稳定性试验模拟结构设计研制

关秋娟

摘  要  论述了模拟结构代替真实结构，使模拟结构的质量、转动惯量及质心位置与真实结构保持一致。进行稳定性试验模拟结构的设计研制。

关键词  模拟结构;真实结构;设计研制

中图分类号：TH12      文献标识码：A      文章编号：1671-7597（2014）22-0013-02

稳定性试验模拟结构（以下简称：模拟结构）是进行稳定性试验的结构装置，对该装置进行结构装置设计。

模拟结构提供缓冲机构主/辅支柱的安装接口，并模拟相应的质量特性。试验时，用模拟结构代替真实结构，模拟结构的质量、转动惯量及质心位置与真实结构保持一致。

1  稳定性试验模拟结构的设计依据

模拟结构输入条件要求：

1）坐标系定义。

机械坐标系（O-XYZ）定义如下：1）坐标原点O：对接环下端框、对接法兰的理论圆心;2）X轴：过坐标原点，垂直于分离面指向主结构方向为正;3）Z轴：过坐标原点指向转移机构方向;4）Y轴：与Z轴、X轴构成右手坐标系。

质心坐标系（O1-X1Y1Z1）定义如下：1）坐标原点O1：质心位置;2）Z1轴：平行于机械坐标系X轴，且方向相同;3）Y1轴：由机械坐标系的Y轴绕X轴旋转-45°得到;4）Z1轴：与Z1轴、Y1轴构成右手坐标系。

2）质量特性。

质量特性如表1所示。

3）结构尺寸。

外形尺寸为：3133.2 mm（长）×3133.2 mm（宽）×1413.0 mm（高），主结构部分尺寸为：2500 mm（长）×2500 mm（宽）×1413 mm（高）详细尺寸见图1。

图1  着陆器主结构尺寸

2  模拟结构产品的总体设计及组成

模拟结构外形尺寸与主结构部分一致，模拟缓冲机构与主结构的接口、对接环与支架车的接口，质量特性与报表1所列项目接近，通过配重调节以满足要求。

模拟结构由主框架、顶板、底板、测量设备安装平台、4个主支柱安装座、8个辅助支柱安装座、4个主支柱三维力传感器模拟件、8个辅助支柱三维力传感器模拟件、4个主支柱三维力传感器连接件、8个辅助支柱三维力传感器连接件组成。

缓冲机构的主支柱和辅助支柱与结构间安装三维力传感器。主支柱三维力传感器的轴线与所连接主支柱轴线组成的平面垂直于机械坐标系的YOZ面。

3  模拟结构产品相关零件的设计及相应的调整

1）主支柱三维力传感器连接件的设计。

主支柱三维力传感器连接件用于连接三维力传感器和主支柱接头，其连接孔的尺寸要求见图2。由此设计出主支柱三维力传感器连接件如图所示。

图2  主支柱三维力传感器连接件与主支柱的连接孔位置及尺寸图

2）辅助支柱安装座设计及变更。

根据提供资料，辅助支柱安装座用于三维力传感器与模拟结构间的连接。要求用45钢，但45钢材质焊接性能不好，考虑到这一因素，我们把45钢改用Q235钢板焊接。

3）配重的设计及变更。

配重悬挂于模拟主结构的±Y侧、±Z侧、顶板和底板上，配重块分3类共计44个，分别为：5 kg配重20个，与结构间通过M16的螺钉连接;10 kg配重20个，与结构间通过M16的螺钉连接;25.6 kg配重4个，详细尺寸图3，其与主结构连接后交付。

25.6 kg配重是焊接结构，参考资料提供为45钢，因45钢材质焊接性能不好，考虑到这一因素，我们把45钢改用Q235钢板焊接。

另外25.6 kg配重提供数据，详细尺寸见图3，但考虑到实际情况，在安排钻孔工序前发现10-φ11孔的位置有几处正好在槽钢边缘处，钻孔难度比较大。在不影响使用性能的基础上，调整钻孔位置。

图3  25.6kg配重图

4）刚性模拟件的设计与变更。

刚性模拟件共10件，材料为2A14T6。产品加工完成后需进行硫酸阳极化处理。这里有一个材质上的变化，我们把2A14T6材料改用2A12T4材料。原因是2A14T6，属于硬铝合金又属于锻铝合金;2A12T4锻件也是典型硬铝合金又属于锻铝合金，其成份比较合理，综合性能较好。由于2A14T6材料比较少见，市场上不容易买到，很难订货;2A12对应美国2124合金，为铝-铜-镁系中的很多国家都生产这个合金，是硬铝中用量最大的。该合金的特点是：强度高，有一定的耐热性。因此我们将刚性模拟件，材料为2A14T6用2A12T4锻件代料。

