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该方案是船载卫星TV天线座设计，舰载卫星TV天线座是天线的支撑与旋转的机械装置，其功能是在舰艇摇摆条件下，补偿舰体运动引起的纵、横摇摆角，使天线保持水平，并以恒定转速驱动天线旋转，完成舷角机构扫描，并输出舷角信号。天线座支架设在船甲板上对其强度、刚度有较高的要求，同时要求耐冲击、振动，而且谐振频率要满足伺服系统带宽的需要。在船上设置卫星TV天线座帮助那些长期需要在船上工作的人以及出海游玩的人可以随时随地的收看到各种电视节目，解决长期在船上无法收看电视而带来的苦闷，让人们能有好的心情。并且还可以通过舰载卫星TV天线及时了解海上的天气情况，避免一些恶虐的天气。
原理简述：对于天线座的俯仰转动部分由步进电机带动行星摆线针轮减速器，此级传动比为i=17，小齿轮与减速器通过键连接，大扇形齿轮固定在上支架上，此级传动比i=3，通过电机的转动带动天线俯仰转动，天线是通过螺栓与俯仰轴固定在一体，传动范围为15°—90°。方位轴的驱动系统是110BYG5-04步进电机，带动减速器，大小齿轮，从而使方位轴转动，其转动范围大于360°。下支架开有调速孔，以便消除齿轮的齿侧间隙，减少传动中的误差。在方位轴上转上传感器，把方位轴转角的度数以电信号输出，以反映天线的运动规律及轴的方位角。当方位轴转动极限位置时，检测装置会通过输出信号来控制系统，使电机制动或反转。在整个座架的外面有做防护和密封的铁皮罩，铁皮罩可以拆卸，而且在其上面开有通风装置。整个防护装置的框架用角铁焊接在一起。防护罩的上箱盖做成活动的两块，便于拆卸和维修方便。当防护罩与联接头连接时，既要不互相摩擦，又要防止水进入防护罩内，另外在天线支架的底板上的两边应转有平衡块，使俯仰转动部分尽可能达到静平衡，以减少不平衡力矩，减轻电机的负载。
- 内容简介：
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本科毕业设计论文 题 目： 船载卫星 线座设计 I 毕业 任务书 一、题目 船载卫星 线座设计 二、研究主要内容 课题 来源于 生产实际应用项目 ，该课题主要是针对 船载卫星 线座进行传动 和 结构的设计， 主要工作 内容 包括 船载卫星 线 传动方案拟定 、 方位和俯仰传动设计， 电机选型、 结构设计 、 3维 和 2维图纸绘制 等。 通过本次毕业设计，不仅要巩固本科四年内所学的机械专业方面知识，而且更要学习和使用新的计算技术，新的知识。并培养学生科学研究能力和自学能力，提高查阅资料 、外文翻译的能力，以及和综合应用基础理论和专业知识的能力，进一步增强分析问题和解决问题的能力。最终通过毕业设计，使学生具简单机械设计能力。 三、主要技术指标 天线直径 2200 方位轴传动比 i=50； 俯仰轴传动比 i=50； 转角：方位 3600，俯仰 150900 四、进度和要求 （一）进度 进行毕业设计开题 2 周 (第 1 2 周 ) 外文科技资料翻译 1 周 (第 3 周 ) 论证方案，绘制方 案系统图 1 周 (第 4 周 ) 设计 论文 统运动参数计算 1 周 (第 5 周 ) 传动零件设计 2 周 (第 6 7 周 ) 天线座总装图设计 2 周 (第 8 9 周 ) 方位转动系统部装图设计 2周 (第 10 11 周 ) 俯仰转动系统部装图设计 1 周（第 12 周） 绘制零件工作图 1 周 (第 13 周 ) 撰写论文 1 周 (第 14 周 ) 修改论文 1 周 (第 15 周 ) 制作答辩电子稿，准备答辩 1 周 (第 16 周 ) 毕业答辩 1 周 (第 17 周 ) （二）要求 (1) 外文科技资料翻译 ( 5000 字 ) (2) 计算机绘制的装配图 1 张 (1#) (3) 论文 1 份，打印稿 (用学校规定的稿纸 )，约 30 40 页，含中、英文摘要 (约400 600 个印刷符号 ) (4) 用 作的论文答辩电子稿 1 份 五、主要参考书及参考资料 1 孙桓，陈作模，葛文杰机械原理北京：高等教育出版社， 2006,5 2 王玉荣，张应昌 西安 ：陕西科学技术出版社， 1990， 8 3 学生 杨方元 指导教师 张永红 系主任 魏生明 V 摘 要 舰载卫星 线座是天线的支撑与旋转的机械装置，其功能是在舰艇摇摆条件下，补偿舰体运动引起的纵、横摇摆角，使天线保持水平，并以恒定转速驱动天线旋转，完成舷角机构扫描，并输出舷角信号。