光机结构动态刚度设计.pdf

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1、·53·光机结构动态刚度设计熊保健，张妮(1．中航工业洛阳电光设备研究所，河南洛阳471009；2．中航光电科技股份有限公司，河南洛阳471003)摘要：机载光机产品的环境条件越来越严苛，提高产品抗振胜能对提高产品动态精度越来越重要。通过合理的结构设计，能够提高光机结构的动态刚度，极大的改善光机产品的动态精度、提升产品系统的整体性能。本文对光机结构动态刚度的影响因素进行了分析，并提出了提高光机结构动态刚度的措施。关键词：光机结构动态刚度静态刚度固有频率阻尼中图分类号：T}l122文献标识码：A文章编号：lO：6886(20i2)02—0053—03。DynanlicRig

2、idityDesignofOptical—mechanicalStructureXIONGBaojian，ZHANGNiAbstract：Theenvironmentoftheaviationoptical—mechanicaldetectingequipmentsbecomesmoreandmoreharder，inordertoimprovingthedynamicprecisionoftheequipments，improvingthedynamicrigidityofthestructureismoreandmoreimportant．Opti—mumstruct

3、uredesignisnecessarytoimprovingthedynamicrigidity．Inthispaper，thekeyfactorsofthedynamicrigidityareanalyzedandthemethodsofimprovingthedynamicrigidityoftheoptical—mechanicalstructurearesupplied．Keywords：optical—mechanicalstructure；dynamicrigidity；staticrigidity；naturalfrequency；damping激振力的频

4、率为系统的固有频率；阻尼比，=÷，0引言。Z．rtho在光机产品研制过程中，存在这样一类问题：光机产c为系统的粘性阻尼系数，m为系统质量。品在实验室装配时，其光机精度很高，满足系统使用要求，由式(2)可见，动态刚度主要与系统的静态刚度但在振动台上进行振动试验时，光机精度较实验室条件下K、频率比y、阻尼比有关，而且，在不同的频率比范围内，明显变差。这种现象说明光机结构系统在振动条件下的各参数对动态刚度的影响也不同。根据频率比大致分为三动态精度较差，设计中，通过提高光机结构的动态刚度来个区：准静态区、共振区和惯性区。。提高其抗振l生能，保证光机系统的动态精度。1)准静态区(y

5、<0．7)此区域内较小，可以忽略式(2)中的2，得：1动态刚度影响因素分析K(1—)(3)动态刚度是指光机结构在振动条件下激振力幅值与若y≤0．3，则取。可以看出，在准静态区内，动振幅的比值，公式表示为：态刚度和静态刚度差别不大。要提高动态刚度，应提高Fo静态刚度K，或降低频率比。KD2)惯性区(>1．3)式中：一光机结构动态刚度；一激振力幅值；一在区域内较大，故可将式(2)中的1一。取近似值为激振力方向的振幅。一，同时忽略2，得：从式(1)中可以看出，动态刚度越大，光机结构在激K研：m~o(4)振力作用下的振幅就越小，其抗振性能越强。在惯性区内，要提高动态刚度，则应提高

6、激振力的对于受简谐激振力并具有粘性阻尼的单自由度系统频率tO和增加系统的质量m。动态刚度几乎与静态刚受迫振动，其动态刚度的表达式为：度和阻尼比无关。==K、／／(1一)+(2)(2)3)共振区(0．7≤≤1．3)L此区域内，一1，激振力的频率等于或接近固有频式中：系统弹簧的静态刚度；一频率比，y=w，09为率P，结构系统产生共振。则：Ko=K(5)·54·在共振区，要提高动态刚度，就要适量增加结构系弯刚度越大，如矩形截面沿长轴方向的抗弯刚度较短轴方统的阻尼比和提高静态刚度K。也可以采取措施，扩大激向要高。在设计光机结构时，要根据其受力情况，确定结振力频率∞和固有频率P的差

7、值，使结构系统避开共振。构尺寸；b)采用空心截面，同样重量条件下，增-DItsf"形尺寸，2提高动态刚度的措施减小侧壁厚度，可以提高抗弯刚度；从第l节的分析可知，动态刚度主要与系统的静态刚c)在光机结构内腔设置纵向隔板或加强筋，根据受度、频率比、阻尼比有关，故提高光机结构的动态刚度要从力情况，将纵向隔板设置在弯曲平面内，使隔板的惯性矩这三个方面采取措施。值最大；需要说明的是，通常的光机结构均为多自由度的振d)光机结构上开孔对抗弯刚度的影响较小，开孔时动系统，其模态包含了自由振动时光机结构所具有的若干应根据受力情况合理设置，避免