5）对接环接口的设计。

对接环提供的接口的设计遵循开孔和功能详细说明原则：48-φ7为与质量特性测试工装的连接孔，连接孔的位置度为φ0.1。3-φ8为销钉孔，保证对接环与质量特性测试工装的对接要求，销钉的位置度为φ0.1。

6）顶板提供接口及不影响对接的局部更改。

稳定性试验器顶板需提供28个φ17 mm的吊点连接孔、40个φ11 mm配重连接孔和129个φ11 mm的设备安装孔。

文件中提供数据40个φ11 mm的位置，在安排钻孔工序前发现40-φ11孔的位置有几个孔正好在槽钢边缘处，钻孔难度比较大。在不影响使用性能的基础上，调整钻孔位置。

7）质心万向吊具与模拟结构间的接口设计。

文件中提供，质心万向吊具用于稳定性试验中连接水平拉绳，以获得水平速度，试验前需将其固定在试验器质心处，其主要由118型单列向心球轴承、角框、圈框、M10X1.25螺钉、M8吊环螺钉等组成，118型单列向心球轴承为标准件，内圈直径为90 mm，外圈直径为140 mm，宽为24 mm，轴承外圈与圈框之间采用过盈配合。质心万向吊具的装配图见图4。

为了更加稳固的完成质心万向吊具用于稳定性试验中连接水平拉绳，获得水平着陆速度的功能，经同意，将质心万向吊具做了一些设计改动，主要是吊环螺钉由M8吊环螺钉改为M12吊环螺钉，M10X1.25螺钉改为M12X1.25螺钉。

图4  质心万向吊具与模拟结构间的装配图

8）小结。

以上是模拟结构产品相关零件的设计及相应的调整情况。做了如下试验证明产品设计的可行性。

2011年5月19日，采用吊挂方式对质心进行了初样测定。

2011年6月13日，进行了对接试验和与质测工装或总装支架车间的对接试验，测量结果满足技术文件要求。

2011年6月14日，进行了机械坐标系下的质心位置以及质心坐标系的转动惯量的正式测量，测量结果满足技术文件

要求。

4  结论

稳定性试验的结构设计研制，提供缓冲机构主/辅支柱的安装接口，保证了对接环与质量特性测试工装的成功对接。稳定性试验模拟结构产品的质量、转动惯量及质心位置与真实结构保持一致。试验时，模拟结构代替真实结构进行的试验结果满足技术文件的各项要求，具有可执行性，产品性能稳定。这项产品已经在2011年7月成功交付，这项产品的设计研制为新光公司创造了可观的经济效益。

参考文献

[1]稳定性试验模拟结构研制及验收技术要求.endprint

摘  要  论述了模拟结构代替真实结构，使模拟结构的质量、转动惯量及质心位置与真实结构保持一致。进行稳定性试验模拟结构的设计研制。

关键词  模拟结构;真实结构;设计研制

中图分类号：TH12      文献标识码：A      文章编号：1671-7597（2014）22-0013-02

稳定性试验模拟结构（以下简称：模拟结构）是进行稳定性试验的结构装置，对该装置进行结构装置设计。

模拟结构提供缓冲机构主/辅支柱的安装接口，并模拟相应的质量特性。试验时，用模拟结构代替真实结构，模拟结构的质量、转动惯量及质心位置与真实结构保持一致。

1  稳定性试验模拟结构的设计依据

模拟结构输入条件要求：

1）坐标系定义。

机械坐标系（O-XYZ）定义如下：1）坐标原点O：对接环下端框、对接法兰的理论圆心;2）X轴：过坐标原点，垂直于分离面指向主结构方向为正;3）Z轴：过坐标原点指向转移机构方向;4）Y轴：与Z轴、X轴构成右手坐标系。

质心坐标系（O1-X1Y1Z1）定义如下：1）坐标原点O1：质心位置;2）Z1轴：平行于机械坐标系X轴，且方向相同;3）Y1轴：由机械坐标系的Y轴绕X轴旋转-45°得到;4）Z1轴：与Z1轴、Y1轴构成右手坐标系。

