微型飞行器模拟转台设计【机械毕业设计含3张CAD图+说明书1.9万字55页，开题报告，任务书】
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微型
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!【包含文件如下】【机械毕业设计类】CAD图纸+word设计说明书.doc【需要咨询购买全套设计请加QQ97666224】.bat
A0-总装配图.dwg
A3-上下运动的大齿轮.dwg
A3-上下运动的小齿轮.dwg
任务书.doc
外文翻译
开题报告.doc
摘要.doc
目录.doc
说明书.doc
目录
1 前 言 2
1.1模拟转台的出现 2
1.2研究概况及发展趋势 3
1.3本设计的内容和特点 3
2 转台机械系统方案的选择及评价 4
2.1 部件的选择 4
2.2 方案的选择和评价 13
3 偏转部分设计 15
3.1：偏转部分齿轮机构的设计 15
3.2：航向部分轴的校核 20
4 偏航部分的设计 23
4.1 转台导轨的设计 23
4.2 偏航运动的螺纹传动设计计算 28
4.3 螺纹传动动力源的选择 33
4.4 偏航部分齿轮机构设计 33
5 滚转部分的设计 39
5.1 滚转部分的相关计算 39
6 升降部分的设计 41
6.1 螺纹传动的设计计算 41
6.2 升降部分齿轮机构设计 45
6.3 动动力源的选择 50
7 俯仰部分的设计 52
7.1 俯仰部分的相关计算 52
参考文献 54
致谢 55
微型飞行器模拟转台设计
摘要：在微型飞行器的研制过程中,飞行仿真实验是必不可少的，飞行仿真实验主要分为测试飞机动力性能的风洞实验和测试飞机动态控制性能。三轴摇摆台是半实物仿真实验系统中的一个关键设备。
本文设计开发了一种用于微型飞行器半实物仿真实验的多功能飞行模拟转台，转台可作为低速扎的三轴摇摆台，也可以作为高速旋转的一维旋转台使用，转台通过独立的轴系来实现所需模拟的转角。通过计算机控制系统控制整个转台的转动。设计中采用了齿轮机构、蜗轮蜗杆机构、软轴机构来模拟其运动。
本产品的主要功能是在控制系统的作用下，能精确做如下运动：手动步进，手动步退，自动步进，自动步退。所设计的模拟转台具有结构紧凑、操作方便、可控性较好、功能也较强大等优点。
关键字：飞行模拟转台 仿真实验 风洞实验
- 内容简介：
-
1 1 动力与背景 绍 最近，对工程师有用的著作中，行星齿轮传动就像一个简单明了的运动学解答一样给予了一个明确的分析。不幸的是没有一个出版机构愿意出版一个简单的设计与分析技术。这一技术考虑到了在普通的例子中动力在齿轮传动中表现。这论文目的是想弥补这样一个空缺，在大多数的例子中，能找到全部的速度以及周转轮系力的解决方法的技术。在这方法发展后，列线图表可被用作产生直觉设计装置，允许设计者通过视觉去分析齿轮传动的运动形式，而不许不需重复的去解方程来完成。终于 ,方法设计与解决装置的出现，在新的一系列双轴自行车 中，把使用行星轮系的实际性当作能源单位来联结。 力 2002 年研究这项上述方法。很大程度上激发了被承担由弗吉尼亚技术人的供给动力的车队。在多用车早期设计期间进入了每年 争 , 这表明，对于两名车手相对不一致输入动力最有效的办法是使用行星轮系。概念在设计之后由人力车队试图将使用一列行星齿轮象那个被显示在上图 1 创造近似地会允许两个车手对脚蹬以同样速度和近似地会贡献产品力量的同样百分比的系统。行星轮系容纳在速度和功率输入上的区别由二个车手。轮系特点的本质是这份论文焦点。 图 1 图 1: 齿轮传动被使用在人供给动力的车的 s 设计项目中 运用 方法为发现齿轮传动的运动学解答 , 它被发现机制被控制了 。 2 那里 . 并且 R 是齿轮传动的基本的传输比率。 执行一个静态分析 , 扭矩被发现被控制 那里代表转矩 在各个元素在传动 , 并且 N 代表齿轮传动中的齿数。使用这些等式 , 它变得明显 , 达到力量均衡的目标以相等和相反输入速度是不可能的。 如果 2 和 5 被认为是相等和相反 , 然后达到力量均衡 , 须并且是相等和对立的。 根据等式3, 这意味着 R 必须是 1 。 不幸地 , 这采取分母等式 1 到零 , 可以驱动 6 到无限。什么直觉地似乎一个简单的问题解决导致了唯一的解答空间。 以最后期限为竞争结束 , 设计计划被摒弃了倾向于一种更加简单的解答。研究完成在试图设计一系列齿轮传动，成为了一个更加宽广的研究计划的基础。 这个项目驱动 , 而不是系列齿轮传动的设计为一个具体目的 , 是创造将允许行星齿轮传动发展为任一个可能的应用的数字的一个简明的设计方法。 由处理行星在最一般的例子中 , 这个项目以及允许探索 的失败的原因，设计工程师定义运动学关系在行星齿轮传动中的三个分支之间没有首先选择齿轮的一个物理安排。 景 一列行星齿轮传动被定义作为任一列齿轮传动中，包含至少循轨道运行由转动关于它自转和并且关于的轴的一个齿轮 , 或载体。 基本行星 , 或周转圆 , 齿轮传动被显示在表 2, 与被简化的表示法一起被使用为这份论文剩下的人。 基本的传动包括二个齿轮 , 太阳 (1) 和行星 (2) 齿轮 , 并且第三名成员 , 此后指行星载体或架 (3)。 3 图 2 图 2: (a) 基本的周转圆的齿轮传动和 (b) 它的运动学表示法。 因为它很难直接地把转动传送到从行星齿轮 , 基本的周转圆的齿轮传动有些被限制在实际应用。然而，更加有用的是，周转圆传动指简单和复杂行星齿轮传动 , 那里第二个太阳齿轮被使用。 这些齿轮传动可能会在任何十二个安排被指出的图 3. 是依照由 L.初提出。 图 3 图 3: 简单和复杂周转圆的齿轮传动。 4 传动在象限 I 和 分类作为简单的周转圆传动 , 因为行星 齿轮是在与两个太阳齿轮啮合。那些在象限 表复杂齿轮传动 , 那里行星齿轮部份地是在互相啮合和部份地在啮合与二个太阳齿轮。 注意那 , 不管安排 , 只一个行星载体也许被使用。 当这个图清楚地显示周转圆的齿轮传动的十二个可能的排列 , 记法使用很被难掌握。 为了援助在实际传动的形象化模拟 , 图 4 显示更低的布置在象限 I 的一级齿轮传动。 图 4 图 4: 象限 I 的更低布置的周转圆的齿轮传动在表 3。 行星齿轮传动第一次出现在古老中国 , 是大约 2600。 当磁性指南针它诞生时候 , 中国人面对了难题是 运用它，横跨一望无际的戈壁沙漠。 克服这个困难 ,这机器被发展了。 这个设备使用了一列相对地复杂行星齿轮传动，附有驱动的二个轮子维护一个图在推车上面指向在同样方向 , 不管道路怎样，都向前运动。这个设备的复杂似乎表明 , 中国人使用有差别的驱动相当一段时间的传动的装置的诞生之前。 这时，行星齿轮传动消失从历史相当一段时间。 这更加可能归结于缺乏目标 , 而不是实际原则的不用。 在装置以后 , 下次出现行星传动是在什么被命名了安尼可雅机器。 1901 年由海绵潜水者发现在离 腊海岛的沿海的 附近 , 它由学 5 者辨认了作为类型计算器被使用为预言蚀和其它占星术事件。这个特殊设备建于大约82留下期间行星齿轮传动通过相对地未被注意的由人类历史大致 2500 年的空白在 行星齿轮的传动原理在远东拯救了欧洲的黑暗年代 , 由设备的发现上见证相似与 器由伊朗 出 字在第一个世纪广告晚期。 在巨大新生期间 , 行星被获取的广泛用途在星盘和时钟里。机制的用途和发展在新生过程中一直持续到当今天。 