微型飛行器模擬轉(zhuǎn)臺設(shè)計(jì)【3張CAD高清圖紙、文檔所見所得】

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言1.1模擬轉(zhuǎn)臺的出現(xiàn)機(jī)械是各類機(jī)器的統(tǒng)稱。它是人類改造自然，發(fā)展自己的主要勞動工具。它能把熱能、電能、化學(xué)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，也能將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成其它類型的能量。它能改變或傳遞力并產(chǎn)生運(yùn)動，完成人們所期待的許多工作。機(jī)械工業(yè)歷來都是發(fā)達(dá)國家的重要支柱產(chǎn)業(yè)，是一個(gè)國家的工業(yè)基礎(chǔ)。從70年代開始，由于各國政府重視和發(fā)展高新技術(shù)，特別是微電子技術(shù)，微機(jī)技術(shù)的引入，使傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面發(fā)生了質(zhì)的變化，使其煥發(fā)了新的生命，形成了一個(gè)嶄新的現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)?？梢院敛豢鋸埖卣f，現(xiàn)在的世界，仍然是一個(gè)機(jī)械化生產(chǎn)的世界。工業(yè)機(jī)械化的大力推進(jìn)，機(jī)械制造技術(shù)的水平與制造業(yè)的發(fā)達(dá)程度突出反映了一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平。新技術(shù)的推廣和應(yīng)用，使得新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，新產(chǎn)品與原有事物相比變化越來越大，最明顯的表現(xiàn)在體積變得越來越小。新技術(shù)也是被首先應(yīng)用在軍品的開發(fā)研制領(lǐng)域。這就使得，軍品在走想現(xiàn)代化的過程中也具有體積變小的特征。如：微型手槍、微型攝相機(jī)、微型機(jī)器人等等。在這些事物的變化過程中，變化最大的莫過于飛機(jī)。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，飛機(jī)往往用于空中打擊、空中偵察、空中預(yù)警等等。它的重量是以噸為單位的，一般長寬都是10米以上。飛機(jī)在走向現(xiàn)代化的過程中也出現(xiàn)了微型飛機(jī)。微型飛行器主要用于戰(zhàn)爭前沿地區(qū)的偵察，它具有，體積小、飛行低、發(fā)射方便、重量輕、控制方便等優(yōu)勢。越來越多的國家多投身到微型飛行器的研制中去了。在微型飛行器的研制過程中，飛行仿真實(shí)驗(yàn)是必不可少的重要步驟。微型飛行器模擬轉(zhuǎn)臺是半實(shí)物微型飛行器飛行仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備。它可以按照實(shí)驗(yàn)要求，提供微型飛行器飛行時(shí)的航向角（偏轉(zhuǎn)角）、俯仰角、橫滾角（滾轉(zhuǎn)角）、偏航（左右）運(yùn)動、升降（上下）運(yùn)動以及飛行擾動，實(shí)時(shí)模擬微型飛行器在空中的姿態(tài)。通過模擬微型飛行器的飛行姿態(tài)，測試飛行器控制系統(tǒng)能否在飛行器受到外界擾動時(shí)控制飛行器調(diào)整到安全飛行姿態(tài)。同時(shí)還可以測試飛行器攜帶的機(jī)載傳感器在模擬飛行條件下的工作情況。1.2：研究概況及發(fā)展趨勢目前，在微型飛行器模擬實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)臺的研究開發(fā)方面，多采用齒輪傳動，用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。一般是三軸飛行模擬轉(zhuǎn)臺，實(shí)驗(yàn)時(shí)它只能提供飛行器飛行時(shí)的航向角（偏轉(zhuǎn)角）、俯仰角、橫滾角（滾轉(zhuǎn)角），即只有三個(gè)自由度。這種三軸飛行模擬轉(zhuǎn)臺，并不能完全模擬飛行器在空中的姿態(tài)。它采用三層轉(zhuǎn)臺提供三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動。在實(shí)際使用時(shí)，由三個(gè)獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動。