2）质量特性。

质量特性如表1所示。

3）结构尺寸。

外形尺寸为：3133.2 mm（长）×3133.2 mm（宽）×1413.0 mm（高），主结构部分尺寸为：2500 mm（长）×2500 mm（宽）×1413 mm（高）详细尺寸见图1。

图1  着陆器主结构尺寸

2  模拟结构产品的总体设计及组成

模拟结构外形尺寸与主结构部分一致，模拟缓冲机构与主结构的接口、对接环与支架车的接口，质量特性与报表1所列项目接近，通过配重调节以满足要求。

模拟结构由主框架、顶板、底板、测量设备安装平台、4个主支柱安装座、8个辅助支柱安装座、4个主支柱三维力传感器模拟件、8个辅助支柱三维力传感器模拟件、4个主支柱三维力传感器连接件、8个辅助支柱三维力传感器连接件组成。

缓冲机构的主支柱和辅助支柱与结构间安装三维力传感器。主支柱三维力传感器的轴线与所连接主支柱轴线组成的平面垂直于机械坐标系的YOZ面。

3  模拟结构产品相关零件的设计及相应的调整

1）主支柱三维力传感器连接件的设计。

主支柱三维力传感器连接件用于连接三维力传感器和主支柱接头，其连接孔的尺寸要求见图2。由此设计出主支柱三维力传感器连接件如图所示。

图2  主支柱三维力传感器连接件与主支柱的连接孔位置及尺寸图

2）辅助支柱安装座设计及变更。

根据提供资料，辅助支柱安装座用于三维力传感器与模拟结构间的连接。要求用45钢，但45钢材质焊接性能不好，考虑到这一因素，我们把45钢改用Q235钢板焊接。

3）配重的设计及变更。

配重悬挂于模拟主结构的±Y侧、±Z侧、顶板和底板上，配重块分3类共计44个，分别为：5 kg配重20个，与结构间通过M16的螺钉连接;10 kg配重20个，与结构间通过M16的螺钉连接;25.6 kg配重4个，详细尺寸图3，其与主结构连接后交付。

25.6 kg配重是焊接结构，参考资料提供为45钢，因45钢材质焊接性能不好，考虑到这一因素，我们把45钢改用Q235钢板焊接。

另外25.6 kg配重提供数据，详细尺寸见图3，但考虑到实际情况，在安排钻孔工序前发现10-φ11孔的位置有几处正好在槽钢边缘处，钻孔难度比较大。在不影响使用性能的基础上，调整钻孔位置。

图3  25.6kg配重图

4）刚性模拟件的设计与变更。

刚性模拟件共10件，材料为2A14T6。产品加工完成后需进行硫酸阳极化处理。这里有一个材质上的变化，我们把2A14T6材料改用2A12T4材料。原因是2A14T6，属于硬铝合金又属于锻铝合金;2A12T4锻件也是典型硬铝合金又属于锻铝合金，其成份比较合理，综合性能较好。由于2A14T6材料比较少见，市场上不容易买到，很难订货;2A12对应美国2124合金，为铝-铜-镁系中的很多国家都生产这个合金，是硬铝中用量最大的。该合金的特点是：强度高，有一定的耐热性。因此我们将刚性模拟件，材料为2A14T6用2A12T4锻件代料。

5）对接环接口的设计。

对接环提供的接口的设计遵循开孔和功能详细说明原则：48-φ7为与质量特性测试工装的连接孔，连接孔的位置度为φ0.1。3-φ8为销钉孔，保证对接环与质量特性测试工装的对接要求，销钉的位置度为φ0.1。

6）顶板提供接口及不影响对接的局部更改。

稳定性试验器顶板需提供28个φ17 mm的吊点连接孔、40个φ11 mm配重连接孔和129个φ11 mm的设备安装孔。

文件中提供数据40个φ11 mm的位置，在安排钻孔工序前发现40-φ11孔的位置有几个孔正好在槽钢边缘处，钻孔难度比较大。在不影响使用性能的基础上，调整钻孔位置。

7）质心万向吊具与模拟结构间的接口设计。

文件中提供，质心万向吊具用于稳定性试验中连接水平拉绳，以获得水平速度，试验前需将其固定在试验器质心处，其主要由118型单列向心球轴承、角框、圈框、M10X1.25螺钉、M8吊环螺钉等组成，118型单列向心球轴承为标准件，内圈直径为90 mm，外圈直径为140 mm，宽为24 mm，轴承外圈与圈框之间采用过盈配合。质心万向吊具的装配图见图4。

