动力调谐陀螺仪一体式挠性支承

论文摘要

论文是在中国航天科技集团公司八院“十一五”预研项目“卫星用挠性结构件精密加工技术研究”，（编号：02413180901003）资助下，对一体式挠性支承进行的专门研究。 一体式挠性支承由一整块材料加工而成，避免了组合式支承先加工后组装的缺点，而且其固有的双平衡环结构，可以从原理上消除2倍频角振动引起的漂移误差，是组合式挠性支承头理想的升级换代产品。但我国对一体式挠性接头的研究，还存在诸多空白，处于萌芽阶段。本文对于一体式挠性支承进行了系统而又深入的研究，初步解决了一体式挠性接头设计、制造及性能检测的关键技术。 在牛顿力学范围内，以刚体动力学理论分析了挠性性支承的扭摆运动和动力调谐机理，给出两自由度动力调谐陀螺仪的运动微分方程以及误差因素。 以变截面连续梁理论和卡氏定理导出了接头细颈的拉压刚度、扭转刚度、弯曲刚度及转动精度的解析表达式，首次提出了有效区间角度的概念。系统构建了一体式挠性接头力学特性的基础理论，并且采用有限元方法进行了验证。 采用改进的BP-GA算法研究了多参数多目标结构优化问题。通过有限元分析和解析计算的样本集合，利用神经网络建立了细颈的设计参数与细颈体积和角刚度的非线性全局映射关系，据此构建了遗传算法所需的目标函数，在设计约束条件下，获得了满意的优化参数。计算结果表明，在保持角刚度指标要求的情况下，细颈的体积可减少近40％。 研究了新型一体式挠性支承的精密制造技术。在分析和总结现有挠性支承制造技术的基础上，制定合理的加工工艺，并进行样件的试制。几何尺寸、形位公差的测试和性能检测均表明试制样件符合要求。 研究了一体式挠性支承的角刚度精密测试技术。所研制的一体式挠性支承角刚度测试装置，可以在接头转角限制的15′之内完成角刚度的高精度测试，该测量系统对接头转角的理论分辨率为0.000320（约1″），力矩的测量精度达到0.005N·mm，并且实现了数据采集和测量的自动控制。 研究了一体式挠性支承的虚拟试验技术。结合航天产品环境实验的要求，在有关的虚拟试验理论基础上，结合先进的大型CAE工程软件，以某一体式挠

