基于標(biāo)準(zhǔn)軸承的小型彈道相機(jī)垂直軸系設(shè)計(jì)

摘 要：為適應(yīng)小型彈道相機(jī)研制周期短、模塊化、小型輕便的要求，基于商業(yè)化程度較高的標(biāo)準(zhǔn)軸承設(shè)計(jì)了小型彈道相機(jī)的垂直軸系。垂直軸系使用高精度背對背角接觸球軸承，背對背角接觸球軸承內(nèi)外環(huán)均采用過盈設(shè)計(jì)。實(shí)際使用結(jié)果表明：垂直軸系晃動(dòng)小于1.5''，可以滿足小型彈道相機(jī)的垂直軸系精度要求。

關(guān)鍵詞：小型彈道相機(jī) 垂直軸系 標(biāo)準(zhǔn)軸承

中圖分類號(hào)：TH761.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）02（c）-0058-01

彈道相機(jī)是集光學(xué)、機(jī)械、電子和計(jì)算機(jī)多學(xué)科高技術(shù)集成的光學(xué)測量儀器，在靶場上應(yīng)用較多，它是靶場上功能齊全的設(shè)備之一。為了滿足靈活布站和機(jī)動(dòng)性的要求，對彈道相機(jī)的重量和體積都提出了較為嚴(yán)格的要求[1-2]，同時(shí)對加工周期、性能和成本也提出了一定要求。垂直軸系是彈道相機(jī)的基礎(chǔ)和主要承載部件，它是彈道相機(jī)方位旋轉(zhuǎn)的軸線，垂直軸系精度是彈道相機(jī)指向精度的基礎(chǔ)，垂直軸系誤差不僅影響測角誤差，而且對橫軸差、照準(zhǔn)差和零位差也有一定的影響。對于小型彈道相機(jī)，由于批量大，加工周期短，采用商業(yè)化程度較高的標(biāo)準(zhǔn)軸承是唯一選擇。在小型彈道相機(jī)中采用標(biāo)準(zhǔn)軸承不僅使加工成本減少，減小了彈道相機(jī)的重量和體積，縮短了研制周期，使維護(hù)和保養(yǎng)也比較容易。

彈道相機(jī)的軸系主要有垂直軸系和水平軸系，垂直軸是彈道相機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)過程中軸線不得晃動(dòng)和移動(dòng)，要具有較好的定向精度。文中介紹了采用標(biāo)準(zhǔn)軸承的小型彈道相機(jī)垂直軸系設(shè)計(jì)，采用標(biāo)準(zhǔn)背對背角接觸球軸承，經(jīng)實(shí)際使用該垂直軸系能滿足使用要求。

1 垂直軸系設(shè)計(jì)

垂直軸系主要由調(diào)平機(jī)構(gòu)、抗扭薄膜組件、底座、方位編碼器、止推軸承、徑向軸承、手動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)和手動(dòng)微調(diào)機(jī)構(gòu)等組成。一般彈道相機(jī)垂直軸系是采用平面軸系，平面軸系支撐點(diǎn)是滾動(dòng)磨擦，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，磨損小，壽命長，對溫度變化不敏感，低溫不致發(fā)生咬死現(xiàn)象，承載能力強(qiáng)，精度高。但平面軸系加工周期長、加工難度大、加工成本也較高，儀器體積也較大[3-4]。