在这点可以有趣的表明 , 从 2600星原理成功地被使用了 , 在 1841 机制的卫利斯的原则出版之前，任一目的都是为了创造设备的一个分析模型。 学回顾 罗伯特 卫利斯 1857 年的出版物 ,即机制的原则 , 广泛被看待如同第一出版物单一地致力现在叫动力学领域。 在他的工作中 , 卫利斯第一次在出版文学里谈论分析塑造一周转圆的行星齿轮传动。因为这工作纯粹地在研究一关于机制的 , 出唯一一种解答为旋转的速度在齿轮传动。 在研究这种解答以后 , 作者让剩下的致力周转圆的齿轮传动的人去谈论机制的应用。当这次讨论很好被设想时 , 它报道四种齿轮的周转传动卓而又模 糊的应用 , 由于工作年龄的关系。 依照早先的陈述 , 这工作研究的仅仅是齿轮传动的动力学 ,在机制中任一次关于扭矩的讨论都没有提出。 在他的博士论文关于技术大学的建筑中 , 民用和运输工程学在匈牙利 , 周转圆的齿轮和周转圆的变速齿轮的理论 , 。 L.图成利用所有早先书面文学关于周转齿轮传动并且他称 哪些看来简单地都是些多速度传输。 在对读者解释构成一周转圆传动时 L.一次确切地指出 , 周转圆传动有一十二种可能。他还解释到 , 这十二可能清楚地被划分为有没有辅助 行星或行星对。在第一版中的任一目的都是为了清楚而简捷的行星传动的所有可能的排列。 在周转圆传动定义以后 , L.然改变了对它的解答的关注。 在简要地谈论解答方法以后由 划 , 并且通过 图解方法，作为它适用于没有辅助行星轮的传动。最后，他充分谈了两种不同的定义，这定义可能进行适用于法有辅助行星轮的传动。再者，他没提供在这一系统中的解决扭矩的办法。 麻省理工学院 ,机械工程 授在 1961 年出版了他的著作 机制解析和设计。 在这著作 中 授再次详细提出 于找到有三个与四个齿轮传动的特别设计方法周转圆齿轮传动每一级的转动速度。当这些技术很好的被写和 6 简单应用后 , 在这一系统中还是没有关于扭结的讨论。在这出版书中包括了及比所有论的更相关的几种行星齿轮传动的应用。 约瑟夫 约翰 1980 年出版了他们的动力学文本 , 机器和机制的理论。 在这著作中不仅 s 方法学的分析 , 而且对周转圆的齿轮传动有一个更加完全的定义。他们不仅对这个定义进行了相当数量的讨论 ,而且他们再次生存了 L.图象描述行星齿轮传动的十二可能的变异。然而，最重要地是他们在当前齿轮传动中提出了扭矩的一个解答技术。不幸地，他们不能把相近的静态力量分析作为一般事件 ; 他们为一个特别的安排行星轮，通过根据自由体图可提出解答。 这个方法相对地简单 , 它限制设计师在早期设计过程中对一对齿轮排布。机制和机械动力学 , 哈密尔顿 查尔斯 出版物 ,出版了大量和 样的信息。 当动力学的解析和机制的静态力量是几乎相同的 , 且提出一个简要的部分来考虑在从行星轮系中的流通功率。 当这次讨论没有直接应用这份论文 , 它暗示其中使用的方法在齿轮传动中解决静态力量为一般事例。 1981 年约翰 版了他的计算图。 这著作给出了对计算图优秀介绍 , 并且充分谈论他们的用途和建筑。 这著作在计算图的建筑此中被提出是有帮助的。当大多数这出版物致力于计算图的再生产，包括问题宽广的一般类别处理空气 , 水 , 并且相关的机械设备 , 介绍 为新手比足够的信息提供更多完全地了解对计算图的建筑和用途为几乎任一个问题的解答。 2 论 纵观工业社会的发展历史，诸多发明都被申请为专利，并且新的技术体系也逐步进化。其中比以前任何一项技术能对制造业产生更迅速、更重大影响的发明或许就是数字计算机。计算机在绘图部门正在被越来越多地应用于设计和工程零部件的详细说明中。 计算机辅助设计 (是应用计算机和图形软件，在构思到文档形式的过程中来帮助或改善产品设计。计算机辅助设计通常与一个交互式计算机图形系统的应用联系在 一起，称为计算机辅助设计系统。计算机辅助设计系统是进行产品和零部件的机械设计及几何建模的强有力的工具。 采用 统支持工程设计有以下优点： 7 提高生产率 提高设计质量 统一设计标准 创建制造数据库 消除手工绘图的误差和不相容性 计算机辅助制造（ 是在制造计划和控制中有效地使用计算机技术。计算机辅助制造是与制造工艺联系最紧密的功能，例如工艺过程和生产规划、机械加工、进度安排、管理、质量控制和数字控制（ 件加工程序。计算机辅助设计和计算机辅助制造经常结合在一起构成 统。 这种结合在 一起的系统允许在制造一种产品时，从设计阶段到计划阶段进行信息传递，不再需要手工来输入零件几何机构数据。在计算机辅助设计期间建立的数据库被储存起来，然后通过计算机复制造进行进一步的处理，转变为操作和控制生产机械、材料处理装置和进行产品质量自动检测所必需的数据和指令。 基本原理 本原理类似于用于在制造业中判断任何基于技术的改进原理。它产生于生产力、产品质量和竞争力不断提高的需求。还有如下一些因素促使一家公司将手工加工方式改造为应用 统来进行生产： 不断增长的 生产率 更好的产品质量 更方便的信息交流 在制造过程中共用数据库 降低制造样机的费用 加快对用户的反应 硬件 统的硬件部分由以下几块组成：（ 1）一个或多个设计工作站，（ 2）数字计算机，（ 3）绘图仪、打印机和其他输出设备，（ 4）储存设备。另外， 此有利于一些计算机集成。 工作站是 统中计算机和用户之间的接口 。 作站的设计和它的实用特征对用户输出的方便性、生产率和质量将产生很重要的 影响。工作站必需包括一个图 8 形显示终端和一套用户输入设备。 统的应用要求有一台具有高速中央处理器（ 的数字计算机。它包含主存储器和逻辑 /算术部分。在 使用最广泛的辅助存储介质是硬盘、软盘或它们两个的结合。 在 统理典型的输入 /输出设备如图 示。输入设备一半被用来把信息从人或者储存介质传递到一台能够执行“ 能”的计算机中。有两种基本方法来输入已经存在的图形：在图纸上建模或把图形数字化。 标准输出设备是阴极射线管显示器。有两种主要类型的阴极射线管 显示器：随机扫描图形显示器和光栅扫描显示器，除阴极射线管显示器外，还有等离子平板显示器和液晶显示器。 软件 软件使用户从一个硬件设备进入一个强有力的设计和制造系统。根据完成的几何图形的维数， 件分为两大类：二维和三维软件。在二维空间里描绘对象的计包称为二维软件。早期的系统局限于二维空间。这是一个严重的缺陷，因为用二维空间来表示三维的物体本身就容易让人混淆，而且还存在制造人员自己不能正确读懂和解释用来表示三维物体的二维图形。三维软件可使零件的三维尺寸 和 高均可见。 发展趋向于用三维来表示图形。这种表示法接近所描绘的物体和实际形状和外观，因此，它们更容易被读懂和理解。 应用 出现对整个制造业有很大的影响，它能够将产品开发标准化、降低设计强度、减少试验和样机制造工作，且能够节省相当多的成本费用并提高生产率。 一些典型应用如下： 为数控、计算机数控和工业机器人编程； 在设计铸造的模具和模型时，可按照预编程序缩小加工余量； 工具、固定装置和 火花机床）电极的设计； 质量控制和检测，例如 ：在 作站中进行坐标测量机编程； 工艺计划与进度安排。 优点 使用 原因有很多，最有效的动力就是竞争。为了赢得业务，公司使用 且在设计速度上比竞争对手更快，在成本上花费更少，。通过使用 产率得到了很大的提高，使用户能够很容易地画多边形、椭圆、多 9 条平行线和多条平行的曲线。在绘制对称部分时、复制、旋转、镜象这些工具使用起来也是很方便的。很多飞机舱口的样式就是用 序设计的。用各种不同的颜色填充空白的区域是艺术和表达的需要。 