羅晗

單軸FOD伺服轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)

羅晗1,2

（1.成都川哈工機(jī)器人及智能裝備產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司，四川 成都 610042；2.西南交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都 610036）

從FOD系統(tǒng)的總體需求出發(fā)，設(shè)計(jì)了一款質(zhì)量輕、體積小、可靠性強(qiáng)且定位精度高的單軸FOD轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)。根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)總體設(shè)計(jì)指標(biāo)，介紹了轉(zhuǎn)臺(tái)的工作原理，討論了轉(zhuǎn)臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，分析了轉(zhuǎn)臺(tái)在-40℃～70℃工作溫度范圍內(nèi)零件熱變形對(duì)裝配體的影響。通過(guò)SolidWorks構(gòu)建轉(zhuǎn)臺(tái)的三維模型，并使用ANSYS對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行靜力學(xué)分析和模態(tài)分析，計(jì)算出轉(zhuǎn)臺(tái)的應(yīng)變和應(yīng)力分布圖以及轉(zhuǎn)臺(tái)前6階模態(tài)頻率。分析結(jié)果表明，轉(zhuǎn)臺(tái)在工作過(guò)程中不會(huì)發(fā)生共振，結(jié)構(gòu)可靠，設(shè)計(jì)滿(mǎn)足指標(biāo)要求。

FOD轉(zhuǎn)臺(tái)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；熱特性；模態(tài)分析

FOD（Foreign Object Debris，外來(lái)物碎片）通常指出現(xiàn)在機(jī)場(chǎng)工作區(qū)域，包括滑行道、跑道等，可能損傷飛機(jī)和傷害航空工作人員的外來(lái)物體，如螺釘、塑料布、金屬片等[1]。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年FOD造成的全球民用航空直接損失和間接損失總和超過(guò)200億美元。其中，2000年法航協(xié)和號(hào)客機(jī)空難事件最為引人注意，戴高樂(lè)機(jī)場(chǎng)跑道上一條掉落的43 cm長(zhǎng)金屬薄片扎破飛機(jī)輪胎，輪胎爆炸的碎片擊中油箱，致使飛機(jī)左翼起火并墜落，直接導(dǎo)致113人喪生。中國(guó)民航每年發(fā)生FOD損傷飛機(jī)事件超過(guò)5000起，約占航空事故總數(shù)的三分之一[2]。

目前西方發(fā)達(dá)國(guó)家已推出FOD自動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)的相關(guān)產(chǎn)品，并逐步應(yīng)用到各大民用及軍用機(jī)場(chǎng)，但國(guó)內(nèi)FOD探測(cè)系統(tǒng)還處于試點(diǎn)建設(shè)階段。具體情況如表1所示[3]。

表1 國(guó)內(nèi)外主要FOD探測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)表

近年來(lái)，民用航空領(lǐng)域的快速發(fā)展極大地推進(jìn)了FOD探測(cè)系統(tǒng)的深入研究。FOD探測(cè)系統(tǒng)主要包括雷達(dá)系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、承載系統(tǒng)以及后臺(tái)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)幾個(gè)部分[4]。其中，用于承載光學(xué)系統(tǒng)和雷達(dá)部件的承載系統(tǒng)，其位置精度和速度穩(wěn)定性誤差將會(huì)直接影響FOD光學(xué)系統(tǒng)的精確成像。

因此，一款能適應(yīng)不同環(huán)境的精度高、響應(yīng)快、可靠性高、推廣性強(qiáng)的承載轉(zhuǎn)臺(tái)具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。

1 轉(zhuǎn)臺(tái)總體設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)要求

FOD探測(cè)系統(tǒng)以轉(zhuǎn)臺(tái)為支撐，根據(jù)探測(cè)異物的需要安裝于機(jī)上跑道的兩側(cè)，其探測(cè)功能能否充分發(fā)揮還依賴(lài)于轉(zhuǎn)臺(tái)本身的性能。系統(tǒng)對(duì)FOD轉(zhuǎn)臺(tái)主要性能指標(biāo)要求如表2所示。

表2 轉(zhuǎn)臺(tái)主要性能指標(biāo)

1.2 轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)主要由結(jié)構(gòu)模塊、控制系統(tǒng)和滑環(huán)組件等組成，本質(zhì)上是一個(gè)高精度閉環(huán)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。