采用標(biāo)準(zhǔn)軸承的垂直軸系，軸承選用精密級(jí)雙聯(lián)背對背角接觸球軸承作為支撐，垂直軸系結(jié)構(gòu)圖見圖1所示。雙聯(lián)角接觸球軸承內(nèi)外環(huán)均采用預(yù)載過盈裝配，使軸承帶負(fù)的運(yùn)轉(zhuǎn)游隙。為了提高垂直軸系的精度，增加背對背角接觸球軸承的支撐點(diǎn)距離，在兩個(gè)背對背角接觸球軸承內(nèi)環(huán)之間加一過渡軸套，過渡軸套應(yīng)有較高的形位公差要求，否則會(huì)不僅不能提高精度，還會(huì)破壞原有的精度。由于背對背角接觸球軸承傾斜剛度較差，它所支撐的負(fù)載對垂直軸系應(yīng)有較好的平衡。為了提高背對背角接觸球軸承傾斜剛度，可適當(dāng)加大背對背角接觸球軸承內(nèi)環(huán)之間的過盈量，過盈量太大會(huì)導(dǎo)致精度略微下降，同時(shí)垂直軸運(yùn)動(dòng)發(fā)滯而影響儀器的使用，在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)總體要求綜合考慮。為降低儀器重量，底座采用鑄鋁，軸和軸承外環(huán)軸套采用了與軸承材料相同的鋼材料，以保證溫度變化對軸系精度不產(chǎn)生影響。

傳統(tǒng)彈道相機(jī)采用短焦距大視場攝像系統(tǒng)，工作模式為守候式測量?，F(xiàn)代彈道相機(jī)不僅可以實(shí)現(xiàn)守候時(shí)測量，還要求像經(jīng)緯儀一樣進(jìn)行跟蹤測量。垂直軸系由于載荷重且轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，其剛度將對彈道相機(jī)的跟蹤性能產(chǎn)生影響，尤其標(biāo)準(zhǔn)軸承傾斜剛度不如平面軸系，因此需采用UG進(jìn)行三維建模進(jìn)行有限元分析，通過模態(tài)分析得到垂直軸系前三階固有頻率及振型，找到剛度薄弱環(huán)節(jié)，指導(dǎo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 垂直軸系精度分析

3 結(jié)語

該文介紹了基于標(biāo)準(zhǔn)軸承的垂直軸系設(shè)計(jì)，對小型光電經(jīng)緯儀和彈道相機(jī)等相關(guān)設(shè)備提供了理論參考和技術(shù)基礎(chǔ)。垂直軸系誤差都可達(dá)到小于1.5''，可以滿足小型光電經(jīng)緯儀和彈道相機(jī)的垂直軸系精度要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙學(xué)顏，李迎春.靶場光學(xué)測量[J].裝備指揮技術(shù)學(xué)院，2000（5）：4-35.

[2] 孟慶華.采用標(biāo)準(zhǔn)軸承的光電經(jīng)緯儀水平軸系設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013（24）.

[3] 類成華，王首印，李延偉.某經(jīng)緯儀垂直軸系剛度分析[J].計(jì)算機(jī)仿真，2008，25（4）：313-316.

[4] 王濤，唐杰，宋力維.某經(jīng)緯儀垂直軸系的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].長春理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，33（3）：14-16.endprint

摘 要：為適應(yīng)小型彈道相機(jī)研制周期短、模塊化、小型輕便的要求，基于商業(yè)化程度較高的標(biāo)準(zhǔn)軸承設(shè)計(jì)了小型彈道相機(jī)的垂直軸系。垂直軸系使用高精度背對背角接觸球軸承，背對背角接觸球軸承內(nèi)外環(huán)均采用過盈設(shè)計(jì)。實(shí)際使用結(jié)果表明：垂直軸系晃動(dòng)小于1.5''，可以滿足小型彈道相機(jī)的垂直軸系精度要求。

關(guān)鍵詞：小型彈道相機(jī) 垂直軸系 標(biāo)準(zhǔn)軸承

中圖分類號(hào)：TH761.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）02（c）-0058-01