是提供许多不同类型的字体。能够将不同的图形文件格式和扫描材料（照片）导入 是一大优点，特别是可以对图像进行加工、润饰和加入动画效果。 统另一个优点是能够储存在绘图中经常用到的实体。常用零件库可以另外购买或者由绘图员自己创建。在绘图中反复使用的一个典型的项目可以在数秒内检索并确定它的位置，也可定位在任一角度，以满足特定的要求。 使用 产品，可以通过插入现有的零件图到装配图中，然后按照要求把他们放在合适的位置来绘制装配图。 不同零部件之间的间距能够在图中直接测量。如果需要，可以使用装配图设 计出额外的零部件作为参考。 常适合文件的快速归档。以前，工程师和绘图员们浪费大约 30%的时间去寻找图纸和其他文档。用 品可以快速而简便地编辑图样，对以前的东西进行修改，更新零件明细表。 当你用纸绘图而客户希望修改图样的时候，你就得全部重画。使用 可以马上进行修改，并在几秒钟之内打印出新图，或者通过 互联网立即传送到世界各个地方。在纸上绘制复杂的几何图形时，经常要进行很多测量并且需要确定参考点。在 ，这是一个轻而易举的事情，修改也更容易了。许多 序包含“宏”或者允 许用户定制的附加程序语言。 定制你的 统来你的使它适合你的特定要求，并用它实现你的天才创意，从而使你的 统区别于你的竞争对手。 够使企业完成更出色的设计，而用手工的方式几乎是不可能，同时排除了概念设计阶段的不确定选项。 1 1 In to a as as a no to a in a in to by a a to an in be to an to of a to be to of as a in a of by a by 002. of it of be to a by to a in to a to at of in by of is of 2 : to be in s s 1 of it s of in is of a to be s on in s of in in it of at 2 5 to be to a T2 5 be to , . of to 6 to a to to a in in of a in to a of a 3 of of a a is to a of of By in of PV s as as to of a of A is as at by of an or or is in , to be of of 1) 2) a to as or 3). : (a) b) it is to to or is in to as a is be in of in , as in II as in in I V in in of be 4 : of is to To in of a of in . 5 : of of in in 600 in a to as At a of To a to of a to a in of by of to of At is to a of on of of is in by of 901, it by as a 6 to 2 a of 500 8. of s in by of a to by in D. in of on It is to at 600 it 841 s 1 to an of s 1857 is as to In in of an As is a in a in of to in of is it of to of As of of in In . to of on he to be In to an on It is be or is to of 7 to 5 as it to he at be to to a he no of in 961. In in of of of to is no of in in of 980. a s a of do a of to s of a in do in of a of is it to a in of of a in no to it at to in 981. an 8 to as as at in of of is to of of a to of of 2 of is of in is as of to or to is of an to as a in of a to To To of To To by of is as of in is in as 9 AM of of of a on AD is it is AM,he AM is to to in of a to a a to he of a AM of 1)2)3)4)is AM a to of to of of is in AD of AD an on of s a a of AM a a It 10 AM is or a of “to an on a or or AM is a RT RT,to a a AM -D on of in in in in -D a -D -D is of to -D of to be AM is -D of of to be to he AM a on by by it AM as C, of in of DM( 11 on a AM AD;is to AD to is by a to AD in is a in AD of of a is an as be AD is to on of be or be by on a a be in at to AD be by as be if as is 0% of f 毕业设计（ 外文翻译 ） 题目： 微型飞行器模拟转台设计 系 别 航空工程系 专业名称 机械设计制造及其自动化 班级学号 088105424 学生姓名 徐泽武 指导教师 朱保利 2012 年 6 月 毕业设计（论文）任务书 I、毕业设计 (论文 )题目 ： 微型飞行器模拟转台设计 业设计 (论文 )使用的原始资料 (数据 )及设计技术要求 ： 设计的模拟转台具有五个自由度，有效载荷重量为 300 500 克，有效 载荷空间为 150够模拟微型飞行器飞行时的航向角（偏转角）、俯仰 角、横滚角（滚转角），模拟微型飞行器在空中的姿态。 业设计 (论文 )工作内容及完成时间 ： 1. 收集资料、 撰写开题报告 第 1 周 周 2. 转台机械系统方案的选择及评价 第 2 周 周 3. 转台装配图及零件图的设计 第 5 周 0 周 4. 相关外文翻译 第 10 周 1 周 5. 撰写毕业论文 第 11 周 2 周 、主 要参考资料 ： 1 璞良贵，纪名刚主编 第七版 等教育出版社， 2001； 2 孙桓，陈作模主编 第六版 等教育出版社， 2002； 3 徐灏主编 北京：机械工业出版社， 4 王昆等主编 . 机械设计课程设计手册 等教育出版社， 2004； 5 空工程 系 机械设计制造及其自动化 专业类 0881054 班 学生（签名）： 填写日期： 2012 年 3 月 10 日 指导教师（签名）：朱保利 助理指导教师（并指出所负责的部分） ： 系主任（签名）： 附注 :任务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页 。 毕业设计（论文）开题报告 题目 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 088105424 学 生 姓 名 徐泽武 指 导 教 师 朱保利 填 表 日 期 2012 年 6 月 1 日 说 明 开题报告应结合自己课题而作，一般包括：课题依据及课题的意义、国内外研究概 况及发展趋势（含文献综述）、研究内容及实验方案、目标、主要特色及工作进度、参考文献等内容。 