下層轉(zhuǎn)臺模擬飛行時(shí)的航向角，中層轉(zhuǎn)臺模擬飛行時(shí)的俯仰角，上層轉(zhuǎn)臺模擬飛行時(shí)的橫滾角。飛行器在空中飛行時(shí)，有六自由度。由于在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)時(shí)，飛行器的前進(jìn)和后退可以用控制風(fēng)速的方法來模擬，所以，模擬轉(zhuǎn)臺的發(fā)展趨勢是具有五個(gè)或六個(gè)自由度，能模擬出飛行器在空中飛行的任何姿態(tài)，并智能化，即由計(jì)算機(jī)控制。1.3：本設(shè)計(jì)的內(nèi)容和特點(diǎn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容有：1搜集畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)資料，包括參考圖紙、技術(shù)論文及外文資料。2對相關(guān)類型的模擬轉(zhuǎn)臺進(jìn)行分析比較，并確定出新的傳動方案，繪制出相應(yīng)傳動系統(tǒng)圖。3繪制結(jié)構(gòu)圖，包括展開圖和剖截圖，并進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)的計(jì)算。4綜合計(jì)算結(jié)果及圖，進(jìn)行合理性檢驗(yàn)。5確定方案并進(jìn)性設(shè)計(jì)記錄的修改、整理。6繪制總裝配圖。7確定驅(qū)動方式，并確定驅(qū)動動力來源。8撰寫技術(shù)論文及設(shè)計(jì)說明書。9翻譯外文資料。設(shè)計(jì)的特點(diǎn)可歸納為以下幾點(diǎn)：微型飛行器模擬轉(zhuǎn)臺是個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，它與常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備不同，它的應(yīng)用范圍小，但它的作用很大。隨著微型飛行器的發(fā)展，本設(shè)計(jì)還要不斷的更新和充實(shí)。該設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)實(shí)際的聯(lián)系十分密切，有實(shí)踐知識才能設(shè)計(jì)出更好的轉(zhuǎn)臺。在設(shè)計(jì)過程中采用“構(gòu)思”“設(shè)計(jì)”法和結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法。掌握這些常用的設(shè)計(jì)方法，在新技術(shù)不斷出現(xiàn)的今天，才能設(shè)計(jì)出適應(yīng)新型微型飛行器的需求。2 轉(zhuǎn)臺機(jī)械系統(tǒng)方案的選擇及評價(jià)2.1 部件的選擇一 控制臺的功能分析：微型飛行器模擬轉(zhuǎn)臺的有效載荷重量為300500克，有效載荷空間為25mm，能夠模擬微型飛行器飛行時(shí)的航向角（偏轉(zhuǎn)角）、俯仰角、橫滾角（滾轉(zhuǎn)角）、偏航（左右）運(yùn)動、升降（上下）運(yùn)動以及飛行擾動，實(shí)時(shí)模擬微型飛行器在空中的姿態(tài)。因此，系統(tǒng)至少需要五個(gè)自由度：三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動，和兩個(gè)方向（上下和左右）的移動。三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動連續(xù)不完全回轉(zhuǎn)，兩個(gè)方向的移動是往復(fù)直線運(yùn)動。由于在微型飛行器模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，模擬轉(zhuǎn)臺要根據(jù)飛行器在空中飛行的實(shí)際情況進(jìn)行模擬，所以，在傳動方面要比較精確。設(shè)計(jì)要求中，模擬轉(zhuǎn)臺具有五個(gè)自由度，其中，三個(gè)轉(zhuǎn)動，兩個(gè)直線運(yùn)動。轉(zhuǎn)動精度要較高，轉(zhuǎn)動的角位移分辨率要低，連續(xù)轉(zhuǎn)動速度范圍要較大，運(yùn)動角度范圍要符合設(shè)計(jì)要求。在以各種速度轉(zhuǎn)動的過程中，轉(zhuǎn)臺運(yùn)動要平穩(wěn)，過渡過程要較迅速。直線運(yùn)動的速度范圍要較大，運(yùn)動要平穩(wěn)。直線運(yùn)動與轉(zhuǎn)動過渡過程要迅速、平穩(wěn)。