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國內小衛(wèi)星，微小衛(wèi)星及其星座技術的強勁發(fā)展勢頭對星上部件的重量、功耗等主要技術指標提出了越來越苛刻的要求。對于星上機電部件來說，應對上述挑戰(zhàn)的可能努力方向是多方面的，其中，產品本身的微型化和集成化是一項基本的內容。對于機械產品的結構設計而言，微型化設計將帶來以下問題：由于對所設計產品的主要結構尺寸“斤斤計較”，以期強度、剛度以及動態(tài)性能等技術指標既滿足要求，質量又最輕，這樣的集成化設計往往使產品結構趨于復雜化，結構復雜且尺寸又小，因而用傳統(tǒng)的解析分析方法往往無法獲得該產品足夠精確的力學性能分析結果，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，對產品結構參數(shù)進行定量的分析，根據(jù)分析結果指導產品的結構設計，是解決產品結構微型化和集成化設計問題的一個必要基礎。基于以上認識，采用ANSYS有限元分析軟件，對一種微小飛輪結構參數(shù)的多種設計方案進行了若干項力學性能的分析計算，其計算結果供產品設計師參考。
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，微小飛輪在結構設計方面與一般飛輪有所不同，有微型化和集成化的特點，結構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。由于微小飛輪轉子是形成飛輪角動量的部分(以下稱旋轉質量)，工作時高速旋轉，是結構中受力情況最惡劣的環(huán)節(jié)。根據(jù)產品設計師的要求，本研究分析計算的主要目標是微小飛輪轉子部分。該部分基本由內環(huán)、外環(huán)和連接件三部分組成，結構設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質量，工作時以相同角速度旋轉。
設計給出了微小飛輪的四種初步設計方案，其中方案1為整體式結構，方案2，3，4為輻條截面形狀不同的輻條式結構。分析計算的主要目標是要通過有限元分析，獲得這四種設計方案在如下兩種工況下的應力、應變分布以及固有頻率。
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