天线座支架设在船甲板上对其强度、刚度有较高的要求，同时要求耐冲击、振动，而且谐振频率要满足伺服系统带宽的需要。在船上设置卫星 线座帮助那些长期需要在船上工作的人以及出海游玩的人可以随时随地的收看到各种电视节目，解决长期在船上无法收看电视而带来的苦闷，让人们能有好的心情。并且还可以通过舰载卫星 线及时了解海上的天气情况，避免一些恶虐的天气。 本课题主要是天线座结构设计，主要是设计舰载卫星 线座的俯仰旋转运动以及天线的方位旋转运动，同时也要实现对于整体结构的设计。 在对舰载 卫星 线座结构的设计中，首先是传动方案的设计和方位轴的设计，其次是电机选型和结构设计等。 在设计过程中要对所设计的零件用弯曲疲劳强度进行检验和校核，以保证 设计的合理性。并且要用 设计出的天线座的总装图和部分零件图，标注相关的尺寸，写好明细栏，方便别人读图、理解图。 关键字： 天线座，支架，设计，校核，总装图 V V is is of at a in to to to to of up on V to on to to a V to in t V a of a V in a to at of of is of V as as to of At of V is of by In to to of to of of of a I 目录 前 言 . 1 第一章 技术要求及方案的拟定 . 2 技术要求 . 2 案的拟定 . 2 第二章 原理简述 . 5 第三章 设计内容 . 6 计题目及参数 . 6 动方案及简图 . 6 速器及电机的选择 . 7 动比的分配 . 7 动参数的计算 . 8 轮传动的设计 . 8 . 8 . 10 的设计 . 12 位轴的设计 . 12 仰轴的设计 . 12 轴器的选择 . 13 承座的设计 . 13 . 13 . 13 兰盘的设计及简图 . 14 . 14 . 14 . 15 . 15 . 15 撑架的设计 . 16 . 16 . 16 . 16 . 17 . 18 . 20 第四章 全文总结 . 22 参考 文献 . 23 毕业设计小结 . 24 致谢 . 25 1 前 言 收看电视节目成为人们日常生活的重要组成部分，人们在足不出户的情况下可以了解到国内外各地区以及世界各地的信息、时事、风土人情及文化习俗等各种信息，也可以通过看电视来消遣娱乐。实现这个的重要组成部分是天线的发明，这使生活在陆地生的人们可以通过卫星天线收看电视节目。但是对于长期学要在船上工作的人来说就不是太方便了，由于船是在不断地移动和晃动。因而需要我们构想设计一个能在船上能够接受信号的卫星天线，以弥补在船上工作的人们接受信号的 不便。于是设计一个在船上用的卫星接受天线装置系统的问题就产生了。 所设计舰载卫星 线座是天线的支撑与旋转的机械装置，其功能是在舰艇摇摆条件下，补偿舰体运动引起的纵、横摇摆角，使天线保持水平，并以恒定转速驱动天线旋转，完成 舷角机构扫描，并输出舷角信号。天线座架设在船甲板上对其强度、刚度有较高的要求，同时要求耐冲击、振动，而且谐振频率要满足伺服系统带宽的需要。 舰载 卫星 线座要保证能在水平旋转运动的同时天线在竖直方向俯仰旋转运动。 本课题主要是针对舰载 卫星 线座结构的设计，主要工作内容包括传动方案的设 计，方位轴的设计，减速器的选择，电机选型，结构设计等。以及运用 学校老师把这个课题交给我，使之完成毕业设计及解决实际问题的双重任务，这是对我四年来的学习的全面考核，也是理论与实践相结合的具体应用。设计出船载卫星天线座 能使船舶上的广大工作人员和旅客实时收看电视节目，消除旅途的劳累和寂寞，提高船运公司的综合竞争力。产品应用领域 :该系列产品的应用领域是十分广阔的，如：海洋、内河运输业；海洋渔业；海洋和陆地石油工业；近海、内河、远洋工程及救捞船舶；各种游艇、豪华游轮和公务 船舶 。 2 第一章 技术要求及方案的拟定 术要求 天线座是支撑天线探测目标的装置，它通过天线的控制系统，使天线能够准确地指向同步卫星，接收卫星发射的电视节目。随着无线电技术的发展，通讯设备广泛用于天文、气象、通讯、教育、航空、航天等领域，天线座的尺寸和重量也变得多样化。