2.3 FMD夾具設(shè)計
   
    力限FMD夾具不同于傳統(tǒng)的振動夾具，傳統(tǒng)的振動夾具一般采用整體式結(jié)構(gòu)，盡量避免螺接或焊接。力傳感器測量的原理決定了其必須成為夾具中承力的主要部件，因此FMD夾具通常為分體式，通過螺釘連接為一個整體，在文獻[5]中將FMD設(shè)計為一個測力環(huán)，然后其上再安裝夾具。本設(shè)計將測力環(huán)與夾具進行整合使其具有測力和夾具的雙重功能，該FMD夾具由三部分組成：上夾具、下夾具、力傳感器，見圖3。上夾具用于與衛(wèi)星連接，下夾具用于與振動臺連接。
   

    圖3：力限FMD夾具

    
    為了使夾具在保證剛度的前提下重量盡可能輕，選用鑄鋁作為上下夾具的材料，并通過鑄造成形。經(jīng)計算上下兩段夾具總質(zhì)量為514.54Kg，傳感器每個質(zhì)量10.5Kg，共84Kg，整個FMD夾具總質(zhì)量為598.54Kg，總高度295mm。本夾具由于采用的是組合連接方式，具有很高的靈活性，對于接口不同的衛(wèi)星產(chǎn)品只需重新投產(chǎn)上夾具即可解決兼容性問題。8個力傳感器的分布有兩種選擇，即正交分布和斜交分布。正交分布為在橫向振動的X和Y軸上具有4個傳感器，見圖4。斜交分布為傳感器與橫向振動的X、Y軸具有22.5度的偏離，見圖5。         
   

    圖4：正交分布

    圖5：斜交分布

    
    當做垂直向振動時，8個傳感器在受力方向上處于同一平面，力由每個傳感器均勻承擔，正交與斜交對于傳感器的受力幾乎沒有區(qū)別。當做水平向振動時，受力情況較為復雜，除了橫向力外還具有傾覆力，且傳感器在橫向力的方向上不處于同一平面，每個傳感器的受力是完全不同的，正交與斜交兩種分布方式將會對傳感器的受力產(chǎn)生影響。本文第3節(jié)中將分析兩種分布的剛度以及對于橫向受力的影響，選出較為合理的一種。
   
    3 計算與分析
   
    3.1 頻率計算
   
    頻率計算采用cosmos軟件進行有限元模態(tài)分析，由于下夾具與振動臺連接，故約束下夾具每個安裝孔的3個平動自由度，傳感器分別通過4個螺釘與上下夾具相連，因此將傳感器的上下表面設(shè)置為剛性連接。傳感器建模外形按照實際尺寸，并修正其密度和彈性模量，使之質(zhì)量和各向一階頻率與實際指標一致。經(jīng)修正密度為7540kg/m3，彈性模量為4.5GPa，計算質(zhì)量為10.5Kg，計算一階橫向頻率為1927Hz，一階垂直向頻率為2030Hz。可見在這組參數(shù)的修正下，橫向剛度基本與指標一致，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)未知，只能將其模擬為剛體，因此在彈性模量一致的情況下出現(xiàn)了垂直向剛度和橫向剛度相差不大的情況，修正后的傳感器模型滿足了橫向剛度，雖然垂直向剛度遠小于指標值，但可以說此模型是保守的，如果將其代入整體結(jié)構(gòu)進行計算，其頻率也將是保守的。經(jīng)計算正交分布和斜交分布的一階頻率見表2，振型見圖6、7、8、9。
    

    表2：正交與斜交分布一階頻率  
   
    圖6：正交分布橫向一階振型  
   
    圖7：斜交分布橫向一階振型
   
    圖8：正交分布垂直向一階振型
    
    圖9：斜交分布垂直向一階振型

    
    從表2可知無論是正交還是斜交分布，其橫向一階頻率都幾乎達到了試驗最高頻率的3倍，而垂直向頻率由于使用了傳感器的保守剛度，其實際頻率應(yīng)比表格中的數(shù)值更高，因此從頻率角度來說正交和斜交都可滿足試驗的要求。