三轴转台设计说明书

1、重庆理工大学毕业设计 三轴转台设计 编号 毕 业 设 计（论文） 题目 三轴转台设计 二级学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 108214802 学生姓名 学号 10821480235 指导教师 职称 时 间 2012年5月 需要其它图纸之类的联系QQ971426848 电录摘 要3Abstract41 绪论6 1.1 引言6 1.2 国外研究状况7 1.3国内研究状况7 1.4 本文研究的内容和主要工作10 1.4.1研究内容概述10 1.4.2 设备主要功能与技术指标102 三轴转台系统方案设计11 2.1三轴转台工作原理概述11 2.2系统总体方案设计

2、11 2.2.1驱动方案设计12 2.2.2系统总体方案 14 2.3液压系统原理与实现14 2.3.1液压系统组成15 2.4控制系统原理与组成17 2.4.1控制系统组成17 2.4.2控制系统工作原理17 2.4.3单端输出方式接法19 2.4.4接口信号描述203.三轴转台机械结构设计203.1 转台结构功能分析203.2 机械总体结构设计233.3各框总成结构设计233.3.1外框总成结构设计243.3.2中框总成结构设计253.3.3 内框总成机构设计26 3.4机械结构特性与参数273.4.1三轴转台物理参数273.4.2机械传动系统参数与计算283.4.3机械设计中采取的相应措

3、施29 4.总结与展望29 4.1论文总结29 4.2研究展望30致谢31参考文献32摘 要 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【1】。 它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，

4、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。 论文全面地介绍了机动三轴转台整体方案及其控制系统与液压系统的工作原理，叙述了方案的实现方法，完成了转台各部分的机械结构设计。 关键词：三轴转台 伺服系统 液压 伺服控制Abstract Aviation, aerospace industry development level is a national science and technology, economy and an important symbol of national defense

5、capabilities。In aerospace field, inertial navigation and guidance technology is a core technology, three axis turntable is testing inertial components and hardware-in-the-loop simulation of important non-standard equipment，who will have a direct impact on the performance of simulation and test relia

6、bility and confidence。 The three-axis turntable is control theory, the similarity theory and system technology and information technology as the foundation, based on the computer and special physical equipment for the tool, for inertial navigation and provide the guidance system simulation experimen

7、t platform of key equipment。It can reiteration the corner space centroid movement, angular velocity and Angle acceleration physical parameters and so on。Thus, can be in the ground in the lab, real simulation of missiles, aircraft in the air each kind of etc, in order to flight attitude is sensitive

8、components, inertial system, executive agencies to test。The real test will be expensive can predict into laboratory research and repeatability, to provide adequate for physical test the technical indexes and test data。The real test will be expensive can predict into laboratory research and repeatabi

9、lity, to provide adequate for physical test the technical indexes and test data。 The author also comprehensively presented the overall plan of the automatic three-axis rotary table and its control system, hydraulic system principle. Systematically described the method how to achieve, introduced the

10、mechanical structure of each parts in detailKey words: three-axis turntable Servo system hydraulic servo control1 绪论1.1 引言 在现代军事工业、航天工业中，高精确制导的导弹、鱼雷、自动导航的飞行器，在战争中具有非常重要的作用，因此世界各国都极其重视制导系统的研制和开发。在研制的过程中，如何真实准确地获得飞行数据和规律，成为研制高性能装备的关键。 在早期的导弹、鱼雷、飞行器的研制过程中，为了获得这些飞行数据，使用的是外场试验法1，就是在武器上安装上各种传感器，并在实际飞行或实际打

11、靶过程中测量实验数据，再根据测得的数据分析、评价系统的性能，并作为进一步的修改的依据。但是由于这种方法不具备重复性，成本太高，在现实中使用的越来越少。 航空、航天以及航海事业的发展水平反映了一个国家的综合国力，是经济发展水平、科技发展水平及军事实力的综合体现。这个领域的发展对于政治、国防、经济乃至人民的生活都有着重要的意义。而惯性导航及制导技术是航空、航天、航海领域的一项核心技术，早期的同步卫星准确定位、航天飞机的成功发射、导弹的精确制导，这都得益于高水平的惯性导航和制导系统。而惯性导航与制导系统中的核心元件是陀螺仪和加速度计，它们精度的高低将直接影响惯性系统的定位精度。仿真测试转台是航空航天

