术指标14
• 2.1.2 转台设计难点分析14-15
• 2.2 大型高精度双轴气浮转台总体方案设计15
• 2.3 大型高精度双轴气浮转台关键部件设计15-19
• 2.3.1 转台支承系统设计16
• 2.3.2 转台轴系的设计16-17
• 2.3.3 转台驱动系统设计17-18
• 2.3.4 转台自动配平系统设计18-19
• 2.4 本章小结19-20
• 第3章 转台空气轴承系统的设计计算20-30
• 3.1 气体静压润滑轴承的基本理论20-22
• 3.1.1 气体静压轴承工作原理20-21
• 3.1.2 气体静压润滑雷诺方程推导21-22
• 3.2 转台空气轴承系统总体方案的确定22-23
• 3.3 俯仰轴气浮轴承设计23-26
• 3.3.1 俯仰轴空气静压止推轴承设计23-25
• 3.3.2 俯仰轴空气静压径向轴承设计25-26
• 3.4 方位轴系气浮轴承设计26-29
• 3.4.1 方位轴空气静压止推轴承设计27-28
• 3.4.2 方位轴空气静压径向轴承设计28-29
• 3.5 本章小结29-30
• 第4章 大型高精度双轴气浮转台自动配平系统设计及实验研究30-42
• 4.1 转台自动配平系统原理及公式推导30-32
• 4.1.1 负载偏心位置测量原理30-31
• 4.1.2 配平公式推导31-32
• 4.1.3 测量误差分析32
• 4.2 转台自动配平系统构成32-34
• 4.2.1 负载偏心位置测量系统构成32-33
• 4.2.2 自动配平系统构成33-34
• 4.3 自动配平系统原理验证实验34-41
• 4.3.1 实验目的及器材34-35
• 4.3.2 实验原理及步骤35-37
• 4.3.3 数据处理及结果37-41
• 4.3.4 误差分析及结论41
• 4.4 本章小结41-42
• 第5章 大型高精度双轴气浮转台的有限元分析及优化42-57
• 5.1 大型高精度双轴气浮转台的静力学分析42-45
• 5.1.1 线性静力学分析的基本理论42
• 5.1.2 转台关键零部件的静力学分析42-45
• 5.2 大型高精度双轴气浮转台的模态分析45-48
• 5.2.1 模态分析基本理论45-46
• 5.2.2 大型高精度双轴气浮转台模态分析46-48
• 5.3 大型高精度双轴气浮转台结构优化设计48-56
• 5.3.1 机械结构优化设计的理论基础48-49
• 5.3.2 大型高精度双轴气浮转台的拓扑优化设计49-53
• 5.3.3 大型双轴气浮转台底座的目标驱动优化53-56
• 5.4 本章小结56-57
• 结论57-58
• 参考文献58-63
• 致谢63

【参考文献】

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本文编号：257753