【摘 要】
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单反转台是通过单个反射镜的方位和俯仰二维运动实现视轴指向的一种机构,具有指向精度高、负载惯量小、整体轻小型化等优点,在空间激光通信中得到广泛应用。为减小大范围运动时绕线问题,需要在方位轴上安装导电滑环,将俯仰轴上电信号传输到固定基座上。当单反转台需要在具有大通光孔径的有限转角范围内进行工作时,传统的刷丝结构大过孔导电滑环制造困难、轴承安装尺寸大、体积大、重量重、同轴度要求高,无法很好的保证刷丝与环
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单反转台是通过单个反射镜的方位和俯仰二维运动实现视轴指向的一种机构,具有指向精度高、负载惯量小、整体轻小型化等优点,在空间激光通信中得到广泛应用。为减小大范围运动时绕线问题,需要在方位轴上安装导电滑环,将俯仰轴上电信号传输到固定基座上。当单反转台需要在具有大通光孔径的有限转角范围内进行工作时,传统的刷丝结构大过孔导电滑环制造困难、轴承安装尺寸大、体积大、重量重、同轴度要求高,无法很好的保证刷丝与环道之间的接触稳定性。为了弥补刷丝结构滑环的不足,本文提出了一种“鹅颈”式大过孔有限转角导电滑环。对于“鹅颈”式导电滑环的研究,本文主要开展了以下几项工作:1、根据单反转台的设计指标要求,对滑环的总体方案进行了设计,介绍了滑环的工作原理,对滑环的结构参数和柔性印刷电路板（FPC）的尺寸参数进行了设计,建立了滑环的三维模型。2、对滑环的失效机理进行了分析,采用能量法建立了滑环的疲劳寿命预估模型,分析了滑环的回转角度、内外环半径比和FPC导体层厚度对滑环疲劳寿命的影响。3、针对滑环反转时FPC可能出现“鼓包”的问题,对柔性线缆的变形轨迹建模方法进行了分析,最终采用弹性细杆理论建立了FPC的物理特性模型,在考虑边界条件和约束条件的情况下,采用欧拉参数代换和有限元思想对平衡方程进行求解,最后利用Workbench软件和Adams软件对FPC的运动轨迹进行了刚柔耦合仿真分析。4、结合FPC的物理特性模型和仿真分析结果,采用“钢带补强”方法解决了滑环反转时FPC出现“鼓包”的问题。结合专利“基于行星随动挡轮的有限转角导电滑环”,采用“行星随动挡环”方法,解决了滑环反转过程中FPC出现三维扭转的问题。5、对滑环的阻力矩进行了仿真分析,对阻力矩试验方案和驱动方案进行了设计,开展了滑环的阻力矩试验、疲劳寿命试验和高低温环境适应性试验,证明了滑环的使用性能满足设计指标要求。本文研究的“鹅颈”式大过孔有限转角导电滑环不需要增加额外轴承,安装精度要求低,在体积、重量、阻力矩和使用寿命等方面均优于常用的刷丝结构大过孔导电滑环。
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