陀螺稳定平台的结构设计及性能分析

admin · 发表于 2022-8-27 16:22:00

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陀螺稳定平台可用在飞行器中用于对地面上目标的搜索、观察、摄录和跟踪。本文研究的某型三轴陀螺稳定平台，是捕获跟踪目标过程中用于实现视轴指向变化的执行机构，由内中外三个机械框架、速率陀螺、加速度计敏感元件、执行电机以及伺服控制系统等组成。随着陀螺稳定平台使用功能的不断完善，其结构越来越复杂，同时还要保证在轻量化要求的前提下具有高精度、高稳定性以及高可靠性，而高精度和高稳定性也意味着平台的机械结构必须具有足够的刚度以便提高控制系统的控制带宽，因此对于平台系统的结构设计提出了越来越高的要求。本文首先对陀螺稳定平台原有样机进行了深入分析研究，提出了一套切实可行的改进设计方案，并在此基础上完成了系统各部分结构的详细设计；其次运用有限元法，在ANSYS环境下深入分析了平台主要框架零部件的强度、刚度性能，并通过仿真分析得到结构的固有频率和振型，校核了结构设计的可行性与合理性；此外，还针对结构中较为重要的钢丝滚道球轴承进行了接触特性分析，并应用分析结果解释了实际工作中出现的钢丝点蚀现象；最后，针对质量较大、结构最为复杂的横滚框进行了优化设计，选择对框架性能影响较大的几个参数作为优化变量，优化结果使得横滚框的质量降幅约为31.9%。最终得到的新一代陀螺稳定平台，不仅机械谐振频率满足设计要求，而且设计美观，功能更加完善，质量更轻、体积更小。本文设计中通过将钢丝滚道球轴承应用于陀螺稳定平台，有效解决了原有样机中存在的本体重量偏大的题目；通过不同方法提高轴系等零、组件的结构刚度，解决了机械谐振频率较低等关键题目，为同类产品的设计提供了有价值的设计参考方法。

陀螺稳定平台的结构设计及性能分析

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