1m望远镜俯仰轴系精度检测误差的修正

　　1　引　言

　　望远镜俯仰轴系承载着主光学系统和部分探测分系统,其轴系随机晃动值的大小直接影响望远镜最终的使用性能。对于小型望远镜而言,影响轴系精度的主要因素为单个零件的加工误差和配合间隙,通过对误差和配合间隙合理地分配设计,能使精度达到很高。本文涉及的600 mm口径以下的望远镜,俯仰轴系随机晃动误差PV值为1.2″,RMS值能达到0.4″;而口径达到1 m时,轴系晃动检测值明显增大,1 m望远镜检测结果其PV值为2.42″,RMS值为0.7″,没有达到系统要求的PV值1.2″,但实际使用时系统的性能显示十分优异,说明有必要探寻检测结果中包含的系统误差,进而对检测结果进行补偿以提高系统精度模型的精确性。研究表明,影响俯仰轴系精度的主要因素为中间体(四通)的变形和四通两轴孔的同轴度。同轴度误差是由加工误差决定的,属于随机误差;四通的变形是在有一定规律的载荷作用下产生的,其值也应该存在一定的规律性。本文对其规律性进行了研究,进而将其引入轴系精度模型以提高轴系精度模型的准确性.这样可以在保证系统性能的情况下降低设计和检测的技术指标,从而降低系统的制造难度。

　　2　四通有限元分析

　　2.1　模型建立

　　有限元模型如图1所示,其中Y轴为回转轴,Z轴为主次镜轴向,X轴根据右手定则确定。有限元分析时采用的单位制为mm/Tone/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=200 kg,m2=1 019.48 kg,质量点m1、m2到回转轴线的距离d1=1 158.2 mm,d2=298 mm,四通轴线以上质量为615.2 kg,质心距离轴线为183.2 mm,四通轴线以下质量为361.7 kg,质心距离轴线为112.6 mm,且满足:

　　2.2　约束与分析载荷

　　约束的施加: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,左轴端止推约束,右轴有轴线方向的自由度。

　　载荷的施加:系统在俯仰角0~180°内转动,载荷为重力,重力在0~180°内变化,俯仰角为α时,重力在X轴和Z轴上的分量分别为gcosα和gsinα。

　　2.3　仿真结果

　　有限元仿真计算获得四通在竖直和水平状态下的变形结果,其变形云图如图2、3所示。俯仰轴系在不同转角时,会产生不同的变形量。将不同仰角时四通在轴线上的变形量每隔5°取一点列于表1中。

　　将表1中各点拟合成图4所示的曲线,从图4中可以看出,四通在不同角度时产生的最大变形有一定的规律性,成正弦曲线分布,可以作为轴系的系统误差。