精度要求的提高，角速度、角加速度以及变速范围等使用性能要求的提高，在天线座的机械制造工艺和测量技术方面都提出一系列新的问题。本题目舰载天线座的使用条件和陆用有些差别。因此，对于舰载天线座的设计提出了一些特殊的要求。 在船上，基座是不稳定的。因为船在航行时会发生纵摇、横摇、升沉及航向改变，特别是纵摇、横摇和航向的改变，对天线的影响较大。 动一般要比陆用天线座大。如船上发动机的振动，横纵摇摆产生的振动，以及加速和减速引起的冲击，海浪冲击等都会对天线座的结构产生影响。 大相对风速等于船速与风速之合。因此在同样风速下，舰载天线座会比陆用的天线座承受更大的风力载荷。 天线直径 2200 方位轴传动比 i=50； 俯仰轴传动比 i=50； 转角：方位 3600，俯仰 150900 案的拟定 根据以上技术要求，参数有关资料知天线座种类很多。按转轴的数目可分为：轴、轴、轴、轴和固定不动的天线座。按座架的型式可分为俯仰 X Y 型、极轴型、斜交轴型天线座等。由于多轴天线座和极轴型、斜交轴3 型天线座结构较为复杂，附件多，安装调试困难，多用于军事和气象等方面。本天线座没有必要达到那么高的精度。我们设想把天线座设计成俯仰 方位型，实现这一传动方案。原理示意图见图 2线同俯仰轴同步转动，整个俯仰轴所在的上支架由竖直方位轴支承，并实现天线方位角的转 动。 图 2 1 俯仰 方位型天线座有三种基本型式：立轴式、转台式、转轨式。 立轴式天线座（图 2立轴支撑天线的方位转动部分，立轴则用上下轴承支撑。这种特点是形式结构简单，通常可以采用标准轴承设计、制造、维修比较方便，中小型天线座多采用这种座架。立轴式可以将天线偏置于俯仰轴上，也可将高频箱偏置于俯仰轴一端或若将天线和高频箱俯仰轴另一端。俯仰转范围有0 90、 0 180。 转台式天线座（图 2用能够受轴向载荷，径向载荷和倾覆力矩的特大型滚动轴承和静压轴承组成的转台来支撑天线和方位转台 部分的。这种形式承载能力大、刚性好、精度高，省略了方位轴，可以使结构更加紧凑更加合理，降低了重心，提高稳定性。这种座架转动部分重量较大，转动惯量大，基座转盘，左右支臂采用铸铁，重量较大。 4 图 2 2 转轨式天线座（图 2方位轴部分采用滚轮和轨道支撑，滚道直径通常为天线口径的 1/2 2/3，天线座通常采用空间绗架结构，座架底部右 4 8台承载用的小车，驱动装置装在小车上带动滚轮沿滚道运动。这种天线座非标准件多，制造、维修、安装比较方便，而且可以达到较高的精度。 由以上可以看出，采用立轴式天线座较为合 理，因为立轴式结构简单，设计制造维修比较方便，底盘小，重量轻。转台式、轮轨式底盘占地面积大，转台重量也较大。 图 2 3 5 第二章 原理简述 结构原理示意图见图 2 1，对于天线座的俯仰转动部分由步进电机带动行星摆线针轮减速器，此级传动比为 i=17，小齿轮与减速器通过键连接，大扇形齿轮固定在上支架上，此级传动比 i=3，通过电机的转动带动天线俯仰转动，天线是通过螺栓与俯仰轴固定在一体，传动范围为 15 90。 方位轴的驱动系统是 110进电机，带动减速器，大小齿轮，从而使方位轴转 动，其转动范围大于 360。下支架开有调速孔，以便消除齿轮的齿侧间隙，减少传动中的误差。在方位轴上转上传感器，把方位轴转角的度数以电信号输出，以反映天线的运动规律及轴的方位角。当方位轴转动极限位置时，检测装置会通过输出信号来控制系统，使电机制动或反转。在整个座架的外面有做防护和密封的铁皮罩，铁皮罩可以拆卸，而且在其上面开有通风装置。整个防护装置的框架用角铁焊接在一起。防护罩的上箱盖做成活动的两块，便于拆卸和维修方便。当防护罩与联接头连接时，既要不互相摩擦，又要防止水进入防护罩内，另外在天线支架的底板上的两边 应转有平衡块，使俯仰转动部分尽可能达到静平衡，以减少不平衡力矩，减轻电机的负载。 6 第三章 设计内容 计题目及参数 V 天线座设计 天线直径 2200 方位轴传动比 i=50； 方位轴转矩 T 方位 =581NM； 俯仰轴传动比 i=50； 俯仰轴转矩 T 俯仰 =615 NM； 转角 方位 360； 俯仰 15 90。 动方案及简图 本设计采用俯仰 方位型天线座。方位轴与地面垂直，俯 仰轴与方位轴垂直。