大型精密轴系优化研究

发布时间：2017-09-02 01:08

  本文关键词：大型精密轴系优化研究

  更多相关文章： 大口径望远镜 大型精密轴系 有限元分析 位移场测量

【摘要】：伽利略发明望远镜之后四百年来,望远镜一直向着更大口径不断发展。望远镜口径的增大,质量的增加和对准精度要求的提高都给轴系结构提出了更高的要求。本文在对目前普遍使用的平面止推轴承结构进行分析的基础上,通过实验验证和有限元分析相结合的方法对大型精密轴系结构进行了研究。为解决数米级口径望远镜工程研制难题奠定了重要的技术基础。具体来说,论文中所采用的技术路线及所取得的成果如下:1.通过经典赫兹理论与有限元分析相结合的方法建立了具有求解速度快、结果精确高等优点的平面止推轴承二维有限元分析模型。结果表明,该模型与赫兹理论计算结果相比最大误差不超过1.87%。2.搭建并调试完成了一套以光学非接触式位移场测试系统为基础的平面止推轴承弹性趋近量测试实验平台。该平台可以测试平面止推轴承在不同载荷下的上下滚道趋近量,即钢球与平面滚道接触问题刚度曲线。结果表明,该测试系统测试精度在±8.3%以内,可以满足设计阶段力学测试的需求。3.在对有限元分析结果造成影响的各个参数进行分析的基础上,利用实验结果对“弹性模量”和“泊松比”两个参数进行了修正,得到了一组符合实际情况的有限元分析参数。结果表明,上述有限元模型分析结果与实验测试结果相比单点最大误差为13.8%。4.根据上述符合实际工况的有限元模型,本文建立了平面止推轴承、角接触推力球轴承和圆柱滚子轴承的有限元分析模型并绘制了上述三类轴系结构的静承载能力曲线。结果表明,在滚子直径、滚子数等参数相同的条件下,角接触推力球轴承轴向极限承载能力是平面止推轴承的6.8倍,圆柱滚子轴承轴向极限承载能力是平面止推轴承的8.7倍。5.对可整体运输的大口径望远镜工作条件进行了研究,得到了轴系结构设计要求。6.利用已经建立的有限元分析模型,本文对影响平面止推轴承、角接触推力球轴承和圆柱滚子轴承的各个设计参数分别进行了分析研究,得到了满足课题要求的三类轴系结构的设计参数。结果表明,平面止推轴承能够满足本课题设计要求,建议选用平面止推轴承。对于将来更大口径望远镜精密轴系结构或更大冲击载荷的工作条件,在平面止推轴承承载能力不能满足设计要求时建议使用角接触推力球轴承或圆柱滚子轴承。
【关键词】：大口径望远镜 大型精密轴系 有限元分析 位移场测量
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（光电技术研究所）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH743
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第1章 引言14-23
• 1.1 研究背景和意义14
• 1.2 国内外发展现状14-21
• 1.2.1 望远镜发展历史14-15
• 1.2.2 大口径望远镜轴系结构类型[4][5][6]15-19
• 1.2.3 大口径望远镜方位轴系静力学研究19-20
• 1.2.4 大口径望远镜可移动性设计20-21
• 1.3 研究内容和论文结构安排21-23
• 第2章 接触问题与数值仿真23-30
• 2.1 本章概述23
• 2.2 赫兹理论分析23-25
• 2.3 二维有限元分析模型的建立25-28
• 2.3.1 单元网格划分26
• 2.3.2 接触分析概述及接触设置26-28
• 2.3.3 边界条件设置28
• 2.3.4 模型求解28
• 2.4 理论计算与仿真分析结果对比28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 弹性趋近量测试实验30-43
• 3.1 实验概述30
• 3.2 实验系统组成及测试原理30-35
• 3.2.1 Q-400 系统31-32
• 3.2.2 加载系统32-35
• 3.3 实验测试及结果35-42
• 3.3.1 Q-400 系统验证性测试35-36
• 3.3.2 平面止推轴承模型实验测试36-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 有限元模型的建立43-54
• 4.1 本章概述43
• 4.2 有限元分析误差来源43
• 4.3 有限元参数讨论43-47
• 4.3.1 弹性模量43-44
• 4.3.2 泊松比44-45
• 4.3.3 摩擦系数45-46
• 4.3.4 有限元分析参数的确定46-47
• 4.4 三维有限元模型的建立47-49
• 4.5 三类轴系结构有限元分析模型的建立49-53
• 4.5.1 平面止推轴承49-50
• 4.5.2 角接触推力球轴承50-52
• 4.5.3 圆柱滚子轴承52-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第5章 静承载能力分析54-63
• 5.1 本章概述54
• 5.2 接触问题求解54-56
• 5.3 静承载能力曲线的绘制56-62
• 5.3.1 平面止推轴承静承载能力曲线56-58
• 5.3.2 角接触推力球轴承静承载能力曲线58-60
• 5.3.3 圆柱滚子轴承静承载能力曲线60-61
• 5.3.4 三类轴系结构静承载能力对比61-62
• 5.4 本章小结62-63
• 第6章 轴系设计参数优化研究63-75
• 6.1 本章概述63
• 6.2 高精度可运输轴系结构设计要求63-66
• 6.2.1 可移动性考虑63-65
• 6.2.2 方位轴系设计极限载荷的确定65-66
• 6.3 平面止推轴承优化研究66-67
• 6.3.1 钢球直径对承载能力的影响66
• 6.3.2 满足条件的平面止推轴承设计参数66-67
• 6.4 角接触推力球轴承优化研究67-70
• 6.4.1 钢球直径对承载能力的影响67-68
• 6.4.2 沟曲率半径系数对承载能力的影响68-69
• 6.4.3 接触角对承载能力的影响69
• 6.4.4 满足条件的角接触推力球轴承设计参数69-70
• 6.5 圆柱滚子轴承优化研究70-73
• 6.5.1 修型半径对承载能力的影响70-71
• 6.5.2 滚子直径对承载能力的影响71-72
• 6.5.3 有效接触长度对承载能力的影响72-73
• 6.5.4 满足条件的圆柱滚子轴承设计参数73
• 6.6 优化设计结果分析73-74
• 6.7 本章小结74-75
• 第7章 全文工作总结与展望75-77
• 7.1 论文主要工作内容及成果75-76
• 7.2 存在的问题76
• 7.3 后续研究76-77
• 参考文献77-81
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果81