以下填写内容 各专业 可根据具体情况适当 修改 。但每个专业填写内容应保持一致。毕业 设计 课题名称： 微型飞行器模拟转台设计 一： 课题的依据及课题的意义 1. 选题的依据 众所周知随着工业化的大力推进，机械制造技术的水平与制造业的发达程度突出反映了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，使得新产品不断出现，新产品与原有事物相比变化越来越大，最明显的表现在体积变得越来越小。 有史以来，很多国家害怕战争，是因为战争要花很多 钱，使国家经济后退几十年。为了不战争，每个国家在军事领域的投资的经济、技术、人才永远多于、快于其他任何领域， 新技术也是被首先应用在军品的开发研制领域。这就使得，军品在走想现代化的过程中也具有体积变小的特征。如：微型手枪、微型摄相机、微型机器人等等。在这些事物的变化过程中，变化最大的莫过于飞机。在现代战争中，飞机往往用于空中打击、空中侦察、空中预警等等。微型飞行器主要用语战争前沿地区的侦察，它具有，体积小、飞行低、发射方便、重量轻、控制方便等优势。越来越多的国家多投身到微型飞行器的研制中去了。 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。微型飞行起模拟转台是半实物微型飞行器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，提供微型飞行器飞行时的航向角（偏转角）、俯仰角、横滚角（滚转角）、偏航（左右）运动、升降（上下）运动以及飞行扰动，实时模拟微型飞行器在空中的姿态。通过模拟微型飞行器的飞行姿态，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情况。 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 微型飞行器模拟转台设计作为我的毕业设计的课题。 2. 课题的意义 在微型飞行器模拟转台的设计过程中，不仅参考了国内同类模拟转台和大型飞机的风洞实验模拟转台，还阅读了国外的一些资料，力求做到即保持原有的 模拟转台的先进 之处， 力求 进一步的改进，又有创新设计。在所参考的资料中，我认为，原有的模拟转台还存在一些不足处 ，我要让这些不足之处 在我的设计中不再出现，为我国的微型飞行器的发展事业作出应有的贡献。 在原有的模拟转台的基础上，再扩大它的功能，能在风洞中更完全的提供 微型飞行器飞行时的航向角（偏转角）、俯仰角、横滚角（滚转角）、偏航（左右）运动、升降（上下）运动以及飞行扰动，更能实时模拟微型飞行器在空中所有的飞行姿态。 二： 研究概况及发展趋势 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，实验时它只能提供 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。由于在风洞实验时，飞行器的前进和后退可以用控制风速的方法来模拟，所以，模拟转台的发展趋势是具有五个或六个自由度，并智能化，即由计算机控制。 三研究内容 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。 四： 目标及工作进度 1目标 1） 设计的模拟转台具有五个自由度，有效载荷重量为 300 500 克，有效载荷空间为 150够模拟 微型飞行器飞行时的航向角（偏转角）、俯仰角、横滚角（滚转角）、偏航（左右）运动、升降（上下）运动以及飞行扰动，实时模拟微型飞行器在空中的姿态。 2） 绘制的结构图包 括展开图和剖截图。 3） 翻译的外文资料应在五千字符以上。 4） 所拟设计中涉及标准一律执行国标（新）和 2工作进度 1） 收集资料、 撰写开题报告 第 1 周 周 2） 转台机械系统方案的选择及评价 第 2 周 周 3） 转台装配图及零件图的设计 第 5 周 0 周 4） 相关外文翻译 第 10 周 1 周 5） 撰写毕业论文 第 11 周 2 周 五： 参考文献 李勇等 计算机控制小型三轴飞行模拟转台 仪器仪表学报 . 璞良贵，纪名刚主编 第七版 等教育出版社， 2001； 作模主编 第六版 等教育出版社， 2002； 机械设计手册 械工业出版社， 机械设计课程设计手册 等教育出版社， 2004； 微型飞行器模拟转台设计 学 生姓名： 徐泽 武 班级： 0881054 指导老师： 朱保利 摘要 ： 在微型飞行器的研制过程中 ,飞行仿真实验是必不可少的，飞行仿真实验主要分为测试飞机动力性能的风洞实验和测试飞机动态控制性能。三轴摇摆台是半实物仿真实验系统中的一个关键设备。 本文设计开发了一种用于微型飞行器半实物仿真实验的多功能飞行模拟转台，转台可作为低速扎的三轴摇摆台，也可以作为高速旋转的一维旋转台使用，转台通过独立的轴系来实现所需模拟的转角。通过计算机控制系统控制整个转台的转动。设计中采用了齿轮 机构、蜗轮蜗杆机构、软轴机构来模拟其运动。 本产品的主要功能是在控制系统的作用下，能精确做如下运动：手动步进，手动步退，自动步进，自动步退。所设计的模拟转台具有结构紧凑、操作方便、可控性较好、功能也较强大等优点。 关键字 ： 飞行模拟转台 仿真实验 风洞实验 指导老师签名 ： xu ze 0881054 In is A is of in is is as a is to It to in of is do as as as as is AV( 目录 1 前 言 .未定义书签。 拟转台的出现 .未定义书签。 究概况及发展趋势 .未定义书签。 设计的内容和特点 .未定义书签。 2 转台机械系统方案的选择及评价 .未定义书签。 件的选择 .未定义书签。 案的选择和评价 .未定义书签。 3 偏转部分设计 .未定义书签。 转部分齿轮机构的设计 .未定义书签。 向部分轴的校核 .未定义书签。 4 偏航部分的设计 .未定义书签。 台导轨的设计 .未定义书签。 航运动的螺纹传动设计计算 .未定义书签。 纹传动动力源的选择 .未定义书签。 航部分齿轮机构设计 .未定义书签。 5 滚转部分的设计 .未定义书签。 转部分的相关计算 .未定义书签。 6 升降部分的设计 .未定义书签。 纹传动的设计计算 .未定义书签。 降部分齿轮机构设计 .未定义书签。 动力源的选择 .未定义书签。 7 俯仰部分的设计 .未定义书签。 仰部分的相关计算 .未定义书签。 参考文献 .未定义书签。 致谢 .未定义书签。 南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 1 目录 1 前 言 . 2 拟转台的出现 . 2 究概况及发展趋势 . 3 设计的内容和特点 . 3 2 转台机械系统方案的选择及评价 . 4 件的选择 . 4 案的选择和评价 . 13 3 偏转部分设计 . 15 转部分齿轮机构的设计 . 15 向部分轴的校核 . 20 4 偏航部分的设计 . 23 台导轨的设计 . 23 航运动的螺纹传动设计计算 . 28 纹传动动力源的选择 . 33 航部分齿轮机构设计 . 33 5 滚转部分的设计 . 39 转部分的相关计算 . 39 6 升降部分的设计 . 41 纹传动的设计计算 . 