【《四旋翼航拍无人机的结构计算设计》15000字】

页，共38页总体设计方案2.1理论基础四旋翼无人机结构结构可细分为为“十”字型和“X”型两种，其判断方法为根据飞行方向与其中同一直线方向的机臂之间的夹角，若飞行方向与同一直线方向的机臂重合，则为“十”字型四旋翼无人机；若飞行方向与同一直线方向的机臂夹角为45度，则为“X”型四旋翼无人机，如图2.1.1所示。图2.1“十”字型（左）、“X”型（右）（箭头方向为机头方向）其中以“X”型四旋翼使用较为广泛，动作更加灵活，稳定性更高[13]，因此本文选用“X”型四旋翼作为航拍无人机的机体构型。四旋翼无人机的四个机臂以圆周均匀分布，处于同一水平高度，每个机臂之间夹角为90度，且每个机臂上均设有无刷电机提供以升力，其中机臂处于同一直线上的无刷电机旋转方向为同一方向，相邻的无刷电机旋转方向相反。由于四旋翼无人机的独特结构和电机布置，使得四旋翼无人机省去了反扭矩桨，进而使得结构更加简单、可靠。如图2.1.2四旋翼无人机各电机旋转方向示意图所示，设航拍无人机的四个无刷电机依次为M1、M2、M3、M4，各无刷电机转速依次为n1、n2、n3、n4，由于四旋翼无人机同一直线方向上的无刷电机旋转方向相同，相邻的无刷电机方向相反，即电机M1和电机M3的旋转方向相同，同为顺时针方向旋转；电机M2和电机M4的旋转方向相同，同为逆时针方向旋转，由于相邻电机的旋转方向相反，则可抵消单个电机旋转时所产生的反扭矩。通过调节电机M1、M2、M3、M4的转速n1、n2、n3、n4，从而实现改变无人机的受力状况，进而达到控制无人机的飞行状态。图2.2四旋翼无人机各电机旋转方向示意图（1）垂直运动：需要无人机实现垂直方向上的运动则需无人机受到垂直方向上的力，同时增加或减小电机M1、M2、M3、M4的转速n1、n2、n3、n4，则能改变四个电机所提供的总升力（拉力），当总升力（拉力）大于无人机整体所受重力时，无人机实现垂直方向上的上升；当当总升力（拉力）小于无人机整体所受重力时，无人机实现垂直方向上的下降。（2）俯仰运动：若需无人机实现俯仰运动，则需无人机的四个电机两两组合改变转速。增加电机M3、M4的转速n3、n4，或者减小电机M1、M2的转速n1、n2，则能实现无人机上仰；反之，增加电机M1、M2的转速n1、n2，或者减小电机M3、M4的转速n3、n4，则能实现无人机下俯。（3）前后运动：前后运动的原理与俯仰运动的原理相同，前后运动是在俯仰运动的基础上完成，当无人机发生俯仰运动时，无人机机体倾斜，电机所提供的的升力（拉力）在水平方向上产生一个分力，这个分力带动无人机做前后方向上的运动。（4）滚转运动：无人机要完成滚转运动需改变四个电机中其中两个电机的转速。增加电机M1、M4的转速n1、n4，或者减小电机M2、M3的转速n2、n3，则能实现无人机向左翻滚；反之，增加电机M2、M3的转速n2、n3，或者减小电机M1、M4的转速n1、n4，则能实现无人机向右翻滚。（5）偏航运动：如果需要无人机实现向左或者向右转向的偏航运动，则需要改变无人机同一直线方向上电机的转速。若增加电机M1、M3的转速n1、n3，或者减小电机M2、M4的转速n2、n4，无人机则能利用反扭矩完成向左转向的偏航运动；若增加电机M2、M4的转速n2、n4，或者减小电机M1、M3的转速n1、n3，无人机则能完成向右转向的偏航运动[14]。2.2动力系统动力系统是航拍无人机的动力源，为航拍无人机提供工作时所需的动力。本设计中的航拍无人机动力系统包含了电机、电调、电池、螺旋桨四个部分。2.2.1电机四旋翼无人机所使用的电机可分为有刷电机和无刷电机两大类，其中由于无刷电机的性能更加优异，因此目前四旋翼无人机的电机主流为无刷电机。本文所述航拍无人机选择无刷电机作为动力源。