大型光电经纬仪转台的一种轻量化设计

　　光电经纬仪是涉及光学、精密机械、电子、伺服控制、信息和计算机技术的综合性光学测量设备，是现代军事技术高度发展的象征[1]。转台是光电经 纬仪跟踪架的重要组成部分，是水平轴分系统和垂直轴分系统之间的过渡环节，其强度、刚度指标的高低直接影响到水平轴系的静、动态精度。传统中小口径光电经 纬仪的转台基本都采用铸造或者钢板焊接结构。大型光电经纬仪的转台由于结构尺寸大，如果仍采用铸造或者钢板焊接结构，必然导致转台重量很大，降低跟踪架整 体的自然频率。因此，为了获得高的跟踪速度、跟踪加速度和指向精度以及系统轻量化设计。

　　一般地，影响构件轻量化的因素有三个方面：一是构件的材料;二是构件的几何形状;三是构件的尺寸。其中，构件的几何形状优化是构件尺寸优化的基 础，在结构设计当中至关重要。本文即从转台的几何形状角度出发，提出了采用方钢管焊接成桁架结构，再在外表蒙薄钢板的转台轻量化设计方案。

　　结合某靶场大型光电经纬仪的实际设计指标要求开展转台轻量化设计的研究。首先通过对止推轴承和径向轴承进行等效模型简化，建立了光电经纬仪转台 的动力学模型。基于该动力学模型，应用MSC.Patran&Nastran 有限元分析软件分析比较了传统钢板焊接结构转台和方钢管焊接桁架结构转台两种结构方案在相同边界条件下的重量、静力变形、应力分布、模态参数等指标，并就 分析结果进行了评述，给出了转台设计建议。

　　1 大型光电经纬仪转台的动态模型

　　转台是光电经纬仪连接水平轴分系统和垂直轴分系统的关键部件：转台上端面与水平轴系左、右立柱的下端面相连接，承受来自水平轴系、主镜筒以及各 小系统等的总重量;转台下端面有垂直轴的基座，基座以止推轴承支撑转台，同时，转台由力矩电机带动围绕垂直轴转动，它与垂直轴之间用径向轴承连接。

　　光电转台在实际工作过程中，其与其他构件的接触情况对它的动态特性影响较大，由于本文主要研究的是几何形状优化，所以暂不考虑阻尼对转台特性的 影响。另外，对于轴承，滚珠与滚道之间是典型的接触问题，从力学分析的角度看，接触问题是高度非线性的复杂问题[2]，需要准确追踪接触前每个滚珠的运动 以及接触发生后它们之间的相互作用，同时还包括正确地模拟接触面之间的摩擦行为和可能存在的接触传热。文献[3]通过研究发现，采用线性模型模拟轴承的工 作状态在一定程度上是可行的，因为线性模型和非线性模型在结构整体应力、应变分布和轴承外环的变形规律上基本一致。本文的研究重点不在轴承本身，所以将止 推轴承和径向轴承简化成刚度不变的弹簧，按线性模型处理。