《超高速摄影仪转镜动力学性能的研究》.pdfVIP

第 4O卷第 7期 光 子 学 报 Vo1．40No．7 2011年 7月 ACTA PH()TONICA SINICA July2011 文章编号 ：1004—4213(2011)07—1013—7 超高速摄影仪转镜动力学性能的研究 余春晖 ，李春波孙，刘春平 ，潘莹 ，柴金龙 ，王红志 ，李景镇 ，黄虹宾 (1深圳职业技术学院 汽车与管理学院，广东 深圳 518055) (2深圳大学 a．机电与控制工程学院； b．深圳市微纳光子信息技术重点实验室，广东 深圳 518060) 摘 要：对超高速摄影仪转镜动力学特性提 出了系统的数值分析方法，包括对转镜分别进行模态、 谐响应、灵敏度数值分析和试验研究．首先利用数值方法提取 出转镜前 5阶 固有频率、振型及转镜 幅频特性曲线，发现转镜的 1阶和 2阶共振 带出现 了叠加现象，在 1阶弯曲振动处幅频特性 曲线上 的峰值远大于其它各阶的峰值 ，最大应力出现在转轴上 ，说明转轴的损伤是转镜失效的主要形式，1 阶弯曲是转镜失效的主要原 因．为验证转镜结构尺寸与转镜 固有频率的关系，利用 ANSYS参量化 设计语言建立转镜 固有频率灵敏度分析模型 ，使用 ANSYS概率设计模块对转镜进行 了固有频率 灵敏度数值分析．计算结果表明，镜体外接 圆半径和转轴轴段 2半径对转镜 固有频率影响最大．灵 敏度 实验结果表明，转镜的结构尺寸改变引起 的转镜 固有频率的改变方式和改变程度与数值分析 结果是一致的．为转镜动力学设计提供 了较高准确度的数值分析方法． 关键词 ：超高速摄影仪 ；转镜 ；模态分析 ；谐响应分析 ；灵敏度分析；实验研究 ． 中图分类号 ：TB872 文献标识码 ：A doi：l0．3788／gzx1013 0 引言 到转镜在正弦简谐载荷下的幅频特性 曲线以及转镜 在不同频率下 的响应值 ；最后对转镜的固有频率灵 超高速摄影仪作为高速流逝过程记录设备 ，被 敏度进行了数值分析和试验 ，得到转镜各结构尺寸对 广泛应用于离子物理 、爆破、穿靶、流场显示 、激光物 转镜各阶固有频率的影响程度和影响方式 ，为在转镜 理等现代经济 、科研和国防技术等领域_]]．转镜则是 设计过程 中确定转镜在某转速下的固有频率个数 ， 超高速摄影仪的 “心脏”，是摄影仪 中记录图像的关 避免共振影响提供了系统的动力学数值分析方法． 键 部 件 ．由于需要 转 镜 在 极 短 时 间 内转 速 达 到 1 转镜模型 5．0×10rpm，其动力学特性直接影 响超高速摄影 仪的时间分辨率 、成像效果、系统稳定性、可靠性以 图1是转镜有限元模型．转镜转轴材料为 45号 及摄影仪的使用寿命_1]．在超高速摄影仪的研制过 钢 ，并经调质 、淬火处理 ，其弹性模量为 210GPa，泊 程 中，对转镜 的力学性能尤其是动力学性能的研究 松 比为 0．26，密度为 7800kg ·m ．镜体选用硬铝 就显得尤为重要 ，而对转镜 固有频率 的研究则是转 合金 ，其弹性模量为 71．7GPa，泊松比为0．33，密度 镜动力学研究的根本 ，文献E31o]从不同的方面对 为 2780kg·m 。．转轴与镜体采用过盈装配