41 降部分齿轮机构设计 . 45 动力源的选择 . 50 7 俯仰部分的设计 . 52 仰部分的相关计算 . 52 参考文献 . 54 致谢 . 55 南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 2 1 前 言 拟转台的出现 机械是各类机器的统称。它是人类改造自然，发展自己的主要 劳动工具。它能把热能、电能、化学能转化成机械能，也能将机械能转换成其它类型的能量。它能改变或传递力并产生运动，完成人们所期待的许多工作。 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。可以毫不夸张地说，现在的世界，仍然是一个机械化生产的世界。工业机械化的大力推进，机械制造技术的水平与制造业的发达程度突 出反映了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，使得新产品不断出现，新产品与原有事物相比变化越来越大，最明显的表现在体积变得越来越小。 新技术也是被首先应用在军品的开发研制领域。这就使得，军品在走想现代化的过程中也具有体积变小的特征。如：微型手枪、微型摄相机、微型机器人等等。在这些事物的变化过程中，变化最大的莫过于飞机。在现代战争中，飞机往往用于空中打击、空中侦察、空中预警等等。它的重量是以吨为单位的，一般长宽都是 10米以上。飞机在走向现代化的过程中也出现了微型飞机。微型飞行器主要用于战争前沿 地区的侦察，它具有，体积小、飞行低、发射方便、重量轻、控制方便等优势。越来越多的国家多投身到微型飞行器的研制中去了。 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。微型飞行器模拟转台是半实物微型飞行器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，提供微型飞行器飞行时的航向角（偏转角）、俯仰角、横滚角（滚转角）、偏航（左右）运动、升降（上下）运动以及飞行扰动，实时模拟微型飞行器在空中的姿态。通过模拟微型飞行器的飞行姿态，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情况。 南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 3 研究概况及发展趋势 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，实验时它只能提供 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。由于在风洞实验时，飞行器的前进和后退可以用控制风速的方法来模拟，所以，模拟转台的发展趋势是具有五个或六个自由度，能模拟出飞行器在空中飞行的任何姿态，并智能化，即由计算机控制 。 设计的内容和特点 设计的内容有： 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撰写技术论文及设计说明书。 9翻译外文资料。 设计的特点可归纳为以下几点： 微型飞行器模拟转台是个重要的实验设备，它与常用的实验设备不同，它的应用范围小，但它的作用很大。随着微型飞行器的发展，本设计还要不断的更新和充实。 该设计与实验实际的联系十分密切，有实践知识才能设计出更好的转台。在设计过程中采用“ 构思 ” “ 设计 ” 法 和 结构模块化设计方法 。掌握这些常用的设计方法，在新技术不断出现的今天，才能设计出 适应新型微型飞行器的需 求。 南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 4 2 转台机械系统方案的选择及评价 部件的选择 一 控制台的功能分析 ： 微型飞行器模拟转台的有效载荷重量为 300 500 克，有效载荷空间为 25够模拟 微型飞行器飞行时的航向角（偏转角）、俯仰角、横滚角（滚转角）、偏航（左右）运动、升降（上下）运动以及飞行扰动，实时模拟微型飞行器在空中的姿态。因此，系统至少需要五个自由度：三个方向的转动，和两个方向（上下和左右）的移动。三个方向的转动连续不完全回转，两个方向的移动是往复直线运动。 由于在微型飞行器模拟实验时，模拟转台要根据飞行 器在空中飞行的实际情况进行模拟，所以，在传动方面要比较精确。设计要求中，模拟转台具有五个自由度，其中，三个转动，两个直线运动。转动精度要较高，转动的角位移分辨率要低，连续转动速度范围要较大，运动角度范围要符合设计要求。在以各种速度转动的过程中，转台运动要平稳，过渡过程要较迅速。直线运动的速度范围要较大，运动要平稳。直线运动与转动过渡过程要迅速、平稳。 设计要求达到：旋转时，角位移分辨率最低为： 连续运动速度范围为：0 至 30动角度范围： 90。最高要求为：旋转十角位移分辨率为：连续运动速度范围为： 0至 320动角度范围： 180。直线运动的速度范围不要太大就行，但运动精度要较高。 二 方案的选择 ： （ 1）执行部分 由于在风洞实验中，模拟转台要栽着微型飞行器在风洞中模拟空中姿态，所以，转台的执行部分只需一平台即可，有效载荷空间为 25计要求）。 （ 2）原动部分 由于在实验时，转台要用计算机进行控制，转台工作精度要求较高，控制要简单，所以要选择工作精度高，控制方便的电机。控制方便的电机有控制电机和步进电机。 控制电机一般指用于自动控制、自动 调节、远距离测量、随动系统以及计算装南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 5 置中的微特电机。它是旋转电机的基础上发展起来的小功率电机，就电磁过程及所遵循的基本规律而言，它与旋转电机并无本质区别，只是所起的作用不同。控制电机主要用来完成控制信号的传递和变换，它的技术性能稳定可靠、动作灵敏、精度高、体积小、重量轻、耗电少。两相交流伺服电机控制方法有：（ 1）副值控制；（ 2）相位控制；（ 3）副值 相位控制。它的输出功率一般在： 其电源频率有 50400几种。质量；直流伺服电机用在功率较大的场合，它的输出功率为 1 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或直线位移的机电执行元件，每当输入一个电脉冲时，它便转过一个固定的角度。脉冲一个一个地输入，电动机便一步一步地转动。 步进电动机的位移量与输入的脉冲数严格成比例，这就不会引起误差的积累，其转速与脉冲频率和步距角有关。控制输入脉冲数量、频率及电动机各先相绕组的接通次序，可以得到各种需要的运动特性。尤其是当步进电动机与数字系统配套时，它将体现出更大的优越性，因而，广泛应用于数字控制系统中，如数控机床等。 反应式步进电动机可以按特定的指令进行角度控制，也可以进行速 度控制。角度控制时，每输入一个脉冲，定子绕组换接一次，输出轴就转过一个角度，其步数与脉冲数一致，输出轴转动的角位移与脉冲数成正比。速度控制时，各相绕组不断轮流通电，步进电动机就连续转动。反应式步进电动机转速只取决于脉冲频率、转子齿数和拍数。而与电压、负载、温度等因素无关。当步进电动机的通电方式选定后，其转速只与输入脉冲频率成正比，改变脉冲频率就可以改变转速，故可进行无级调速，调速范围很宽。同时步进电动机具有自锁能力，当控制电脉冲停止输入，而让最后一个脉冲控制的绕组继续通入直流时，则电动机可以保持在固定的位置 上，这样，步进电动机可以实现停车时转子的定位。 