12、领域中进行地面半实物实时仿真和测试的一种关键硬件设备，它可在实验室环境内实时地复现飞行器在空中的动力学特性和各种飞行姿态，其性能的优劣直接关系到仿真和测试实验的逼真性和置信度2，是最典型的测试仿真设备。 目前国内外学者对转台误差的研究主要集中在指向误差、测角系统误差、垂直度误差、轴线不相交度等方面，或者利用多体动力学的方法对转台进行空间综合误差建模与分析。1.2 国外研究状况 在国际上，由于惯性制导技术受到世界上技术先进国家和发展中国家的普遍重视，所以美国、俄罗斯、英国、法国、瑞士、中国、印度等国都投入了大量的资金和人力从事转台的研制。其中，美国的转台研究一直处于世界领先水平，其次，德国、英国

13、、法国和瑞士等国研制的转台也具有一定代表性，性能和质量仅次于美国。 世界上的第一台转台是1945年由美国麻省理工学院仪表实验室研制成功的，定为A型转台，采用普通滚珠轴承，用交流力矩电机驱动，角位置测量元件采用滚珠与微动开关，由于采用的元件精度比较低，加上没有经验可以借鉴，该转台存在许多缺点，精度也只能达到角分级，实际上没有投入使用。随后，美国的欧思一伊利诺斯公司的菲克(Fecker)系统分公司又研制出了T-800型伺服转台，它标志着美国的转台设计己经达到了一个新水平。六十年代开始对转台的重要部件如轴承、驱动马达和监测元件进行了系统的改进，研制成功了专用于转台的空气轴承和液压轴承，大调速比、高精

14、度的液压马达和高分辨率的检测元件，把转台的技术水平推向了一个新台阶。同时诞生了一些专业生产转台的公司，如美国的CGC公司、Carco公司、德国的MBB公司等。 1.3国内研究状况 我国从60 年代开始研制工作。中船重工707 所在1975 年研制出了DT-1 型单轴测试台，由机械台体和电气控制箱组成，采用交流力矩电机驱动，采用气浮轴承支承，用感应同步器和旋转变压器作为角度测量元件3。 1979 年哈尔滨工业大学和原六机部354 所及441 厂合作研制了我国第一台双轴转台T P C T - 1 型双轴气浮轴承转台，又称“7194 双轴台”。 1993 年，航天部一院13 所研制了SSFT 型双轴

15、伺服台，该转台是我国最大的双轴伺服台，可检测漂移率为0.01°/h 的二自由度陀螺、加速度计等惯性元件及平台系统的性能而设计的3。 长春光机所研制的SJT-1 型三轴测试台，采用分装式滚珠轴承，增量式圆光栅测量，采用8089 单片机进行控制。最大负载50Kg，具有低速，高精度的特点4。 航空303 所在1975 年研制出SET-1.1 型伺服工作台，第一次采用了光栅作为测角元件，主要用于伺服工作状态试验，然后陆续研制出计算机控制的SGT-1 型、SGT-2 型三轴测试台56。 图1.3.1 俄罗斯制造的卧式转台 图1.3.2 3KTD-311 型转台其中3KTD-565 型转台三轴均

16、连续无限，性能指标如下： 不少大学也一直重视三轴测试转台的研制，清华大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、南京航空航天大学等有关单位协作也纷纷研制出电机和液压马达驱动的三轴仿真转台。1984 年，哈尔滨工业大学成功地研制出转台用直接驱动式电液伺服摆动马达，其后，对该项技术指标又进行攻关，有较大突破，达到了世界80 年代末先进水平，为研制高性能仿真转台奠定了基础。 1993 年，哈尔滨工业大学为上海航天局八部研制成功的红外制导飞行姿态仿真转台使用了各项性能指标又有所提高的液压摆动马达，使三轴飞行姿态仿真转台的研制与生产又向世界先进水平迈进了一步。1995 年由南京航空航天大学研制的FT919