設(shè)計(jì)要求達(dá)到：旋轉(zhuǎn)時(shí)，角位移分辨率最低為：0.45，連續(xù)運(yùn)動速度范圍為：0至30rpm，運(yùn)動角度范圍：-90至90。最高要求為：旋轉(zhuǎn)十角位移分辨率為：0.05，連續(xù)運(yùn)動速度范圍為：0至320rpm，運(yùn)動角度范圍：-180至180。直線運(yùn)動的速度范圍不要太大就行，但運(yùn)動精度要較高。二 方案的選擇：（1）執(zhí)行部分 由于在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中，模擬轉(zhuǎn)臺要栽著微型飛行器在風(fēng)洞中模擬空中姿態(tài)，所以，轉(zhuǎn)臺的執(zhí)行部分只需一平臺即可，有效載荷空間為25mm（設(shè)計(jì)要求）。（2）原動部分 由于在實(shí)驗(yàn)時(shí)，轉(zhuǎn)臺要用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，轉(zhuǎn)臺工作精度要求較高，控制要簡單，所以要選擇工作精度高，控制方便的電機(jī)?？刂品奖愕碾姍C(jī)有控制電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)?？刂齐姍C(jī)一般指用于自動控制、自動調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)距離測量、隨動系統(tǒng)以及計(jì)算裝置中的微特電機(jī)。它是旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的小功率電機(jī)，就電磁過程及所遵循的基本規(guī)律而言，它與旋轉(zhuǎn)電機(jī)并無本質(zhì)區(qū)別，只是所起的作用不同?？刂齐姍C(jī)主要用來完成控制信號的傳遞和變換，它的技術(shù)性能穩(wěn)定可靠、動作靈敏、精度高、體積小、重量輕、耗電少。兩相交流伺服電機(jī)控制方法有：（1）副值控制；（2）相位控制；（3）副值相位控制。它的輸出功率一般在：0.1W-100W,其電源頻率有50Hz、400Hz等幾種。質(zhì)量；直流伺服電機(jī)用在功率較大的場合，它的輸出功率為1W-600W。步進(jìn)電動機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直線位移的機(jī)電執(zhí)行元件，每當(dāng)輸入一個(gè)電脈沖時(shí)，它便轉(zhuǎn)過一個(gè)固定的角度。脈沖一個(gè)一個(gè)地輸入，電動機(jī)便一步一步地轉(zhuǎn)動。步進(jìn)電動機(jī)的位移量與輸入的脈沖數(shù)嚴(yán)格成比例，這就不會引起誤差的積累，其轉(zhuǎn)速與脈沖頻率和步距角有關(guān)?？刂戚斎朊}沖數(shù)量、頻率及電動機(jī)各先相繞組的接通次序，可以得到各種需要的運(yùn)動特性。尤其是當(dāng)步進(jìn)電動機(jī)與數(shù)字系統(tǒng)配套時(shí)，它將體現(xiàn)出更大的優(yōu)越性，因而，廣泛應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，如數(shù)控機(jī)床等。反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)可以按特定的指令進(jìn)行角度控制，也可以進(jìn)行速度控制。角度控制時(shí)，每輸入一個(gè)脈沖，定子繞組換接一次，輸出軸就轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，其步數(shù)與脈沖數(shù)一致，輸出軸轉(zhuǎn)動的角位移與脈沖數(shù)成正比。速度控制時(shí)，各相繞組不斷輪流通電，步進(jìn)電動機(jī)就連續(xù)轉(zhuǎn)動。反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速只取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)。而與電壓、負(fù)載、溫度等因素?zé)o關(guān)。當(dāng)步進(jìn)電動機(jī)的通電方式選定后，其轉(zhuǎn)速只與輸入脈沖頻率成正比，改變脈沖頻率就可以改變轉(zhuǎn)速，故可進(jìn)行無級調(diào)速，調(diào)速范圍很寬。同時(shí)步進(jìn)電動機(jī)具有自鎖能力，當(dāng)控制電脈沖停止輸入，而讓最后一個(gè)脈沖控制的繞組繼續(xù)通入直流時(shí)，則電動機(jī)可以保持在固定的位置上，這樣，步進(jìn)電動機(jī)可以實(shí)現(xiàn)停車時(shí)轉(zhuǎn)子的定位。