综上所述，步进电动机的步数或转速既不受电压波动和负载变化的影响，也不受环境条件变化的影响，只与控制脉冲同步，同时，它又能按照控制的要求进行启动、停止、反转或改变速度，这就是步进电动机被广泛地应用于各种数字控制系统中的原因。 对比两种电机可见，在控制方面，步进电机比控制电机控制简单、方便，更易于数字化。在精度方面，步进电机的传动精度高于控制电机，性能比控制电机更优越 。 所以，在微型飞行器模拟转台的设计中，采用步进电机。 （ 3）传动部分 由控制台的性能 分析可知， 系统至少需要五个自由度：三南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 6 个方向的转动，和两个方向（上下和左右）的移动。三个方向的转动是连续不完全回转，两个方向的移动是往复直线运动。 能实现回转运动的机构有：摩擦传动机构、啮合传传动机构、连杆机构。 摩擦传动机构，包括带传动、摩擦轮传动等。其优点是构造简单，传动平稳，易于实现无级变速，有过载保护作用。缺点是转动比不准确，传递效率低等。 啮合转动机构，包括齿轮传动、蜗杆传动、链传动等。齿轮传动可用来传递空间任意两轴间的运动和动力，并且有功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、工作安全可靠等 特点。蜗杆传动是用来传递空间交错轴之间的运动的，它传动平稳，振动、冲击和噪音很小，能以单级传动获得较大的传动比，结构紧凑，蜗轮蜗杆啮合轮齿间相对滑动速度大，摩擦损耗较大，传动效率较低，易出现发热和温升过高的现象，磨损较严重，有些蜗杆传动具有自锁性。链传动通常用在工作可靠，且两轴相距较远，以及其它不宜采用齿轮传动的地方，还用在对传动用求不高而工作条件恶劣的地方。 连杆传动，如双曲柄机构和平行四边形机构等。 连杆传动机构应用十分广泛，人造卫星太阳能板的展开机构，机械手的传动机构等等，都是连杆机构。其传动特点如下 ： 连杆机构中的运动副一般均为低副，低副两元素为面接触，可在传递同样载荷的条件下，两元素间的压强较小，可以承受较大的载荷。低副两元素间便于润滑，所以两元素间不易产生磨损。此外，低副两元素的几何形状比较简单，便于加工制造。 在连杆机构中，当原动件以同样的运动规律运动时，如果改变各构件的相对长度关系，便可使从动件得到不同的运动规律。 在连杆机构中，连杆上不同点的轨迹是各种不同形状的曲线（连杆曲线），而且随着各构件相对长度关系的改变，这些连杆曲线的形状也将改变，从而可以得到各种不同形状的曲线，我 们就可以利用这些曲线来满足不同轨迹的要求。 连杆机构还可以很方便地用来达到增力、扩大行程和实现较远距离的传动等目的。 连杆传动的缺点： 由于在连杆机构中运动必须经过中间构件进行传递，因而连杆机构一般具有较长的运动链，所以各构件的尺寸误差和运动副中的间隙将使机构产生较大的积累误差，同时也会使机械效率降低。 在连杆机构的运动过程中，连杆及滑块的质心都在作变速运动，它们所产生南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 7 的惯性力难于用一般的平衡方法加以消除，因而会增加机构的动载荷，所以连杆机构一般不宜用于高速运动。 虽然利用连杆机构可 以满足各种运动规律和运动轨迹的设计要求，但设计一种能准确实现这种要求的连杆机构却是十分繁难的，而且在多数情况下一般只能近似地满足运动要求。 所以，连杆机构多用于有特殊需要的地方。 能实现往复直线运动的机构有：连杆机构、凸轮机构、螺旋机构和齿轮齿条机构。 连杆机构中用来实现往复运动的主要有曲柄滑块机构、正弦机构等等。连杆机构是低副机构，制造容易，但连杆机构难以准确地实现任意指定的运动规律，所以多用在无严格的运动规律要求的地方。 如果要求移动件严格地实现指定的运动规律，则宜采用凸轮机构。凸轮机构几乎可以实现任意 的运动规律，也便于各执行机构件间动作上的协调配合。但凸轮机构为高副接触，因此多用在受力不大的场合。 螺旋机构可获得大的减速比和叫高的制造精度，长用作低速进给和精密为条机构，或用在欲获得大的机械利益，或在反行程具有自锁性的地方。 齿轮齿条机构适用于移动速度较高的场合。但是，由于精密齿条制造困难，传动精度及平稳性不及螺旋机构，所以不宜用于精确传动及平稳性要求高的场合。 就连杆机构、凸轮机构、螺旋机构和齿轮齿条机构的行程来说，凸轮机构推杆的形成一般较小，否则会使凸轮机构的压力角过大或尺寸庞大；连杆机构可以得到较大的行程，但当行程太大时，连杆机构的尺寸也会因之而过于庞大；齿轮齿条机构或螺旋机构则可以满足较大行程的要求。 综上所述，在回转运动和往复直线运动中都可以用齿轮传动和连杆传动，连杆传动的特点如上所述。齿轮机构它具有： （ 1）效率高：在常用的机械传动中，它的传动效率为最高，如一级圆柱齿轮传动的效率可达 99%。 （ 2）结构紧凑：在同样的条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小。 （ 3）工作可靠、寿命长：设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达一、二十年，这是其它机械传动所不能比拟的。 （ 4） 传动比稳定：传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。齿轮传动获得广泛应用，也就是由于着一点。 但齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，不宜用于传动距离过大的场合。 南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 8 由于在微型飞行器模拟实验时，模拟转台要根据飞行器在空中飞行的实际情况进行模拟，所以，在传动方面要比较精确。初步确定，用 齿轮传动 。设计要求中，模拟转台具有五个自由度，其中，三个转动，两个直线运动。转动精度要较高，转动的角位移分辨率要低，连续转动速度范围要较大，运动角度范围要符合设计要求。在以各种速度转动的过程中，转台运动要平稳，过渡过程要较迅速。 直线运动的速度范围要较大，运动要平稳。直线运动与转动过渡过程要迅速、平稳。 微型飞行器模拟转台实验时要求，转动的三轴共点，这是为了是实验时，飞行器能在较小的范围内（风洞中）模拟空中的姿态。能用在转动中的机构简图如下： 图 杆机构转动的六个极限位置简图，中间的是为了方便阅读才作的 90位置图，应该是 0位置图，但 0位置图不便于观看。 齿轮机构简图如下： 圆心 工作台中心原 动 件 - 齿 轮从 动 件 齿 轮图 原动件来回转动时，带动从动件来回转动，由于工作台的中心是从动件的圆心，从动件来回转动时，是绕圆心转动，从而带动工作台绕从动件的圆心来回摆动。 回转机构简图如下 南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 9 图 齿轮为从动轮，小齿轮为主动轮，小齿轮的转动带动大齿轮的转动，大齿轮的转动带动安装在大齿轮上的其它构件的水平转动，从而带动工作平台水平转动，模拟微型飞行器 的偏航角（航向角）。 蜗轮蜗杆机构，可以实现回转运动，它的简图如下图： 图 杆的转动带动蜗轮的转动，实现回转运动。 