17、型电动三轴飞行模拟转台，其性能指标也达到了国际同类产品水平7我国的转台研制虽然比发达国家起步晚，但这些年来也取得了一定的成就，特别是近几年来，转台的研制得到了很大的发展。目前，国内也有很多研究机构和高校在从事转台的研究与开发，例如哈尔滨工业大学、中航303所、中船6354所、南京航空航天大学等。我国在20世纪60年代自主研发和制造了第一台液压飞行转台仿真，为我国早期飞行器控制和制导系统的 发展做出了巨大的贡献。进入80年代后，我国将数字控制引入到了转台控制中，用软件实现了复杂控制规律，参数调整也比模拟控制器方便，将我国的转台研究开发带入了一个新的时代。1990年，中航303所研制成功了SGT

18、1型三轴捷联惯导测试转台，这是我国第一台计算机控制的高精度三轴惯导测试台。进入90年代以来，转台的研制进入了数字和模拟的要求也越来越高，这就对转台的设计和整定提出了更高的要求。 图1.3.3 六自由度转台 图1.3.4 3KTD-300赤道陀螺伺服测试台 1.4 本文研究的内容和主要工作。1.4.1 研究内容概述 三轴转台研制包括总体方案设计，机械结构设计，驱动动力部分设计、控制部分设计、数据采集卡设计等。1.4.2 设备主要功能与技术指标1主要功能(1)模拟三个自由度的转动或摆动，实现360°连续回转；(2)转动或摆动的速度、幅值可调，并能精确定位；(3)三轴转动规律由控制输入，实

19、现联动，并可实时显示三轴的角度，在转动时可以按要求间歇准确停稳。2技术指标(1)最大工作负载不小于5Kg；(2)三轴最大转速不小于10°/s，加减速时间不超过2 秒；(3)装载工作空间不小于 165× 91；(4)工作台上安装 165× 91 的被测物后，被测物形心在转动过程中位置变化在 10mm 球体之内；(5)三轴自动控制转动角速度误差0.1%，角度定位误差0.1°，三轴垂直度误差0.1°，工作台安装水平，误差0.05mm；(6)安装被测物时，被测物形心与回转中心可重合。 2.三轴转台系统方案设计 根据三轴转台的设计原则，要求所有零部件必须

20、要实现自动化控制三轴的转动，这就需要结合三轴转台的实际工作环境及条件，对三轴转台的功能、尺寸、精度等其他要求进行分析，提出全新的驱动及机动控制方案，实现三轴转台机动连续回转，达到预期的机动要求。2.1 三轴转台的概述2.1.1三轴转台工作原理概述 三轴转台在主要是根据计算机的指令， 实时跟随指令信号， 控制转台滚动、 俯仰、航向轴系运动，模拟姿态角变化，与仿真计算机及射频系统形成闭合回路8。 机械系统由三个框架和机座两大部分组成，主要为负载提供安装基准和滚动、俯仰、航向三轴系回转运动。电气系统主要完成转台的起停、转台监控及远程控制等功能，主要由控制台、电气柜等组成。工作时，电气系统为三轴转台三

21、个框架的驱动电机提供动力，使转台能够驱动负载作所需的运动，完成相应的运动。控制系统根据仿真机控制指令，经控制律调节后，输出控制信号给相应框架的驱动电机，从而控制电机动作。应用软件实现转台与仿真计算机的实时通讯，记录转台三个框架运动的角位置数据，对试验的各轴角位置数据处理，绘制运动曲线，监控各轴的运动参数，实时进行安全性评估，进行各轴控制律运算，控制 转台正确运动9。2.2 系统总体方案设计2.2.1 驱动方案设计 本三轴转台内框夹具体要装夹165× 91圆柱形传感器，最大重量为15kg，要求能实现360度无限回转，三轴转动规律由控制输入，实现三轴联动。同时要求各轴最大转速不小于10&

