耦合圆柱凸轮接口优化设计及分析
发布时间：2021-10-24 15:53
航天器模块化是航天工业未来的发展方向,接口设计是模块化航天器设计的核心技术。本文针对基于耦合圆柱凸轮的航天器接口性能及可靠性设计要求,建立耦合圆柱凸轮曲线槽设计理论,据此提出结构空间布局不同的构型方案,建立基于容差分析的接口整体过程运动精度分析方法,通过动力学仿真模拟分析接口在不同重力环境下的运动性能。本文主要内容如下:（1）分析基于耦合圆柱凸轮的接口在使用过程产生卡滞的失效机理,确定其产生失效的位置为平直运动段;建立了输出性能参数与关键结构参数之间的关系模型,得到从动件推程、转角关于耦合圆柱凸轮曲线槽尺寸参数的数学表达式。据此,提出了基于解析方程的耦合圆柱凸轮接口曲线槽设计方法,建立了基于遗传算法的耦合圆柱凸轮曲线槽尺寸参数计算方法。通过案例分析,验证了设计方法的有效性。（2）给出三种结构空间布局不同的接口构型方案,提出了基于空间利用率和统计过程能力的设计方案评价方法,分析评价不同方案的功能和性能特点。根据任务目标对功能和性能的要求,确定使用正嵌套构型方案作为本文的改进方案。（3）基于RSS容差分析方法,研究分析改进方案的运动精度问题。结合接口装置各零件的公差和加工质量标准,构建用于...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２展示的典型ｉＢＯＳＳ结构接口布置形式集成四种功能：接口的核心区域负责完??成连接动作和数据连接，外的发散区域则布置了电力和热力接口［２４］
大连海事大学硕士学位论文??■??滅糊??朦ＵＩ??图１．?３柏林工业大学为ｉＢＯＳＳ接口设计的控制单元??Ｆｉｇ．?１．３?Ｃｏｎｔｒｏｌ?Ｕｎｉｔ?Ｄｅｓｉｇｎｅｄ?ｆｏｒ?ｉＢＯＳＳ?Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ｂｙ?Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｔ?Ｂｅｒｌｉｎ??接口外围使用特殊铜合金构成环状的热界面，如图１．４所示。中心区域集成了光学??数据传输单元，内部为执行机械耦合的组件，延伸销具有电力传输和对准辅助功能。??图１．４?ｉＢＯＳＳ接口样机??Ｆｉｇ．?１．４?ｉＢＯＳＳ?Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?Ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ??Ｉ??；?；?．．．?ｆ??海格曼公司在制造机械零件的过程中进行了工艺优化［２５］。通过调整几何公差和制造??精度，使设计成果向工业产品转化。海格曼公司在涉及摩擦的部位使用了类金刚石碳涂??层（ＤＬＣ）?ＤＣ９９Ａ，在润滑同时具有高热稳定性和高耐腐蚀性，从而避免使用额外的润??滑剂。涂层厚度只有１到３微米，对摩擦副的几何尺寸影响几乎可以忽略不计［２６］。??接口进行了两个阶段的试验。第一类是功能试验，Ｋｏｒｔｍａｎ等人完成了电气子系统??的测试［２７，２８］。第二类是机械零件的试验，包括正弦和随机振动试验、冲击试验、一级热??真空试验。振动试验和冲击试验表明，尽管在装置设计期间发现了一些性能问题，但对??关键部件重新设计后问题均得到了解决。??Ｋｏｒｔｍａｎ等提出最小子单元在实际应用中，无论是机械载荷还是热载荷影响，均只??允许极小的结构变形，因此，需要一种机械刚度高、热胀系数小的结构材料［２９＞３＜）］。利用??应力分析和热机械分析对模块卫星框架进行了研宄，对比分析了不同板材在空间
．２．２其他航天器接口研究现状??集成接口的典型代表是Ａｅｒｏ／Ａｓｔｒｏ公司开发的ＳＭＡＲＴＢｕｓ模块化航天器上安装的??ＡｓｔｒｏＬｏｇｉｃ接口。这种接口将多种功能集成在同一个元件上，模块之间可以通过标准接??口实现光、机、电、热的连接，接口连接成功后能够快速识别子模块之间的插入状态、??对接方向、尺寸、质量和模块功能等信息［３１］。基于ＡｓｔｒｏＬｏｇｉｃ系统的集成，子卫星之间??的全部连接一步完成，具有较短的组装时间和低重复成本。子卫星采用线型堆栈形式形??成完整的装配体，如图１．５。线型堆栈的装配结构虽然简化了连接过程，但是系统柔性??差，当少数子卫星需要更换时需要拆除大量的无关连接，不适合复杂程度髙的系统。??图１．?５?ＡｓｔｒｏＬｏｇｉｃ接口的连接形式??Ｆｉｇ．?１．５?Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ?Ｆｏｒｍ?ｏｆ?ＡｓｔｒｏＬｏｇｉｃ?Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ??美国ＳＷＡＲＭ模块接口和东京大学ＣｅｌｌＳａｔ接口同属于插针－插入孔型接口的典型代??表［３２，３３］。这种接口可以保证较大的接触面，也可以提供更大的旋转扭矩。其设计要求为：??自动锁紧与释放、传递机械载荷、传输电能、传递热量以及提供数据传输接口。连接原??理如图１．６所示。对接时两侧连接面相互靠近，插针和插入孔配对连接，两侧连接面贴??合时连接完成，同时利用连接面上的铜触点实现电源传输。使用这种结构的系统尽管能??够保证更大的扭矩，但系统轴向的柔性较差，实际在轨装配时，对装配机械手的精度要??求更高，组装阶段存在不利因素［３４］。??－５?－??