无刷电机型号又四位数字组成，其中前两位数字代表该电机定子的直径，后两位数字代表该电机定子的高度，如2212无刷电机，表示该无刷电机的定子直径为22mm，高度为12mm。电机KV值作为一个性能参数来表示转速/V，即表示无刷电机输入电压每增加1V时，无刷电机空转转速增加多少[15]，如1000KV表示，对无刷电机的输入电压每增加1V，该无刷电机的空转转速增加1000转。本文所述航拍无人机参考选用2216-KV800无刷电机作为动力源提供动力。图2.3朗宇2216-KV800无刷电机2.2.2螺旋桨螺旋桨将安装于无刷电机转轴上，由无刷电机转动，带动螺旋桨旋转，进而产生拉力（升力），无人机螺旋桨型号同样是由四位数字组成，其中前两位数字代表螺旋桨直径，后两位数字代表螺距，如6026螺旋桨，表示该螺旋桨是直径为6英寸，螺距为2.6英寸的螺旋桨。四旋翼无人机螺旋桨有正反桨之分，由于四旋翼航拍无人机的四个无刷电机转轴的旋转方向两两不同，因此螺旋桨也不同，通常将顺时针旋转的螺旋桨叫正桨，逆时针旋转的螺旋桨叫反桨，安装时，两个正桨安装在机臂处于同一条直线方向上的无刷电机之上，两个反桨安装于其余两个无刷电机上。本文所述航拍无人机参考选用1047正反桨。图2.4APC1047正反桨2.2.3电调电调的全称为电子调速器，其作用是能够根据飞控所发出的控制信号对无刷电机的转速进行控制调节，有的电调还带有欠压保护、过压保护等保护功能，能够保护电池和无刷电机，延长电池和无刷电机的使用寿命。本文所述航拍无人机参考选用40A电调[16]。图2.5好盈XRotor40A电调2.2.4电池电池为整个无人机提供电源，电池的选取在很大程度上影响无人机的续航能力。目前的航拍无人机基本上都选择无人机用航模锂电池，该电池属于锂离子聚合物电池，相比于其他电池，航模锂电池能量密度更高，重量更轻，无记忆特性，能够反复充放电，这些特点都很好的迎合了航拍无人机的设计要求，因此综合考虑，本文所述航拍无人机参考选用4S4000mAh25C，该锂电池有4个锂电芯，容量为4000mAH，放电倍率为25C，电压为14.8V。图2.6格氏ACE4S4000mAh25C航模电池2.3传感器航拍无人机在空中飞行时，无人机的飞行姿态是一个动态的过程，也就是说无人机的飞行状态是在不断改变的，因此需要借助一些传感器来协助调节航拍无人机的工作状态，通过各种传感器不断地对航拍无人机机体状态的感知，发出信号给飞行控制板（简称飞控），飞控对航拍无人机的飞行状态做出调整，整个过程十分短暂。综上所述，航拍无人机需要陀螺仪传感器、加速度计传感器、GPS、电子罗盘，由这些传感器共同作用，再由飞控对航拍无人机飞行姿态进行调整。在本文所述航拍无人机电机座中还需安装超声波传感器。在航拍无人机工作过程中，由于其飞行环境很可能会随时发生巨大的变化，航拍无人机飞手未察觉时，会使航拍无人机发生意外，因此需在电机座中安装超声波传感器，通过传感器对航拍无人机周围环境监测，以此来提升航拍无人机的避障能力。2.4图像传输由于本文所述无人机作为航拍用，因此需在无人机上安装图像传输模块。航拍无人机上设有图传天线，为保证航拍质量，本设计的航拍无人机采用5.8G频率的数字信号进行图像传输[17]，该频率的数字信号抗干扰能力较强，能够保证航拍质量。本文所述航拍无人机遥控系统采用2.4G频率的信号进行遥控，避免与图传信号相互干扰。2.5航拍无人机的总体结构根据前文所述，本文所设计的航拍无人机总体结构采用四旋翼无人机结构，机臂围绕主机架沿圆周方向均匀布置，每个机臂上均设有无刷电机，且航拍无人机整体结构布置为“X”型。航拍无人机整体材料大多采用复合材料，在保证航拍无人机整体结构强度的同时，尽量减轻了无人机的重量，有利于无人机的轻量化[18]。航拍无人机轴距为573.85mm，整体高度为321mm，无人机主机架最大离地间隙为271mm，云台离地间隙为165.3mm。航拍无人机的支撑脚架不在位于无人机主机体的下方，有效降低了航拍无人机着地时，与地面相接触产生的震动对无人机主机体造成直接影响，而是由电子器件分布最少的机臂去承担，并且此种支撑脚架的布局方式能够增大无人机主机体下部空间，使得云台的布置空间更加充足。另外，在支撑脚架中设有缓冲弹簧，能够在一定程度上减小航拍无人机与地面之间的冲击。图2.7航拍无人机的总体结构图2.8航拍无人机的总体结构

