基于标准轴承的小型弹道相机垂直轴系设计

摘 要：为适应小型弹道相机研制周期短、模块化、小型轻便的要求，基于商业化程度较高的标准轴承设计了小型弹道相机的垂直轴系。垂直轴系使用高精度背对背角接触球轴承，背对背角接触球轴承内外环均采用过盈设计。实际使用结果表明：垂直轴系晃动小于1.5''，可以满足小型弹道相机的垂直轴系精度要求。

关键词：小型弹道相机 垂直轴系 标准轴承

中图分类号：TH761.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）02（c）-0058-01

弹道相机是集光学、机械、电子和计算机多学科高技术集成的光学测量仪器，在靶场上应用较多，它是靶场上功能齐全的设备之一。为了满足灵活布站和机动性的要求，对弹道相机的重量和体积都提出了较为严格的要求[1-2]，同时对加工周期、性能和成本也提出了一定要求。垂直轴系是弹道相机的基础和主要承载部件，它是弹道相机方位旋转的轴线，垂直轴系精度是弹道相机指向精度的基础，垂直轴系误差不仅影响测角误差，而且对横轴差、照准差和零位差也有一定的影响。对于小型弹道相机，由于批量大，加工周期短，采用商业化程度较高的标准轴承是唯一选择。在小型弹道相机中采用标准轴承不仅使加工成本减少，减小了弹道相机的重量和体积，缩短了研制周期，使维护和保养也比较容易。

弹道相机的轴系主要有垂直轴系和水平轴系，垂直轴是弹道相机的旋转轴，转动过程中轴线不得晃动和移动，要具有较好的定向精度。文中介绍了采用标准轴承的小型弹道相机垂直轴系设计，采用标准背对背角接触球轴承，经实际使用该垂直轴系能满足使用要求。

1 垂直轴系设计

垂直轴系主要由调平机构、抗扭薄膜组件、底座、方位编码器、止推轴承、径向轴承、手动锁紧机构和手动微调机构等组成。一般弹道相机垂直轴系是采用平面轴系，平面轴系支撑点是滚动磨擦，转动灵活，磨损小，寿命长，对温度变化不敏感，低温不致发生咬死现象，承载能力强，精度高。但平面轴系加工周期长、加工难度大、加工成本也较高，仪器体积也较大[3-4]。

采用标准轴承的垂直轴系，轴承选用精密级双联背对背角接触球轴承作为支撑，垂直轴系结构图见图1所示。双联角接触球轴承内外环均采用预载过盈装配，使轴承带负的运转游隙。为了提高垂直轴系的精度，增加背对背角接触球轴承的支撑点距离，在两个背对背角接触球轴承内环之间加一过渡轴套，过渡轴套应有较高的形位公差要求，否则会不仅不能提高精度，还会破坏原有的精度。由于背对背角接触球轴承倾斜刚度较差，它所支撑的负载对垂直轴系应有较好的平衡。为了提高背对背角接触球轴承倾斜刚度，可适当加大背对背角接触球轴承内环之间的过盈量，过盈量太大会导致精度略微下降，同时垂直轴运动发滞而影响仪器的使用，在实际设计中应根据总体要求综合考虑。为降低仪器重量，底座采用铸铝，轴和轴承外环轴套采用了与轴承材料相同的钢材料，以保证温度变化对轴系精度不产生影响。

传统弹道相机采用短焦距大视场摄像系统，工作模式为守候式测量。现代弹道相机不仅可以实现守候时测量，还要求像经纬仪一样进行跟踪测量。垂直轴系由于载荷重且转动惯量大，其刚度将对弹道相机的跟踪性能产生影响，尤其标准轴承倾斜刚度不如平面轴系，因此需采用UG进行三维建模进行有限元分析，通过模态分析得到垂直轴系前三阶固有频率及振型，找到刚度薄弱环节，指导优化设计。

2 垂直轴系精度分析

3 结语

该文介绍了基于标准轴承的垂直轴系设计，对小型光电经纬仪和弹道相机等相关设备提供了理论参考和技术基础。垂直轴系误差都可达到小于1.5''，可以满足小型光电经纬仪和弹道相机的垂直轴系精度要求。

参考文献

[1] 赵学颜，李迎春.靶场光学测量[J].装备指挥技术学院，2000（5）：4-35.

[2] 孟庆华.采用标准轴承的光电经纬仪水平轴系设计[J].科技创新导报，2013（24）.

[3] 类成华，王首印，李延伟.某经纬仪垂直轴系刚度分析[J].计算机仿真，2008，25（4）：313-316.

[4] 王涛，唐杰，宋力维.某经纬仪垂直轴系的优化设计[J].长春理工大学学报，2010，33（3）：14-16.