前视成像系统运动仿真三轴倒挂转台设计（全套含CAD图纸）
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导教师： 论文题目：前视成像系统运动仿真三轴倒挂转台 班级： 学生： 学号： 论文的主要内容 第一部分：课题的目的、意义及背景 第二部分：三轴转台结构及驱动设计 转台总体方案设计 转台各部分的具体设计 第三部： 转台各部分计算及运动仿真 转动惯量及偏载的计算 转台运动仿真 背景 航空、航天工业发展水平是一个国家科技、经济及国防实力的重要标志。在航空航天领域中 ,惯性导航和制导技术是一项核心技术 ,三轴转台是测试惯性元件及半实物仿真的重要非标设备 ,其性能的好坏直接影响仿真和测试的可靠性和置信度。 三轴转台是以控制理论、相似理论、系统技术和信息技术为基础，利用计算机和专用物理设备为工具，为惯性导航和制导系统仿真试验提供平台的关键设备。 意义 三轴转台能够复现空间质心运动中的转角、角速度、角加速度等物理指标。由此，可以在地面试验室中真实地模拟导弹、飞行器等在空中的各种飞行姿态，以对敏感元件、惯导系统、执行机构等加以测试。将昂贵的实物试验转化为试验室中可预测，可重复性研究，为实物试验提供充分的技术指标和试验数据。 三轴转台的背景及意义 三轴转台实例 (1) 图 1 图 2 三轴转台实例 (2) 图 3 图 4 三轴转台总体示意图 图 5 部分结构图 内环结构 中环结构 图 6 图 7 转台驱动的设计 普通转台可以分为电动和液动两种，液动适合较大负载实验使用，且结构较复杂。本课题任务负载为 50于较轻负载，所以选择电动式。电动式的优势在于能够实现连续回转，又能满足本课题对输出力矩和功率密度的要求。本转台为电动转台，三轴的驱动均由电动机来完成。 经过比较我选择了直流无刷力矩电机！ 它的主要特点为；响应速度快，速度和位置的精度高，伺服刚度好，特性的线性度好，能力指标高，控制线路简单！ 图 8 转台其它设计 传感器设计 本转台采用的是感应同步器和光电 码盘。光电码盘作为外环和中环的位置 传感器，而内环电机的位置传感器则使 用感应同步器。 联轴器和轴承的选择 弹性胀环联轴器； 利用该轴承我可以把方位框架和方位轴连结起来。 轴承选择；钢丝滚道轴承和角接触球轴承。 内环使用了两个钢丝滚道轴承，一个为主轴承，起主要的定位和支承，另外一个是辅助轴承。 中环使用了两队角接触球轴承。 外环使用了两队角接触球轴承和一个钢丝滚道轴承。 图 10 图 11 限位保护装置 一级软件保护，二级光电开关，三级采用机械保护。本转台主要采用光电管和限位块还有一些缓冲装置如俯仰轴承辅助垫片等。 走线设计 控制转台的转角范围，尽量简单，在转台的很多零件上都设计了走线孔。 正交度的保证 方位轴和俯仰轴主要依靠装配调整，再利用俯仰轴承垫片。 俯仰轴和滚动轴的正交度则主要靠加工精度。 走线设计 转台各部分计算结果 转动惯量及偏载的计算 由转台各部件转动惯量和质 量计算结果，我们可以得到转台 总的转动惯量和总质量及总偏载 的近似值。 转台总质量： 转台对内环总转动惯量： 转台对中环总转动惯量： 转台对外环总转动惯量 : 转台对中环总偏载： 452 9958 8M 2zJ 111 转台的总质量满足技术指标中总质量小于1000的要求 ,也符合各轴对转动惯量的要求。此外，为了解决偏载的现象，我选择将内环电机外壳的尺寸设计的比计算的略大一些。 三轴转台运动仿真 本设计的三轴转台用 些运动动画截屏如下； 图 11 图 12 三轴转台运动仿真 在内框不转，中框旋转的过程中，外框轴的运动仿真如图一。力的仿真时间设定为 15秒，并可输出各种力学数据，外框轴承受的力的变化曲线如图 1所示 。 力的仿真时间设定为 10秒，并可输出各种力学数据，外框轴承受的力据的变化曲线如图 2所示。 综合分析，此设计受力虽然有一定的规律 ,接近循环应力 ,基本符合设计要求，满足转台的技术要求，但是短时间内力的变化也较大 ,有可能造成冲击或震荡，需要一定改进，或限制运动范围。 图 13 图 14 转台设计经验与综合改进方法 一，在转台建模仿真过程中，通过分析转台结构主要部件力学特性，在转台 各种特征进行相应的简化，采用合适的单元类型，控制模型规模和质量，是确保分析精度的必要条件。对于转台的研究，要校核多种载荷工况下，根据不同的边界条件，进行多种受力情况的仿真计算，以达到考核多种刚度指标的目的。多种工况下的弯曲刚度和扭转分析，可以找到转台在实际工况中的变形趋势，便于对转台刚度进行评价。 二，根据转台的动态性能要求，应对转台框架结构进行模态分析，以得到框架结构的固有频率和振型，并找出框架结构在动态激励时的薄弱环节，并对框架结构进行了改进，提高了其一阶固有频率，为之后的控制系统设计、优化提供了参考。 三，采用高精度的的检测元件、放大元件及其它校正环节所组成的闭环伺服系统能够进一步提高设备精度，调速范围可达几万甚至几十万，位置精度可达角秒级！ 致谢 此次
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