轴系设计方法、装置、计算机设备、存储介质及产品与流程

本发明涉及轴系结构设计的，具体涉及轴系设计方法、装置、计算机设备、存储介质及产品。

背景技术：

1、二维指向镜也称为二维扫描镜或二维转向镜，是一种能够沿两个互相垂直的方向(通常是水平和垂直方向)独立转动的光学元件，能够通过精确控制反射镜的角度，实现对入射或出射光束方向的动态调整，在激光通信领域和激光气体探测领域收到广泛应用。具体地，在激光通信领域，由于卫星运动、地球曲率、大气湍流等因素，传输的激光光束方向会持续变动，二维指向镜通过接收来自跟踪与控制系统的指令，能够调整自身角度，确保接收端的光学系统始终精确对准发射源，即使光束方向发生变化也能维持稳定的通信链路。

2、二维指向镜主要由摆镜、u形架、电机、光栅编码器与轴系组成，其中轴系包括俯仰轴系和方位轴系。二维指向镜主要通过光栅编码器对轴系的转动角度信息进行测量读取，对电机的转动进行反馈控制，从而使摆镜以特定的角速度转动到指定位置完成目标指向任务，控制精度主要来源于光栅编码器的角测量精度，而光栅编码器的角测量精度与轴系精度(轴系晃动误差)相关，即轴系晃动误差影响光栅编码器的角度测量精度，进而影响二维指向镜到达指定位置的精度(指向精度)。

3、目前，在轴系设计中，通常将轴系简化为刚性体，并根据轴系的轴承分布位置建立数学模型，然后基于蒙特卡洛法确定轴系晃动误差。在该方法中，将轴系简化为刚形体，忽略了真实情况下轴系的变形情况，导致确定的轴系晃动误差的准确性较低，从而可能导致实际的指向精度偏离设计的指向精度。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种轴系设计方法、装置、计算机设备、存储介质及产品，以解决轴系变形累积误差导致的轴系晃动误差准确性较低的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种轴系设计方法，应用于二维指向镜的轴系结构的设计，轴系结构包括俯仰轴系结构，方法包括：获取俯仰轴系结构中轴承的第一分布位置、第一初始预载力、第一初始轴承间隙配合量和第一支撑方式；基于第一分布位置、第一初始预载力、第一初始轴承间隙配合量和第一支撑方式，在传动系统仿真软件中建立俯仰轴系结构的第一仿真模型，确定俯仰轴系结构中轴承的第一目标型号，其中，第一仿真模型用于模拟俯仰轴系结构的轴系晃动量，第一目标型号为多个型号中使轴系晃动量小于或等于第一预设轴系晃动量的型号；将俯仰轴系结构中各个部件的有限元模型导入传动系统仿真软件，更新第一仿真模型，其中，各个部件的有限元模型为在有限元仿真软件中建立的经过有限元网格划分的部件的模型，更新后的第一仿真模型中轴承的型号为第一目标型号；基于第一初始预载力和第一初始轴承间隙配合量，对更新后的第一仿真模型进行仿真模拟，确定第一轴系晃动量对应的第一轴承间隙配合量和第一预载力，其中，第一轴系晃动量为使俯仰轴系结构的精度达到第一预设精度的轴系晃动量。

3、在本实施例中，通过有限元仿真软件将俯仰轴系结构转换为有限元模型模拟轴系结构变形情况，然后将有限元模型导入传动系统仿真软件，对俯仰轴系结构进行仿真模拟确定俯仰轴系结构的轴系晃动误差，能够考虑到轴系变形情况，提升了确定的轴系晃动误差的准确性，使仿真确定的轴系晃动误差更贴近真实值。同时，能够从轴系结构导入前后轴系晃动误差的对比校验轴系结构设计的合理性。

4、在一种可选的实施方式中，俯仰轴系结构包括电机端轴、曲轴和编码器端轴，电机端轴的一端连接俯仰电机，另一端通过曲轴与编码器端轴的一端连接，编码器端轴的另一端连接光栅编码器，曲轴还用于支撑摆镜；将俯仰轴系结构中各个部件的有限元模型导入传动系统仿真软件，更新第一仿真模型，包括：将电机端轴、曲轴和编码器端轴对应的有限元模型导入传动系统仿真软件，更新第一仿真模型。