为了更加稳固的完成质心万向吊具用于稳定性试验中连接水平拉绳，获得水平着陆速度的功能，经同意，将质心万向吊具做了一些设计改动，主要是吊环螺钉由M8吊环螺钉改为M12吊环螺钉，M10X1.25螺钉改为M12X1.25螺钉。

图4  质心万向吊具与模拟结构间的装配图

8）小结。

以上是模拟结构产品相关零件的设计及相应的调整情况。做了如下试验证明产品设计的可行性。

2011年5月19日，采用吊挂方式对质心进行了初样测定。

2011年6月13日，进行了对接试验和与质测工装或总装支架车间的对接试验，测量结果满足技术文件要求。

2011年6月14日，进行了机械坐标系下的质心位置以及质心坐标系的转动惯量的正式测量，测量结果满足技术文件

要求。

4  结论

稳定性试验的结构设计研制，提供缓冲机构主/辅支柱的安装接口，保证了对接环与质量特性测试工装的成功对接。稳定性试验模拟结构产品的质量、转动惯量及质心位置与真实结构保持一致。试验时，模拟结构代替真实结构进行的试验结果满足技术文件的各项要求，具有可执行性，产品性能稳定。这项产品已经在2011年7月成功交付，这项产品的设计研制为新光公司创造了可观的经济效益。

参考文献

[1]稳定性试验模拟结构研制及验收技术要求.endprint

摘  要  论述了模拟结构代替真实结构，使模拟结构的质量、转动惯量及质心位置与真实结构保持一致。进行稳定性试验模拟结构的设计研制。

关键词  模拟结构;真实结构;设计研制

中图分类号：TH12      文献标识码：A      文章编号：1671-7597（2014）22-0013-02

稳定性试验模拟结构（以下简称：模拟结构）是进行稳定性试验的结构装置，对该装置进行结构装置设计。

模拟结构提供缓冲机构主/辅支柱的安装接口，并模拟相应的质量特性。试验时，用模拟结构代替真实结构，模拟结构的质量、转动惯量及质心位置与真实结构保持一致。

1  稳定性试验模拟结构的设计依据

模拟结构输入条件要求：

1）坐标系定义。

机械坐标系（O-XYZ）定义如下：1）坐标原点O：对接环下端框、对接法兰的理论圆心;2）X轴：过坐标原点，垂直于分离面指向主结构方向为正;3）Z轴：过坐标原点指向转移机构方向;4）Y轴：与Z轴、X轴构成右手坐标系。

质心坐标系（O1-X1Y1Z1）定义如下：1）坐标原点O1：质心位置;2）Z1轴：平行于机械坐标系X轴，且方向相同;3）Y1轴：由机械坐标系的Y轴绕X轴旋转-45°得到;4）Z1轴：与Z1轴、Y1轴构成右手坐标系。

2）质量特性。

质量特性如表1所示。

3）结构尺寸。

外形尺寸为：3133.2 mm（长）×3133.2 mm（宽）×1413.0 mm（高），主结构部分尺寸为：2500 mm（长）×2500 mm（宽）×1413 mm（高）详细尺寸见图1。

图1  着陆器主结构尺寸

2  模拟结构产品的总体设计及组成

模拟结构外形尺寸与主结构部分一致，模拟缓冲机构与主结构的接口、对接环与支架车的接口，质量特性与报表1所列项目接近，通过配重调节以满足要求。

模拟结构由主框架、顶板、底板、测量设备安装平台、4个主支柱安装座、8个辅助支柱安装座、4个主支柱三维力传感器模拟件、8个辅助支柱三维力传感器模拟件、4个主支柱三维力传感器连接件、8个辅助支柱三维力传感器连接件组成。

缓冲机构的主支柱和辅助支柱与结构间安装三维力传感器。主支柱三维力传感器的轴线与所连接主支柱轴线组成的平面垂直于机械坐标系的YOZ面。

3  模拟结构产品相关零件的设计及相应的调整

1）主支柱三维力传感器连接件的设计。

主支柱三维力传感器连接件用于连接三维力传感器和主支柱接头，其连接孔的尺寸要求见图2。由此设计出主支柱三维力传感器连接件如图所示。

图2  主支柱三维力传感器连接件与主支柱的连接孔位置及尺寸图

2）辅助支柱安装座设计及变更。

根据提供资料，辅助支柱安装座用于三维力传感器与模拟结构间的连接。要求用45钢，但45钢材质焊接性能不好，考虑到这一因素，我们把45钢改用Q235钢板焊接。

3）配重的设计及变更。

配重悬挂于模拟主结构的±Y侧、±Z侧、顶板和底板上，配重块分3类共计44个，分别为：5 kg配重20个，与结构间通过M16的螺钉连接;10 kg配重20个，与结构间通过M16的螺钉连接;25.6 kg配重4个，详细尺寸图3，其与主结构连接后交付。