本系統(tǒng)與上位機(jī)通過(guò)光電滑環(huán)連接，接受上位機(jī)供電，并通過(guò)光電滑環(huán)按通訊協(xié)議將上位機(jī)工作指令傳至轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)中的處理器再將控制信號(hào)傳輸至電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中，控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)本體實(shí)現(xiàn)歸零、扇掃、駐留等功能，并根據(jù)通訊協(xié)議反饋狀態(tài)信息。

圖1 轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)工作原理圖

轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)加兩級(jí)減速的方式完成對(duì)方位轉(zhuǎn)臺(tái)本體的驅(qū)動(dòng)，后端采用多圈絕對(duì)值編碼器進(jìn)行位置反饋，構(gòu)成位置閉環(huán)回路，保證了系統(tǒng)的定位精度要求。

1.3 轉(zhuǎn)臺(tái)總體機(jī)構(gòu)方案

轉(zhuǎn)臺(tái)總體方案中除控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)外，還有整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為了滿(mǎn)足FOD探測(cè)系統(tǒng)的使用功能和技術(shù)指標(biāo)，轉(zhuǎn)臺(tái)外部結(jié)構(gòu)采用立式接口，軸線(xiàn)與轉(zhuǎn)動(dòng)方向垂直，上端連接防護(hù)罩、光學(xué)及雷達(dá)設(shè)備，下端與安裝座和電源插接件連接，如圖2所示。當(dāng)探測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)部分帶動(dòng)光學(xué)及雷達(dá)設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)，其余部分與地面保持相對(duì)靜止。此種方式轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、剛度好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于安裝和拆卸。

轉(zhuǎn)臺(tái)本體結(jié)構(gòu)除了考慮本身重量和負(fù)載承受能力，同時(shí)還需要為電機(jī)、編碼器、雷達(dá)系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)等部件提供安裝位置。

圖2 FOD探測(cè)系統(tǒng)示意圖

轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)行時(shí)需要進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)工作，因此內(nèi)部使用光電滑環(huán)傳遞方位信號(hào)和上電，在中心軸套內(nèi)部設(shè)計(jì)滑環(huán)安裝孔位，通過(guò)此器件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)與上位機(jī)之間的信號(hào)傳遞。

根據(jù)“高精度、快響應(yīng)、適用環(huán)境廣”的原則，在進(jìn)行本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量保證質(zhì)心與旋轉(zhuǎn)中心重合，減少旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的偏心載荷，并降低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。轉(zhuǎn)臺(tái)本體選用6061鋁合金材料，其加工性能和抗腐蝕性良好，并且韌性高、變形量小、重量輕，在保證轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)能有效減輕重量，從而提升轉(zhuǎn)臺(tái)響應(yīng)速度[5]。

2 轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)

2.1 轉(zhuǎn)臺(tái)主體零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要包括上底座、下底座、傳動(dòng)齒輪副、軸系零件等。外購(gòu)件包括步進(jìn)電機(jī)、行星減速機(jī)、滑環(huán)和編碼器等。

圖3 轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

上底座是轉(zhuǎn)臺(tái)主體零件，作為編碼器、電機(jī)以及軸系零件的安裝基體。下底座作為轉(zhuǎn)臺(tái)的下端支撐件，其內(nèi)腔與內(nèi)齒圈外徑采用過(guò)盈安裝，外部與安裝座連接。轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)部軸系使用一對(duì)軸承定位旋轉(zhuǎn)軸心，軸承內(nèi)外圈分別與上底座和中心軸套過(guò)盈配合，并通過(guò)中心軸套端面軸肩壓緊下底座。然后將電機(jī)組件和編碼器組件與上底座安裝孔過(guò)盈配合，通過(guò)上底座的加工精度保證定位精度。轉(zhuǎn)臺(tái)使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，且要求在低溫啟動(dòng)時(shí)輸出速度較低，輸出力矩卻較大，因而不宜采用直接驅(qū)動(dòng)的方式。在電機(jī)輸出端連接高精度行星減速機(jī)并配備小齒輪與內(nèi)齒圈嚙合形成多級(jí)增扭結(jié)構(gòu)。大直徑齒輪傳動(dòng)在往復(fù)定位過(guò)程中存在回程誤差，影響定位精度[6]，因此為了提高轉(zhuǎn)臺(tái)的跟蹤精度，在回饋端的齒輪副中采用雙薄片錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)傳動(dòng)誤差，并采用15 bit分辨率絕對(duì)值編碼器反饋角度信息。

2.2 電機(jī)選型計(jì)算

采用步進(jìn)電機(jī)作為轉(zhuǎn)臺(tái)完成跟蹤和定位運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源，一方面需要考慮光電設(shè)備的負(fù)載重量，另外還需考慮運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦載荷和風(fēng)阻載荷。但由于整個(gè)FOD系統(tǒng)尺寸較小，外部使用圓弧形防風(fēng)罩，因此風(fēng)阻載荷可忽略不計(jì)。