綜上所述，步進(jìn)電動機(jī)的步數(shù)或轉(zhuǎn)速既不受電壓波動和負(fù)載變化的影響，也不受環(huán)境條件變化的影響，只與控制脈沖同步，同時(shí)，它又能按照控制的要求進(jìn)行啟動、停止、反轉(zhuǎn)或改變速度，這就是步進(jìn)電動機(jī)被廣泛地應(yīng)用于各種數(shù)字控制系統(tǒng)中的原因。對比兩種電機(jī)可見，在控制方面，步進(jìn)電機(jī)比控制電機(jī)控制簡單、方便，更易于數(shù)字化。在精度方面，步進(jìn)電機(jī)的傳動精度高于控制電機(jī)，性能比控制電機(jī)更優(yōu)越。所以，在微型飛行器模擬轉(zhuǎn)臺的設(shè)計(jì)中，采用步進(jìn)電機(jī)。 （3）傳動部分 由控制臺的性能分析可知，系統(tǒng)至少需要五個(gè)自由度：三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動，和兩個(gè)方向（上下和左右）的移動。三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動是連續(xù)不完全回轉(zhuǎn)，兩個(gè)方向的移動是往復(fù)直線運(yùn)動。能實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)有：摩擦傳動機(jī)構(gòu)、嚙合傳傳動機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)。摩擦傳動機(jī)構(gòu)，包括帶傳動、摩擦輪傳動等。其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，傳動平穩(wěn)，易于實(shí)現(xiàn)無級變速，有過載保護(hù)作用。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)動比不準(zhǔn)確，傳遞效率低等。嚙合轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，包括齒輪傳動、蝸桿傳動、鏈傳動等。齒輪傳動可用來傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動和動力，并且有功率范圍大、傳動效率高、傳動比準(zhǔn)確、使用壽命長、工作安全可靠等特點(diǎn)。蝸桿傳動是用來傳遞空間交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動的，它傳動平穩(wěn)，振動、沖擊和噪音很小，能以單級傳動獲得較大的傳動比，結(jié)構(gòu)緊湊，蝸輪蝸桿嚙合輪齒間相對滑動速度大，摩擦損耗較大，傳動效率較低，易出現(xiàn)發(fā)熱和溫升過高的現(xiàn)象，磨損較嚴(yán)重，有些蝸桿傳動具有自鎖性。鏈傳動通常用在工作可靠，且兩軸相距較遠(yuǎn)，以及其它不宜采用齒輪傳動的地方，還用在對傳動用求不高而工作條件惡劣的地方。連桿傳動，如雙曲柄機(jī)構(gòu)和平行四邊形機(jī)構(gòu)等。 連桿傳動機(jī)構(gòu)應(yīng)用十分廣泛，人造衛(wèi)星太陽能板的展開機(jī)構(gòu)，機(jī)械手的傳動機(jī)構(gòu)等等，都是連桿機(jī)構(gòu)。其傳動特點(diǎn)如下：連桿機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動副一般均為低副，低副兩元素為面接觸，可在傳遞同樣載荷的條件下，兩元素間的壓強(qiáng)較小，可以承受較大的載荷。低副兩元素間便于潤滑，所以兩元素間不易產(chǎn)生磨損。此外，低副兩元素的幾何形狀比較簡單，便于加工制造。在連桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)原動件以同樣的運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動時(shí)，如果改變各構(gòu)件的相對長度關(guān)系，便可使從動件得到不同的運(yùn)動規(guī)律。在連桿機(jī)構(gòu)中，連桿上不同點(diǎn)的軌跡是各種不同形狀的曲線（連桿曲線），而且隨著各構(gòu)件相對長度關(guān)系的改變，這些連桿曲線的形狀也將改變，從而可以得到各種不同形狀的曲線，我們就可以利用這些曲線來滿足不同軌跡的要求。連桿機(jī)構(gòu)還可以很方便地用來達(dá)到增力、擴(kuò)大行程和實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的傳動等目的。