【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于转台设计，具体涉及一种提高转台刚度的优化方法。
技术介绍
1、二维转台、吊舱等复杂机械装配设备在使用时对整体模态频率及装配体刚度有要求。例如，卫星用转台需要转台机构具有足够高的刚度抵抗外界环境的干扰，并避免与其他机构的基频耦合，因此，在设计阶段就需要保障转台的结构刚度和基频达到设计要求。
2、目前，转台的结构较为复杂，具体体现在构件(部件)的数量较多、形状各异及连接关系复杂，而转台的结构刚度体则现在作为载荷传递及支撑的具体构件，比如轴承转接等。但现有技术在设计阶段无法理论计算分析复杂机械装配体的刚度及频率并找到薄弱环节，例如，单独仿真也只能得到系统模态频率结果及加载形变形量，试验测试阶段进行特征扫频得到转台的固有频率也无法辨识出转台刚度薄弱环节。
3、另外，公开号为cn105574223a的专利文献就公开了一种基于cae动力学分析的转台结构优化设计方法，其包括初步确定形状尺寸壁厚布局、转台结构分解、部件初步分析、设计值第一次检验、整体再次分析和设计值第二次检验步骤。该方法利用cae技术对各个模块进行振动分析得到其固有频率和振型，对振型量偏大的位置处采用加强筋或结构变形的方式提高固有频率。利用cae分析整体模型固有频率、应力应变，找出薄弱环节，通过改变结构尺寸，壁厚等参数使应力应变值满足许用应力值范围内。但经专利技术人仔细分析发现，该方法仍然存在如下技术问题：
4、1、该方法需要对每个部件进行模态及谐响应分析，再迭代计算，工作量较大，同时无法比较各个部件对转台整体刚度贡献量。>
5、2、转台的薄弱环节可能是部件中的某一局部结构，但该方法不能准确辨识出对整体刚度影响最大的最小刚度结构部位。
6、3、该方法分别对各个部件进行模态及谐响应分析的谐波载荷，与实际整体装配的约束及加载载荷位置方向可能不同，导致其准确性较差。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供了一种提高转台刚度的优化方法，本专利技术通过转台设计阶段的理论与仿真相结合，能够对转台与各构件的刚度进行定量分析，从而针对性地找出转台刚度的薄弱部位并进行优化加强，解决了现有技术无法辨识出转台刚度薄弱部位并有效优化的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种提高转台刚度的优化方法，其包括以下步骤：
4、步骤s1：对转台进行三维建模，在有限元分析软件中对转台模型进行前处理，前处理后在转台模型的顶面及各构件之间的装配面上形成结构节点；
5、步骤s2：约束转台模型的底面，在转台模型顶面的负载位置加载扭矩负载t/力负载f；
6、步骤s3：分别在转台模型的顶面上和各装配面上设置耦合节点，并使顶面上的耦合节点与顶面上的结构节点耦合，以及使装配面上的耦合节点与装配面上的结构节点耦合；然后对转台模型进行静力学分析，分别提取顶面和各装配面在三个正交坐标系方向的平动位移s及角度位移θ；
7、步骤s4：根据转台模型顶面的扭矩负载t和角度位移θ/根据转台模型顶面的力负载f和平动位移s计算转台顶面以下结构的第一刚度，根据各装配面的扭矩负载t和角度位移θ计算各装配面以下结构的第二刚度；
8、步骤s5：根据第一刚度和第二刚度分别计算出顶面与装配面之间、各装配面之间、以及装配面与底面之间的构件刚度；
9、步骤s6：将各构件刚度进行对比，判定最小构件刚度所对应构件为转台刚度薄弱部位，并对转台刚度薄弱部位进行优化加强；
10、步骤s7：优化加强后计算加载扭矩负载t/力负载f方向下的转台频率，并将转台频率与转台模型的一阶频率f进行对比校核，若转台频率大于一阶频率f，优化完成；若转台频率小于一阶频率f，则重复步骤s4-s6，直至转台频率大于一阶频率f为止。
11、步骤s4中，根据转台的实际结构，按转台的顶面、各装配面和底面的排列顺序将转台模型依次分为i个面，设定顶面为面1，各装配面按顺序排列直到底面为面i+1，则：
12、转台顶面以下结构的第一刚度的计算公式为：
13、或
14、式中，k1为转台顶面以下结构的第一刚度；θ1为转台顶面的角度位移；
15、各装配面以下结构的第二刚度的计算公式为：
16、
17、式中，ki为转台顶面以下结构的第一刚度。
18、步骤s5中，顶面与装配面之间、各装配面之间、以及装配面与底面之间的构件刚度的计算公式为：
19、
20、式中，k(i-1)i为面i-1与面i之间的各个构件的构件刚度。