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• 同济大学学位论文原创性声明
• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 概述
• 1.1.1 惯性技术的作用和重要地位
• 1.1.2 国外惯性技术的发展概况
• 1.1.3 国内惯性技术的发展概况
• 1.1.4 动力调谐陀螺仪挠性支承研究状况
• 1.2 论文研究需解决的关键问题
• 1.2.1 动力调谐陀螺仪力学分析的基础理论
• 1.2.2 新型一体式挠性支承的研制
• 1.2.3 论文研究的意义
• 1.3 论文研究的主要内容
• 第2章 动力调谐陀螺仪原理及误差分析
• 2.1 引言
• 2.2 动力调谐陀螺仪分析的基础知识
• 2.2.1 质点、刚体和参考系
• 2.2.2 相对运动及科里奥利加速度
• 2.2.3 角动量及欧拉第二定律
• 2.3 动力调谐式挠性陀螺仪的工作原理
• 2.3.1 动力调谐式挠性陀螺仪的结构
• 2.3.2 广义坐标下的平衡环扭摆运动
• 2.3.3 平衡环负弹性力矩
• 2.3.4 挠性陀螺仪的动力调谐
• 2.4 动力调谐陀螺仪的运动方程
• 2.4.1 作用于陀螺转子的外力矩
• 2.4.2 壳体静止时动力调谐陀螺仪的运动方程
• 2.4.3 壳体转动时动力调谐陀螺仪的运动方程
• 2.5 动力调谐陀螺仪的误差分析
• 2.5.1 陀螺转子自转轴偏移引起的漂移误差
• 2.5.2 驱动轴2倍频角振动引起的漂移误差
• 2.5.3 陀螺转子及平衡环质心偏移引起的漂移误差
• 2.5.4 不等弹性引起的漂移误差
• 2.6 本章小结
• 第3章 动力调谐陀螺仪组合式挠性支承
• 3.1 引言
• 3.2 组合式挠性支承
• 3.2.1 组合式挠性支承工作特点
• 3.2.2 方环式挠性支承结构
• 3.2.2 整体式挠性支承
• 3.3 组合式挠性支承的支承刚度
• 3.3.1 轴向总刚度
• 3.3.2 径向总刚度
• 3.4 组合式挠性支承制造技术
• 3.5 组合式挠性接头的优缺点
• 3.6 本章小结
• 第4章 新型一体式挠性支承力学特性研究
• 4.1 概述
• 4.2 一体式挠性支承的结构特点
• 4.2.1 一体式挠性支承的结构
• 4.2.2 一体式挠性支承的结构特点
• 4.3 一体式挠性支承的角刚度
• 4.3.1 一体式挠性支承角刚度的定义
• 4.3.2 细颈角刚度解析计算
• 4.4 一体式挠性支承的转动精度
• 4.4.1 细颈的转动精度
• 4.4.2 一体式挠性支承的转动精度
• 4.5 一体式挠性支承的轴向及径向刚度
• 4.5.1 细颈的拉压刚度
• 4.5.2 细颈的剪切刚度
• 4.5.3 细颈的抗弯刚度
• 4.5.4 一体式挠性支承的轴向刚度
• 4.5.5 一体式挠性支承的径向刚度
• 4.6 一体式挠性支承的力学特性的有限元法
• 4.6.1 一体式挠性支承的有限元模型
• 4.6.2 细颈的有限元模型
• 4.6.3 有限元仿真计算
• 4.7 本章小结
• 第5章 基于 BP-GA算法的一体式挠性支承结构优化技术
• 5.1 概述
• 5.2 BP-GA算法
• 5.2.1 人工神经网络及BP算法
• 5.2.2 GA算法
• 5.2.3 基于BP-GA算法的结构优化方法
• 5.3 一体式挠性支承结构优化实例
• 5.3.1 优化模型的建立
• 5.3.2 单一设计变量对目标函数的影响
• 5.3.3 优化参数的求解
• 5.4 本章小结
• 第6章 一体式挠性支承的制造技术
• 6.1 概述
• 6.2 一体式挠性支承的主要技术要求
• 6.2.1 主要技术要求
• 6.2.2 主要制造工艺难点
• 6.3 一体式挠性支承的材质控制
• 6.3.1 一体式挠性支承的选材
• 6.3.2 材料品质控制
• 6.3.3 接头材料的选用和预处理
• 6.4 一体式挠性支承细颈的加工工艺与方法
• 6.4.1 加工工艺分析
• 6.4.2 接头细颈成型工艺方法分析
• 6.5 一体式挠性支承的热处理工艺
• 6.5.1 时效处理
• 6.5.2 真空固溶时效
• 6.6 接头“软化”和残余变形控制工艺
• 6.7 一体式挠性支承细颈的研磨
• 6.8 一体式挠性支承检测技术
• 6.8.1 零件检测
• 6.8.2 角刚度检测
• 6.9 样件试制及测量
• 6.9.1 样件试制
• 6.8.2 测量结果
• 6.10 本章小结
• 第7章 一体式挠性支承刚度测试技术
• 7.1 概述
• 7.1.1 挠性接头角刚度测量方法的现状
• 7.1.2 弯曲刚度测试难点分析
• 7.1.3 本章的研究内容
• 7.2 角刚度测试方案
• 7.2.1 转矩的测试
• 7.2.2 转角位移的测试
• 7.2.3 测试方案的选取
• 7.3 测量系统的硬件
• 7.4 测量系统的软件
• 7.4.1 测试流程的设计
• 7.4.2 测试软件的设计
• 7.4.3 角刚度测控程序界面
• 7.5 测量装置的标定
• 7.5.1 扭矩传感器的标定
• 7.5.2 角位移θ的标定
• 7.6 一体式挠性接头角刚度测量实验
• 7.7 本章小结
• 第8章 一体式挠性支承虚拟试验技术的研究
• 8.1 概述
• 8.2 一体式挠性支承虚拟模态试验
• 8.3 动力学响应的虚拟试验
• 8.4 疲劳寿命的虚拟试验
• 8.5 本章小结
• 第9章 结论与展望
• 9.1 结论
• 9.2 进一步工作的方向
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果