連桿傳動的缺點(diǎn)：由于在連桿機(jī)構(gòu)中運(yùn)動必須經(jīng)過中間構(gòu)件進(jìn)行傳遞，因而連桿機(jī)構(gòu)一般具有較長的運(yùn)動鏈，所以各構(gòu)件的尺寸誤差和運(yùn)動副中的間隙將使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生較大的積累誤差，同時(shí)也會使機(jī)械效率降低。在連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動過程中，連桿及滑塊的質(zhì)心都在作變速運(yùn)動，它們所產(chǎn)生的慣性力難于用一般的平衡方法加以消除，因而會增加機(jī)構(gòu)的動載荷，所以連桿機(jī)構(gòu)一般不宜用于高速運(yùn)動。雖然利用連桿機(jī)構(gòu)可以滿足各種運(yùn)動規(guī)律和運(yùn)動軌跡的設(shè)計(jì)要求，但設(shè)計(jì)一種能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)這種要求的連桿機(jī)構(gòu)卻是十分繁難的，而且在多數(shù)情況下一般只能近似地滿足運(yùn)動要求。所以，連桿機(jī)構(gòu)多用于有特殊需要的地方。能實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動的機(jī)構(gòu)有：連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。連桿機(jī)構(gòu)中用來實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動的主要有曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、正弦機(jī)構(gòu)等等。連桿機(jī)構(gòu)是低副機(jī)構(gòu)，制造容易，但連桿機(jī)構(gòu)難以準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)任意指定的運(yùn)動規(guī)律，所以多用在無嚴(yán)格的運(yùn)動規(guī)律要求的地方。如果要求移動件嚴(yán)格地實(shí)現(xiàn)指定的運(yùn)動規(guī)律，則宜采用凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)幾乎可以實(shí)現(xiàn)任意的運(yùn)動規(guī)律，也便于各執(zhí)行機(jī)構(gòu)件間動作上的協(xié)調(diào)配合。但凸輪機(jī)構(gòu)為高副接觸，因此多用在受力不大的場合。螺旋機(jī)構(gòu)可獲得大的減速比和叫高的制造精度，長用作低速進(jìn)給和精密為條機(jī)構(gòu)，或用在欲獲得大的機(jī)械利益，或在反行程具有自鎖性的地方。齒輪齒條機(jī)構(gòu)適用于移動速度較高的場合。但是，由于精密齒條制造困難，傳動精度及平穩(wěn)性不及螺旋機(jī)構(gòu)，所以不宜用于精確傳動及平穩(wěn)性要求高的場合。就連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和齒輪齒條機(jī)構(gòu)的行程來說，凸輪機(jī)構(gòu)推桿的形成一般較小，否則會使凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角過大或尺寸龐大；連桿機(jī)構(gòu)可以得到較大的行程，但當(dāng)行程太大時(shí)，連桿機(jī)構(gòu)的尺寸也會因之而過于龐大；齒輪齒條機(jī)構(gòu)或螺旋機(jī)構(gòu)則可以滿足較大行程的要求。綜上所述，在回轉(zhuǎn)運(yùn)動和往復(fù)直線運(yùn)動中都可以用齒輪傳動和連桿傳動，連桿傳動的特點(diǎn)如上所述。齒輪機(jī)構(gòu)它具有：（1）效率高：在常用的機(jī)械傳動中，它的傳動效率為最高，如一級圓柱齒輪傳動的效率可達(dá)99%。（2）結(jié)構(gòu)緊湊：在同樣的條件下，齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小。（3）工作可靠、壽命長：設(shè)計(jì)制造正確合理、使用維護(hù)良好的齒輪傳動，工作十分可靠，壽命可長達(dá)一、二十年，這是其它機(jī)械傳動所不能比擬的。（4）傳動比穩(wěn)定：傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性能的基本要求。齒輪傳動獲得廣泛應(yīng)用，也就是由于著一點(diǎn)。但齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價(jià)格較貴，不宜用于傳動距離過大的場合。由于在微型飛行器模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，模擬轉(zhuǎn)臺要根據(jù)飛行器在空中飛行的實(shí)際情況進(jìn)行模擬，所以，在傳動方面要比較精確。初步確定，用齒輪傳動。設(shè)計(jì)要求中，模擬轉(zhuǎn)臺具有五個(gè)自由度，其中，三個(gè)轉(zhuǎn)動，兩個(gè)直線運(yùn)動。轉(zhuǎn)動精度要較高，轉(zhuǎn)動的角位移分辨率要低，連續(xù)轉(zhuǎn)動速度范圍要較大，運(yùn)動角度范圍要符合設(shè)計(jì)要求。在以各種速度轉(zhuǎn)動的過程中，轉(zhuǎn)臺運(yùn)動要平穩(wěn)，過渡過程要較迅速。直線運(yùn)動的速度范圍要較大，運(yùn)動要平穩(wěn)。直線運(yùn)動與轉(zhuǎn)動過渡過程要迅速、平穩(wěn)。微型飛行器模擬轉(zhuǎn)臺實(shí)驗(yàn)時(shí)要求，轉(zhuǎn)動的三軸共點(diǎn)，這是為了是實(shí)驗(yàn)時(shí)，飛行器能在較小的范圍內(nèi)（風(fēng)洞中）模擬空中的姿態(tài)。能用在轉(zhuǎn)動中的機(jī)構(gòu)簡圖如下： 圖2.1連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動的六個(gè)極限位置簡圖，中間的是為了方便閱讀才作的90位置圖，應(yīng)該是0位置圖，但0位置圖不便于觀看。齒輪機(jī)構(gòu)簡圖如下： 圖2.2當(dāng)原動件來回轉(zhuǎn)動時(shí)，帶動從動件來回轉(zhuǎn)動，由于工作臺的中心是從動件的圓心，從動件來回轉(zhuǎn)動時(shí)，是繞圓心轉(zhuǎn)動，從而帶動工作臺繞從動件的圓心來回?cái)[動?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)簡圖如下 圖2.3 大齒輪為從動輪，小齒輪為主動輪，小齒輪的轉(zhuǎn)動帶動大齒輪的轉(zhuǎn)動，大齒輪的轉(zhuǎn)動帶動安裝在大齒輪上的其它構(gòu)件的水平轉(zhuǎn)動，從而帶動工作平臺水平轉(zhuǎn)動，模擬微型飛行器的偏航角（航向角）。 蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動，它的簡圖如下圖： 圖2.4蝸桿的轉(zhuǎn)動帶動蝸輪的轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動。鏈傳動可以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動，其運(yùn)動簡圖如下： 圖2.5鏈傳動無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，能保持準(zhǔn)確的平均傳動比，但它不能保持恒定的瞬時(shí)傳動比。磨損后易跳動。主從鏈輪只能同向回轉(zhuǎn)。帶傳動的機(jī)構(gòu)簡圖如下： 圖2.6帶傳動時(shí)，是由于帶和帶輪間的摩擦（或嚙合）變拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳遞一定的動力。它的結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，價(jià)格低，緩沖吸振。不同形式的帶傳動具有不同的特點(diǎn)。 齒輪齒條機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動，局部齒輪齒條機(jī)構(gòu)也可以實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動，局部齒輪齒條機(jī)構(gòu)原理圖如下： 圖2.7 局部齒輪或者順時(shí)針旋轉(zhuǎn)或者逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)都可以實(shí)現(xiàn)齒條的往復(fù)直線運(yùn)動。螺旋傳動主要由螺桿和螺母組成?？捎脕戆研D(zhuǎn)運(yùn)動變成直線運(yùn)動，也可將直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，同時(shí)進(jìn)行能量和力的傳遞，或調(diào)整零件間的相互位置。