定轴平台支撑架结构稳定性分析

　　定轴平台如图 1 所示，是为大口径长焦距 4×1透镜模块离线位姿的检测和调整而研发的光学检测装置。考虑实际环境中对装置本身动静态稳定性要求，在设计定轴平台机械支撑主体结构时要充分考虑机构的受力变形和固有的振型模态，以使装置适应检测和调整高精度 4×1 透镜模块的工作要求。

　　由于定轴平台的主体结构主要是由支撑架如图2 所示和底座构成，底座是采用的铸造敦实件，支撑架是由空心铝合金型材铆接而成的，并辅以辅助支撑，来适应承载和强度需要。支撑架是由四层结构组成，每层担负着光源模块的支撑任务，而底座为装置的最下部支撑基础件。在装置中，关键的支撑架任何变形、外部随机载荷所造成的振动都会对定轴平台工作精度带来不同程度的影响和干扰。

　　因此，在论文中，主要以支撑架为研究分析对象，基于静力学和动力学模态理论，用有限元软件来模拟分析它，为定轴平台支撑部分强度和结构设计提供科学合理的理论参照，反过来，也检验设计的结构强度和振动模态是否满足使用要求。

　　1 支撑架有限元分析

　　1.1　静态分析

　　1.1.1　底座静力学分析

　　底 座 基 本 机 构 参 数 为：结 构 总 体 尺 寸1160mm×1020mm×212mm，壁厚为 20mm，质量为430.52kg;底座结构材料采用铸造碳钢，其材料属性见表 1。

　　考虑底座实际承载安全系数，经计算底座承载力为 F1=4352.954N，载荷力作用面积 S1=0.5289m2，作用于底座的压力为 P1=F1/S1=8230Pa。

　　底座有限元单元类型为 Solid186，其底座的有限元模型如图 4，作用于底座上的载荷力为 P1，受力变形模型如图 5 和图 6 所示。

　　底 座 承 受 Z 向 压 力 σvMs=8230Pa<< 屈服 力 σs=2.48168e8Pa，支 撑 架 最 大 体 应 力σvMs=3.17235e5Pa<< 屈 服 力 σs=2.48168e8Pa，底 座在竖直的 Z 向的最大变形量为 -0.21326e-4mm，约为 -0.02μm，如此小的变形量对于放置在底座上的支撑架在竖直向下的位移 SZ≤ 0.02 μm，不影响定轴平台的工作定位精度，忽略此变形量。因此，视底座为稳定件。

　　1.1.2　支撑架静力学分析

　　支撑架基本结构参数为：810mm×670mm×1910mm，其 中 梁、柱 截 面 为 50mm×50mm，壁 厚 为 10mm 的 型 材;支 撑 架 底 板 为810mm×670mm×20mm， 顶 板 为 710mm×570mm×10;总体结构为四层框架圈梁结构构，层间距相等，其间距为 470 mm;支撑架总体质量为125.15kg，其支撑架所采用材料 1060 铝合金，材料属性见表 2：

　　考虑承载安全系数，支撑架每层所承受的最 大 载 荷 力 为 F2=699.24N，载 荷 力 作 用 面 积S2=0.108m2，作用于每层支撑架每层压力 P2=F2/S2=699.24/0.108=6470Pa。支撑架有限元单元类型为 Beam-2D elastic3，其支撑架有力模型如图 3，有限元变形模型如图 7-10 所示。