加速器束測器的機(jī)械設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)研究.pdf

1、本文是依托中科院高能所“靶升降機(jī)構(gòu)機(jī)械系統(tǒng)及可調(diào)狹縫機(jī)構(gòu)機(jī)械系統(tǒng)研制”的項(xiàng)目要求而開展的。為了獲得加速器系統(tǒng)實(shí)際所需要的電子束以便進(jìn)入靶室進(jìn)行轟擊實(shí)驗(yàn)，需要通過可調(diào)狹縫對(duì)聚焦的電子束進(jìn)行過濾以降低電子束流的脈沖強(qiáng)度，來獲得最終所需要的準(zhǔn)單個(gè)電子。因極弱流電子直線加速器電子槍出口的束流流強(qiáng)在微安量級(jí)，此時(shí)每個(gè)束流脈沖里包含的電子數(shù)目相對(duì)較多。為了降低電子束流的脈沖流強(qiáng)，需采用多套可調(diào)狹縫機(jī)構(gòu)，以控制能夠從加速節(jié)中通過的電子數(shù)目。每套可調(diào)狹

2、縫機(jī)構(gòu)對(duì)電子束流脈沖流強(qiáng)的控制能力有所差別，但最終的目標(biāo)是將電子束流脈沖中的電子數(shù)目降至準(zhǔn)單個(gè)電子。為了對(duì)狹縫的寬度進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，要求可調(diào)狹縫機(jī)構(gòu)每一步的調(diào)節(jié)步長為5μm，通過選用高性能的步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)這一要求。而通過可調(diào)狹縫的電子束是不是準(zhǔn)單個(gè)電子，這需要通過升降靶機(jī)構(gòu)來測試。在測量束流流強(qiáng)及電子數(shù)目時(shí)，靶升降機(jī)構(gòu)是安放有測量探頭的真空進(jìn)出機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)在步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)測量探頭的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。為了達(dá)到較高的重復(fù)性，靶升降機(jī)構(gòu)的復(fù)位精度

3、要達(dá)到0.02mm。
　　本文根據(jù)項(xiàng)目要求，利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了一套加速器束測器機(jī)械系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行了初步研究。
　　首先，本文介紹了有限元分析方法在該機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，并且著重對(duì)束測器中靶升降機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵承載零部件進(jìn)行了強(qiáng)度分析和校核，利用Inventor自帶的AN SY S模塊為束測器的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了理論依據(jù)。
　　其次，為了使系統(tǒng)能夠進(jìn)行三維±15mm的調(diào)節(jié)，本文利用Inventor軟件在實(shí)體造型

4、和生成工程圖的高效性等方面具有的特殊優(yōu)勢(shì)，分別對(duì)束測器中可調(diào)狹縫機(jī)構(gòu)機(jī)械系統(tǒng)和靶升降機(jī)構(gòu)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行了建模，并且經(jīng)過反復(fù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì)了一套三維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。建模優(yōu)化設(shè)計(jì)的同時(shí)綜合考慮了材料的利用率，生產(chǎn)制造成本，加工裝配工藝等重要因素，使得束測器的設(shè)計(jì)方案更為合理。
　　另外，本文還重點(diǎn)對(duì)加速器束測器的驅(qū)動(dòng)裝置硬件系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。完成了驅(qū)動(dòng)裝置模型的建立，并結(jié)合實(shí)際工況條件，重點(diǎn)對(duì)各機(jī)械系統(tǒng)中所用到的線性移動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)元件——