智能扫描机械台设计【8张CAD图纸】【优秀】

智能扫描机械台设计

35页 16000字数+说明书+8张CAD图纸【详情如下】

A1外框架.dwg

a1底座.dwg

A2电机下轴承座.dwg

中轴右-A1.dwg

中轴左-A1.dwg

方位轴.dwg

智能扫描机械台设计说明书.doc

波导座.dwg

装配图-A0.dwg

摘  要

　　　三轴雷达仿真转台是三轴转台的一种，本次设计的三轴雷达仿真转台主要用于某型机载雷达的测试。转台性能的优劣直接关系到仿真和测试试验的可靠性，是保证某型机载雷达的精度和性能的基础。本文针对三轴雷达仿真转台的机械结构设计进行了详细的讨论，并进行了理论论证及必要的计算，同时对本转台中使用到的测量元件及联轴器等其他原件的结构及原理作了简单的介绍，设计中采用铸铝合金作为台体的材料，实现了低转速、高精度的要求，并且减轻了整体的重量，使机构在满足：转角范围、速度范围、最大角加速度等设计参数要求的前提下，使结构设计尽量优化。本设计紧紧围绕着设计任务书中的各项指标，从内环开始至外环一步一步地展开设计。本文主要内容包括转台的总体结构论证、转台的详细结构设计、转台的误差分析等。结合转台设计的特点，本文重点讨论了转台机械结构的设计思想及设计过程　关键词：三轴仿真转台；机载雷达；测量元件；联轴器：内环：中环：外环。  

ABSTRACT

　　　Three shafts radar simulation turntable is one type of the three shafts turntable . The three shafts radar simulation turntable in this design is mainly used to test a certain type of airborne radar. The simulation turntable has great influence on the reliability and credence of experimentation,so the precision accuracy of a certain type of airborne radar is based on simulation turntable.This paper discusses detailedly the design of mechanical structure of the three shafts radar simulation turntable . Then uses  the principle to demonstrate it and do the necessary calculation . At the same time, introduce the principle and structure of measurement components and clutch and other components used in the turntable in brief . This design closely revolves around every targets in design assignment,and spreads out from inner frame to outer frame step by step. The chief content of this paper involves the demonstration of the general structure , the design of the detailed structure and the analysis of error of the turntable. Combining the designing character of the turntable ,this paper emphatically discusses the idea and the process in designing the turntable.

Key  words：；Three Axis simulation turntable；Airborne radar；Measuring element；       Coupling；Inner ring；Central；Outer ring