21、步骤s7中，约束转台模型的底面，对转台模型进行模态分析，通过仿真获得一阶频率f。
22、步骤s7中，转台频率的计算方法为：
23、
24、式中，f1为转台频率，j为转动惯量。
25、步骤s1中，所述的前处理包括依次进行的结构简化处理、材料设置处理、接触设置处理和划分网格处理，划分网格处理后在转台模型的顶面及各构件之间的装配面上形成结构节点。
26、步骤s3中，装配面包括两个相对面，耦合节点设置在任意一个具有结构节点的相对面上。
27、步骤s3中，顶面上和各装配面上耦合节点的数量各1个。
28、步骤s3中，提取平动位移s及角度位移θ时顶面及各装配面与加载扭矩负载t/力负载f的方向一致。
29、采用本专利技术的优点在于：
30、1、本专利技术通过转台设计阶段的理论与仿真相结合，能够对转台整体进行静力及模态分析，只需要一次静力仿真就能对转台与各构件的刚度进行定量分析，从而针对性地分析计算出各部件对整体刚度的影响，方法简洁并减少了大量仿真计算时间，在设计阶段即可针对性地找出转台刚度的薄弱部位并进行优化加强，具有计算过程简单、方法简洁有效、不用将部件单个分析、准确性更高、优化效果好及节省成本的优点。
31、2、本专利技术通过理论与仿真相结合，其实施过程有理论支撑且有有限元仿真的计算精度保证，准确性更高。
32、3、本专利技术不仅适用于转台刚度薄弱部位的分析及优化加强，还适用于其他串联装配体结构的刚度薄弱部位的分析及优化加强。
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1.一种提高转台刚度的优化方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种提高转台刚度的优化方法，其特征在于：步骤S4中，根据转台的实际结构，按转台的顶面、各装配面和底面的排列顺序将转台模型依次分为i个面，设定顶面为面1，各装配面按顺序排列直到底面为面i+1，则：
3.根据权利要求2所述的一种提高转台刚度的优化方法，其特征在于：步骤S5中，顶面与装配面之间、各装配面之间、以及装配面与底面之间的构件刚度的计算公式为：
4.根据权利要求1所述的一种提高转台刚度的优化方法，其特征在于：步骤S7中，约束转台模型的底面，对转台模型进行模态分析，通过仿真获得一阶频率f。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的一种提高转台刚度的优化方法，其特征在于：步骤S7中，转台频率的计算方法为：
6.根据权利要求1所述的一种提高转台刚度的优化方法，其特征在于：步骤S1中，所述的前处理包括依次进行的结构简化处理、材料设置处理、接触设置处理和划分网格处理，划分网格处理后在转台模型的顶面及各构件之间的装配面上形成结构节点。
7.根
8.根据权利要求1所述的一种提高转台刚度的优化方法，其特征在于：步骤S3中，顶面上和各装配面上耦合节点的数量各1个。
9.根据权利要求1所述的一种提高转台刚度的优化方法，其特征在于：步骤S3中，提取平动位移S及角度位移θ时顶面及各装配面与加载扭矩负载T/力负载F的方向一致。
...【技术特征摘要】
1.一种提高转台刚度的优化方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种提高转台刚度的优化方法，其特征在于：步骤s4中，根据转台的实际结构，按转台的顶面、各装配面和底面的排列顺序将转台模型依次分为i个面，设定顶面为面1，各装配面按顺序排列直到底面为面i+1，则：
3.根据权利要求2所述的一种提高转台刚度的优化方法，其特征在于：步骤s5中，顶面与装配面之间、各装配面之间、以及装配面与底面之间的构件刚度的计算公式为：
4.根据权利要求1所述的一种提高转台刚度的优化方法，其特征在于：步骤s7中，约束转台模型的底面，对转台模型进行模态分析，通过仿真获得一阶频率f。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的一种提高转台刚度的优化方法，其特征在于：步骤s7中，转...
【专利技术属性】
技术研发人员：武春风，
申请(专利权)人：航天科工微电子系统研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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