这种型式的天线座结构紧凑、承载能力大、调整测量方便。 图 3 1 位） 7 仰） 8. 摆线针轮减速器 9. 步进电机 速器及电机的选择 方位：选择 机型号 3 摆线针轮减速器 俯仰：选择 机型号 3 摆线针轮减速器 摆线针轮减速器与普通减速器比较，它具有结构紧凑，体积小，重量轻等优点；而且传动比大，传动效率较高；通用于中、小功率，适用性广，运转平稳，噪音低。 根据低速轴的转速以及小转矩。可选取驱动系统是 11004 式步进电动 机。 功率 P=速 n=250r/动比的分配 i 总 =50 i 总 = 根据所选减速器的传动比： 1 则取 =i 100%=50 *100%=1% 5% i 总 =50 i 总 = 根据自行设计的减速器传动比： 7 8 则取 =i 100%=50 50 100%=2% 5% 动参数的计算 m P m =n=5r/速器输出轴转速 n=22.5 r/机轴的转速 n=250 r/速轴的输入转矩 T=581N M 减速器输出轴转矩 T=212N M 电动机输出轴转矩 T=M n=5r/速器输出轴转速 n=15 r/机轴的转速 n=250 r/速轴的输入转矩 T=615N M 减速器输出轴转矩 T=205N M 电动机输出轴转矩 T=M 轮传动的设计 本次设计的齿轮传动均为开式传动，一般不出现点蚀失效，主要 的失效形式是磨损。齿轮因磨损使齿厚变薄后，容易产生齿根弯折，因此一般按弯曲强度进行设计。 小齿轮： 40质； 41 286 大齿轮： 45 钢调质； 17 255 0 20=90 尺宽系数： d=荷系数： K d=06106581 = M 按弯曲疲劳强度设计 小齿轮取 70 小齿轮取 30 硬度差（ =2700 查表取 50 200 安全系数 S= 比较： 于大，故用此值 则 M 3 2Y （ = 0 . 0 1 5 0 723200 . 5101 3 5 . 9 0 61 . 623 = m=4算齿轮的几何尺寸 d1= 20=800 d2= 90=360mm m=80+2 4=88mm m=360+2 4=368mm 4=70mm 4=350mm a=21（ =21 （ 80+360） =220mm b=d 80=40 0 5圆速度： V=3111060 = =s 选用 9 级精度 仰轴齿轮传动的设计 小齿轮： 40质； 41 286 大齿轮： 45 钢调质； 17 255 0 30=90 尺宽系数： d=荷系数： K d=106106615 = M 按弯曲疲劳强度设计 小齿轮取 60 小齿轮取 20 （扇形轮） 硬度差（ =2600 查表取 40 190 安全系数 S=1 比较： 于大，故用此值 则 M 3 2Y （ = 0 . 0 1 5 8 423180 . 5102 1 5 . 7 91 . 623 = m=5算齿轮的几何尺寸 d1= 18=90 d2= 54=270mm m=90+2 5=100 m=270+2 5=280mm 5= 5=257.5 a=21（ =21 （ 90+270） =180mm b=d 90=45 5 0圆速度： V=3111060 =310601590 =s 选用 9 级精度 12 的设计 位轴的设计 确定最小轴径 153 0确定轴的形状及尺寸 此轴的最小轴径小于要求的最小 采用空心轴，侧空心轴的形状及尺寸如下图所示 图 3 2 采用空心轴使此轴的刚度增加，减轻重量，载荷通过套传给底座。 仰轴的设计 确定最小轴径 153 0确定轴的形状及尺寸 由于俯仰轴要承受减速器、电动机以及天线的全部重量。故此轴采用槽钢以增强刚度。 俯仰轴的结构简图 13 图 3 3 轴器的选择 本次设计采用凸缘式联轴器 选择依据 T=9550550 M M 应按 T及 n 择为 承座的设计 本设计采用拼合式结构，零件加工比较方便，且重量较轻，上下轴承座孔的同心度由加工及装配保证。 本设 计采用拼合式结构，使加工方便，重量较轻。而且易按装，但是左、右轴承座孔的同心度应由加工及装配来保证，元件连接处采用焊接或螺栓连接。 14 兰盘的设计及简图 为了便于加工，故 本法兰盘的设计采用铸造及与俯仰支撑架连接处采用平面，并与其用螺栓连接。 