某经纬仪垂直轴系刚度分析

　　1　引言

　　经纬仪是我国靶场装备最多、功能最全、发展较快,最具有代表性的设备。20世纪七十年代后期以来,对于光电经纬仪的要求越来越高,经纬仪不仅要具有“一机多用”的功能,　　而且要具备高精度、高灵敏度(响应快)以及高稳定性等性能。传统上,控制系统的设计人员在分析设计时,常把理想化的机械结构作为控制系统的负载并入控制回路进行分析计算,这样的分析结果容易导致他们对机械结构设计提出过高的不切实际的要求。因此,在设计新型光电经纬仪时,如何能精确的估算与模拟光电经纬仪的动态特性已越来越引起设计工作者的关注。特别是垂直轴系由于转动惯量大,传动链长,环节多,更需特别关注,因为其性能好坏将直接影响方位传动的谐振频率,随动系统的带宽,进而影响光电经纬仪随动系统的跟踪平稳性和跟踪精度。并且研究光电经纬仪结构刚度的目的是为了在结构设计过程中能够比较准确的确定轴系刚度和谐振频率的数值,避免设计的盲目化。因为庞大的结构会使其固有频率和伺服系统的带宽逐渐接近,甚至有可能出现结构固有频率落入伺服系统带宽内的危险,一旦出现这种情况,伺服系统的信号很容易激起结构的谐振,反馈使谐振加剧,造成系统不稳定的颤振,使系统无法稳定工作,甚至造成破坏。为此本文提出了用有限元模态分析的方法来研究经纬仪垂直轴系的动态刚度,有限元法是利用电子计算机进行数值模拟的分析方法,目前在工程技术领域　　中的应用已经十分广泛,有限元的利用为经纬仪的设计和使用提供了可靠性依据。传统的仿真分析软件如Ansys和MSC. patran虽然仿真功能强大,但是其分析界面单调复杂,当模型出现问题时不容易快速修改模型。而UG NX4·0不仅具有强大的三维建模功能,它还集成了分析软件所具有的仿真分析模块。这样可以利用其建模模块构造垂直轴系的实体模型,然后利用其集成的高级仿真模块对模型进行模态分析,整个过程都是在UG环境下实现的,而且其最大的优点就是当模型出问题时可以快速对模型修改并进行第二次仿真,这样就大大的提高了仿真效率。

　　2　垂直轴系模型描述

　　以地平式经纬仪进行分析,经过几十年的经验积累,经纬仪的整体结构已经成形,现代的经纬仪主要是在固有结构基础上增加某些功能,其目标是寻求新的结构、新工艺,首先最主要的是减少转台部分转动惯量,增加基座部分结构刚度,以获得高的机械谐振频率。垂直轴系更是经纬仪中关键的部分,垂直轴系的动态刚度将直接影响经纬仪的跟踪精度,因此对其进行模态分析是有必要的。

　　2. 1　垂直轴系结构及模型简化