【摘 要】
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套筒式空间展收机构作为可用于空间望远镜上的重要组成结构,具有高刚度、高展开精度、承载能力大和收拢比高等优点。压电粘滑致动技术作为应用于半导体加工、原位检测、光学精密工程、微纳加工及航空航天等领域的重要支撑技术,具备高精度、构型多样和响应速度快等特点。本文基于空间展收机构,提出一种用于套筒展收的杠杆式压电粘滑致动装置,以解决目前套筒式空间展收机构致动装置较为复杂、展收系统整体集成度和空间利用率较低等
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套筒式空间展收机构作为可用于空间望远镜上的重要组成结构,具有高刚度、高展开精度、承载能力大和收拢比高等优点。压电粘滑致动技术作为应用于半导体加工、原位检测、光学精密工程、微纳加工及航空航天等领域的重要支撑技术,具备高精度、构型多样和响应速度快等特点。本文基于空间展收机构,提出一种用于套筒展收的杠杆式压电粘滑致动装置,以解决目前套筒式空间展收机构致动装置较为复杂、展收系统整体集成度和空间利用率较低等问题。其中杠杆式压电粘滑致动器可装配于末级套筒壁内,通过致动足与二级套筒之间的摩擦接触实现套筒的展收。本文根据现有的压电粘滑致动装置的特点和种类,并结合空间套筒式展收机构的实际需求,从压电粘滑致动器的结构出发,首先确定了柔性结构中柔性部分的切口形状。通过对柔性铰链转角刚度等重要参数的计算推导出柔性铰链柔度计算公式,为柔性铰链的强度校核提供理论基础。利用对接触端搭建降维理论模型,建立了致动足与接触面之间的摩擦力学特性模型。对套筒式空间展收机构进行结构设计,并对其从结构上和运动机理两方面进行介绍。基于杠杆放大机构对压电粘滑致动器中柔性结构构型进行设计,提出杠杆式柔性结构,并介绍其位移放大原理。通过分析压电元件的输出力和力矩对柔性梁的影响,推导出压电粘滑致动器输出端的位移公式。通过对柔性结构进行静力学分析考察其输出特性和受力情况,根据柔性结构的可优化性,对结构进行尺寸优化。将优化前后的结构进行对比,优化后的柔性结构,位移输出量相较于优化前的结构提升了35.76%。考虑到柔性结构受高频载荷作用的工作性质,对柔性结构进行疲劳分析。通过施加循环载荷判断优化后柔性结构的疲劳极限,评估柔性结构的疲劳寿命。通过对机构进行模态分析,将展收机构和压电粘滑致动器的一阶频率与压电元件的输入频率进行比较,确定了不会造成共振影响。最后,以杠杆式压电粘滑致动器为试验对象搭建输出特性测试系统。试验结果表明:当输入电压为100V、致动频率为800Hz、激励信号对称性为20%的情况下,致动器的输出速度为10.5mm/s。验证了杠杆式压电粘滑致动器可以实现空间套筒式展开结构对位移方向上的输出需求。
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