三自由度微型飞行器模拟转台的设计开题报告.doc

毕业设计（论文）开题报告题目三自由度微型飞行器模拟转台设计专业名称机械设计制造及其自动化班级学号088105442学生姓名邹金生指导教师朱保利填表日期2012年3月12日一、选题的依据及意义：选题的依据随着社会的发展，工业水平的提高，逐步的由大型化转向小型化，转化成微型化。在此发展的过程中，机械制造技术的水平与制造业也得到了有个较快的发展，它反映的是一个国家的经济实力和科学技术水平。新技术的推广和应用，使得新产品的不断涌现，与原有的事物相比，其体积是越来越小。机械工业历来都是发达国家的重要支柱产业，是一个国家的工业基础。从70年代开始，由于各国政府重视和发展高新技术，特别是微电子技术，微机技术的引入，使传统的机械工业在产品结构和生产系统结构等方面发生了质的变化，使其焕发了新的生命，形成了一个崭新的现代机械工业。一个国家需安全、稳定，其国防技术就不能落后于其它国家。目前，各国在国防建设的投入是越来越多，逐年增加，为的就是研制出新的产品，使自己有优越于其他国家。现代军队的装备越来越重视其轻型化、技术化、现代化等。如：微型冲锋枪、微型机器人等。飞机在现代战争是必不可少的，其发展趋势也是向无人驾驶，微型化发展。在微型飞行器的研制过程中，飞行仿真实验是必不可少的重要步骤。飞行仿真实验主要分为测试飞机飞行动力学性能的风洞实验和测试飞机动态控制性各种机载传感器性能的地面半实物飞行仿真实验。只有通过仿真实验，获取足够多的飞行器性能数据，确证飞行器的外形设计符合动力学要求，控制系统具有足够的稳定性以及各种机载稳定性以及各种机载仪器能够在模拟工作环境中正常工作，才能进行飞行器的试飞工作。我国也在研制开发微型飞行器的行列中的一员，因此也就需要进行飞行仿真实验必不可少的实验设备模拟转台。为了加快我国微型飞行器的事业的发展，我选择了三自由度微型飞行器模拟转台设计作为我的毕业设计的课题。课题的意义在微型飞行器模拟转台的设计过程中，三轴摇摆台是半实物飞行仿真实验系统中的一个关键设备。它可以按照实验要求，提供飞行器飞行时的航向角、俯仰角、横滚角以及飞行扰动，实时模拟飞行器在空气飞行的姿态。通过模拟飞行器的飞行姿态，测试飞行器控制系统能否在飞行器受到外界扰动时控制飞行器调整到安全飞行姿态。同时，还可以测试飞行器携带的机载传感器在模拟飞行条件下的工作状况。二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：目前，在微型飞行器模拟实验转台的研究开发方面，多采用齿轮传动，用步进电机驱动。一般是三轴飞行模拟转台，实验时能提供飞行器飞行时的航向角（偏转角）、俯仰角、横滚角（滚转角），即只有三个自由度。这种三轴飞行模拟转台，并不能完全模拟飞行器在空中的姿态。它采用三层转台提供三个方向的转动。在实际使用时，由三个独立的电机驱动。下层转台模拟飞行时的航向角，中层转台模拟飞行时的俯仰角，上层转台模拟飞行时的横滚角。飞行器在空中飞行时，有六自由度，所以在风洞实验时，模拟转台的发展趋势是具有五个或六个自由度，要能真实的模拟飞行器在空中受到的各种力以及影响，并且使其智能化，即由计算机控制，以增加模拟的准确性。三、研究内容及实验方案：研究内容：1搜集毕业设计相关资料，包括参考图纸、技术论文及外文资料。2对相关类型的模拟转台进行分析比较，并确定出新的传动方案，绘制出相应传动系统图。3绘制结构图，包括展开图和剖截图，并进行相关设计的计算。4综合计算结果及图，进行合理性检验。5确定方案并进性设计记录的修改、整理。6绘制总装配图。7确定驱动方式，并确定驱动动力来源。8撰写说明书。9翻译外文资料。实验方案：方案一、方案二、方案三：方案一中，主要采用的是齿轮、轴机构。把实现其功能分为三层转台实现，各层转台采用步进电机带动。方案一中存在较多的缺陷：一是机构不够紧凑，实现第二层转台功能是靠的是支架，这样不但不好定位而且使整个机构处于不稳定状态；二是实验时，三层转台的运动中心必须是在飞行器的运动中心上的，而此机构较难以保证。第二层转台的运动中心较难控制，难以保证三轴同心。所以此运动机构在设计上是不合理的，不能在实践中得到运用。方案二中，采用蜗轮蜗杆机构。这是利用了蜗轮蜗杆的运动中心较容易控制，设计过程中当中，应使飞行器的工作转台位于蜗轮蜗杆的运动中心，这样就可以确保同心的要求。在第一层转台当中，采用啮合作用，使整个上层转台转动，其运动中心同样也是在飞行器的运动中心之上的。在此机构当中还采用了软轴机构，充分利用了软轴的旋转特性。利用软轴来模拟飞行器的横滚，软轴直接连接于工作台之上的，同时也可以直接的与步进电机连接，使整个机构较为紧凑。驱动软轴的电机与驱动蜗轮蜗杆的电机列于运动中心两侧，这样有利于整个工作转台的平衡，减少转动惯量，提高精度，同时也便于三轴的同心。此方案总结来说比较合理，在实现三个自由度的同时，也确保了其运动中心在同一轴线上。能较好的确保运动精度和准确度。方案三第一层转台采用齿轮啮合，保证工作台的运动中心在齿轮的运动中心，再利用两根软轴来实现飞行器的俯仰和横滚运动，与两根软轴连接的步进电机分布于轴的两端，便于平衡，降低转动惯量，其精确度较高。总述三种方案，方案三较为方便、紧凑。设计过程中也较为简单在本书中就不予于设计与介绍。在本书中主要介绍方案二。对方案二的零件进行设计与计算。四、目标、主要特色及工作进度目标：1）设计的模拟转台具有三个自由度，有效载荷重量为300500克，有效载荷空间为150mm，