2.6小结本章主要介绍了航拍无人机的理论基础原理，以及总体结构。通过比较四旋翼无人机“十”字型结构和“X”型结构，确定了本文所设计的航拍无人机结构为“X”型四旋翼无人机，并确定了航拍无人机的总体结构，给出了航拍无人机总体结构示意图。三维设计3.1上顶板的设计上顶板位于航拍无人机主机架中心最上层，主要用于承载航拍无人机的航模电池。上顶板大致结构为一个厚度为2mm六边形，该六边形是由一个边长为120mm×120mm的正方形切倒掉四个直角所得到，所倒角角度为45°，边长为30mm×30mm。在所述上顶板的中间设有直径为20mm的通孔，在通孔的四周分布共计有6个键槽形状的异形通孔，其中两个异形孔对称布置，该异形通孔中心轴距离中间通孔20mm，宽度为6mm，长度为26mm，用于固定航模电池用，另外4个异形通孔分比两两组合，对称布置，宽度均为10mm，长度分别为30mm和50mm，分别距离中间通孔25mm和45mm。在上顶板被倒角边上共设有8个直径为3mm的通孔，所述通孔两两组合圆周分布，用于穿过机臂安装螺栓用。在上顶板的一侧边预留有用于穿过无人机天线的缺口，该缺口圆弧半径为10mm，圆弧圆心距侧边20mm。所述上顶板整体材料为2mm厚度的3K碳纤维板，使用CNC进行加工，该材料为增强复合材料，强度高于普通钢材数倍，并且比重小，在重量上有着十分显著的优势，仅为钢材的1/5，有利于航拍无人机的轻量化，广泛用于无人机领域。另外，该材料耐高温，耐腐蚀，具有良好的耐久性，能够很大程度延长航拍无人机的使用寿命。图3.1上顶板主视图图3.2上顶板等轴测视图3.2中间板的设计中间板位于航拍无人机中心主机架中间层，用于安装飞控、分电板等电子元器件。与上顶板大致结构相同，同样为一个厚度为2mm六边形，并且该六边形基础尺寸相同，均为120mm×120mm的正方形倒角所得，所倒角边长为30mm×30mm，角度为45°。在中间板中心位置开有直径为20mm的通孔，并做边长0.5mm，角度为45°的小倒角，该通孔留做穿过导线用，小倒角能防止通孔边缘损伤导线。在中心通孔周围布有4个梯形的异形通孔，所述异形通孔圆周均匀分布，距离中心通孔15mm，异形通孔之间间距为10mm。在所述异形通孔间隙分布有4个直径为3mm的通孔，并绕中心通孔圆周分布，距离中心通孔水平方向30mm，垂直方向30mm，用于穿过安装飞控减震板的减震螺柱用。在中间板的四条倒角边上分别布有3个通孔，其中两个通孔用于穿过机臂安装螺栓，尺寸与上顶板的机臂安装孔尺寸一致，另外一个通孔直径为8mm，距离中心通孔水平方向40mm，垂直方向40mm，该孔用于穿过减震球用，共计9个通孔。中间板整体材料选择厚度为2mm的PCB玻纤板，不可使用碳纤维板，因为碳纤维板导电，容易使分电板短路烧毁，PCB玻纤板不导电，且具有良好的阻燃性。