链传动可以实现回转运动，其运动简图如下： 南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 10 大链轮 链条小链轮图 传动无弹性滑动和打滑现象，能保持准确的平均传动比，但它不能保持恒定的瞬时传动比。磨损后易跳动。主 从链轮只能同向回转。 带传动的机构简图如下： 图 传动时，是由于带和带轮间的摩擦（或啮合）变拖动从动轮一起转动，并传递一定的动力。它的结构简单，传动平稳，价格低，缓冲吸振。不同形式的带传动具有不同的特点。 齿轮齿条机构可以实现往复直线运动，局部齿轮齿条机构也可以实现往复直线运动，局部齿轮齿条机构原理图如下： 南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 11 局部齿轮齿条图 部齿轮或者顺时针旋转或者逆时针旋转都可以实现齿条的往复直线运动。 螺旋传动主要由螺杆和螺母组成。可用来把旋转运动变成直线运动，也可将直线运动转变成旋转运动，同时进行能量和力的传递，或调整零件间的相互位置。最常用的是将旋转运动转变成直线运动， 它的机构简图如下： 图 如图， 1 为螺杆， 2 为螺母，当螺杆按图示方向 旋转时，螺母将会按图示方向移动。如果，螺杆按与图示方向相反的方向旋转，螺母将会向右移动。 凸轮机构，只要能适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律。它的机构简图如下： 南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 12 图 于凸轮轮廓与推杆之间为点、线接触，故易于磨损，所以凸轮传递的动力不大。 软轴传动 软轴的简图如下 : 图 轴传动 ,它具有良好的挠性 ,可以把回转运动灵活地传到不敞开的空间位置 . 综上所述，可以拟订总体方案， 运动名称 偏转运动 俯仰运动 滚转运动 偏航运动 升降运动 运动机构 1 齿轮机构（ 连杆机构（ 连杆机构（ 螺纹传动机构（图 螺纹传动机构（图 南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 13 运动机构 2 蜗轮蜗杆机构（图 齿轮机构（ 齿轮机构（ 不完全齿轮齿条机构（ 不完全齿轮齿条机构（ 运动机构 3 软轴传动 ( 软轴传动 ( 齿轮齿条机构 凸轮机构（ 运动机构 4 齿轮齿条机构 运动机构 5 案的选择和评价 总体方案如下 : 总体方案 偏转运动 俯仰运动 滚转运动 偏航运动 升降运动 1 齿轮机构（ 齿轮机构（ 齿轮机构（ 不完全齿轮齿条机构（ 不完全齿轮齿条机构（ 2 蜗轮蜗杆机构（图 连杆机构（ 连杆机构（ 螺纹传 动机构（图 螺纹传动机构（图 3 齿轮机构（ 软轴传动 ( 软轴传动 ( 螺纹传动机构（图 螺纹传动机构（图 4 蜗轮蜗杆机构（图 蜗轮蜗杆机构（图 软轴传动 ( 不完全齿轮齿条机构（ 不完全齿轮齿条机构（ 南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 14 所以，从传动精度，机构的尺寸，加工的难易，成本的高低等方面考虑，选用方案 3。方案一：俯仰运动的齿轮机构，要满足设计要求，它的尺寸将会很大，滚转运动和升降运动的机构的尺寸也要很大 才能满足设计要求。 方案二：偏转运动的蜗轮蜗杆机构加工困难，滚转运动的连杆机构的传动精度较低，难以满足设计要求，而且，连杆机构的安装定位困难。 方案四：偏航运动机构定位困难，俯仰运动机构尺寸较大，各部件间的安装难。 方案三：个运动部件间的尺寸相对较小，安装较容易，总的尺寸较合适。 所以选择方案三 原理图如下： 图 南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 15 3 偏转部分设计 转部分齿轮机构的设计 由设 计要求推断，微型飞行器模拟转台的工作寿命为 15 年，工作情况为，每天工作 4 小时，齿数比 U=4，输入功率为 P=75w,小齿轮转速为 501. 选定齿轮精度等级，材料及齿数 1） 模拟转台为航空用仪器，故选精度等级为 4 级精度等级（ 2) 材料选择，结合模拟转台的使用环境（强度不需要太大），要使模拟转台结构简单，载荷小，振动小，选用铝合金，在铝合金中选用铝硅合金，代号 度为 100工方法为金属型铸造。热处理方法淬火和完全时效，大齿轮材 料为度为 85工方法为金属型铸造，热处理方法为人工时效。二者硬度相差 15 3） 选择小齿轮齿数为 2,大齿轮齿数为 z2=*32=128 2. 按齿面接触强度设计 由设计计算公式（ 10（参考文献 3）进行计算，即 321*1* ）确定公式内的各计算数值： （ 1）试选载荷系数 t （ 2）计算小齿轮的转矩 由 步进电机数据可知：小齿轮的转矩为 700 3）取齿宽 1d （ 4）查得常用齿轮材料的弹性影响系数为 ，而夹布塑胶的弹性影响系数为 ，所以取 弹性影响系数为2180 （ 5）因常用齿轮材料的接触疲劳强度极限 M P 6502101l i m ，因铝合金的南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 16 小性能比常用齿轮材料要差，结合常用齿轮材料的 接触疲劳强度极限表，初取 小齿轮的接触疲劳强度极限 201；大齿轮的接触疲劳强度极限 002（ 6）计算循环次数 811 10*0*365*4(*1*60*060 0* 7）取疲劳寿命系数 8）计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 S=1，由式 10考文献 3 ： M P i i 2）计算 （ 1）试算小齿轮分度圆直径入 H 中较小的值 14*11700* （ 2）计算圆周速度 v t 0 0*60 730* 0 0 0*60 11 (3)计算齿宽 * 1 (4)计算齿宽与齿高比 南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 17 模数 8 3 齿高 （ 5）计算载荷系数 根据 ,4 级精度，取动载荷系数 1.1 直齿轮，假设 0 0 。初选 K； 取 使用系数 1 由表 10考文献 3， 得 4 级精度、小齿轮相对支承对称布置时， 22 10*将数据代入后得 39 0*22 0考文献 3， 以载荷系数 6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式（ 10参考文献 3， 3311 （ 7）计算模数 m 由式（ 10参考文献 3 弯曲强度的设计公式为 3 2112 F 1） 确定公式内的各计算参数值 （ 1） 由图 10考文献 3， 得常用齿轮材料的弯 曲疲劳强度极限M P 05090 ；初取小齿轮的弯曲疲劳强度极限 01 ，大齿轮南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 18 的弯曲疲劳强度极限 02 （ 2） 由查弯曲疲劳寿命系数 K； （ 3） 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S=算如下： M P 90*（ 4） 计算载荷系数 K 5）查取 齿形系数， Y（ 6）查取应力校正系数， Y（ 7）计算大，小齿轮的 加以比较 03 大齿轮的数值大。 