SolidWorks 2008年度征文：卫星振动压环优化设计

    3.1.3 结论
   
    从图12可以看出曲线在12段处开始刚度有了较大幅度的提升，其刚体化趋势相当明显。从图14可以看出在承受相同径向回复力的情况下，从8段处开始变形位移量的变化明显变小，这就说明8段之后的分段方式对于抗变形能力的提升贡献并不显著。由此可得，从刚性角度来看，应选择12段之后的分段方式，从抗变形角度来看应选择8段之后的分段方式，由于压环是卫星振动试验中的关键部件，具有多次重复使用的要求，在保守原则的前提下，我们做了交集，选择12段为压环优化分段方式。
   
    3.2 压环预紧分析与比较
   
    为了验证优化前后斜面加工角度偏大对于星箭分离环预紧力的差别，我们取出压环与星箭分离环装配状态中的一小段作为分析对象，分别针对斜面角度19.5°、19.8°、20°进行对比静力分析。分析中将底部的夹具用底面约束来代替，通过在压环顶面螺钉安装位加载100N的压力，计算星箭分离环斜面的竖直向受力情况，因为竖直向分力在分离环的预紧中起主要作用。约束情况见图15、图16，计算结果见表4。
     

    图15：优化前约束情况 
   
    图16：优化后约束情况

   

    
    将表4数据做成散点折线图，见图17。

    
    图17：优化前后竖直向受力散点折线图

    
    从图中可以看出，在19.5?和19.8?两个工况下，优化前后星箭分离环斜面的受力情况基本一致，都占了施加载荷的40%左右，应该说桥梁效应在这两个工况上优化前后都得到了体现。而20?这个工况，优化前斜面受力下降明显，优化后只是略有下降，前者受力占总施加载荷的8%，后者受力占总施加载荷的37%，在这一工况下优化前无法形成桥梁效应，施加的载荷绝大部分由夹具承受，预紧力大大降低，而优化后虽然受力也有所下降，但幅度不大，仍然能够体现桥梁效应，起到很好的预紧效果。出现这种情况主要是由于20?时，压环底面基本与夹具紧贴，优化前螺钉紧固位置已无腾空距离而优化后的阶梯结构使得螺钉紧固位置还留有足够的腾空距离，因此优化后的受力情况会大大好于优化前。
   
    对于卫星振动试验来说，卫星与夹具的连接必须满足跟随条件[3],压环对卫星预紧力不足就会破坏这一条件，使两者之间无法保持紧密接触。这会导致试验结果产生较大的误差，甚至在试验中出现撞击声。在对星箭分离环的预紧力上，优化前后对于加工精度较高的压环来说几乎没有什么区别，两种方法都能起到极好的预紧效果，而在加工精度不够的情况下，优化后的适应能力更强，大大减小了加工误差对压环使用效果的影响。
   
    4 总结
   
    本文针对压环压不紧和易变形这两个主要问题进行了有限元分析。在实际振动试验中采用了优化设计方法，卫星的一阶频率较压环优化前有了明显的提高。此外在多次拆装压板中并没有再出现因压板变形使螺孔对不上的情况。压环作为卫星不带星箭适配器进行振动试验的必备件，它的好坏直接影响着卫星振动试验的成功与否。在压环优化设计后虽然解决了两大突出问题，但对于星箭分离环的预紧力仍是不可调的，还无法完全模拟包带的预紧力状态，为了使试验更接近真实情况，还需进一步深入的研究。
   
    [参考文献]
   
    [1] 郭荣平，段文颖. 随机振动试验夹具设计与研究. 振动、测试与诊断，1997，（1）：50 - 54
    [2] 奚德昌，赵钦淼. 振动台及振动试验. 北京：机械工业出版社. 1985. 16-17
    [3] 朱彦彬，等. 结构振动试验转接器的设计及安装问题. 真空电子技术，2006，（3）：47 - 49