5、在一种可选的实施方式中，基于第一初始预载力和第一初始轴承间隙配合量，对更新后的第一仿真模型进行仿真模拟，确定第一轴系晃动量对应的第一轴承间隙配合量和第一预载力，包括：基于第一初始预载力和第一初始轴承间隙配合量，调整第一仿真模型设置的轴承间隙晃动量和预载力，确定不同的轴承间隙配合量和预载力对应的轴系晃动量；将轴系晃动量小于或等于第一轴系晃动量对应的轴承间隙配合量和预载力，确定为第一轴承间隙配合量和第一预载力。

6、在一种可选的实施方式中，基于第一分布位置、第一初始预载力、第一初始轴承间隙配合量和第一支撑方式，在传动系统仿真软件中建立俯仰轴系结构的第一仿真模型，确定俯仰轴系结构中轴承的第一目标型号，包括：在工况参数下，利用第一仿真模型对不同型号的轴承进行仿真模拟，确定各个型号的轴承对应的轴系晃动量，其中，工况参数包括轴承的润滑方式和/或工作温度；将轴系晃动量小于或等于第一预设轴系晃动量对应的型号，确定为第一目标型号。

7、在本实施例中，在工况参数下利用第一仿真模型对不同型号的轴承进行仿真模拟，能够使模拟确定的轴系晃动量更接近实际的轴系晃动量。

8、在一种可选的实施方式中，轴系结构还包括方位轴系结构，方位轴系结构通过u型架和俯仰轴系结构连接，方法还包括：基于俯仰轴系结构的质量和质心位置，确定方位轴系结构中轴承的第二分布位置、第二初始预载力、第二初始轴承间隙配合量和第二支撑方式；基于第二分布位置、第二初始预载力、第二初始轴承间隙配合量和第二支撑方式，在传动系统仿真软件中建立方位轴系结构的第二仿真模型，确定方位轴系结构中轴承的第二目标型号，其中，第二仿真模型用于模拟方位轴系结构的轴系晃动量，第二目标型号为多个型号中使轴系晃动量小于或等于第二预设轴系晃动量的型号；将方位轴系结构中各个部件的有限元模型导入传动系统仿真软件，更新第二仿真模型，其中，更新后的第二仿真模型中轴承的型号为第二目标型号；基于第二初始预载力和第二初始轴承间隙配合量，对更新后的第二仿真模型进行仿真模型，确定第二轴系晃动量对应的第二轴承间隙配合量和第二预载力，其中，第二轴系晃动量为使方位轴系结构的精度达到第二预设精度的轴系晃动量。

9、在本实施例中，通过有限元仿真软件还将方位轴系结果转换为有限元模型模拟轴系结构变形情况和受力情况，然后将俯仰轴系结构的有限元模型和方位轴系结构的有限元模型导入传动系统仿真软件，对方位轴系结构进行仿真模拟确定方位轴系结构的轴系晃动误差，能够考虑到方位轴系结构和俯仰轴系结构的轴系变形情况，进一步提升了确定的轴系晃动误差的准确性，使仿真确定的轴系晃动误差更贴近真实值。

10、在一种可选的实施方式中，将方位轴系结构中各个部件的有限元模型导入传动系统仿真软件，更新第二仿真模型，包括：将俯仰轴系结构对应的有限元模型和方位轴系结构对应的有限元模型连接；将连接的俯仰轴系结构对应的有限元模型和方位轴系结构对应的有限元模型导入传动系统仿真软件，更新第二仿真模型。