目 录

摘  要1

第1章  绪  论5

1.1  课题背景5

1.2.1  智能扫描机械台的发展状况5

1.2.2  国内智能扫描机械台的发展状况7

1.2.3  未来转台的发展趋势8

1.3  立题的目的和意义8

1.4本文主要工作8

第2章智能扫描机械台总体设计9

2.2  总体设计流程9

2.3  转台类型的确定9

2.4  转台运动功能设计10

2.4.1  工作原理10

2.4.2  运动功能方案10

2.5  转台总体布局设计10

2.6  转台主要参数设计11

第3章 智能扫描机械台机械结构详细设计12

3.1  转台内环结构设计12

3.1.1  结构设计12

3.1.2  转矩计算13

3.1.3 轴向固定方式的选择14

3.1.4 轴的最小直径的确定15

3.1.5轴承的选择15

3.1.6 轴承的固定与密封15

3.1.7 内框轴与负载盘的联接方式16

3.1.8 主要零件刚度校核17

3.1.9  电机转矩的校核18

3.2  转台中环结构设计19

3.2.1  结构设计19

3.2.2转矩计算20

3.2.3  电机转矩校核21

3.3  转台外环结构设计21

3.3.1  结构设计21

3.3.2  转矩计算21

3.3.3  电机转矩校核23

3.4  机械转角限位装置设计23

第4章误差分析26

4.1  回转精度分析26

4.1.1  滚动轴系回转精度26

4.1.2  俯仰轴系回转精度26

4.1.3  方位轴系回转精度27

4.2  三轴相交度分析27

4.2.1  滚动轴与俯仰轴的相交度27

4.2.2俯仰轴与方位轴的相交度28

第5章 测量及其它元件简介29

5.1  直流无刷电机29

5.2  感应同步器30

5.3  绝对式光电码盘30

5.4  钢丝滚道轴承31

5.5  胀紧式联轴器32

结  论33

参考文献34

致  谢33

1.1  课题背景

　　　远古时代，人类的祖先面对着充满神秘色彩的天空，编织出许多美丽、动人的神话、传说故事。这些故事经过无数代人的流传，便真有了冒险者，不惜生命代价尝试原始的飞行探险。

　　　1903年12月17日，莱特兄弟第一架动力飞机的试飞成功，使人类飞行的梦想变为现实。但是人类并没有为此而满足，他们将眼光瞄准了更遥远的宇宙空间。1926年3月16日，美国人戈达德制成了世界首枚液体火箭。1957年苏联卫星首次进入太空。1969年7月20日，阿波罗11号飞船登月成功。1981年4月12日，世界上第一架航天飞机哥伦比亚号发射。从此人类进入了宇宙探险时代。最早，飞行器上天之前要用许多实物进行实验研究，这样不仅造成许多财力、物力、和人力的浪费，而且有限的实验所获得的规律也不是十分的准确，其中存在很大的偶然性。随着人类航天活动的越来越频繁，对设备的可靠性及经济性的要求也越来越高。尤其是近几年来几次重大的航天飞行事故促使人们对以往的实验手段进行了深刻的反省，开始了仿真测试设备的研究，仿真转台就是在这样的背景下产生和发展起来的。二十世纪七十年代后，计算机尤其是数字计算机的发展为仿真技术提供了更高的技术基础。现在仿真转台已应用到航空、航天设备的研制和测试的各个环节。

1.2  智能扫描机械台结构设计的国内外发展状况

1.2.1  智能扫描机械台的发展状况

　　　美国是世界上最早研制和使用转台的国家，它的第一台转台于1945年诞生于麻省理工学院。从那时起直到现在，美国的转台研制和使用，无论在数量、种类，还是在精度和自动化程度上都居于世界领先水平，代表了当今世界转台的发展水平和方向。此外，英、法、德、俄等国也投入了大量的人力、财力进行仿真转台的研究。但是以美国最为典型，下面主要以美国的转台研究和发展为例进行介绍。回顾美国转台的发展过程，大体可以分为以下几个阶段：

   第一阶段的主要标志：用机械轴承支撑台轴，轴的驱动采用交流力矩电机。

   1945年，美国麻省理工学院仪表实验室研制成功世界上第一台转台，开始了转台发展的第一个阶段。此转台后来命名为A型台，台轴的支撑采用一般的滚珠轴承，轴的驱动直接用交流力矩电机完成。在A型台的基础上，于1950和1953年又相继研制出了B型台和C型台。

   第二阶段的主要标志：采用液体静压轴承支撑台体，用支流力矩电机驱动轴系。

   1956年，美国开始研制液体静压轴承转台，并研制出了D型液体轴承台，他的摩擦力矩仅为C型转台的1/8，有利于提高精度。

   从五十年代开始，除了麻省理工学院，美国还有一些公司也开始研制转台。如Carco公司于1967年生产了T-025、026和081型转台。Fecker公司于1964年和1965年先后生产了352型、452型转台。

　　　1968年，E型台的研制成功被认为是美国转台发展的第二个阶段。E型台的主要材料是非磁性材料356号铝，采用轴向和径向带有压力补偿的液体轴承，并在耳轴上采用了空气轴承。第2章智能扫描机械台总体设计

2.1  转台技术要求

　　　转台总体设计是转台设计中的关键环节，它对转台所能达到的技术性能和经济性起着决定性的作用。本次设计所要达到的技术要求如下：

   1．负载尺寸：

   2．负载重量：150kg

   3．转角范围：内环±90°，中、外环±45°

   4．最大角速度：内环300°/s、中环180°/s、外环160°/s

　　　5．最小角速度：内环0.003°/s、中环0.003°/s、外环0.003°/s

　　　6．最大角加速度：内环500°/s2、中环180°/s2、外环180°/s2

   7．三轴转角精度：0.003°

   8．三轴相交度：0.5mm

   9．视场角：±45°

   10．双十频响指标：内环4Hz，中、外环3Hz

2.2  总体设计流程

   根据机械设计总体设计的一般规律及智能扫描机械台的特点，智能扫描机械台总体设计流程如图2.1：

2.3  转台类型的确定

　　　智能扫描机械台根据其方位轴系和滚动轴系所在位置的不同，分为立式和卧式两种类型。立式转台外环是方位轴系，内环是滚动轴系；卧式转台与立式转台相反，外环是滚动轴系，内环是方位轴系。根据本次转台设计的技术指标，内环转角范围为±90°，而中、外环转角范围为±45°，所以内环应为滚动轴系。因此我们选用立式转台。

　　　根据驱动装置的不同，转台又可分为液压驱动转台、电动转台和电液混合驱动转台。液压驱动自身存在线性度差、转角小、低速性能差、维护复杂等许多缺点。而本设计要求的转速范围为：内环0.003°/s～300°/s、中环0.003°/s～180°/s、外环0.003°/s～160°/s。显然，低速性能要求较高，液压驱动不能满足要求，所以我们选择电力驱动。

　　　综上，我们选用立式电动转台。

2.4  转台运动功能设计

2.4.1  工作原理

　　　智能扫描机械台的三个轴都由电机直接驱动，通过改变电机电流来改变各轴的转速，通过一个峰值电流来实现电机的最大加速度。各电机的启停及通过各电机的电流由接收到的外部信号控制，从而使转台上的负载能够跟踪信号的运动。