（1）慣性負(fù)載力矩

轉(zhuǎn)臺(tái)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，本身質(zhì)量以及負(fù)載會(huì)產(chǎn)生慣性載荷，則[2]：

M＝（1）

式中：M為慣性載荷力矩，N·m；為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2，最大為3；為角加速度，rad/s2，最大為5。

計(jì)算得：M＝15 N·m。

（2）摩擦負(fù)載力矩

在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)部件會(huì)產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦，則[7]：

M＝（2）

式中：M為摩擦負(fù)載力矩，N·m；為滾動(dòng)摩擦系數(shù)，＝0.4 mm；為負(fù)載質(zhì)量，＝14 kg；為重力加速度，取9.8 m/s2。

計(jì)算得：M＝0.0548 N·m。

最終在進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)選型時(shí)，需考慮慣性負(fù)載力矩和摩擦負(fù)載力矩的總和，并保留設(shè)計(jì)安全裕度，一般可取2倍，即：

＝2(M＋M) （3）

式中：為驅(qū)動(dòng)力矩，N·m。

計(jì)算得：＝30.1096 N·m。

由于轉(zhuǎn)臺(tái)采用兩級(jí)減速，減速比＝80:1，因此電機(jī)力矩M＝/＝0.376372 N·m。通過(guò)調(diào)研最終選擇力矩0.4 N·m的42步進(jìn)電機(jī)。

2.3 轉(zhuǎn)臺(tái)熱特性分析

FOD轉(zhuǎn)臺(tái)安裝在不同的戶(hù)外機(jī)場(chǎng)，地域不同、地理環(huán)境復(fù)雜、氣候多樣，不同緯度地域的極端環(huán)境溫差可達(dá)80℃～90℃。根據(jù)材料的物理特性，溫度變化會(huì)導(dǎo)致材料的體積發(fā)生變化。當(dāng)零件不受邊界條件約束時(shí)，隨溫度變化產(chǎn)生的自由變形被稱(chēng)作熱變形；當(dāng)零件受邊界條件約束時(shí)，隨溫度變化不能自由變形而產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力，被稱(chēng)作熱應(yīng)力[8]。因此有必要對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行熱特性分析，了解材料、零件結(jié)構(gòu)與變形量和熱應(yīng)力之間的相關(guān)數(shù)據(jù)，保證轉(zhuǎn)臺(tái)在復(fù)合環(huán)境下工作的穩(wěn)定性。因篇幅關(guān)系不具體闡述熱應(yīng)力。

溫度與變形量的關(guān)系為[9]：

Δ＝Δ（4）

式中：Δ為變形量，m；為材料線(xiàn)性膨脹系數(shù)，1/℃；為物體在熱膨脹方向上的長(zhǎng)度，m；Δ為溫度變化量，即物體的末時(shí)溫度與初始溫度之差，℃。

綜合環(huán)境和使用要求，本轉(zhuǎn)臺(tái)選用材料及其物理性質(zhì)如表3所示。

表3 轉(zhuǎn)臺(tái)主要零件材料及其物理性質(zhì)

一維轉(zhuǎn)臺(tái)根據(jù)裝配關(guān)系主要考慮徑向的熱變形過(guò)程，根據(jù)式（4）并結(jié)合產(chǎn)品的零件尺寸，在分析過(guò)程中以室溫+20℃為基準(zhǔn)溫度，對(duì)承載系統(tǒng)各重要部件及整體在較高溫度+70℃和較低溫度-40℃的熱變形進(jìn)行定量或定性分析。

根據(jù)式（4）以及表3計(jì)算出重要零件熱變形對(duì)配合的影響如表4所示。

（1）上底座與軸承外圈配合

軸承安裝在上底座軸承座孔內(nèi)，在常溫20℃時(shí)為過(guò)盈裝配，過(guò)盈量為0.035 mm。根據(jù)計(jì)算，溫度在-40℃～70℃范圍內(nèi)，軸承的熱變形量都小于上底座的熱變形，在高溫時(shí)上底座內(nèi)孔變形量大于軸承外徑變形量，但處于過(guò)盈范圍內(nèi)，所以整個(gè)溫度范圍內(nèi)都是過(guò)盈狀態(tài)，避免軸承與上底座松脫失效。