11、在一种可选的实施方式中，第一支撑方式为第一支点双向固定和第二支点游动，或第一支撑方式为第一支点单向固定和第二支点单向固定。

12、在一种可选的实施方式中，传动系统仿真软件为romax，有限元仿真软件为hypermesh或cad fusion。

13、第二方面，本发明提供了一种轴系设计装置，包括：获取模块，用于获取俯仰轴系结构中轴承的第一分布位置、第一初始预载力、第一初始轴承间隙配合量和第一支撑方式；第一仿真模块，用于基于第一分布位置、第一初始预载力、第一初始轴承间隙配合量和第一支撑方式，在传动系统仿真软件中建立俯仰轴系结构的第一仿真模型，确定俯仰轴系结构中轴承的第一目标型号，其中，第一仿真模型用于模拟俯仰轴系结构的轴系晃动量，第一目标型号为多个型号中使轴系晃动量小于或等于第一预设轴系晃动量的型号；第一更新模块，用于将俯仰轴系结构中各个部件的有限元模型导入传动系统仿真软件，更新第一仿真模型，其中，各个部件的有限元模型为在有限元仿真软件中建立的经过有限元网格划分的部件的模型，更新后的第一仿真模型中轴承的型号为第一目标型号；第一确定模块，用于基于第一初始预载力和第一初始轴承间隙配合量，对更新后的第一仿真模型进行仿真模拟，确定第一轴系晃动量对应的第一轴承间隙配合量和第一预载力，其中，第一轴系晃动量为使俯仰轴系结构的精度达到第一预设精度的轴系晃动量。

14、在一种可选的实施方式中，第一更新模块，包括：第一更新单元，用于将电机端轴、曲轴和编码器端轴对应的有限元模型导入传动系统仿真软件，更新第一仿真模型。

15、在一种可选的实施方式中，第一确定模块，包括：第一确定单元，用于基于第一初始预载力和第一初始轴承间隙配合量，调整第一仿真模型设置的轴承间隙晃动量和预载力，确定不同的轴承间隙配合量和预载力对应的轴系晃动量；第二确定单元，将轴系晃动量小于或等于第一轴系晃动量对应的轴承间隙配合量和预载力，确定为第一轴承间隙配合量和第一预载力。

16、在一种可选的实施方式中，第一仿真模块，包括：第一仿真单元，用于在工况参数下，利用第一仿真模型对不同型号的轴承进行仿真模拟，确定各个型号的轴承对应的轴系晃动量，其中，工况参数包括轴承的润滑方式和/或工作温度；第三确定单元，用于将轴系晃动量小于或等于第一预设轴系晃动量对应的型号，确定为第一目标型号。

17、在一种可选的实施方式中，装置还包括：第二确定模块，用于基于俯仰轴系结构的质量和质心位置，确定方位轴系结构中轴承的第二分布位置、第二初始预载力、第二初始轴承间隙配合量和第二支撑方式；第二仿真模块，用于基于第二分布位置、第二初始预载力、第二初始轴承间隙配合量和第二支撑方式，在传动系统仿真软件中建立方位轴系结构的第二仿真模型，确定方位轴系结构中轴承的第二目标型号，其中，第二仿真模型用于模拟方位轴系结构的轴系晃动量，第二目标型号为多个型号中使轴系晃动量小于或等于第二预设轴系晃动量的型号；第二更新模块，用于将方位轴系结构中各个部件的有限元模型导入传动系统仿真软件，更新第二仿真模型，其中，更新后的第二仿真模型中轴承的型号为第二目标型号；第三确定模块，用于基于第二初始预载力和第二初始轴承间隙配合量，对更新后的第二仿真模型进行仿真模型，确定第二轴系晃动量对应的第二轴承间隙配合量和第二预载力，其中，第二轴系晃动量为使方位轴系结构的精度达到第二预设精度的轴系晃动量。

18、在一种可选的实施方式中，第二更新模块，包括：第一连接单元，用于将俯仰轴系结构对应的有限元模型和方位轴系结构对应的有限元模型连接；第二更新单元，用于将连接的俯仰轴系结构对应的有限元模型和方位轴系结构对应的有限元模型导入传动系统仿真软件，更新第二仿真模型。

19、在一种可选的实施方式中，第一支撑方式为第一支点双向固定和第二支点游动，或第一支撑方式为第一支点单向固定和第二支点单向固定。

20、在一种可选的实施方式中，传动系统仿真软件为romax，有限元仿真软件为hypermesh或cad fusion。

21、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的轴系设计方法。

22、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的轴系设计方法。

23、第五方面，本发明提供了一种计算机程序产品，包括计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的轴系设计方法。