最常用的是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動，它的機(jī)構(gòu)簡圖如下： 圖2.8 如圖，1為螺桿，2為螺母，當(dāng)螺桿按圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺母將會按圖示方向移動。如果，螺桿按與圖示方向相反的方向旋轉(zhuǎn)，螺母將會向右移動。凸輪機(jī)構(gòu)，只要能適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律。它的機(jī)構(gòu)簡圖如下： 圖2.9由于凸輪輪廓與推桿之間為點(diǎn)、線接觸，故易于磨損，所以凸輪傳遞的動力不大。軟軸傳動 軟軸的簡圖如下: 圖2.10軟軸傳動,它具有良好的撓性,可以把回轉(zhuǎn)運(yùn)動靈活地傳到不敞開的空間位置.綜上所述，可以擬訂總體方案，運(yùn)動名稱偏轉(zhuǎn)運(yùn)動俯仰運(yùn)動滾轉(zhuǎn)運(yùn)動偏航運(yùn)動升降運(yùn)動運(yùn)動機(jī)構(gòu)1齒輪機(jī)構(gòu)（圖2.3）連桿機(jī)構(gòu)（圖2.1）連桿機(jī)構(gòu)（圖2.1）螺紋傳動機(jī)構(gòu)（圖2.7）螺紋傳動機(jī)構(gòu)（圖2.7）運(yùn)動機(jī)構(gòu)2蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)（圖2.4）齒輪機(jī)構(gòu)（圖2.2）齒輪機(jī)構(gòu)（圖2.2）不完全齒輪齒條機(jī)構(gòu)（圖2.6）不完全齒輪齒條機(jī)構(gòu)（圖2.6）運(yùn)動機(jī)構(gòu)3軟軸傳動(圖2.10)軟軸傳動(圖2.10)齒輪齒條機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)（圖2.9）運(yùn)動機(jī)構(gòu)4齒輪齒條機(jī)構(gòu)運(yùn)動機(jī)構(gòu)5 2.2 方案的選擇和評價(jià)總體方案如下:總體方案偏轉(zhuǎn)運(yùn)動俯仰運(yùn)動滾轉(zhuǎn)運(yùn)動偏航運(yùn)動升降運(yùn)動 1齒輪機(jī)構(gòu)（圖2.3）齒輪機(jī)構(gòu)（圖2.2）齒輪機(jī)構(gòu)（圖2.2）不完全齒輪齒條機(jī)構(gòu)（圖2.6）不完全齒輪齒條機(jī)構(gòu)（圖2.6） 2蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)（圖2.4）連桿機(jī)構(gòu)（圖2.1）連桿機(jī)構(gòu)（圖2.1）螺紋傳動機(jī)構(gòu)（圖2.7）螺紋傳動機(jī)構(gòu)（圖2.7） 3齒輪機(jī)構(gòu)（圖2.3）軟軸傳動(圖2.10)軟軸傳動(圖2.10)螺紋傳動機(jī)構(gòu)（圖2.7）螺紋傳動機(jī)構(gòu)（圖2.7） 4蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)（圖2.4）蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)（圖2.4）軟軸傳動(圖2.10)不完全齒輪齒條機(jī)構(gòu)（圖2.6）不完全齒輪齒條機(jī)構(gòu)（圖2.6）所以，從傳動精度，機(jī)構(gòu)的尺寸，加工的難易，成本的高低等方面考慮，選用方案3。方案一：俯仰運(yùn)動的齒輪機(jī)構(gòu)，要滿足設(shè)計(jì)要求，它的尺寸將會很大，滾轉(zhuǎn)運(yùn)動和升降運(yùn)動的機(jī)構(gòu)的尺寸也要很大才能滿足設(shè)計(jì)要求。方案二：偏轉(zhuǎn)運(yùn)動的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)加工困難，滾轉(zhuǎn)運(yùn)動的連桿機(jī)構(gòu)的傳動精度較低，難以滿足設(shè)計(jì)要求，而且，連桿機(jī)構(gòu)的安裝定位困難。方案四：偏航運(yùn)動機(jī)構(gòu)定位困難，俯仰運(yùn)動機(jī)構(gòu)尺寸較大，各部件間的安裝難。方案三：個(gè)運(yùn)動部件間的尺寸相對較小，安裝較容易，總的尺寸較合適。所以選擇方案三原理圖如下： 圖2.11 3 偏轉(zhuǎn)部分設(shè)計(jì)3.1：偏轉(zhuǎn)部分齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)要求推斷，微型飛行器模擬轉(zhuǎn)臺的工作壽命為15年，工作情況為，每天工作4小時(shí)，齒數(shù)比U=4，輸入功率為P=75w,小齒輪轉(zhuǎn)速為n1=350rpm. 1. 