2.4.2  运动功能方案

　　　转台运动功能图如图2.2所示，内环、中环和外环均由电机驱动，外环实现方位运动、中环实现俯仰运动、内环实现滚转运动。2.5  转台总体布局设计

    根据技术指标，考虑到负载尺寸较大，为了尽可能降低转台惯量，提高转台的响应速度，我们将内环轴设计为中空，负载直接安装在内环轴的中空部位。在尽可能减小转台中环惯量的同时，为了保证中环刚度，我们将中环框架设计为与内环（滚动轴）同心的圆筒结构，这种结构具有结构刚度高、工艺性好等优点，且能实现尽量小的转动惯量。由于本转台整体结构较大，同时为了保证中环框架的正确安装，我们将外环框架设计为分体式薄壁箱结构，这一结构可以在达到最小质量的情况下实现最大的结构刚度。综上所述，本转台的总体结构我们采用立式O-O-U结构形式。其总体布局如图2.3所示2.6  转台主要参数设计

　　　本转台负载安装于内环轴孔中，负载尺寸为，所以内环轴径由负载尺寸决定也为。内环轴壁厚尺寸，考虑其刚度，结合经验暂定为23mm，由于转台设计的特殊性，其它结构尺寸均与前一步结构设计的结果直接相关，所以暂无法确定。

2.7  本章小结

   在本章设计中，根据此次设计的技术要求，完成了本设计的总体设计流程，确定了转台的类型为O-O-U型；根据转台的运动原理，设计出它的运动功能方案，三轴均为直接驱动；根据技术指标，考虑转台的负载尺寸，确定负载过渡盘厚度为23mm，设计转台的总体布局为立式。3.1  转台内环结构设计

　　　内环结构设计是转台设计的第一步，因此也是设计的关键一步。内环结构设计所要解决的关键技术问题是：全中空轴系设计及负载的安装界面设计。

3.1.1  结构设计

　　　内环轴系的结构设计如图3.2所示，轴系转子为内环轴（内环框架），负载安装在内环轴的后端，由于负载尺寸较大，在内环轴的后端增加一负载过渡盘，辅助支撑负载，内环波导座位于负载过渡盘的顶端。内环轴系的支撑采用钢丝滚道轴承，由于内环轴的轴向尺寸较大，为了保证轴的刚度，我们除了在轴的前端用一钢丝滚道轴承作为主支撑外，在轴的后端再增加一钢丝滚道轴承作为辅助支撑。内环驱动电机安装在轴系前端，电机转子用螺钉与内环轴相联，这种布置一方面可以扩大视场角，另一反面可以最大限度的起到静力矩平衡的作用。内环测角元件为感应同步器。

　　　内环定子与中环框架作成一体。这样既可以使结构紧凑，又可以实现更高的系统刚度和精度。

参考文献

孙靖民.现代机械设计方法[M]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.

陈铁鸣，王连明.机械设计[M]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998.

王连明.简明机械设计手册[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2006.

郎需英．三轴惯导测试转台［N］．北京：系统仿真学报：2001，Vol.17

赵经文，王铎．理论力学（下册）［M］．北京：高等教育出版社，2001

赵九江，张少实，王春香．材料力学［M］．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003．

王连明.机械设计课程设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002.

成大先.机械设计手册单行本[M]．北京：化学工业出版社，2004.

肖万选.前灯雷达天线转台系统结构分析[J].电子机械工程. 2002年第04期.

肖万选,杨锡和,石辉.天线外场测试转台结构技术研究[J].电子机械工程.2001年第05期.

肖万选.天线稳定转台系统结构设计技术研究[J]. 舰船电子对抗.1999年第04期.

肖万选,王喜坤.舰载雷达天线转台基座的结构分析[J]. 电子机械工程.2000年第05期.

刘长海.舰载雷达天线转台系统的装配设计及运动仿真[J]. 电子机械工程.2002年第01期.

肖万选.天线转台驱动系统的轴向固定方式[J].电子机械工程.2001年第02期?.

肖万选.一种雷达天线转台系统的结构分析[J].舰船电子对抗.2001年第05期.

肖万选.几种天线测试转台的传动型式[J].电子机械工程.2000年第01期.

肖万选.一种雷达俯仰转台的传动型式与天线的运动范围[J].舰船电子对抗.2003年第02期.

杨锡和.一种新型雷达天线方位转台[J].雷达与对抗.2004年第02期.

Psiaki, M.L. Attitude sensing using a global-positioning-system antenna on a turntable [J]. Journal of Guidance, Control, and Dynamics v 24 Publication year: 2001.

Liu, Yanbin; Jin, Guanghe, Hui-Yang. Research on model of pointing error of a three-axis simulation turntable[J]. Journal of Harbin Institute of Technology.2005.