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國內(nèi)小衛(wèi)星，微小衛(wèi)星及其星座技術(shù)的強勁發(fā)展勢頭對星上部件的重量、功耗等主要技術(shù)指標提出了越來越苛刻的要求。對于星上機電部件來說，應(yīng)對上述挑戰(zhàn)的可能努力方向是多方面的，其中，產(chǎn)品本身的微型化和集成化是一項基本的內(nèi)容。對于機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，微型化設(shè)計將帶來以下問題：由于對所設(shè)計產(chǎn)品的主要結(jié)構(gòu)尺寸“斤斤計較”，以期強度、剛度以及動態(tài)性能等技術(shù)指標既滿足要求，質(zhì)量又最輕，這樣的集成化設(shè)計往往使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜化，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且尺寸又小，因而用傳統(tǒng)的解析分析方法往往無法獲得該產(chǎn)品足夠精確的力學(xué)性能分析結(jié)果，需要進行詳細的有限元分析。
因此，采用精確的數(shù)值分析計算手段，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)參數(shù)進行定量的分析，根據(jù)分析結(jié)果指導(dǎo)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計，是解決產(chǎn)品結(jié)構(gòu)微型化和集成化設(shè)計問題的一個必要基礎(chǔ)。基于以上認識，采用ANSYS有限元分析軟件，對一種微小飛輪結(jié)構(gòu)參數(shù)的多種設(shè)計方案進行了若干項力學(xué)性能的分析計算，其計算結(jié)果供產(chǎn)品設(shè)計師參考。
飛輪是衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件，根據(jù)星上計算機指令控制輸出相應(yīng)的力矩，以克服干擾力矩，使衛(wèi)星保持其姿態(tài)穩(wěn)定。因重量和功耗的限制，微小飛輪在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面與一般飛輪有所不同，有微型化和集成化的特點，結(jié)構(gòu)中各部分的界限不再像一般飛輪那樣明顯，各部分往往“身兼數(shù)職”，同時具有各種功能。由于微小飛輪轉(zhuǎn)子是形成飛輪角動量的部分(以下稱旋轉(zhuǎn)質(zhì)量)，工作時高速旋轉(zhuǎn)，是結(jié)構(gòu)中受力情況最惡劣的環(huán)節(jié)。根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計師的要求，本研究分析計算的主要目標是微小飛輪轉(zhuǎn)子部分。該部分基本由內(nèi)環(huán)、外環(huán)和連接件三部分組成，結(jié)構(gòu)設(shè)計方案分為整體式和輻條式兩種，如圖所示。這三部分裝配在一起共同組成一個旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，工作時以相同角速度旋轉(zhuǎn)。
設(shè)計給出了微小飛輪的四種初步設(shè)計方案，其中方案1為整體式結(jié)構(gòu)，方案2，3，4為輻條截面形狀不同的輻條式結(jié)構(gòu)。分析計算的主要目標是要通過有限元分析，獲得這四種設(shè)計方案在如下兩種工況下的應(yīng)力、應(yīng)變分布以及固有頻率。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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