SolidWorks 2008年度征文：卫星振动压环优化设计

    2.2 压环优化设计
   
    本设计取卫星的星箭分离环斜面角度为20?，压环为了与其配合，斜面的角度有20?和小于20?两种选择。前者必须使压环的高度比计算高度小，后者压环的高度可与计算高度相等。两种方法在预警原理上是相同的，安装后，压环都具有一定程度的上翘（一般相对于夹具上平面的夹角为0.5°～1°），其与夹具的接触为线接触，上翘后形成的空间正好形成了桥梁效应，将螺钉的下压力传递给星箭分离环斜面以及压环与夹具的接触部位。本文选用的斜面角度为19.5?，压环高度与计算相当。
   
    预紧力不足主要是由于配合斜面制造误差引起的，角度偏大会使上翘角度变小，严重影响桥梁效应传递力的能力，甚至形成虚压；而角度偏小会使上翘角度变大，这样很可能会使螺孔无法对准，造成螺钉拧不进的情况。我们将压环设计改成阶梯状，力图加大与夹具上平面之间的空间，使其不用上翘即可形成桥梁效应，这样可大大降低斜面加工角度偏大造成的影响。压环改成阶梯状后在加工中只需使斜面角度不偏小即可，这比角度偏大和偏小都要控制的情况难度低得多，且不容易形成加工错误。压环优化前后截面图及装配示意图见图5～8。          
   

    图5：优化前压环断面 

    图6：优化后压环断面
    
    图7：优化前装配示意图    
    
    图8：优化后装配示意图

    
    一般压环在设计中为了安装，通常截为三段，即每隔120?为一段，这样在加工时是较为简便的，其靠模只需约束几个点，使其在截断后不变形即可。但是这种方法每一段的长度较长，对于杆件来说，在横截面一定时，长度越大刚度越小，压环作为弧形结构，本身具有径向伸直的趋势，因此它在制作完成后，其每一段都会留有一定程度的径向回复应力。振动试验是一个应力释放的过程，在试验中由于压环有螺钉的约束，被释放的径向回复应力将在压环中累积，一旦螺钉松开，压环处于自由状态，累积的径向回复应力将得到释放，如果压环自身刚度过低就会发生变形。在以往压环的使用中经常发生两端沿径向外伸的变形现象，导致螺孔孔错位而无法安装。我们经分析比较后确定将压环设计为12段，即每30?一段，这样每段的长度将非常有限，可大大加强刚度，防止变形。此外由于12段方式压缩了长度空间，更有利于运输和携带，压环优化前后示意图见图9、10。     
   

    图9：优化前压环示意图 
    
    图10：优化后压环示意图