22、#176;/s，加减速时间不超过2 秒，要求三轴角度综合精度0.1°，三轴垂直度误差0.1°，角度测量误差0.01°。 要实现三轴转台的机动回转，通常会使用到电机.若用电机远程驱动，其机械传动系统也非常复杂。同时考虑到材料的制造工艺性、加工误差、装配误差、机械传动效率及其它因素的影响，要实现三轴转台的各项精度要求是非常困难的。 若用液压驱动方式，以液压马达作为驱动元件，液压驱动还有以下优点：(1)传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如，相同功率液压马达的体积为电动机的12%13%。(2) 可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，调速

23、范围可达12000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。(3)传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。(4)液压装置易于实现过载保护借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。(5)由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构。借助于各种控制阀，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现远程控制。 但是液压驱动具有容易泄露，而且低速性能不佳等弱点，因此要在系统方案的设计中采取措施进行改善。 根据以上分析，结合三轴转台的速度控制要求，位置精度，工作环境等综合因素，本转台采用液压间接式驱动，远程机电联合控制的系统方案。 根据选定的驱动方案，采用液压马达作为

24、驱动元件，使用三套独立的液压回路，分驱动三轴的转动。为了克服马达低速性能问题不佳的弱点，在液压马达与轴之间加上蜗轮蜗杆减速器及齿轮减速器，既可以改善低速性能，又能提高运动控制精度与定位精度。轴系采用滚动轴承支承，使用液压马达作为驱动元件，经齿轮减速器，蜗轮蜗杆减速器减速后，驱动各轴的转动。每根轴的端部装有圆光栅作为检测元件，实时测量位置与速度，作为控制系统反馈形成闭环控制。2.2.2 系统总体方案 三轴转台系统由机械结构部分、液压驱动部分、电气控制部分组成，三个部分.主要设备包括了三轴转台工作台、液压站、远程钢丝绳传动带轮、机械 图2.2.1 所示为其中某一轴的驱动及传动原理图。1-蜗轮蜗杆减

25、速器 2-齿轮减速器 3-液压马达 4-回转框 5-圆光栅伺服阀、工控机、交流伺服电机、电气控制柜、控制面板等，设置在三个不同位置。 图2.2.2 系统原理图2.3 液压系统原理与实现2.3.1 液压系统组成系统的设计组成围绕设备的主要参数和功能进行，图2.3.1 为液压系统原理图，系统由液压动力源、主压力控制阀、回油压力控制阀、机液伺服阀、液压马达、滤油器和蓄能器组等组成，是阀控马达式的机液伺服系统，其中机液伺服阀和蓄能器组与液压马达及三轴回转台较近，而液压动力源、主压力控制阀、回油压力控制阀、滤油器则处于远离三轴回转台的液压控制站上。2.4 控制系统原理与实现2.4.1 控制系统的组成 控

26、制系统主要由控制计算机、运动控制卡、I/O 板卡、雷赛公司MD556步进电机驱动器、雷赛公司MD556步进电机等部分组成。（1）控制计算机工业控制计算机是整个控制系统的核心，进行各种数据处理和运算，通过运动控制板卡进行三个轴的运动控制，通过I/O 板卡完成信号输入和控制输出。（2）运动控制卡 运动控制卡是运动控制器的一种，运动控制器是在以高速数字信号处理器DSP 为代表的高性能高速微处理器及大规模可编程逻辑器件FPGA 的基础上发展而来的。基于PCI 总线的开放式运动控制器已成为当今自动化领域应用最广、功能最强的运动控制器，并且在全球范围内得到了广泛的应用42。运动控制器主要用于对机械传动装置

27、的位置、速度进行实时的控制管理，使运动部件按照预期的轨迹和规定的运动参数完成相应的动作。根据运动控制的特点和应用可将运动控制器分为以下三种：点位控制运动控制器、连续轨迹控制运动控制器和同步控制运动控制器。 图2.3.1 液压系统原理图 1-粗滤油器 2-液压泵 3-精滤油器 4-主压力阀 5-回路压力阀 6-蓄能器 7-机液伺服阀8-液压马达 9-齿轮减速器 10-转台 11-圆光栅 12-蜗轮蜗杆减速器 13-丝杠螺母副 14-大钢丝绳带轮 15-蓄能器 16-控制系统 17-无磁钢丝绳 18-伺服放大器 19-交流伺服电机 20-小钢丝绳带轮 21-单向阀 22-交流电机 这种开放式结构的

