加强筋板厚度变化对四通性能的影响分析

　　1 引言

　　四通是望远镜系统俯仰轴系的关键件之一，它的结构强度和刚度直接影响到最终的望远镜性能，随着望远镜系统的口径的增大，四通的结构尺寸也随之增大，焊接结构设计可以保证其强度和刚度，这比传统的铸造结构在结构和性能上有诸多优点[1]，但由于设计时安全系数给定的较大，内部筋板厚度大，还是给系统带来较大的转动惯量，系统转动惯量增大时，不利于提高系统性能。而四通对系统转动惯量贡献最大，相同外形尺寸下四通质量的减少可以有效的降低其转动惯量的大小。四通焊接结构图，如图1 所示。

　　2 有限元分析

　　2.1 模型建立

　　有限元模型如图2 所示，Y 轴为回转轴，Z 轴为主次镜轴向，X 根据右手定则确定。有限元分析时采用的单位制为mm/Tpme/s。采用Tet10 单元划分四通和左右轴，主次镜分别用质量点单元m1 和m2 来表示，其中m1=200kg，，m2=1019.48kg 质量点、到回转轴线的距离d1=1158.2mm，d2=298mm，满足：

　　m1×d1+615.5×183.4=361.7×112.6+m2×d2

　　2.2 载荷

　　约束：组件在指向不同俯仰角时，左右轴均可绕轴线转动，右轴还可以沿轴线平移，故在有限元模型上进行约束时，左轴DOF12346，右轴DOF1346。

　　2.3 仿真结果

　　以下是关于四通内部筋板为10mm 和6mm 时的仿真分析图，如图3~8 所示，为有限元分析结果。其中z 方向的变形量的大小是判定结构件强度好坏的标准。它的变形大小直接影响到系统的轴系晃动值大小，通过对系统精度误差的分解，得出z 方向的变形量不超过12μm 时，系统精度指标可以实现。

　　3 结果分析

　　仿真计算结果汇总，如表1 所示。

　　由表1 可以看出，四通内部筋板10mm 厚和6mm 厚，对结构件的性能受力性能和刚度影响比较小，能够达到系统要求的数值，而质量和转动惯量变化比较大，分别下降18%和16%，提高了系统性能，同时降低了加工制造的成本。介绍的研制结果为同类更大口径跟踪架的研制打下了技术基础，可在大型望远镜系统大型焊接结构设计中广泛应用。

　　参考文献

　　1 郭劲，张景旭.大型光电跟踪架采用焊接结构的工程分析与研究.光学精密工程，1996，4(4): 62~67

　　2 张林波，任戈，陈洪斌.大口径望远镜水平轴系的模态分析[J].光电工程，2003，30(2):8~10

　　3 张林波，任戈，陈洪斌. 大口径望远镜结构的有限元分析[J].光学技术，2003，29(5):565~567

　　4 吴晗平，易新建，杨坤涛.机械结构因素对光电跟踪司服系统性能的影响[J].应用光学，2004，25(3):11~14