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現代光電經緯儀具有實時測量、高精度、自動跟蹤監(jiān)控和易于圖像再現等優(yōu)點，廣泛地應用于航空、航天、武器試驗、大地測量等科研和軍事領域。隨著我國國防事業(yè)的發(fā)展，經緯儀在靶場上的應用也越來越多，主要完成試驗中目標外彈道、航跡、姿態(tài)及攔截脫靶量測量。而經緯儀跟蹤架的結構形式又直接影響著經緯儀的精度和穩(wěn)定性。傳統上，設計人員在結構設計時，往往是憑借經驗確定某一參數，為了保證安全，通常選取較大的安全系數，這不僅使得經緯儀顯得比較笨重而且增加了對載車剛度的要求和伺服控制的難度。隨著計算機技術的發(fā)展和有限元分析理論的完善，將有限元分析技術融入結構設計已經成為一種新的趨勢。本研究主要針對經緯儀的地平式跟蹤架進行有限元分析，計算靜態(tài)載荷下的跟蹤架變形，并分析其對經緯儀精度的影響與實際結果進行比較。
有限元分析的基本思想是將物體(即連續(xù)的求解域)離散成有限個且按一定方式相互聯結在一起的單元的組合，來模擬或逼近原來的物體，從而將一個連續(xù)的無限自由度問題簡化為離散的有限自由度問題求解的一種數值分析法。物體被離散后，通過對其中各個單元進行單元分析，最終得到對整個物體的分析。有限元分析的基本步驟是：結構離散化、單元分析、整體分析。結構離散后的每一個單元都是具有四個角點ｉ、ｊ、ｍ、ｐ的四面體，如圖所示。
經緯儀跟蹤架的誤差主要有軸系晃動、垂直軸傾斜、橫軸差等，它們都在不同程度上影響著經緯儀的測量精度。下面針對經緯儀的跟蹤架進行靜力學分析，分析結構變形對跟蹤架誤差的影響，并與檢測結果進行比較。
經緯儀跟蹤架如圖所示。該跟蹤架主要由左、右立柱，左、右軸，左軸承組件(徑向)，右軸承組件(止推)，四通，手動機構，停擋機構，轉臺，基座，止推軸承環(huán)組件，抗扭薄膜組件，垂直軸組件，調平機構，底座，頂起機構，承載圈以及方位、俯仰力矩電機，方位、俯仰編碼器組成。正鏡時，四通上方承載監(jiān)視電視，質量約30 kg，四通中間承載測量電視，質量約為40 kg，四通下方安裝電控箱，配重后質量約為30 kg。
首先，根據經緯儀跟蹤架受力狀態(tài)將跟蹤架進行簡化。略去力矩電機、編碼器、手動機構、停擋機構、頂起機構、承載圈、抗扭薄膜組件，各密封蓋板以及各電器元件。同時將各復雜鑄件模型進行簡化，略去螺紋孔及對網格化不利的圓角、倒角等。簡化后的跟蹤架模型如圖所示。
然后，根據經緯儀跟蹤架工作狀態(tài)將簡化后的跟蹤架模型進行約束并定義各零件的接觸、接合形式，同時定義各零件的材料屬性。將各軸承組件定義為軸承形式，將垂直軸系中的止推軸承環(huán)組件定義為摩擦系數很小的摩擦副，其余各零件間均定義為剛性連接。由于經緯儀配重后各傳感器統一為重心在四通中心的一個負載，所以將負載簡化為一個質量為150 kg的形狀和四通內孔一致的實體，以剛性連接與四通接合。
通過對經緯儀跟蹤架的模擬分析可以看出有限元仿真計算的結果與實際測量結果基本趨于一致。對類似這種負載集中在四通上的跟蹤架類型，總裝時對于橫軸差的修配可以故意將水平軸系止推環(huán)一側的轉臺刮底，這樣可以補償加載變形后總橫軸差。
將有限元分析技術融入結構設計中，可以通過模擬建模、分析，優(yōu)化系統結構，減輕系統的質量，同時還可以提高系統的諧振頻率，具有重要意義。
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