图3.3中间板主视图图3.4中间板等轴测视图3.3下底板的设计下底板位于航拍无人机中心主机架的最下层，用于挂载云台相机，保证航拍无人机的航拍功能。所述下底板大体外形为“X”型，圆弧侧边半径为50mm，直边水平边长和竖直边长均为30mm，角度为45°。在下底板中心设有直径为6mm的通孔，用于穿过云台相机，以及云台无刷电机导线用。所述中心通孔周围共计分布有8个通孔，其中四个通孔直径为3mm，距离中心通孔圆心10mm，沿圆周方向均匀分布，另外四个通孔直径为2.5mm，距离中心通孔圆心7.5mm，并沿圆周方向均匀分布，所述8个通孔用于安装云台无刷电机用。在下底板靠近直边位置设有减震球安装孔，该安装孔直径为8mm，距离中心通孔圆心水平方向40mm，竖直方向40mm，共计4个安装孔，围绕中心通孔沿圆周方向均匀分布。下底板整体厚度为3mm，材料选用3mm厚的3K碳纤维板，以此来保证航拍无人机中心主机架的整体结构强度。图3.5下底板主视图图3.6下底板等轴测视图3.4机臂的设计机臂用于连接无刷电机和中心主机架。本文所设计的航拍无人机为四旋翼“X”型无人机，共有四个机臂，围绕中心主机架沿圆周方向分布，机臂之间的夹角为90°，机臂与机头、机尾之间的夹角为45°，四个机臂的结构完全相同。机臂分为两部分，第一部分为和中心主机架相连接的槽型机臂，第二部分为和电机座相连接的圆管机臂，它们支架有连接件进行连接。3.4.1槽型机臂部分的设计该部分机臂整体结构为槽型结构，类似于槽钢的外形，总长度为120mm，宽度为36mm，壁厚3mm，左端连接圆管机臂部分，高度为33mm，右端连接中心主机架，高度为36mm，以保证机臂结构强度和主机架上顶板和中间板之间的空间。机臂两侧面靠近左侧位置分别设有4个直径为3mm的通孔，所述通孔圆心距离机臂左端20mm，靠近上端的通孔距离上顶面8mm，通孔之间的距离20mm。在机臂内侧设有加强肋板，该肋板厚度为3mm，距离机臂右侧47mm，并在肋板上设有半径为7mm，高度为22mm的通槽，用于穿过导线用。在距离机臂右侧10mm处设有半径为5mm，高度为3mm的凸台，凸台上设有M3的螺纹通孔，用于穿过机臂安装螺栓用。槽型机臂部分整体采用3K碳纤维材质，以保证整体结构强度。图3.7槽型机臂部分图3.8槽型机臂部分内部3.4.2圆管机臂部分的设计该部分机臂靠近无刷电机端，连接电机座。圆管机臂部分整体为一根圆管，总长为100mm，外径为16mm，内径为14mm，在两端分别设有2个通孔，共计4个，该通孔直径为3mm，通孔圆心距离端面10mm，同侧通孔对称布置，左右两侧通孔轴线异面垂直。圆管机臂部分整体材料选用外径16mm，内径14mm的3K碳纤维管。图3.9圆管机臂部分3.5机臂连接件的设计机臂连接件用于连接机臂的槽型部分和圆管部分，形成一个完整的机臂，并且还连接着航拍无人机的支撑脚架。机臂连接件总体为一个三通接头结构，分为对称的两部分，并且两部分结构对称。连接槽型机臂部分是一个长度为40mm，宽度为30mm，单边高度为15mm，壁厚为2mm的长方形壳体，壳体内部有两个圆弧半径为3mm，圆弧圆心距内壁为3mm的凸台，凸台上设有直径为3mm的通孔，所述两凸台对称布置。连接圆管机臂部分的是外半径为10mm，内半径为8mm，长度为20mm的拱形壳体，两部分机臂连接件扣合后形成一个管型结构。在拱形壳体10mm处设有直径为8mm，高度为3mm的圆柱小凸台，凸台上有M3螺纹通孔。连接支撑脚架部分结构与连接圆管机臂部分结构基本相同，但该部分外半径为12mm，内半径为10mm。所有拱形壳体外圆倒角0.5mm。机臂连接件整体选用尼龙（PA）材质，此种材质属于工程塑料，具有良好的机械性能，并且由于具有耐腐蚀性等优点，能够延长使用寿命。

