航天器模塊化是航天工業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向,接口設(shè)計(jì)是模塊化航天器設(shè)計(jì)的核心技術(shù)。本文針對(duì)基于耦合圓柱凸輪的航天器接口性能及可靠性設(shè)計(jì)要求,建立耦合圓柱凸輪曲線(xiàn)槽設(shè)計(jì)理論,據(jù)此提出結(jié)構(gòu)空間布局不同的構(gòu)型方案,建立基于容差分析的接口整體過(guò)程運(yùn)動(dòng)精度分析方法,通過(guò)動(dòng)力學(xué)仿真模擬分析接口在不同重力環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)性能。本文主要內(nèi)容如下:（1）分析基于耦合圓柱凸輪的接口在使用過(guò)程產(chǎn)生卡滯的失效機(jī)理,確定其產(chǎn)生失效的位置為平直運(yùn)動(dòng)段;建立了輸出性能參數(shù)與關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系模型,得到從動(dòng)件推程、轉(zhuǎn)角關(guān)于耦合圓柱凸輪曲線(xiàn)槽尺寸參數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。據(jù)此,提出了基于解析方程的耦合圓柱凸輪接口曲線(xiàn)槽設(shè)計(jì)方法,建立了基于遺傳算法的耦合圓柱凸輪曲線(xiàn)槽尺寸參數(shù)計(jì)算方法。通過(guò)案例分析,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的有效性。（2）給出三種結(jié)構(gòu)空間布局不同的接口構(gòu)型方案,提出了基于空間利用率和統(tǒng)計(jì)過(guò)程能力的設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)方法,分析評(píng)價(jià)不同方案的功能和性能特點(diǎn)。根據(jù)任務(wù)目標(biāo)對(duì)功能和性能的要求,確定使用正嵌套構(gòu)型方案作為本文的改進(jìn)方案。（3）基于RSS容差分析方法,研究分析改進(jìn)方案的運(yùn)動(dòng)精度問(wèn)題。結(jié)合接口裝置各零件的公差和加工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),構(gòu)建用于... 

【文章來(lái)源】：大連海事大學(xué)遼寧省 211工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２展示的典型ｉＢＯＳＳ結(jié)構(gòu)接口布置形式集成四種功能：接口的核心區(qū)域負(fù)責(zé)完??成連接動(dòng)作和數(shù)據(jù)連接，外的發(fā)散區(qū)域則布置了電力和熱力接口［２４］

大連海事大學(xué)碩士學(xué)位論文??■??滅糊??朦ＵＩ??圖１．?３柏林工業(yè)大學(xué)為ｉＢＯＳＳ接口設(shè)計(jì)的控制單元??Ｆｉｇ．?１．３?Ｃｏｎｔｒｏｌ?Ｕｎｉｔ?Ｄｅｓｉｇｎｅｄ?ｆｏｒ?ｉＢＯＳＳ?Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ｂｙ?Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｔ?Ｂｅｒｌｉｎ??接口外圍使用特殊銅合金構(gòu)成環(huán)狀的熱界面，如圖１．４所示。中心區(qū)域集成了光學(xué)??數(shù)據(jù)傳輸單元，內(nèi)部為執(zhí)行機(jī)械耦合的組件，延伸銷(xiāo)具有電力傳輸和對(duì)準(zhǔn)輔助功能。??圖１．４?ｉＢＯＳＳ接口樣機(jī)??Ｆｉｇ．?１．４?ｉＢＯＳＳ?Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?Ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ??Ｉ??；?；?．．．?ｆ??海格曼公司在制造機(jī)械零件的過(guò)程中進(jìn)行了工藝優(yōu)化［２５］。通過(guò)調(diào)整幾何公差和制造??精度，使設(shè)計(jì)成果向工業(yè)產(chǎn)品轉(zhuǎn)化。海格曼公司在涉及摩擦的部位使用了類(lèi)金剛石碳涂??層（ＤＬＣ）?ＤＣ９９Ａ，在潤(rùn)滑同時(shí)具有高熱穩(wěn)定性和高耐腐蝕性，從而避免使用額外的潤(rùn)??滑劑。涂層厚度只有１到３微米，對(duì)摩擦副的幾何尺寸影響幾乎可以忽略不計(jì)［２６］。??接口進(jìn)行了兩個(gè)階段的試驗(yàn)。第一類(lèi)是功能試驗(yàn)，Ｋｏｒｔｍａｎ等人完成了電氣子系統(tǒng)??的測(cè)試［２７，２８］。第二類(lèi)是機(jī)械零件的試驗(yàn)，包括正弦和隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、一級(jí)熱??真空試驗(yàn)。振動(dòng)試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)表明，盡管在裝置設(shè)計(jì)期間發(fā)現(xiàn)了一些性能問(wèn)題，但對(duì)??關(guān)鍵部件重新設(shè)計(jì)后問(wèn)題均得到了解決。??Ｋｏｒｔｍａｎ等提出最小子單元在實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)論是機(jī)械載荷還是熱載荷影響，均只??允許極小的結(jié)構(gòu)變形，因此，需要一種機(jī)械剛度高、熱脹系數(shù)小的結(jié)構(gòu)材料［２９＞３＜）］。利用??應(yīng)力分析和熱機(jī)械分析對(duì)模塊衛(wèi)星框架進(jìn)行了研宄，對(duì)比分析了不同板材在空間