彈道相機(jī)是集光學(xué)、機(jī)械、電子和計(jì)算機(jī)多學(xué)科高技術(shù)集成的光學(xué)測量儀器，在靶場上應(yīng)用較多，它是靶場上功能齊全的設(shè)備之一。為了滿足靈活布站和機(jī)動(dòng)性的要求，對彈道相機(jī)的重量和體積都提出了較為嚴(yán)格的要求[1-2]，同時(shí)對加工周期、性能和成本也提出了一定要求。垂直軸系是彈道相機(jī)的基礎(chǔ)和主要承載部件，它是彈道相機(jī)方位旋轉(zhuǎn)的軸線，垂直軸系精度是彈道相機(jī)指向精度的基礎(chǔ)，垂直軸系誤差不僅影響測角誤差，而且對橫軸差、照準(zhǔn)差和零位差也有一定的影響。對于小型彈道相機(jī)，由于批量大，加工周期短，采用商業(yè)化程度較高的標(biāo)準(zhǔn)軸承是唯一選擇。在小型彈道相機(jī)中采用標(biāo)準(zhǔn)軸承不僅使加工成本減少，減小了彈道相機(jī)的重量和體積，縮短了研制周期，使維護(hù)和保養(yǎng)也比較容易。

彈道相機(jī)的軸系主要有垂直軸系和水平軸系，垂直軸是彈道相機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)過程中軸線不得晃動(dòng)和移動(dòng)，要具有較好的定向精度。文中介紹了采用標(biāo)準(zhǔn)軸承的小型彈道相機(jī)垂直軸系設(shè)計(jì)，采用標(biāo)準(zhǔn)背對背角接觸球軸承，經(jīng)實(shí)際使用該垂直軸系能滿足使用要求。

1 垂直軸系設(shè)計(jì)

垂直軸系主要由調(diào)平機(jī)構(gòu)、抗扭薄膜組件、底座、方位編碼器、止推軸承、徑向軸承、手動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)和手動(dòng)微調(diào)機(jī)構(gòu)等組成。一般彈道相機(jī)垂直軸系是采用平面軸系，平面軸系支撐點(diǎn)是滾動(dòng)磨擦，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，磨損小，壽命長，對溫度變化不敏感，低溫不致發(fā)生咬死現(xiàn)象，承載能力強(qiáng)，精度高。但平面軸系加工周期長、加工難度大、加工成本也較高，儀器體積也較大[3-4]。

采用標(biāo)準(zhǔn)軸承的垂直軸系，軸承選用精密級(jí)雙聯(lián)背對背角接觸球軸承作為支撐，垂直軸系結(jié)構(gòu)圖見圖1所示。雙聯(lián)角接觸球軸承內(nèi)外環(huán)均采用預(yù)載過盈裝配，使軸承帶負(fù)的運(yùn)轉(zhuǎn)游隙。為了提高垂直軸系的精度，增加背對背角接觸球軸承的支撐點(diǎn)距離，在兩個(gè)背對背角接觸球軸承內(nèi)環(huán)之間加一過渡軸套，過渡軸套應(yīng)有較高的形位公差要求，否則會(huì)不僅不能提高精度，還會(huì)破壞原有的精度。由于背對背角接觸球軸承傾斜剛度較差，它所支撐的負(fù)載對垂直軸系應(yīng)有較好的平衡。為了提高背對背角接觸球軸承傾斜剛度，可適當(dāng)加大背對背角接觸球軸承內(nèi)環(huán)之間的過盈量，過盈量太大會(huì)導(dǎo)致精度略微下降，同時(shí)垂直軸運(yùn)動(dòng)發(fā)滯而影響儀器的使用，在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)總體要求綜合考慮。為降低儀器重量，底座采用鑄鋁，軸和軸承外環(huán)軸套采用了與軸承材料相同的鋼材料，以保證溫度變化對軸系精度不產(chǎn)生影響。

傳統(tǒng)彈道相機(jī)采用短焦距大視場攝像系統(tǒng)，工作模式為守候式測量。現(xiàn)代彈道相機(jī)不僅可以實(shí)現(xiàn)守候時(shí)測量，還要求像經(jīng)緯儀一樣進(jìn)行跟蹤測量。垂直軸系由于載荷重且轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，其剛度將對彈道相機(jī)的跟蹤性能產(chǎn)生影響，尤其標(biāo)準(zhǔn)軸承傾斜剛度不如平面軸系，因此需采用UG進(jìn)行三維建模進(jìn)行有限元分析，通過模態(tài)分析得到垂直軸系前三階固有頻率及振型，找到剛度薄弱環(huán)節(jié)，指導(dǎo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 垂直軸系精度分析