图3.10机臂连接件（半部分）图3.11机臂连接件内部（半部分）图3.12机臂连接件3.6电机座的设计电机座位于航拍无人机机臂的末端，用于承载无刷电机。电机座同样分为两部分组成，中间的空腔用于走线和布置超声波传感器用。所述电机座大致外形为“T”字型，上下两部分对称，结构大致相同，但上部分设有键槽型通孔。安装无刷电机部分最宽宽度为50mm，最小宽度为40mm，长度为60mm，加宽部分便于适配更多尺寸的超声波传感器。电机座上表面设有直径为6mm的通孔，在所述通孔周围沿圆周方向均匀分布8个键槽型通孔，其中4个通孔宽度为3mm，另外4个通孔宽度为2.5mm，所述8个键槽型通孔长度相同，均为7mm，距离中心通孔圆心均为8mm，距离电机座左端面10mm处设有宽度为3mm，长度为10mm的键槽型通孔，用于无刷电机穿线用。在左端面设有长度为25mm，圆弧半径为8mm的半键槽型通孔，该孔为超声波传感器预留位。电机座右端设有长度为20mm，外半径为9.5mm，内半径为8mm的拱形壳体，外圆倒角0.5mm，壳体上小凸台尺寸与机臂连接件上小凸台尺寸相同。电机座壳体厚度为1.5mm，内部设有半径3mm，高度为5mm的凸台，凸台上有M3螺纹通孔，用于穿过电机座安装螺栓。电机座整体选用尼龙（PA）材质。图3.13电机座（半部分）图3.14电机座内部（半部分）图3.15电机座3.7支撑脚架杆的设计支撑脚架杆与机臂连接件相连接，用于支撑整个航拍无人机机体。所述支撑脚架杆整体结构为圆管型，上端连接机臂连接件，下端连接支撑脚架缓冲杆，长度为130mm，外径为20mm，内径为16mm，两端面外圆倒角0.5mm，在距离上端面10mm处设有直径为3mm的通孔，该通孔对称布置，用于穿过支撑脚架安装螺栓用。在支撑脚架杆圆管内部，距离上端面18mm处设有一厚度为2mm的隔板。在支撑脚架杆下端设有M20的螺纹，该螺纹长度为20mm。支撑脚架整体材料选用尼龙（PA）材质。图3.16支撑脚架杆图3.17支撑脚架杆剖面图3.8支撑脚架杆封头的设计支撑脚架杆封头位于支撑脚架杆下端，与支撑脚架杆通过螺纹相连。其整体结构为一段小圆柱，直径为26mm，长度为30mm，两端面外圆倒角1mm，圆柱面做防滑纹。所述支撑脚架杆封头内部设有阶梯通孔，其中大孔直径为20mm，深度为20mm，并在孔内壁做M20螺纹，与支撑脚架杆上的外螺纹形成螺纹副，小孔直径为12mm，深度为10mm，用于穿过支撑脚架缓冲杆。支撑脚架杆封头整体材质选用尼龙（PA）。图3.18支撑脚架杆封头

图3.19支撑脚架杆封头剖面图3.9支撑脚架缓冲杆支撑脚架缓冲杆在航拍无人机着地时，与地面直接接触，该缓冲杆与支撑脚架杆内壁组成滑动副，其外形大体为一个圆管，所述缓冲杆的总长度为105mm，外径为12mm，内径为8mm，孔深为150mm，上端凸台直径为16mm，高度为5mm。支撑脚架缓冲杆整体选用尼龙（PA）材质。图3.20支撑脚架缓冲杆图3.21支撑脚架缓冲杆剖面图3.10减震弹簧的设计减震弹簧位于支撑脚架杆内腔，用作缓冲减震，所述减震弹簧是压缩弹簧，外径为16mm，内径为13mm，弹簧丝直径为1.5mm，自由长度为120mm。减震弹簧整体材质选用06Cr19Ni10（304不锈钢），该材质综合机械性能良好，并且具有较好的耐腐蚀性，能够有效延长使用寿命。图3.22减震弹簧3.11云台相机架的设计云台相机架用于挂载云台相机，保证航拍无人机的航拍功能，云台相机架有两部分，分别能绕Z轴和Y轴旋转，以扩大航拍视角范围。3.11.1Z轴云台相机架的设计Z轴云台相机架位于下底板下方，通过云台无刷电机带动，能够绕Z轴旋转，其大体结构为“n”形，长度为100mm，宽度为25mm，高度为80mm，与云台无刷电机相连接处为一个直接为40mm的圆，该圆中心设有直径为6mm的通孔，留作走线用，所述通孔周围沿圆周方向均为分布8个通孔，其中4个通孔直径为3mm，距离中心通孔10mm，另外4个通孔直径为2.5mm，距离中心通孔7.5mm，用于安装Z轴云台相机，相机架左端的Y轴云台无刷电机安装位尺寸与上述Z轴云台无刷电机安装位尺寸相同，右侧圆弧半径为12.5mm，圆弧中心设有直径为5mm的通孔，相机架两肩部圆角半径10mm，内设有边长为15mm，角度为45°，厚度为3mm的加强筋，相机架整体厚度为2mm。所述Z轴云台相机架整体材质选用热固型塑料，此种材质不易变形，质量较轻。

