中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

光学望远镜口径的不断增大已成为趋势，特别是口径10米以上的望远镜，
对其设计和制造提出了极高的要求。大型望远镜中间块的尺寸和重量导致其整体加工和运输面临巨大挑战，传统的整体式结构已无法满足实际需求。因此，将中间块分模块加工并进行拼接成型具有重要意义。本课题采用理论分析和仿真方法，
对14.5米光学红外望远镜中间块拼接实验装置进行了较为完整的研究，为大型
望远镜中间块的结构设计与拼接提供了理论依据和方法参考。本文主要完成了以下工作：
（1）进行研究背景与国内外现状分析。结合大型光学望远镜的发展需求以及大型承载结构模块化设计的发展趋势，对望远镜关键承载部件的结构形式、拼接设计与装配实现方法进行了调研与分析，明确了采用拼接式设计方案的必要性及实现的可能性。
（2）进行中间块装配理论研究。揭示中间块装配过程中误差的形成机理及其传递规律。基于小位移旋量理论和齐次变换方法，对模块的形位公差、角度加工误差等进行了统一表征，构建中间块装配误差传递模型，为中间块模块装配提供了理论依据。
（3）进行定位问题研究。重点分析中间块拼接中的销钉定位机理及定位能力。分别针对正面销与骑缝销建立了相应的定位能力计算模型，研究了销钉直径、初始插入深度、板厚、截面尺寸及偏心量等因素对定位能力的影响规律，获得了相关变化趋势与关系曲线，为后续中间块销钉方案的确定提供参考。
（4）进行中间块总体结构设计。根据实验装置的功能需求、结构特点以及制造、运输与装配条件，开展了拼接式中间块的总体方案设计研究。提出采用模块化拼接的设计思路，将中间块划分为若干可制造、可运输、可装配的结构模块，并确保在拼接后中间块可形成稳定可靠的受力体系。重点开展了拼接界面螺钉分布优化研究。建立了不同螺钉分布方案的分析模型，对螺钉数量、布置密度、分布对称性及布置范围进行了比较，并结合有限元分析研究了不同方案下中间块自由模态变化规律，确定了较优的螺钉分布方式。在总体结构和连接方案确定后，在满足中间块整体刚度、强度的前提下，对中间块开展了减重分析，进一步从钢管尺寸、内部肋板厚度等方面开展轻量化设计，对内部肋板厚度、钢管的尺寸厚
度进行了优化调整，中间块在整体性能基本满足要求的条件下实现了约17.06%
的减重。最终，提出三种中间块拼接方案，结合中间块拼接闭环装配特点，对装配过程中的尺寸链关系进行了分析。
（5）进行拼接工装设计研究。结合中间块模块的结构特点及装配流程，设计了适用于中间块模块拼接装配的工装方案。该工装能够为模块装配提供可靠支撑，辅助模块实现姿态调整与对准，提高销钉插入过程中的复位精度，从而为中间块模块化拼接提供有效的工艺保障，这种工装也能用于其他大型精密零件的拼接，本课题组已经对该工装及拼接方法申请发明专利。