25.6 kg配重是焊接结构，参考资料提供为45钢，因45钢材质焊接性能不好，考虑到这一因素，我们把45钢改用Q235钢板焊接。

另外25.6 kg配重提供数据，详细尺寸见图3，但考虑到实际情况，在安排钻孔工序前发现10-φ11孔的位置有几处正好在槽钢边缘处，钻孔难度比较大。在不影响使用性能的基础上，调整钻孔位置。

图3  25.6kg配重图

4）刚性模拟件的设计与变更。

刚性模拟件共10件，材料为2A14T6。产品加工完成后需进行硫酸阳极化处理。这里有一个材质上的变化，我们把2A14T6材料改用2A12T4材料。原因是2A14T6，属于硬铝合金又属于锻铝合金;2A12T4锻件也是典型硬铝合金又属于锻铝合金，其成份比较合理，综合性能较好。由于2A14T6材料比较少见，市场上不容易买到，很难订货;2A12对应美国2124合金，为铝-铜-镁系中的很多国家都生产这个合金，是硬铝中用量最大的。该合金的特点是：强度高，有一定的耐热性。因此我们将刚性模拟件，材料为2A14T6用2A12T4锻件代料。

5）对接环接口的设计。

对接环提供的接口的设计遵循开孔和功能详细说明原则：48-φ7为与质量特性测试工装的连接孔，连接孔的位置度为φ0.1。3-φ8为销钉孔，保证对接环与质量特性测试工装的对接要求，销钉的位置度为φ0.1。

6）顶板提供接口及不影响对接的局部更改。

稳定性试验器顶板需提供28个φ17 mm的吊点连接孔、40个φ11 mm配重连接孔和129个φ11 mm的设备安装孔。

文件中提供数据40个φ11 mm的位置，在安排钻孔工序前发现40-φ11孔的位置有几个孔正好在槽钢边缘处，钻孔难度比较大。在不影响使用性能的基础上，调整钻孔位置。

7）质心万向吊具与模拟结构间的接口设计。

文件中提供，质心万向吊具用于稳定性试验中连接水平拉绳，以获得水平速度，试验前需将其固定在试验器质心处，其主要由118型单列向心球轴承、角框、圈框、M10X1.25螺钉、M8吊环螺钉等组成，118型单列向心球轴承为标准件，内圈直径为90 mm，外圈直径为140 mm，宽为24 mm，轴承外圈与圈框之间采用过盈配合。质心万向吊具的装配图见图4。

为了更加稳固的完成质心万向吊具用于稳定性试验中连接水平拉绳，获得水平着陆速度的功能，经同意，将质心万向吊具做了一些设计改动，主要是吊环螺钉由M8吊环螺钉改为M12吊环螺钉，M10X1.25螺钉改为M12X1.25螺钉。

图4  质心万向吊具与模拟结构间的装配图

8）小结。

以上是模拟结构产品相关零件的设计及相应的调整情况。做了如下试验证明产品设计的可行性。

2011年5月19日，采用吊挂方式对质心进行了初样测定。

2011年6月13日，进行了对接试验和与质测工装或总装支架车间的对接试验，测量结果满足技术文件要求。

2011年6月14日，进行了机械坐标系下的质心位置以及质心坐标系的转动惯量的正式测量，测量结果满足技术文件

要求。

4  结论

稳定性试验的结构设计研制，提供缓冲机构主/辅支柱的安装接口，保证了对接环与质量特性测试工装的成功对接。稳定性试验模拟结构产品的质量、转动惯量及质心位置与真实结构保持一致。试验时，模拟结构代替真实结构进行的试验结果满足技术文件的各项要求，具有可执行性，产品性能稳定。这项产品已经在2011年7月成功交付，这项产品的设计研制为新光公司创造了可观的经济效益。

参考文献

[1]稳定性试验模拟结构研制及验收技术要求.endprint