（2）中心軸套與軸承內(nèi)圈配合

中心軸套安裝在軸承內(nèi)孔中，為減少設(shè)計(jì)時(shí)旋轉(zhuǎn)中心軸的定位誤差，在常溫20℃時(shí)兩個(gè)零件采用過(guò)盈配合，過(guò)盈量在0.004～0.01 mm。根據(jù)計(jì)算，溫度在-40℃～70℃范圍內(nèi)，軸承的熱變形量都小于中心軸套外徑的熱變形，低溫時(shí)中心軸套變形量大于軸承內(nèi)孔變形量，但變形量在過(guò)盈范圍內(nèi)，所以整個(gè)溫度范圍都處于過(guò)盈狀態(tài)，避免軸承與中心軸套松脫。

（3）編碼器部件檢測(cè)齒輪副的變形量

現(xiàn)階段轉(zhuǎn)臺(tái)齒輪副采用標(biāo)準(zhǔn)7級(jí)精度直齒圓柱齒輪，設(shè)計(jì)齒頂隙為0.25 mm，齒輪副回轉(zhuǎn)時(shí)存在間隙，根據(jù)計(jì)算得到檢測(cè)齒輪副的側(cè)隙為0.094～0.312 mm，此處采用柔性消隙齒輪，可補(bǔ)償熱變形量和齒輪副側(cè)隙，確保檢測(cè)精度。

表4 變形對(duì)配合的影響

2.4 轉(zhuǎn)臺(tái)控制軟件設(shè)計(jì)

此轉(zhuǎn)臺(tái)的控制軟件主要是針對(duì)STM32處理器中的程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制功能的核心。轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)主要包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、通信模塊、位置標(biāo)定、PID控制、溫度檢測(cè)模塊、傾角監(jiān)測(cè)模塊、故障反饋模塊等。具體組成框架構(gòu)思如圖4所示。

圖4 控制軟件構(gòu)架圖

各主要模塊功能簡(jiǎn)介如下：

（1）上電自檢模塊：轉(zhuǎn)臺(tái)上電后，根據(jù)程序設(shè)定進(jìn)行自檢，旋轉(zhuǎn)一定角度后再回歸零位置，然后將自檢結(jié)果上報(bào)至上位機(jī)，等待上位機(jī)的工作指令；

（2）零位置標(biāo)定模塊：轉(zhuǎn)臺(tái)采用絕對(duì)值編碼器，可以實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)，在任意位置進(jìn)行零位置標(biāo)定，并設(shè)置為起始點(diǎn)；

（3）PID控制模塊：根據(jù)上位機(jī)指令，控制電機(jī)完成正反轉(zhuǎn)、啟停等動(dòng)作，使轉(zhuǎn)臺(tái)完成扇掃、駐留、半圓掃、多點(diǎn)駐留等動(dòng)作；

（4）通信模塊：接收上位機(jī)指令，并將轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)時(shí)位置信號(hào)、溫度以及傾角信號(hào)反饋至上位機(jī)；

（5）故障反饋模塊：當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)超載或編碼器故障時(shí)，反饋故障信號(hào)至上位機(jī)。

3 轉(zhuǎn)臺(tái)仿真分析

單軸轉(zhuǎn)臺(tái)的外形結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜。因此在靜力學(xué)仿真分析時(shí)需要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化[10]。在不影響狀態(tài)結(jié)構(gòu)力學(xué)特性和仿真分析結(jié)果的前提下，對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)零件的螺紋孔、倒角進(jìn)行去除，提高運(yùn)算速度；對(duì)軸承等部件在不影響仿真準(zhǔn)確性的前提下進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。

3.1 轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析

將需要分析的轉(zhuǎn)臺(tái)模型，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化處理后導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行靜力學(xué)分析。轉(zhuǎn)臺(tái)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化后再進(jìn)行網(wǎng)格劃分的模型如圖5所示。

轉(zhuǎn)臺(tái)網(wǎng)格劃分正確，節(jié)點(diǎn)總數(shù)2996361，單元總數(shù)1689049。再根據(jù)實(shí)際工況設(shè)定轉(zhuǎn)臺(tái)靜態(tài)受力的邊界約束條件，對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)上部邊緣添加140 N的力，對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)下底座施加方向約束。計(jì)算得到應(yīng)變、應(yīng)力結(jié)果如圖6、圖7所示。

