仿真转台框架的结构优化设计

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1、DOI:10.13841/j.cnki.jxsj.2011.09.020第28卷第9期机械设计Vol．28No．92011年9月JOURNALOFMACHINEDESIGNSep．2011*仿真转台框架的结构优化设计李秋红，张家泰，李永欣，钱晓芳(哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要:从优化的角度来评估倒角形状对某转台外框的影响程度，首先根据静动态特性，用优化准则法实施拓扑优化，得到满足要求的最少材料分布，为倒角优化提供可行性;接着在参数化建模的基础上对圆倒角半径进行了尺寸优化，先采用随机搜索法获得可行解，再用函数逼近法进行寻

2、优，以得到倒角大小对结构的影响规律，对同类结构的设计具有指导和借鉴意义。关键词:仿真转台;外框架;倒角形状;结构优化中图分类号:TH122文献标识码:A文章编号:1001－2354(2011)09－0063－04作为以计算机和专用物力设备为工具，为飞行器负载安装在与内框固连的托板上。作为其重要的承力提供试验平台的专用设备，仿真转台在航空、航天和国部件，外框轴系包括轴、框架和轴承等部件，两端由电防等领域得到了广泛应用。飞行仿真转台是一种高精机驱动，与内框连接的框孔受到内框轴系的压力。将度的仿真设备，台体的结构设计和动态特性分析对转轴承进行简化处理，对

3、轴和外框架进行建模得到外框台仿真精度和可靠度有很大影响，静态变形过大会影轴系模型，转台外框轴系的结构参数及材料特性常数响整个转台的指向精度，带来测试误差，而动态特性和如表1。控制系统有关。为得到满足要求的静动态特性，需要表1外框轴系的材料特性常数在结构的设计阶段对转台采用优化的思想进行设计。弹性模量/材料密度/目前，国内一些学者对转台框架的优化设计进行材料泊松比3［1］GPa(kg/m)了探索，李国洪，田静等对三轴模拟转台的外框结构的剖面尺寸进行了优化设计，得出了在1阶固有频率(框架)ZL114680．332820［2］和静态变形约束下的最优方案;

4、卿子友提出了正交(轴)QT7001500．297300试验设计与优化设计相结合的方法，对舰载天线转台［3］良好的前处理是获得准确的有限元模型的关键，外框架中的加强筋进行了优化设计;寇淑辉等对U型外框进行了灵敏度分析，选出设计变量，之后进行了其中对某些机械结构的力学简化和边界条件的处理将［4］优化设计;郭太勇等对转台内框进行了形状优化设直接影响到建模的准确性。文中在有限元建模中应用计，得出了近似于球壳的最优结构形状。可见，转台框的关键技术有:架的优化研究多数集中在对其壁厚、宽度、厚度这些变(1)将轴承等效为4个只有刚度没有质量的弹簧量上，对于外框或内

5、框的外形倒角优化较少见，而倒角6单元，径向刚度为2.2×10N/mm，分别于X轴、Z轴成形状和尺寸大小同样对机械结构的静动态特性有一定十字分布;［5］的影响。文中对O型框架的倒角进行优化设计，先(2)约束外框孔的端盖处转动自由度和轴上除转对框架进行拓扑优化设计，然后对其进行参数化建模，动外的径向和轴向自由度;对圆倒角的半径进行了尺寸优化研究。(3)静力分析时取电机的最大输出转矩30N·m;1外框轴系的有限元静动态分析(4)内框轴系对外框的载荷处理采用在轴承孔施加函数载荷的方法。轴承孔受径向载荷的作用，径向载研究对象为某仿真转台，内框轴支承在外框架上

6、，荷按余弦规律作用于轴承孔接触处左右各60°范围*收稿日期:2010－09－28;修订日期:2011－03－20基金项目:国家自然科学基金资助项目(51075078);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(HEUF100703);哈尔滨工程大学校基金资助项目(HEUFT05037)作者简介:李秋红(1979—)，女，吉林长春人，讲师，博士研究生，研究方向:机械结构动态分析、振动及其控制。64机械设计第28卷第9期［6］内。若轴承孔的半径为R，宽度为t，径向分布载荷的合力为F，其最大分布载荷密度为p0，与F成φ角位置的载荷密度为pφ，则:π/36F

7、=t∫p0cos(1.5φ)cosφ·R·dφ=p0·R·t(1)－π/35载荷密度pφ为:(a)顶面图(b)底面图图3拓扑优化结果5Fp=·cos(1.5φ)(2)φ6R·t取倒角处沿着半径方向的节点到圆心的距离为横其载荷在轴承孔的分布规律为在轴承孔接触处左坐标，沿此路径的节点密度值分布如图4所示。由于优右各60°范围内上呈式(2)分布。化模型的初始值倒角半径取为5mm，因此0～5mm得到转台外框轴系的有限元模型如图1所示。其处无材料分布，而顶面上距离最内侧节点约24mm处侧面的载荷示意图如图2所示。对直倒角的外框进行的材料伪密度急速下降;从底面

8、看，距离最内侧节点静力分析和模态分析，得到最大变形量发生在轴的电30mm处伪密度也由1剧烈下降，但是在55mm和75机转矩