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大口径望远镜次镜调整机构的技术研究

作　者: 温正方
导　师: 张景旭
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 大口径望远镜 次镜 轻量化 支撑技术 柔性铰链 调整机构
分类号: TH743
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


次镜作为大口径望远镜系统的重要组成部分,其各个方面都需要做详尽的理论分析和研究,以满足系统的要求。本文以卡塞格林式反射望远镜为例,取口径为Φ315mm的次镜作为研究对象,在对其轻量化设计和支撑优化设计的基础上,进行多自由度调整机构的设计,为所在研的某大口径望远镜项目提供参考。本文在查阅大量文献的基础上,全面地介绍了国内外大口径望远镜中次镜结构系统的发展现状,对其中关键结构技术做了对比分析,提出了一种能满足项目要求的次镜结构系统设计方案。在理论分析和传统经验的基础上,对次镜进行轻量化设计和支撑结构优化设计,并建立相应的有限元模型,对次镜的面形精度进行有限元分析。为了满足主次镜光轴的准直性要求,设计了一套组合型的五自由度次镜调整机构,它由二维XY移动平台和三自由度Tip/Tilt/Focus平台组成。二维XY移动平台的功能是调整次镜在X、Y方向的横向偏心误差,它由两个单向平移台串联而成,采用手轮驱动、精密丝杠传动与交叉滚柱导轨导向的方式实现次镜的移动。三自由度Tip/Tilt/Focus平台用于实现次镜的轴向离焦及倾斜的校正,它由基座、驱动器和动平台组成,驱动器和动平台之间由柔性铰链连接,通过驱动器的伸缩和柔性铰链的弯曲来实现动平台的三自由度运动。文中对三自由度平台的运动学原理进行了详细介绍,对柔性铰链的原理和设计进行了深入的探讨。论文最后对设计的次镜结构系统进行有限元仿真分析,验证了次镜结构系统的可行性,并对后续工作进行了展望。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
第1章 绪论  11-22
  1.1 引言  11-12
  1.2 国外次镜结构系统的研究现状  12-20
    1.2.1 VST 望远镜  13-14
    1.2.2 VISTA 望远镜  14-16
    1.2.3 SOFIA 望远镜  16-18
    1.2.4 TNG 望远镜  18-19
    1.2.5 LBT 望远镜  19
    1.2.6 国外大口径望远镜次镜结构系统小结  19-20
  1.3 论文的主要内容及结构安排  20-22
    1.3.1 论文工作的主要内容  20-21
    1.3.2 论文的结构安排  21-22
第2章 次镜总体结构设计  22-35
  2.1 引言  22
  2.2 反射镜的轻量化  22-27
    2.2.1 反射镜材料选择的基本原则  23
    2.2.2 反射镜的轻量化结构形式  23-27
  2.3 反射镜支撑技术  27-30
    2.3.1 反射镜被动支撑  27-30
    2.3.2 反射镜主动支撑  30
  2.4 多自由度调整平台  30-34
  2.5 本章小结  34-35
第3章 次镜轻量化和支撑优化设计  35-42
  3.1 引言  35
  3.2 次镜的轻量化设计  35-37
    3.2.1 次镜材料的选择  36
    3.2.2 次镜的轻量化结构设计  36-37
  3.3 次镜的支撑结构方案设计  37-39
  3.4 次镜面形精度的有限元分析  39-41
  3.5 本章小结  41-42
第4章 五自由度次镜调整机构设计  42-63
  4.1 引言  42
  4.2 主次镜光轴未对准引起的像差  42-46
    4.2.1 偏心引起的像差  44-45
    4.2.2 距离引起的像差  45-46
  4.3 次镜调整机构的性能要求  46-47
  4.4 二维XY 移动平台设计  47-53
    4.4.1 螺旋传动机构设计  48-49
    4.4.2 导轨的选择  49-53
  4.5 三自由度Tip/Tilt/Focus 平台设计  53-61
    4.5.1 运动学原理  53-56
    4.5.2 柔性铰链分析与设计  56-61
  4.6 本章小结  61-63
第5章 次镜调整机构仿真分析  63-68
  5.1 引言  63
  5.2 有限元模型的建立  63-64
  5.3 静力学分析  64-66
  5.4 模态分析  66-67
  5.5 本章小结  67-68
第6章 总结和展望  68-70
  6.1 总结  68-69
  6.2 展望  69-70
参考文献  70-73
在学期间学术成果情况  73-74
指导教师及作者简介  74-75
致谢  75

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 光学仪器 > 望远镜
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