图3.23Z轴云台相机架3.11.2Y轴云台相机架的设计Y轴云台相机架通过Y轴云台无刷电机带动，绕Y轴旋转，该相机架上放置云台相机。所述相机架大致外形为“U”形，底面长为74mm，宽为58mm两侧设有异形通孔，便于使用魔术贴扎带固定航拍相机，该异形通孔长为15mm，宽为12mm，倒半径为2mm圆角，细长部分宽度为2mm，所述相机架左侧的Y轴云台无刷电机安装位高度为20mm，所设通孔尺寸与Z轴云台相机架上的安装位尺寸一致，右侧圆弧半径为25mm，圆心距底面高10mm，上设有直径为5mm，长度为10mm，距底面高20mm的小凸台，凸台外面倒角1mm。所述Y轴云台相机架整体材质同样选择热固型塑料。图3.24Y轴云台相机架3.12飞控减震板的设计飞控减震板位于上顶板与中间板之间，使用M3双头减震螺柱安装于中间板上，飞控减震板用于安装航拍无人机飞控。所述飞控减震板是一个边长60mm，厚度为1.5mm的方形板，在减震板四角有4个外半径为4mm，内直径为3mm的螺柱安装孔，减震板中心设有直径为15mm的通孔，通孔周围沿圆周方向均匀布置4个键槽型通孔，该通孔宽度为4mm，长度约为10mm，用于安装飞控用，在中心通孔周围另设有4个梯形减重通孔。所述飞控减震板整体材质选用厚度为1.5mm的3K碳纤维板。图3.25飞控减震板主视图图3.26飞控减震板等轴测视图3.13电池压板的设计电池压板用于固定航模电池。所述电池压板基本外形为长方形，长度为80mm，宽度为35mm，厚度为1.5mm，电池压板四周倒半径为10mm的圆角。在压板上对称布置2个键槽型通孔，该通孔宽度为4mm，长度为20mm，距离压板侧边2mm，该通孔用于穿过魔术贴电池扎带，在压板表面贴有长50mm，宽20mm，厚度1.5mm的橡胶垫，以增大与航模电池之间的摩擦力。电池压板整体材质选用厚度为1.5mm的3K碳纤维板。图3.27电池压板3.14支撑脚架缓冲杆堵头的设计支撑脚架缓冲杆堵头结构如图所示，所述堵头位于支撑脚架缓冲杆最下端，其圆柱部分直径为8.2mm，高度为10mm，半球形部分半径为6mm。支撑脚架缓冲杆堵头整体材质选用橡胶。图3.28支撑脚架缓冲杆堵头3.15防护壳的设计防护壳用于对航拍无人机主机体进行防溅水、防尘保护，该防护壳结构如图所示。航拍无人机在工作过程中，为避免雨水、灰尘进入到无人机主机体内部，造成飞控等电子元器件损坏，安装防护壳能够降低航拍无人机因异物造成的损失，提高航拍无人机的使用寿命。防护壳整体厚度为1.5mm，材质选用热固型塑料。图3.29防护壳图3.30防护壳内部3.16小结本章主要介绍了航拍无人机各零部件的相关设计，涉及具体的结构与尺寸，以及各零部件在材质上的选取。相关计算及说明4.1槽型机臂部分的受力分析航拍无人机着地时，由支撑脚架与地面直接接触，而支撑脚架通过机臂连接件与机臂相连接，此时的槽型机臂部分相当于一个悬臂梁，因此，槽型机臂部分会承受主要载荷，需对其进行受力分析并校核。通过上一章的三维设计可以得出本文所述航拍无人机的总质量在1.6～2.0KG，现取大值2.0KG。图4.1航拍无人机槽型机臂部分现对槽型机臂部分进行受力分析，现假设支撑脚架对槽型机臂部分施加40N的力。可作出下图4.2槽型机臂部分受力简图：图4.2槽型机臂受力简图其中FA=40N，现已槽型机臂部分为研究对象列平衡方程，如下：ΣFiy代入数据求解得：FB=40N该支反力由机臂安装螺栓提供，则：[σ]≥5.2Fπd连接螺栓使用12.9级M3螺栓，该螺栓抗拉强度为1220MPa，螺纹小径为2.45mm，代入上式可得：F≤σπ现对整体列剪力方程和弯矩方程可得：FS=FAM=对方程4-2进行求解可得：FS=40N，M=40x（0<x≤87.25）根据求解所得可绘制出下图4.3剪力图和弯矩图：图4.3剪力图（a）和弯矩图（b）现在对槽型机臂部分进行强度校核。