快速控制反射镜两轴柔性支撑平台刚度优化设计.pdfVIP

第 23卷 第 12期 光学 精密工程 2015年 l2月 OpticsandPrecisionEngineering 文章编号 1004—924X(2015)12-3378—09 快速控制反射镜两轴柔性支撑平台刚度优化设计 付锦江 ，颜昌翔 ，刘 伟 ，袁 婷 (1．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033；2．中国科学院大学，北京100049) 摘要 ：基于椭 圆弧柔性铰链兼顾 了直梁型柔性铰链运动范围大和 圆弧型柔性铰链运动精度高的特点，没计 r基于椭 弧 柔性铰链的二维快速控制反射镜系统两轴柔性支撑平 台。为使柔性支撑平 台快速响应性好 ，即使其低阶吲有频率最人 化 ，对该柔性支撑平 台进行 了结构优化设计 。理论推导了单个柔性铰链最大刚度与许用应力、转角和铰链参数 的理论汁 算公式 。然后 ，采用集总参数 的分析方法 ，得出了两轴柔性支撑平 台低 阶最大 固有频率 的理论计算公式 。由公式可知 ： 在转动惯量一定 的情况下 ，低 阶固有频率最大化 即为工作方 向刚度最大化 。最后 ，通过有 限元仿真和实验检测验证 r理 论计算 的准确性，得到的结果显示 ：柔性支撑平台的最大 固有频率和最大应力的理 沦值与仿真值 的柏对误差小于 5 ， 平 台工作刚度 的理论值与仿真值、实测值 的相对误差分别为 3．86 和 5．75 。仿真和实验结果表 明：利用本文推导的 理论公式进行柔性支撑平 台刚度优化设计 ，既可 以满足工程设计要求 ，又能省去繁杂的有限元计算 。 关 键 词 ：快速控制反射镜 ；椭 圆弧柔性铰链 ；柔性支撑平台；刚度优化 ；固有频率 中图分类号 ：TH132 文献标识码 ：A doi：10．3788／OPE．20l52312．3378 Stiffnessoptim ization oftwo—axisflexible supportingplatform forfaststeeringm irror FU Jin—jiang弘 。YANChang—xiang。LIU Wei。YUANTing’ (1．ChangchunInstituteo／’Optics，FineMechanicsandPhysics， ChineseAcademy0 ． 厂Sciences，Changchunl30033，China； 2．UniversityofChineseAcademyofSciences，Beijing’100049，China) *CorrPso” ig’author，E-mail：ytfjj17@tom．COD1 Abstract：Ellipticflexurehingeshavebothadvantagesoflargermovingrangesandhighermoving [1C curacyfrom right—angleflexurehingesandcircularflexurehinges．Therefore，thispaperdesignsatWO axisflexiblesupportingplatform withanellipticflexurehingeusedinafaststeeringmirrorsyslem． Forafastresponserequiredbythesystem，theflexiblesupportingplatform needstomaximizeitsnal uralfrequencywithinthematerialSallowablestress．Firstly，thetheoreticalformulasofthemaxinlum stiffnessincludingtheparametersoftheallowablestressandrotatinganglearededuced．Thelumped parameteranalysismethodisadoptedtoobtaintherelationshipbetween thestiffnessofflexibleskip— port