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上海光源是高性能的第三代同步辐射装置,其特点是高亮度、高稳定性以及大量使用波荡器。本论文以上海光源建设的波荡器光源光束线站需求为目标,设计了我国第一台高性能的水平方向偏转大型拉杆式压弯聚焦镜系统。
压弯聚焦镜系统是光束线站建设的重要组成部分,其压弯半径、面形精度直接影响实验站中的成像质量。
本论文主要研究了压弯聚焦系统的关键部件压弯机构,其性能及精度影响到整个压弯系统的工作运行精确程度。论文作者根据材料力学理论与通过采用有限元方法推导出侧放压弯聚焦镜受重力后的变形情况,推导结果表明,对于侧放压弯聚焦镜的设计来说,可不考虑重力的影响。根据压弯聚焦机构基本要求,提出了压弯聚焦机构的初步设计方案,且由理论分析推导确定四点压弯的压力点。设计出以拉杆式四点压弯为主的侧放压弯聚焦镜系统中的聚焦镜压弯机构,并确定机械系统主要结构、关键部件结构尺寸、连接方式及材料选定等。
用ANSYS软件模拟压弯机构的拉杆在电机不同驱动力作用下使聚焦镜压弯时,镜子的半径与斜率误差。同时考虑到光束线站工作时高能量的同步辐射光会使聚焦镜面形发生改变,从而影响实验站的成像,利用ANSYS热力学模拟仿真技术,进行了基于热缓释方法的计算分析,即通过在聚焦镜侧面设置两种不同尺寸的冷却铜块,铜块内通冷却水的冷却方法,对聚焦镜镜面受热与变形情况综合考虑,确定采用面形变化更小的全冷却方案。
结合上海光源的实际检测条件,采用LTP(长程面形仪)检测镜面半径与斜率误差的方法设计了一套针对本系统的检测方案,利用各种光学设备设计了在线安装调试方案。
在整个研究设计过程中,首次实现了对拉杆式侧放四点压弯机构的设计,并对重力影响、压力点等在理论上做了具体的探讨和研究,通过利用有限元软件模拟了系统的压弯过程与热力学过程。很多结果对压弯机构的设计有普遍意义,对其它同类机构同样适用。