忽略槽型机臂部分的加宽处理和加强肋板，根据该零件的三维模型可得出图4.4的横截面图：图4.4槽型机臂部分截面图由截面图可知，槽型机臂部分横截面为288mm2。对其进行强度校核：σmax由上一章可知，槽型机臂部分采用碳纤维材质，而通用型碳纤维的强度为780MPa，高于σmax，因此，槽型机臂部分强度符合要求4.2装配体说明装配体用于表达航拍无人机整体外形结构，及个各零部件之间的装配关系。本文所述航拍无人机整体结构为四旋翼无人机，上顶板与中间板通过机臂连接在一起，使用12.9级M3内六角圆柱头全牙螺栓，螺栓长度为45mm，共计8个；中间板与下底板之间通过减震球连接，共计4个；槽型机臂部分与机臂连接件使用长度为40mm的12.9级M3内六角圆柱头半牙螺栓，共计8个；支撑脚架杆与机臂连接件相连接，使用长度为35mm的12.9级M3内六角圆柱头半牙螺栓，共计4个；圆管机臂部分两端分别与电机座和机臂连接件相连接，使用长度为30mm的10.9级M3内六角圆柱头半牙螺栓，共计8个；电机座的上下两部分通过螺栓形成一个整体，使用的螺栓为10.9级M3内六角圆柱头半牙螺栓，长度为35mm，共计8个。航拍无人机整体使用的螺栓均配合M3尼龙防松螺母使用。图4.5航拍无人机装配体主视图图4.6航拍无人机装配体上视图图4.7航拍无人机等轴测视图

4.3爆炸图说明爆炸图可直观表现航拍无人机各零部件之间的位置关系，以及装配体的拆解，通过三维设计软件对装配体进行拆解得到爆炸图，更加充分的表达航拍无人机的各个零部件之间的配合关系及位置关系，并且通过爆炸图能够展现航拍无人机的装配、拆解过程。图4.8航拍无人机爆炸图1图4.9航拍无人机爆炸图24.4小结本章主要对航拍无人机的关键零部件进行了受力分析，以及对其进行强度校核，并通过计算验证了其设计符合要求，并对航拍无人机的装配体及爆炸图进行说明，充分表现了各个零件之间的配合关系和位置关系，以及航拍无人机的整体装配和拆解过程，展现了本文所述航拍无人机的整体设计思路。总结与展望5.1航拍无人机的结构设计总结经历了几个月的时间，在指导老师的悉心指导下，终于顺利的完成了本毕业设计。由最开始选题时心中的焦虑和忐忑，再到现在内心的成就感，整个毕业设计的完成过程对于我来说收获颇丰。在做此毕业设计之前，本人对航拍无人机领域几乎没有了解，于是通过网络渠道查阅了大量的资料文献，浏览无人机制造商的官网，查看目前市面上的航拍无人机，通过比对各种无人机的结构形式以及优缺点，理解各种形式的航拍无人机飞行原理，才确定了本设计中的航拍无人机主体结构，通过观察发现目前的航拍无人机脚架在着地时会对飞控产生影响，因此决定将支撑脚架做出改变，但又不能将其移到机臂末端，因为容易损坏无刷电机，于是想办法优化其结构。通过SolidWorks三维设计软件进行航拍无人机的三维建模，建立航拍无人机的初始外形，由于要考虑航拍无人机的续航问题，因此出于对机架尽量做到轻量化，将航拍无人机的三维模型进行了反复的修改，在中心机架上的设计，通孔各种减重孔对其进行减重，使整个机体质量减小。在对零部件的材料选取上，最开始拟定使用塑料，但其强度不够，后考虑对关键部件使用金属材料，但其重量是个弊病，因此反复查找其他无人机的选材，最后确定了航拍无人机整体使用复合材料，在保证了强度的情况下，还最大限度的减轻了结构质量，使得本文所设计的航拍无人机整体质量控制在了1.6KG～2.0KG。经过了整个航拍无人机的结构设计毕业设计的过程，使我更加的熟悉了一个产品的整个设计流程，从中学习到了很多以前没有接触过的知识，让我对航拍无人机有了更加深入的了