28、运动控制系统能充分利用PC 机的资源，可以利用第三方软件资源完成用户应用程序开发，将生成的应用程序指令通过总线传输给运动控制器。基于PC 总线的运动控制器是整个控制系统的核心，它接受来自上位PC 机的应用程序命令，按照设定的运动模式，完成相应的实时运动规划（点位运动、多轴插补协调运动或多轴同步协调运动），向驱动器发出相应的运动指令。 这里选用DMC1380经济型3轴点位运动控制卡.DMC1380运动控制卡是采用雷泰公司自主研发的运动控制专用芯片设计的PCI总线3轴脉冲式运动控制卡，具有编程简易、稳定可靠、价格便宜等特点，是点位运动控制的首选。 DMC1380适合于控制各种步进电机、交流伺服电机

29、，每轴位置指令脉冲频率可达1.2MHz。可用单路脉冲（脉冲+方向）或双路脉冲（CW脉冲+CCW脉冲）方式输出，可以使差分式或单端式。 DMC1380主要用于多轴点位运动控制，具有梯形速度控制功能，可用软件实现多轴直线查补。电机和I/O信号全部布置在两个37针插座上。电机控制接口上的I/O信号有光电隔离，另一个37针接口上的IO不带隔离。 DMC1380卡包含55路I/O端口。其中15路输入口为光电隔离，8路输出口为光电隔离；其它输入输出口为非隔离。DMC1380具有较高的I/O驱动能力，可直接控制小型继电器、电磁电磁阀、指示灯等开关器件。DMC1380卡硬件规格如下：（3）I/O 板卡I/O

30、板卡与计算机连接，用作系统的输入和输出；与操作面板和显示屏相连接。（4）操作面板 设置各类按扭、旋纽、指示灯以及工业控制计算机的显示器和触摸屏，通过I/O 板卡与计算机连接，用来实现设备的手动、点动、单步和自动控制，实现参数、数据、运动函授和功能的输入。2.4.2 控制系统工作原理2.4.3单端输出方式接法DMC1380卡第1轴与雷赛公司的MA415B步进电机驱动器的接线方法如图所示： 2.4.4接口信号描述 3 三轴转台机械结构设计 机械结构设计是一个综合考虑多种因素的复杂过程. 三轴转台的总体设计需要根据工作原理、转台使用要求和限制条件进行；转台的各部件设计除了要考虑各部件的协调外，还应考

31、虑相关力学、材料、工艺、装配、使用、安全等一系列问题。3.1 转台结构功能分析 三轴转台要求实现三轴的 360°连续回转，并能通过指令实现停止，精确定位于指定位置。要求装夹固定最大尺寸为165× 91圆柱形传感器，最大重量为8Kg 的鱼雷传感器。安装被测物时，被测物形心与回转中心可重合，被测物形心在转动过程中位置变化在10mm 球体之内。这对转台的外形最大尺寸和结构刚性，旋转精度等都提出了很高的要求，因此，必须设计选用合适的结构。 三轴转台的外形结构可以有多种形式，按底座形式来分可以有龙门式、悬臂式、箱式等；按外框架轴线与水平面的空间位置来分可以有立式和卧式两种。框架形状可

32、有半框式、全框式、和混合式。框架是转台重要的结构部件，框架既起支撑作用，又进行转动，模拟运动姿态。因此框架要在转动惯量有尽可能小和装载体积得到满足的情况下，有足够的负载能力和结构强度。 立式转台多为半框式结构。图3.1.1所示为半框式结构三轴转台，转台内框架全部为半框，半框式结构的主要优点是转台转动惯量小，结构简单，便于安装、拆卸被测试物。 但是由于结构的不对称性，当在内框架安装被测物体，会造成重力偏载，在运动过程中，受到的力矩始终变化，动态性能差，不便于自动控制。而且半框式结构降低了系统刚性，框架在重力作用下引起静态变形量大，这对提高转台精度十分有害。 半框式结构三轴转台 全框式结构三轴转台