．２．２其他航天器接口研究現(xiàn)狀??集成接口的典型代表是Ａｅｒｏ／Ａｓｔｒｏ公司開(kāi)發(fā)的ＳＭＡＲＴＢｕｓ模塊化航天器上安裝的??ＡｓｔｒｏＬｏｇｉｃ接口。這種接口將多種功能集成在同一個(gè)元件上，模塊之間可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接??口實(shí)現(xiàn)光、機(jī)、電、熱的連接，接口連接成功后能夠快速識(shí)別子模塊之間的插入狀態(tài)、??對(duì)接方向、尺寸、質(zhì)量和模塊功能等信息［３１］�；冢粒螅簦颍铮蹋铮纾椋阆到y(tǒng)的集成，子衛(wèi)星之間??的全部連接一步完成，具有較短的組裝時(shí)間和低重復(fù)成本。子衛(wèi)星采用線(xiàn)型堆棧形式形??成完整的裝配體，如圖１．５。線(xiàn)型堆棧的裝配結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)化了連接過(guò)程，但是系統(tǒng)柔性??差，當(dāng)少數(shù)子衛(wèi)星需要更換時(shí)需要拆除大量的無(wú)關(guān)連接，不適合復(fù)雜程度髙的系統(tǒng)。??圖１．?５?ＡｓｔｒｏＬｏｇｉｃ接口的連接形式??Ｆｉｇ．?１．５?Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ?Ｆｏｒｍ?ｏｆ?ＡｓｔｒｏＬｏｇｉｃ?Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ??美國(guó)ＳＷＡＲＭ模塊接口和東京大學(xué)ＣｅｌｌＳａｔ接口同屬于插針－插入孔型接口的典型代??表［３２，３３］。這種接口可以保證較大的接觸面，也可以提供更大的旋轉(zhuǎn)扭矩。其設(shè)計(jì)要求為：??自動(dòng)鎖緊與釋放、傳遞機(jī)械載荷、傳輸電能、傳遞熱量以及提供數(shù)據(jù)傳輸接口。連接原??理如圖１．６所示。對(duì)接時(shí)兩側(cè)連接面相互靠近，插針和插入孔配對(duì)連接，兩側(cè)連接面貼??合時(shí)連接完成，同時(shí)利用連接面上的銅觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)電源傳輸。使用這種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)盡管能??夠保證更大的扭矩，但系統(tǒng)軸向的柔性較差，實(shí)際在軌裝配時(shí)，對(duì)裝配機(jī)械手的精度要??求更高，組裝階段存在不利因素［３４］。??－５?－??


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