2） 设计计算 *32*11700*32 对比设计计算结果，由齿面接触强度计算的模数 m 小于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即 模数与齿数的乘积）有关，但在模拟转台中，零件的强度不许很大即可满足转台的要求，取齿面接触强度算得的模数 就近圆整为标准值 m=2 由于，在模拟转台的设计过程中，只要考虑转台的结构因素，所以，初步选择小齿轮的齿数为 32。按此计算齿轮的参数。 1） 计算分度圆直径 南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 19 小齿轮的分度圆直径 432*2*11 大齿轮的分度圆直径 5 64*32*2*12 2） 计算中心距 60225664221 3） 计算齿轮宽度 464*11 由于模拟转台工作时的受力小，振动小，转矩小，所以结合模拟转台的结构取 5,30 21 。 4） 验算 211 t /5 5齿轮各个尺寸的计算 齿顶高：大齿轮 2*1*2 小齿轮 2*1*1 齿根高：大齿轮 2 小齿轮 1 齿全高：大齿轮 2 *222 小齿轮 2 *111 齿顶圆直径：大齿轮 602*22562 222 小齿轮 82*2642 111 齿根圆直径：大齿轮 2562 222 小齿轮 642 111 南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 20 压力角取标准值 020 向部分轴的校核 1：按扭矩强度校核 轴的扭矩强度条件为： 所以 333 T 式中：T位为 T 位 3 n 轴的转速， r/ P 轴传递的功率。 d 计算截面处轴的直径， T 表。 T 查表取 40n m 50m 360 ，取齿轮传动的效率为 95%，所以 1000950w 0 3333 因为 d=45以轴满足强度设计的要求。 通过装配图的设计，轴的主要结构尺寸，轴上零件的位置，以及外载荷和支反立的作用位置均可确定。 1） 弯矩、扭矩的计算 作用在大齿轮上的力 F， P 为 1000W， V= n 大齿轮的转速， r/ 南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 21 r 大齿轮的分度圆半径， 所以 V=250 792/50 所以： r o s 所以：弯矩 5 4 51 0 0 01 2 8 32） 计算弯矩 作弯矩，扭矩图 校核轴的强度 已知轴的计算弯矩，针对危险截面作强度校核计算。按第三 强度理论，计算弯曲力： 算公式在本题中为； 32.0 南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 22 危险截面的 0以 W=12800 3所以： M P 所以： M 451 所以轴满足强度设计要求，能够满足使用要求。 南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 23 4 偏航部分的设计 转台导轨的设计 1：导轨功用及其基本要求 A：导轨的功用与分类 导轨是指引导部件沿一定方向运动的一组平面或曲面。导轨的功用是导向和承载，即引导运动部件沿一定轨迹（通常为直线和圆）运动，并承受运动件及其安装件的重力以及切削力。在导轨副中，运动的导轨称为动导轨，固定不动的导轨称为支撑导轨。 导轨按运动轨迹分为直线运动导轨和圆运动导轨。按工作性质可分为主运动导轨，进给运动导轨和仅作部件相对位置调整的移置导轨。按接触面的摩擦性质可分为滑动导轨和滚动导轨，滑动导轨按其摩擦状态又可分为普通滑动导轨、液体动压导 轨、液体静压导轨和气体静压导轨。 B：导轨的基本要求 导轨的性能和质量的好坏对模拟转台的工作精度、承载能力和使用寿命有直接影响。因此，应满足以下基本要求： （ 1） 导向精度。是指动导轨运动轨迹的准确度。主要影响因素有：导轨的几何精度和接触精度，结构形式，导轨和支承件的刚度和热变形，装备质量对于动压导轨和静压导轨，还有油膜刚度等。 （ 2） 耐磨性。是指导轨抵抗磨损而长期保持其导向精度的能力。耐磨性是导轨设计制造的关键，也是衡量模拟转台质量的重要指标之一，应尽可能提高导轨的耐磨性。常见的导轨磨损形式有磨料磨损、咬合磨损、接触疲 劳磨损等。主要影响因素有：导轨的摩擦性质，材料，热处理及加工方法，受力情况，润滑和防护条件等。 （ 3） 刚度。是指导轨在外载荷的作用下抵抗变形的能力。导轨应当具有足够的刚度，保证相关各部件的相对位置精度和导向精度。主要影响因素有：导轨的结构形式，尺寸，与支承件的连接方式以及受力情况等。 （ 4） 低速运动平稳性。是指导轨抵抗摩擦自激振动的能力，即导轨在低速南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 24 运动或微量进给时，消除爬行现象（“时走时停”或“时快时慢”现象）的程度。爬行现象会严重影响工作精度、运动精度和定位精度，因此，要求导轨低速运动时始终保持平稳，不产生爬行现象 。主要影响因素有：静、动摩擦系数的差值，传动系统的刚度，运动部件的质量大小、导轨的结构形式以及润滑等 此外，还要求导轨具有良好的工艺性，结构简单，便于间隙调整，润滑和防护性能好。 2：普通滑动导轨 接触面为滑动摩擦副的导轨称为滑动导轨。普通滑动导轨是一种目前广泛使用的导轨。它机构简单，工艺性好，使用维修方便。但它的摩擦系数大，磨损快，寿命短，容易产生爬行。 A 导轨的截面形状 直线运动滑动导轨的截面形状主要有矩形、 尾形和圆柱形四种，并且每种导轨副有凹凸之分，如下图所示。对于水平放置的导轨，凸形导轨 （指支撑导轨）不易积存杂物，但也不易存留润滑油，多用在低速运动情况。凹形导轨易存留润滑油，用于高速运动的情况，但杂物易落在导轨面上，因此必须有可靠的防护措施。 （ 1）矩形导轨。如下图（ a）所示矩形导轨靠两个彼此垂直的导轨面导向。若只用顶部的导轨面时，也称平导轨。矩形导轨刚度高，承载能力大，容易加工制造，便于维修。但导轨面磨损后不会自动补偿，需要有间隙调整装置。 凸形凹形( a )( b ) ( C ) ( d )直线滑动导轨的截面形状（ ）矩形； （ ） 形； （ ）燕尾形； （ ）圆柱形（ 2） V 形导轨。如上图（ b）所示，靠两个相交的导轨面导向。其中，凸形导轨习惯上又称山 形导轨， V 形导轨磨损后，动导轨自动下沉补偿磨损量，消除间隙，因此导向精度高。导轨顶角 的大小取决于承载能力和导向精度等工作要求， 增大，南昌航空大学科技学院学士 学位 论文 25 导轨的承载能力提高，但摩擦力也随之增大。 通常取为 90 度（如车床，磨床），对于大型或重型机床（如龙门刨床）， 取为 110 度 120 度。对于精密机械，取90 度。当导轨面承受的水平力和垂直力相差较大时，可采用不对称 使得导轨面的压强分布均匀。 （ 3）燕尾形导轨。如上图（ c）所示，高度较小，结构紧凑，可承受颠覆力矩，间隙调整方便。但摩擦阻力较大，制造、检验和维修不 便。一般用于受力较小、导向精度要求不高、速度较低、移动部件层次多、高度尺寸要求小的部件。 94）圆柱形导轨。如上图（ d）所示，制造方便，工艺性好，但磨损后较难调整间隙。一般用于承载轴向载荷的场合。 B 导轨的组合形式 一般采用两条导轨导向和承受载荷。根据导向精度、载荷情况、工艺性以及润和防护等方面的要求，可采用不同的组合形式。常见的有如下几种。 （ 1） 双 V 形导轨，如下图（ a）（ b），导向精
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