正交试验与转台框架优化

　　1 前 言

　　移动转台由于装载体的限制和转台工作环境的特殊性，对转台各项性能指标要求很高。在满足电性能要求和工作环境条件的前提下，既要保证系统具有足够的强度、刚度和固有频率，又要尽量减轻它的重量，以提高系统的适装性和载体的稳定性[1]。而单纯从转台框架壁厚及形状进行优化设计难以实现结构效率的最大化，一种常用的方法就是使用加强筋[2]。以往对转台框架结构的优化设计主要集中在对框架的形状和壁厚优化，也有对框架内加强筋板的经验设计，但没有用更科学的手段处理加强筋各因素之间的关系。本文利用正交试验与优化设计相结合的方法，找出转台加强筋各因素的最佳水平组合，实现转台框架合理化设计。

　　2 转台框架初步结构

　　如图 1，本文研究的对象是哈尔滨工业大学某仿真转台中框架，中框架内跨度保持一定，长 900mm，宽570mm，壁厚 15mm，截面宽度 145mm，截面高度 250mm。内框架以及载荷用相同质量的质量块代替，共582.114kg。中框架采用铸铝，保证固有频率 130Hz。

　　3 正交试验设计[3]

　　3.1 试验指标的确定

　　转台框架优化的目的是在固有频率符合要求的情况下使转台框架质量最小，因此采用质量大小作为评价指标。

　　3.2 因素水平表的确定

　　首先是挑选试验因素：影响试验指标的因素很多，要固定一些因素，排除一些次要因素，而挑选一些主要因素。

　　其次是各因素水平的确定：这包含水平个数和各个水平取值的确定，每个因素的水平数可以不等，重要因素或者希望详细了解的因素，其水平数可以多些。总之，应尽量使水平数小以减少试验数据处理工作量。

　　综合考虑，选取加强筋的形状、布局、数量作为正交试验因素。对于各因素水平的确定：考虑铸造的困难，确定加强筋形状为矩形非封闭与封闭两个水平;根据框架初始模态计算结果分析，确定加强筋布局为高度与宽度方向布局两个水平;考虑到框架内空间有限，确定加强筋数量为一块与两块两个水平。其因素水平表如表 1。

　　3.3 正交表的确定

　　常用的正交表很多，可以灵活选择，在能容纳所有因素以及水平的情况下，尽量选择数据处理量小的水平表，同时要考虑各因素之间的相互作用。

　　本文中采用 ANSYS 仿真，同一因素同一水平计算结果基本相同，要尽量减少水平重复次数。因此，选取 L4(23)正交表做本次正交试验设计，具体如表 2。

　　根据正交表的安排，各次试验转台框架截面形状如图 2。