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张辉;侯佳智;闵章太;谭胜涛;;浅析止推轴承的摩擦学[J];装备制造技术;2009年05期

2 孙立佳;孙淑凤;王立;尹绍武;;复合润滑气体止推轴承静态特性数值模拟分析[J];低温与超导;2009年12期

3 田怡;;论减少止推轴承的磨损[J];科技与企业;2011年03期

4 毛书越;陈秀明;;单面薄膜反馈止推轴承的设计与调整[J];中国惯性技术学报;1992年02期

5 张静文,张君安,刘波;空气静压止推轴承性能的数值分析[J];西安工业学院学报;2002年01期

6 胡英贝;李副来;韩涛;郝大庆;;一种大型敞开式静压气浮止推轴承[J];轴承;2010年05期

7 刘润;王维民;齐鹏逸;刘博文;;基于流热固耦合的止推轴承仿真与实验研究[J];风机技术;2013年01期

8 张凤仪;史小文;刘育华;刘暾;;表面节流静压气体止推轴承的有限元计算方法[J];光学机械;1988年06期

9 董刚,潘凤章,沈兆光;高速止推轴承结构的研究[J];机械设计;1999年08期

10 薛龙,郭德申;真空平衡型气体静压止推轴承刚度分析[J];北京石油化工学院学报;2000年01期

中国重要会议论文全文数据库 前9条

1 马月;;止推轴承的接触问题有限元分析[A];2006全国摩擦学学术会议论文集（三）[C];2006年

2 马月;;止推轴承的接触问题有限元分析[A];数学·力学·物理学·高新技术研究进展——2006（11）卷——中国数学力学物理学高新技术交叉研究会第11届学术研讨会论文集[C];2006年

3 朱勤;谢友柏;虞烈;;涡轮膨胀机止推轴承—转子系统的动力学分析[A];第五届全国摩擦学学术会议论文集（下册）[C];1992年

4 杨梦辰;张瑞乾;孔凌嘉;李翔;毛谦德;;平面螺旋槽气体止推轴承的研究[A];第六届全国摩擦学学术会议论文集（下册）[C];1997年

5 邹家祥;孙志辉;;支承辊油膜轴承的止推轴承烧损原因[A];第四届中国轧机油膜轴承技术研讨会论文集[C];1998年

6 王之珊;张锡圣;;空气润滑多孔材料节流器止推轴承稳定性的理论计算和实验研究[A];摩擦学第三届全国学术交流会论文集流体润滑部分（Ⅱ）[C];1982年

7 卞双;李豪;杨金福;陈昌婷;;气体静压止推轴承气膜流场仿真[A];第11届全国转子动力学学术讨论会（ROTDYN2014）论文集（上册）[C];2014年

8 于贺春;马文琦;王祖温;;环面节流静压气体圆盘止推轴承基于FLUENT的二维流场仿真分析[A];第五届全国流体传动与控制学术会议暨2008年中国航空学会液压与气动学术会议论文集[C];2008年

9 刘滔;吕跃勇;方保信;;新型高速高性能平底锭子的结构原理及使用效果分析[A];“经纬股份杯”2012’“强专件、促设备、为行业”技术进步和创新经验研讨会论文集[C];2012年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 马武学;并行多微通道气体静压止推轴承承载特性研究[D];东北林业大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 肖建海;船用止推轴承热流动力润滑特性研究[D];浙江工业大学;2012年

2 吴趣鸿;高速动静压止推轴承的设计方法研究及仿真[D];重庆大学;2014年

3 闫佳佳;弹性箔片动压气体止推轴承-转子系统动力学特性研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

4 郑星;涡旋式压缩机止推轴承优化设计[D];大连理工大学;2014年

5 张孝元;局部多孔质静压气体止推轴承的静态特性分析与结构优化[D];燕山大学;2012年

6 杨贺;空气静压止推轴承跨缝静承载特性的研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

7 朱捚峰;动静压气体止推轴承的承载特性研究[D];大连海事大学;2013年

8 王盛业;动静压气体止推轴承结构参数正交试验研究[D];大连海事大学;2014年

9 吴定柱;多孔质气体静压止推轴承关键技术研究[D];中国工程物理研究院;2010年

10 尤涛;潜油电泵止推轴承试验机智能测控与分析系统研究[D];合肥工业大学;2005年

，

本文编号：775454