33、全框式结构全部采用闭合框架，如图3.1.2所示，全框式结构提高了转台刚性，但是尺寸和高度会成倍增加。如图3.1.3 所示，若将内框架和中框架设计为封闭的O 型结构，而仅外框采用半框结构，既可以提高中、内框架的刚性，又减小了总体外形尺寸，且内框和中框的自重始终处于平衡状态，此种结构称为混合式结构。 卧式转台的外框架为封闭的O 型，如图3.1.4所示。外框架两端分别支撑在刚度很高的立柱上，使外框架和转台总体机械结构的刚度提高，卧式转台的优点是加载时受力均匀，静态变形小。其主要缺点是当外框架轴向尺寸较大时，弯曲刚度降低，重力作用造成的弯曲变形不容忽视，而且总体结构尺寸巨大，结构安装和调试不便。经过以

34、上对比，考虑到三轴无磁转台的位置精度较高，必须要保证一定的结构刚度，但同时最大速度和加速度要求不高，因此可以采用混合式的框架结构形式。根据以上分析，采用U-O-O 的混合式框架结构形式。 混合式结构三轴转台 卧式结构三轴转台 3.2 机械总体结构设计 如图所示见附件CAD图 三轴无磁转台分为转台部分和转台安装座部分。转台部分通过方法兰板安装在安装座上，转台安装座用螺钉固定在环形安装基座上。 安装座主要由“井”字型支架和无磁不锈钢板组成，“井”字型支架由无磁不锈钢板焊接成，中央底部焊接有安装板，与转台部分进行安装。面上盖有9 块薄不锈钢板，利用螺钉连接，易于拆卸。操作人员可在其上装拆传感器或进行

35、其他操作. 阀的布置采用三套独立的液压系统分别使用三个阀，呈三角形分布，安装在“井”字型支架的某一内侧面。靠近中心一侧开孔，通过液压油管，离中心较远的外侧开矩形口用于通过钢丝绳。 转台部分主要包括外框总成，中框总成，内框总成三个部分，如图附件所示。外框为U 型支架，中框、内框为八角环型框。设外框、中框、内框的回转轴分别为C 轴、B轴、A 轴，则此三轴决定了无磁砖台的三个回转自由度。三轴分用三套各自独立的液压系统驱动，其中内框驱动液压马达、减速器等安装在中框上，中框驱动液压马达、减速器等安装在外框一侧，而外框驱动液压马达、减速器安装在底部箱体上的。底座箱体上为安装法兰板，通过其与安装座安装固定。

36、3.3 各框总成结构设计3.3.1外框总成结构设计 图3.3.1 外框及其轴系结构图1-羊角框 2-液压旋转接头 3-安装法兰板 4-无磁轴承 5-中心轴 6-圆螺母 7-导电滑环 8-过渡法兰盘 9-圆光栅 10-工艺孔 11-蜗轮蜗杆副 12-底座箱体外框总成功能为驱动U 型支架绕C 轴回转。 外框总成主要包括了U 型支架，中心轴，无磁滚动轴承、底座箱体、安装法兰板、蜗轮蜗杆减速器、液压马达、圆光栅及液压旋转接头和导电滑环等组成。外框及其轴系部分的支承方式及零件布置如图3.3.1 所示。 中心轴通过U 型框底部支口定位，其上端圆法兰与羊角型框底面安装固定。整个轴系由一对无磁滚动轴承支承，上