圖5 轉(zhuǎn)臺(tái)網(wǎng)格化后示意圖

圖6 轉(zhuǎn)臺(tái)應(yīng)變圖

圖7 轉(zhuǎn)臺(tái)應(yīng)力圖

由計(jì)算結(jié)果可看出，轉(zhuǎn)臺(tái)在負(fù)載140 N的情況下，其主要承載部件變形量為0.007 mm，與直徑45 mm的中心軸的比值為0.007/45＝1.6×10-4，變形完全可忽略，結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足剛度要求；轉(zhuǎn)臺(tái)主體部件采用6061鋁料加工成型，其許用應(yīng)力為5.5×107Pa，計(jì)算分析轉(zhuǎn)臺(tái)最大應(yīng)力為1.279×107Pa，兩者比值為4.3，即安全系數(shù)大于2，則轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。

3.2 轉(zhuǎn)臺(tái)模態(tài)分析

模態(tài)分析是一種研究結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的方法，主要研究機(jī)構(gòu)在無(wú)阻尼條件下自身的固有振動(dòng)特性[11]。為排除轉(zhuǎn)臺(tái)本身的振動(dòng)頻率與外界的輸入頻率產(chǎn)生共振造成產(chǎn)品損壞，對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析[12]。前6階固有頻率振型如圖8所示，整理振型圖得到轉(zhuǎn)臺(tái)固有頻率如表5所示。

表5 轉(zhuǎn)臺(tái)固有頻率表

由模態(tài)分析可知，轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)在前6階振型中的固有頻率范圍為717.52～1562 Hz，外部激勵(lì)頻率小于300 Hz，因此轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足指標(biāo)要求，保證了其在工作時(shí)的可靠性和穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語(yǔ)

FOD轉(zhuǎn)臺(tái)是集機(jī)械結(jié)構(gòu)、伺服控制系統(tǒng)和光電傳輸?shù)饶K于一身的復(fù)雜系統(tǒng)。傳動(dòng)齒輪副中采用消隙結(jié)構(gòu)，并在信號(hào)檢測(cè)反饋端連接高精度編碼器，具有原理簡(jiǎn)單、裝配方便、性能可靠的特點(diǎn)。伺服系統(tǒng)以STM32處理器為控制核心，通過(guò)上位機(jī)指令實(shí)現(xiàn)對(duì)單軸轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制、串口通信以及狀態(tài)監(jiān)測(cè)等功能。在綜合機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)內(nèi)部調(diào)試和外場(chǎng)試用驗(yàn)證了轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)方案的可靠性和可實(shí)施性。

本文主要進(jìn)行了以下工作：

（1）闡述了轉(zhuǎn)臺(tái)的工作原理、總體方案和局部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)選型情況；

（2）通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)靜力學(xué)仿真，計(jì)算出其主要承載部件在負(fù)載條件下的變形和應(yīng)力分布；

（3）通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的模態(tài)分析，計(jì)算出前6階振型的固有頻率，通過(guò)對(duì)比外部激勵(lì)頻率，驗(yàn)證其工作的可靠性和穩(wěn)定性。

通過(guò)分析研究，后期轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)可進(jìn)一步在輕質(zhì)化、溫度適應(yīng)性和高精度等方面進(jìn)行優(yōu)化。

圖8 轉(zhuǎn)臺(tái)前6階模態(tài)分析振型圖

[1]姚紅宇，唐海軍，盧賢鋒，等. FOD防范手冊(cè)[M]. 北京：中國(guó)民用航空局，2009：1-5.

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Design of Uni-Axial FOD Servo Turntable

LUO Han1,2

( 1.Chengdu CHG Robots &Intelligent Equipment Institute,Chengdu 610042, China;2.School of Mechanical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610036, China)

A light-weight and miniature uni-axial FOD turntable system with high stability and locative accuracy is designed based on the overall requirements of FOD system. Upon the design indicators, we elaborate the functional theory, mechanical structure and control system design method of the turntable and analyze the impact of the components thermal deformation on assembly in the operating temperature range between -40℃and 70℃. We adopt SolidWorks to form the turntable’s 3D model and use ANSYS software to make the statics and modal analysis. The strain and stress pattern and the first six-rank modal frequency of the turntable is calculated. The result indicates that resonance does not occur during the operation. Therefore, the structure is reliable and the design meets the indication requirements.

FOD turntable；system design；thermal property；modal analysis

TN820.3

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2021.12.005

1006-0316 (2021) 12-0036-07

2021-04-26

四川省科技創(chuàng)新人才項(xiàng)目（2020JDRC0149）

羅晗（1989－），男，四川南充人，碩士研究生，工程師，主要研究方向?yàn)橹悄苎b備設(shè)計(jì)，E-mail：396722074@qq.com。