3 結(jié)語

該文介紹了基于標(biāo)準(zhǔn)軸承的垂直軸系設(shè)計(jì)，對小型光電經(jīng)緯儀和彈道相機(jī)等相關(guān)設(shè)備提供了理論參考和技術(shù)基礎(chǔ)。垂直軸系誤差都可達(dá)到小于1.5''，可以滿足小型光電經(jīng)緯儀和彈道相機(jī)的垂直軸系精度要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙學(xué)顏，李迎春.靶場光學(xué)測量[J].裝備指揮技術(shù)學(xué)院，2000（5）：4-35.

[2] 孟慶華.采用標(biāo)準(zhǔn)軸承的光電經(jīng)緯儀水平軸系設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013（24）.

[3] 類成華，王首印，李延偉.某經(jīng)緯儀垂直軸系剛度分析[J].計(jì)算機(jī)仿真，2008，25（4）：313-316.

[4] 王濤，唐杰，宋力維.某經(jīng)緯儀垂直軸系的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].長春理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，33（3）：14-16.endprint

摘 要：為適應(yīng)小型彈道相機(jī)研制周期短、模塊化、小型輕便的要求，基于商業(yè)化程度較高的標(biāo)準(zhǔn)軸承設(shè)計(jì)了小型彈道相機(jī)的垂直軸系。垂直軸系使用高精度背對背角接觸球軸承，背對背角接觸球軸承內(nèi)外環(huán)均采用過盈設(shè)計(jì)。實(shí)際使用結(jié)果表明：垂直軸系晃動(dòng)小于1.5''，可以滿足小型彈道相機(jī)的垂直軸系精度要求。

關(guān)鍵詞：小型彈道相機(jī) 垂直軸系 標(biāo)準(zhǔn)軸承

中圖分類號(hào)：TH761.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）02（c）-0058-01

彈道相機(jī)是集光學(xué)、機(jī)械、電子和計(jì)算機(jī)多學(xué)科高技術(shù)集成的光學(xué)測量儀器，在靶場上應(yīng)用較多，它是靶場上功能齊全的設(shè)備之一。為了滿足靈活布站和機(jī)動(dòng)性的要求，對彈道相機(jī)的重量和體積都提出了較為嚴(yán)格的要求[1-2]，同時(shí)對加工周期、性能和成本也提出了一定要求。垂直軸系是彈道相機(jī)的基礎(chǔ)和主要承載部件，它是彈道相機(jī)方位旋轉(zhuǎn)的軸線，垂直軸系精度是彈道相機(jī)指向精度的基礎(chǔ)，垂直軸系誤差不僅影響測角誤差，而且對橫軸差、照準(zhǔn)差和零位差也有一定的影響。對于小型彈道相機(jī)，由于批量大，加工周期短，采用商業(yè)化程度較高的標(biāo)準(zhǔn)軸承是唯一選擇。在小型彈道相機(jī)中采用標(biāo)準(zhǔn)軸承不僅使加工成本減少，減小了彈道相機(jī)的重量和體積，縮短了研制周期，使維護(hù)和保養(yǎng)也比較容易。

彈道相機(jī)的軸系主要有垂直軸系和水平軸系，垂直軸是彈道相機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)過程中軸線不得晃動(dòng)和移動(dòng)，要具有較好的定向精度。文中介紹了采用標(biāo)準(zhǔn)軸承的小型彈道相機(jī)垂直軸系設(shè)計(jì)，采用標(biāo)準(zhǔn)背對背角接觸球軸承，經(jīng)實(shí)際使用該垂直軸系能滿足使用要求。

1 垂直軸系設(shè)計(jì)