37、部轴承安装在底座箱体轴承安装孔内，下部轴承通过过渡法兰盘与底座箱体实现安装。蜗轮在轴中部，与蜗杆配合，蜗杆安装支承在底座箱体上，直接与液压马达连接。液压马达通过涡轮蜗杆减速，带动轴转动，从而实现C 轴转动。轴的底部安装有光栅，可以实时检测C 轴的位置和速度参数，作为控制系统的反馈。底座箱体两侧均开有工艺孔，以方便零件的安装以及检测维修。导电滑环可保证外框绕C轴360 度连续回转的同时，实现传感器采集的信号和内框、中框的无磁光栅信号传输，且导电滑环的接流环和触点均采用镀银工艺，保证各路传输信号正确无误。中心轴采取特殊的设计，与液压旋转接头配合，实现4 条油路的转接，进行液压油路的传输，提供给中框

38、及内框的液压动力。3.3.2 中框总成结构设计 中框总成主要由八角环形架、回转轴、滚动轴承、液压旋转接头、蜗轮蜗杆减速器和液压马达、圆光栅、导电滑环等组成。其轴系部分的支承方式及零件布置如图3.3.2所示。回转轴由两对滚动轴承支撑于羊角型支架上，右端为主动 轴，左端为从动轴。蜗轮蜗杆减速器壳体安装于羊角型支架上，液压马达的回转运动，通过蜗轮蜗杆减速器减速，带动中框及内框总成，实现绕B 轴的转动。左端两个导电滑环可保证中框绕B轴360 度连续回转的同时，实现传感器采集的信号和内框光栅信号传输。主动轴上同样装有液压旋转接头，实现2 条油路的转接，进行液压油路的传输，提供给内框液压动力。最右端安装有

39、光栅，可以实时检测B 轴的位置和速度参数，作为控制系统的反馈。 图3.3.2 中框及其轴系结构图1-滚动轴承2-从动轴 3-八角环形框 4-主动轴 5-液压旋转街头6-蜗轮蜗杆副 7-圆光栅 8-减速器壳体 9-羊角型框 10 导电滑环3.3.3 内框总成结构设计 内框总成部分包括内回转框架、夹具体、蜗轮蜗杆减速器、液压马达及圆光栅等组成，其轴系部分的支承方式及零件布置如图3.3.3 所示。 内框回转轴由无磁滚动轴承支撑在八角环形中间支架上，蜗轮蜗杆减速器壳体安装在八角环形中间支架的外侧，液压马达与蜗杆连接，通过蜗轮蜗杆减速后驱动内框旋转。导电滑环安装在两侧，用于传感器采集的数据信号的传输。圆

40、光栅安装在端盖上，同时与轴相连，进行速度、位置的实时测量。 当液压马达停止回转时，由于蜗轮蜗杆的自锁作用，即使工作台受到外力时，也不能转动，从而保证工作台的位置不被改变。其中，夹具体通过中间的两块法兰板定位，两端圆盘用螺钉连接在内框上，对传感器进行夹紧。夹具随传感器形状不同而变化，最大尺寸保证165× 91，根据给定传感器的实际尺寸定做。 图3.3.3 内框及其轴系结构图1-蜗轮蜗杆副 2-减速器壳体 3-滚动轴承 4-主动轴 5-从动轴 6-内框回转框架 7-圆光栅 8-滚动轴承 9-夹具体 10 导电滑环 3.4 机械结构特性与参数3.4.1 三轴转台物理特性安装机座直径300m

41、m，高15mm，重量10kg；三轴转台总高度：610 mm；三轴转台的总重量约为：15 kg；其中内框及其负载：5Kg，中框及其负载：8Kg，外框及其负载：10Kg；所需扭矩：A轴：10 Nm，B轴15 Nm，C轴20 Nm3.4.2 机械传动系统参数及计算1. 无磁液压马达参数 表1 液压马达参数排量mL/r最低转速r/min最高转速r/min0.230030002. 机械传动系统参数 表2机械传动系统参数齿轮减速器减速比蜗轮蜗杆减速器减速比最大转速最小转速A、B、C 轴1：401：4111°/s1.1°/s3. 圆光栅参数 表3圆光栅参数 扫描频率工作电压线数测角准确度