法兰盘的简图 图 3 4 79 键 12 材料为 35 钢 T=581N M l=42mm d=40 k=4 p=21（ 100+120） =110 p= =40424 10005812 = p 故该平键连接的强度是足够的 15 79 键 18 材料为 T=581N M l=46mm d=60 k=11= p=21（ 100+120） =110 p= =0005812 = p 故该平键连接的强度是足够的 79 键 20 材料为 35 钢 数量 2 个 T=581N M l=66mm d=74 k=12=6 p=21（ 100+120） =110 p= =74166 10005812 = p 故该平键连接的强度是足够的 79 键 10 材料为 35 钢 16 T=212N M l=00mm d=35 k=8=4 p=21（ 100+120） =110 p= =35304 10002122 =101 p 故该平键连接的强度是足够的 支板厚度采用 16钢板，元件联接处采用焊接，而与底座板用螺栓联接。 仰支撑架的设计 本设计采用拼合式结构，支板厚度为 16件联接处采用焊接，而与轴承座联接则采用螺栓联接。 本设计采用锻造齿轮，由于不易锻出辐条，所以全腹板结构。在腹板上制出减轻孔，而不设加强肌故应将腹板做得较厚些。 B=40 mm 68 4=74=0 = 10 12） m=3684=3202 =（ （ =01=21（ =7 C=（ B=40=12图 3 5 根据所设计的要求，天线的俯仰角度为 15 90 ，齿轮的全齿数为 90，则每齿占角度为90360，故扇形轮的齿数为 Z=3609075= 取 Z=19 个 外形如图示 图 3 6 18 方位轴上的轴承只承受 轴向力，古选用同心推力轴承。 择 锥滚子轴承 7213E。 图 3 7 Fn=180t=r=9 由力分析可知： 5702 =570 1809805281 1 7 4 =2V=1V= 7052870528 2H= 1H=1= 2121 R = 22 =2= 2222 R = 22 7) 2( =21=22=2a+ 80+2 故 （ = 3106 （ =109 106h=108 h 故 7213命 20 T=581000N M 图 3 8 支板力 1 弯矩 V 弯矩 M 22 7 0 5 5 7 8 = 2= 22 ) 7 6 9 6( 5 5 7 8 = 矩 T T=581000 N 矩 22 )5 8 1 0 0 2 1 1 1 = 轴的材料为 45 钢，调质处理。查表得 B=650 为（ B，即 65 =60 则： （ 33 =60 该轴满足强度要求（套筒轴） 22 第四章 全文总结 本次毕业设计是关于船载 线座的设计，在设计过程中依照设计任务书的要求，查阅相关资合理分配设计中的齿轮传动比。按齿轮的设计要求设计齿轮，并运用齿轮的弯曲疲劳强度校核齿轮。但扇形轮需要按照俯仰轴的旋转角度确定它的齿数。其中轴的设计也按照轴的计算方法依据所分配的转矩计算轴的直径大小，设计好后方位轴需要进行载荷校核。轴的长度需要满足减速器和电机在装配位置上的要求。键的设 计也必须依据所设计周的直径大小来确定，并要进行它的载荷校核，来保证设计要求。 在用 制中配图与零件图时，首先确定好图幅的比例。在绘制装配图中能尽量表现出个零件的装配关系和位置关系，并在明细栏中表明每个小部件的详细信息方便查看。在零件图的绘制时要标注零件的表面粗糙度和形位公差，并注明零件相关技术要求。 通过本设计，我学到了很多东西，大大增加了我对机械设计流程认识，这次设计，使我深刻认识到了实践出真知的道理，在以后学习中，我将更加严格的要求自己。 23 参考文献 1 吴凤高 天线座结构设计 西北电讯工程学院出版社， 1986 2 叶尚辉，李在贵 天线座结构设计 西北电讯工程学院出版社， 1986 3 濮良贵，纪名刚 机械设计第八版 高等教育出版社， 2005 4 陈作模，葛文杰 机械原理第七版 高等教育出版社， 2005 5 W. in to Hz on 1999 6(6):7476 . of to . 1984 5(12):79124 毕业设计小结 本次毕业设计是进行船载 线座的设计，整个设计过程中可以分为两大块进行设计：方位部分、俯仰 部分。在方位部分的设计中要考虑到传
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