本文编号：3455550
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２展示的典型ｉＢＯＳＳ结构接口布置形式集成四种功能：接口的核心区域负责完??成连接动作和数据连接，外的发散区域则布置了电力和热力接口［２４］
大连海事大学硕士学位论文??■??滅糊??朦ＵＩ??图１．?３柏林工业大学为ｉＢＯＳＳ接口设计的控制单元??Ｆｉｇ．?１．３?Ｃｏｎｔｒｏｌ?Ｕｎｉｔ?Ｄｅｓｉｇｎｅｄ?ｆｏｒ?ｉＢＯＳＳ?Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ｂｙ?Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｔ?Ｂｅｒｌｉｎ??接口外围使用特殊铜合金构成环状的热界面，如图１．４所示。中心区域集成了光学??数据传输单元，内部为执行机械耦合的组件，延伸销具有电力传输和对准辅助功能。??图１．４?ｉＢＯＳＳ接口样机??Ｆｉｇ．?１．４?ｉＢＯＳＳ?Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?Ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ??Ｉ??；?；?．．．?ｆ??海格曼公司在制造机械零件的过程中进行了工艺优化［２５］。通过调整几何公差和制造??精度，使设计成果向工业产品转化。海格曼公司在涉及摩擦的部位使用了类金刚石碳涂??层（ＤＬＣ）?ＤＣ９９Ａ，在润滑同时具有高热稳定性和高耐腐蚀性，从而避免使用额外的润??滑剂。涂层厚度只有１到３微米，对摩擦副的几何尺寸影响几乎可以忽略不计［２６］。??接口进行了两个阶段的试验。第一类是功能试验，Ｋｏｒｔｍａｎ等人完成了电气子系统??的测试［２７，２８］。第二类是机械零件的试验，包括正弦和随机振动试验、冲击试验、一级热??真空试验。振动试验和冲击试验表明，尽管在装置设计期间发现了一些性能问题，但对??关键部件重新设计后问题均得到了解决。??Ｋｏｒｔｍａｎ等提出最小子单元在实际应用中，无论是机械载荷还是热载荷影响，均只??允许极小的结构变形，因此，需要一种机械刚度高、热胀系数小的结构材料［２９＞３＜）］。利用??应力分析和热机械分析对模块卫星框架进行了研宄，对比分析了不同板材在空间
．２．２其他航天器接口研究现状??集成接口的典型代表是Ａｅｒｏ／Ａｓｔｒｏ公司开发的ＳＭＡＲＴＢｕｓ模块化航天器上安装的??ＡｓｔｒｏＬｏｇｉｃ接口。这种接口将多种功能集成在同一个元件上，模块之间可以通过标准接??口实现光、机、电、热的连接，接口连接成功后能够快速识别子模块之间的插入状态、??对接方向、尺寸、质量和模块功能等信息［３１］。基于ＡｓｔｒｏＬｏｇｉｃ系统的集成，子卫星之间??的全部连接一步完成，具有较短的组装时间和低重复成本。子卫星采用线型堆栈形式形??成完整的装配体，如图１．５。线型堆栈的装配结构虽然简化了连接过程，但是系统柔性??差，当少数子卫星需要更换时需要拆除大量的无关连接，不适合复杂程度髙的系统。??图１．?５?ＡｓｔｒｏＬｏｇｉｃ接口的连接形式??Ｆｉｇ．?１．５?Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ?Ｆｏｒｍ?ｏｆ?ＡｓｔｒｏＬｏｇｉｃ?Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ??美国ＳＷＡＲＭ模块接口和东京大学ＣｅｌｌＳａｔ接口同属于插针－插入孔型接口的典型代??表［３２，３３］。这种接口可以保证较大的接触面，也可以提供更大的旋转扭矩。其设计要求为：??自动锁紧与释放、传递机械载荷、传输电能、传递热量以及提供数据传输接口。连接原??理如图１．６所示。对接时两侧连接面相互靠近，插针和插入孔配对连接，两侧连接面贴??合时连接完成，同时利用连接面上的铜触点实现电源传输。使用这种结构的系统尽管能??够保证更大的扭矩，但系统轴向的柔性较差，实际在轨装配时，对装配机械手的精度要??求更高，组装阶段存在不利因素［３４］。??－５?－??
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