42、20KHz5V10800± 63.4.3 结构设计中采取的相应措施（1）使用三维设计软件进行了机械结构部分的设计工作，在零部件设计完成后，对结构进行了仿真测试，并计算了各项零件的空间尺寸，保证转台连续回转时，不会发生碰撞与干涉；（2）采用了液压旋转接头与导电滑环来传输液压油路与测量数据信号，保证了转台连续回转时，液压管路与传输信号线不发生缠绕。在设计过程中，设计了特殊的回转轴结构，与液压旋转接头壳体相互配合，简化了结构，减小了外形尺寸；（3）各轴系均采用无磁滚动轴承作为支撑，减小了回转过程中轴框的径向跳动误差，提高了动态回转精度。（4）材料的铸造过程中，使用无磁坩埚等一整套专用设备进

43、行冶炼，避免有铁杂质进入铸件，在切削加工过程中，采用专用的无磁陶瓷刀具，并对材料进行多次磁性测量，保证最终零件的无磁性；（5）内框中设置有被测物的专用夹具，用于被测物的安装、定位、夹紧，使负载始终处于平衡状态，保证各轴直线的相交度、三轴的结构刚性，使被测物在旋转过程中行心位置变化在 10mm 空间内；（6）合理设计了各轴框尺寸及轴系零件的布置，使无磁三轴转台的三轴回转中心高度距安装底面0.8m；（7）三轴转台底座箱体与底座支架之间的安装螺钉可微调，用于调整工作台安装 的平面度误差； 4.总结与展望4.1 论文总结 三轴转台的研制，对军事工业、航空工业的发展具有重要意义，国内外各研究所、高校等科

44、研单位对三轴转台进行的研究，取得了大量的研究成果。 本文针对转台仿真的主要性能指标，做了一定的分析，参考了相关的资料。由于此设备是高精密设备，很难找到样本，所以按老师的安排，我首先对三轴转台进行了机械结构设计，包括标准件的选型；其次是对三轴转台仿真进行伺服驱动系统进行设计，最后对控制系统进行设计、几乎没有自己设计，这里主要是参考一定的资料，和使用说明书，完成一定的接线；对转台的各个数据用途进行了详细的了解。 本文根据设计要求，对三轴砖台的研制进行了研究，主要研究工作如下：(1)提出了远程机液伺服控制方案，介绍了方案中液压系统、控制系统原理及方案实现方法：(2)对三轴无磁转台机械部分的总体结构，

45、零部件尺寸，安装方式等进行了合理设计。4.2 研究展望 本文对三轴转台的研制进行了一些研究工作，得到了一些有用的原则与结论。但三轴转台设计涉及到的许多理论及研究领域需要探索，现总结如下：(1)本文经过理论分析与研究，完成了三轴转台的设计工作，但三轴转台作为一个较复杂的系统，在工程实际中会有很多不确定性因素对其性能指标造成影响。因此，有很多技术问题需要在后续的安装调试过程中进行解决。最后的安装调试完成后，要对三轴转台的各项性能指标进行实地测试，以测试结果作为转台性能的评估依据，并对其做进一步的改进。(2)三轴转台的设计提出了结构设计的概念，工程结构设计还是一个新的领域，在这一方面还很少有可以借鉴

46、的研究理论及实践经验。结构设计涉及机械、材料、物理、化学等学科等，在这一领域进行深入的研究将是非常有意义的。(3)三轴无磁转台的驱动及控制方案是多种的，本文提出了一种机械、液压、电气混合式的远程驱动及控制方案，而液压系统与控制系统的性能对方案有着重要的影响，可见，进一步研究新的液压及控制方案，并对其性能进行研究分析是非常有必要的。(4)本文完成了机械部分的结构设计，没有用有限元工具对三个轴框的静态特性进行分析，作为进一步改进设计的参考依据。三轴转台的各轴转动存在相互耦合的问题，耦合问题对各轴框的结构特性有一定的影响，由于篇幅有限，本文未作详细分析与总结。 因此，在下一步的研究中，要对三轴转台的运动进行建模，并对动力学特性进行深入的研究分析。致谢在论文初完成之际，我谨向所有关心和帮助我的同学、朋友亲人、老师表示由衷的感谢！ 首先向张老师表达我最诚挚的谢意，感谢近半年来给予我的无私