DCLS高精度远程可调节机械传动机构的研制

摘要

大连极紫外相干光源装置（Dalian Coherent Light Source project,简称DCLS）是国家重大自然基金项目。DCLS主要目标是研制一套具国际领先水平的、基于超快激光与电子束相结合的可调极紫外相干光源的综合实验研究装置，并将其应用于能源相关领域的重要基础及前沿科学问题的探索和研究。DCLS装置中的关键元件如四极磁铁，其中心相对于束流中心线的高精度就位与否将直接影响束流的品质。波荡器段间的四极铁拟采用可在线遥控调节的支撑结构，配合基于束流的准直方法（Beam based alignment,简称BBA）进行元件调节，以满足准直定位的要求。为了得到大于300A峰值流强的高亮度电子束，DCLS直线加速器拟采用可移动Chicane对束团长度进行压缩，因此对于机械系统，需要研制基于束流准直的四极铁高精度远程可调节的支撑机构（简称BBA四极铁电移机构）和可移动Chicane段远程可调节机械传动机构（简称可移动Chicane段机械传动机构）。
　　本论文分别以在建的DCLS装置中的关键设备：波荡器段间的BBA四极铁电移机构和可移动Chicane段机械传动机构为研究对象，提出了电移传动机构方案，并开展了较系统深入的理论分析和实验测试研究，研发出可应用于DCLS、软X射线自由电子激光(Soft X-ray Free Electron Laser,简称SXFEL)、以及类似FEL装置中的高精度远程可调节的机械传动机构。
　　DCLS物理要求波荡器段间四极铁的中心在垂直于束流的水平和竖直高度方向二维可调节，调节范围是±0.5mm,调节的定位精度和重复性误差≤±3μm。本论文提出了一种BBA四极铁电移机构方案，进行了详细的工程设计、开环定位误差分析以及实验测试，实验测试结果表明该传动机构采用光栅尺读数反馈控制，四极铁中心的定位精度和重复性误差均能达到≤±3μm的技术指标，验证了该电移机构的可行性。
　　DCLS物理要求直线加速器可移动Chicane段中间两块分析铁（简称B铁）在垂直于束流的横向方向可进行一维调节，可调范围是-0.5°~7°，调节定位精度≤±0.05 mm，本论文提出了一种可移动Chicane段远程可调节机械传动机构方案，进行了详细的工程设计、定位精度分析以及实验测试。采用有限元分析方法对关键组件如：平移滑台、转动梁、真空室法兰支撑及二极铁支撑进行了受力变形和应力分析。实验测试结果表明该传动机构采用直线位移传感器读数反馈，平移滑台的定位精度和重复性误差均能达到≤±0.05mm的技术指标，验证了该传动机构的可行性。

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1.绪论

1.1国内外自由电子激光装置

1.2基于束流的准直技术

1.3BBA四极铁电移机构的研究现状

1.4可移动式磁压缩技术

1.5可移动Chicane段远程可调节机械传动机构的研究现状

1.6论文的主要内容及意义

2．BBA四极铁高精度远程可调节机械传动机构的设计与分析

2.1BBA四极铁电移机构的总体设计方案

2.2 BBA四极铁电移机构的关键结构设计

2.3 BBA电移机构主要构件的选型

2.4 BBA四极铁电移机构的远程控制方案

2.5本章小结

3.BBA四极铁电移机构的实验测试

3.1BBA四极铁电移机构的实验测试方案

3.2BBA四极铁电移机构的实验测试结果及分析

3.3 本章小结

4.可移动Chicane段远程可调节机械传动机构的设计与分析

4.1可移动Chicane段机械传动机构的总体设计方案

4.2 可移动Chicane段机械传动机构的关键结构设计

4.3 可移动Chicane段机械传动机构的力学分析

4.4可移动Chicane段机械传动机构的定位精度分析

4.5本章小结

5. 可移动Chicane段机械传动机构的实验测试

5.1 可移动Chicane段机械传动机构的实验测试方案

5.2 可移动Chicane段机械传动机构的实验测试结果及分析

5.3本章小结

6. 结论

参考文献

致谢