基于标准轴承的经纬仪俯仰轴系设计

　　经纬仪作为一种主要的靶场光测设备，应用在试验中目标航迹、弹道、姿态以及拦截脱靶量的测量[1-2]。为了避免光测设备受时域、空域的限制，实现机动灵活布站，小型化、轻量化设计已经成为经纬仪结构设计的主要趋势。随着材料科学和制造业的发展，滚动轴承已广泛应用在航空航天、车辆、电机等工业系统，既是载荷支撑件又可以作为运动连接件。将高精度、刚度的轴承应用到经纬仪的轴系设计中，取代自制的散装轴系，可以在保证精度的前提下，降低制造成本，缩短加工周期，减轻轴系的重量，实现轻量化设计。

　　本文应用标准轴承设计了200mm口径经纬仪的俯仰轴系，设计重量为65Kg，同时对轴系进行了精度和谐振频率分析，经计算均能满足使用要求。

　　1 俯仰轴系的设计

　　以标准轴承作为轴系支撑设计了小型经纬仪的俯仰轴系，轴系承载能力≥30kg，主要部件包括照准架、四通(主传感器承载平台)、左、右轴承组、俯仰编码器、俯仰力矩电机、手动-机动切换机构、缓冲机构等。水平轴系结构图如图1所示。

　　轴系主要采用双联角接触球轴承作为主支撑，同时设置了一个深沟球轴承作为辅助端。为了保证轴系精度，双联轴承需加预载过盈，使轴承稍带负的运转游隙。水平轴左端采用双联角接触球轴承做为固定侧，起固定轴与照准架之间相对轴向位移作用，编码器也固定在水平轴左端轴头上。水平轴右端采用单列向心球轴承做为自由侧，仅承受径向负荷，轴向可以相对移动，以解决因温度变化而产生的轴的伸缩问题。在轴承和照准架间设计了钢轴套，以保证温度变化对轴系精度的影响。

　　照准架是整个水平轴系的支撑骨架，大多数的机械机构都含纳其中。所以照准架的强度、刚度、重量、内部结构、外型尺寸等等是直接影响轴系设计好坏的基础因素。设计中照准架采用铸铝结构，局部加加强筋[3]，在保证刚度的前提下降低了整个系统的总重量。

　　2 轴系精度分析

　　在轴系的工作中，影响轴系精度的因素很多。其主要包括轴系单个零件的加工误差、零件的形状误差、零件的位置误差、配合间隙、温度的变化、润滑剂的影响、摩擦、磨损以及弹性变形等影响。这些因素都不可避免地对轴系精度产生或大或小的影响。根据实际情况我们把各项误差进行汇总。

　　水平轴误差主要由左右立柱不等高造成的系统倾斜差 σ1，水平轴角晃动误差 σH。

　　跨距 L=400mm，通过修研左右立柱中心孔不等高差h≤0.002mm

　　则左右立柱不等高造成的系统倾斜差：