垂直軸系主要由調(diào)平機(jī)構(gòu)、抗扭薄膜組件、底座、方位編碼器、止推軸承、徑向軸承、手動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)和手動(dòng)微調(diào)機(jī)構(gòu)等組成。一般彈道相機(jī)垂直軸系是采用平面軸系，平面軸系支撐點(diǎn)是滾動(dòng)磨擦，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，磨損小，壽命長，對溫度變化不敏感，低溫不致發(fā)生咬死現(xiàn)象，承載能力強(qiáng)，精度高。但平面軸系加工周期長、加工難度大、加工成本也較高，儀器體積也較大[3-4]。

采用標(biāo)準(zhǔn)軸承的垂直軸系，軸承選用精密級(jí)雙聯(lián)背對背角接觸球軸承作為支撐，垂直軸系結(jié)構(gòu)圖見圖1所示。雙聯(lián)角接觸球軸承內(nèi)外環(huán)均采用預(yù)載過盈裝配，使軸承帶負(fù)的運(yùn)轉(zhuǎn)游隙。為了提高垂直軸系的精度，增加背對背角接觸球軸承的支撐點(diǎn)距離，在兩個(gè)背對背角接觸球軸承內(nèi)環(huán)之間加一過渡軸套，過渡軸套應(yīng)有較高的形位公差要求，否則會(huì)不僅不能提高精度，還會(huì)破壞原有的精度。由于背對背角接觸球軸承傾斜剛度較差，它所支撐的負(fù)載對垂直軸系應(yīng)有較好的平衡。為了提高背對背角接觸球軸承傾斜剛度，可適當(dāng)加大背對背角接觸球軸承內(nèi)環(huán)之間的過盈量，過盈量太大會(huì)導(dǎo)致精度略微下降，同時(shí)垂直軸運(yùn)動(dòng)發(fā)滯而影響儀器的使用，在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)總體要求綜合考慮。為降低儀器重量，底座采用鑄鋁，軸和軸承外環(huán)軸套采用了與軸承材料相同的鋼材料，以保證溫度變化對軸系精度不產(chǎn)生影響。

傳統(tǒng)彈道相機(jī)采用短焦距大視場攝像系統(tǒng)，工作模式為守候式測量?，F(xiàn)代彈道相機(jī)不僅可以實(shí)現(xiàn)守候時(shí)測量，還要求像經(jīng)緯儀一樣進(jìn)行跟蹤測量。垂直軸系由于載荷重且轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，其剛度將對彈道相機(jī)的跟蹤性能產(chǎn)生影響，尤其標(biāo)準(zhǔn)軸承傾斜剛度不如平面軸系，因此需采用UG進(jìn)行三維建模進(jìn)行有限元分析，通過模態(tài)分析得到垂直軸系前三階固有頻率及振型，找到剛度薄弱環(huán)節(jié)，指導(dǎo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 垂直軸系精度分析

3 結(jié)語

該文介紹了基于標(biāo)準(zhǔn)軸承的垂直軸系設(shè)計(jì)，對小型光電經(jīng)緯儀和彈道相機(jī)等相關(guān)設(shè)備提供了理論參考和技術(shù)基礎(chǔ)。垂直軸系誤差都可達(dá)到小于1.5''，可以滿足小型光電經(jīng)緯儀和彈道相機(jī)的垂直軸系精度要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙學(xué)顏，李迎春.靶場光學(xué)測量[J].裝備指揮技術(shù)學(xué)院，2000（5）：4-35.

[2] 孟慶華.采用標(biāo)準(zhǔn)軸承的光電經(jīng)緯儀水平軸系設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013（24）.

[3] 類成華，王首印，李延偉.某經(jīng)緯儀垂直軸系剛度分析[J].計(jì)算機(jī)仿真，2008，25（4）：313-316.

[4] 王濤，唐杰，宋力維.某經(jīng)緯儀垂直軸系的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].長春理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，33（3）：14-16.endprint