選定齒輪精度等級，材料及齒數(shù) 1） 模擬轉(zhuǎn)臺為航空用儀器，故選精度等級為4級精度等級（GB10095-88） 2) 材料選擇，結(jié)合模擬轉(zhuǎn)臺的使用環(huán)境（強(qiáng)度不需要太大），要使模擬轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)簡單，載荷小，振動小，選用鋁合金，在鋁合金中選用鋁硅合金，代號ZL107，硬度為100HBS，加工方法為金屬型鑄造。熱處理方法淬火和完全時(shí)效，大齒輪材料為ZL108，硬度為85HBS，加工方法為金屬型鑄造，熱處理方法為人工時(shí)效。二者硬度相差15HBS。 3） 選擇小齒輪齒數(shù)為z1=32,大齒輪齒數(shù)為z2=uz1=4*32=128 2. 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a）（參考文獻(xiàn)3）進(jìn)行計(jì)算，即 d1 1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值： （1）試選載荷系數(shù) （2）計(jì)算小齒輪的轉(zhuǎn)矩 由步進(jìn)電機(jī)數(shù)據(jù)可知：小齒輪的轉(zhuǎn)矩為T1=1700Nmm （3）取齒寬 （4）查得常用齒輪材料的彈性影響系數(shù)為，而夾布塑膠的彈性影響系數(shù)為，所以取ZL107的彈性影響系數(shù)為 （5）因常用齒輪材料的接觸疲勞強(qiáng)度極限，因鋁合金的小性能比常用齒輪材料要差，結(jié)合常用齒輪材料的接觸疲勞強(qiáng)度極限表，初取 小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 （6）計(jì)算循環(huán)次數(shù) （7）取疲勞壽命系數(shù) （8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式10-12（參考文獻(xiàn)3 P203）得： 2）計(jì)算（1）試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值 （2）計(jì)算圓周速度v (3)計(jì)算齒寬 (4)計(jì)算齒寬與齒高比模數(shù) 齒高 （5）計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù),4級精度，取動載荷系數(shù)； 直齒輪，假設(shè)。初選 ；取使用系數(shù)；由表10-4（參考文獻(xiàn)3，P194）查得4級精度、小齒輪相對支承對稱布置時(shí)， 將數(shù)據(jù)代入后得 由，結(jié)合圖10-13（參考文獻(xiàn)3，P195）取，所以載荷系數(shù) （6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（10-10a）（參考文獻(xiàn)3，P200）（7）計(jì)算模數(shù)m 3.按齒跟彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式（10-5）（參考文獻(xiàn)3 P198）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算參數(shù)值（1） 由圖10-20c（參考文獻(xiàn)3，P204）查得常用齒輪材料的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；初取小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限（2） 由查彎曲疲勞壽命系數(shù)；（3） 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.5，計(jì)算如下： （4） 計(jì)算載荷系數(shù)K （5）查取齒形系數(shù)，（6）查取應(yīng)力校正系數(shù)，（7）計(jì)算大，小齒輪的并加以比較 大齒輪的數(shù)值大。2） 設(shè)計(jì)計(jì)算 對比設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m小于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，但在模擬轉(zhuǎn)臺中，零件的強(qiáng)度不許很大即可滿足轉(zhuǎn)臺的要求，取齒面接觸強(qiáng)度算得的模數(shù)1.5278mm，并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2mm。4.幾何尺寸計(jì)算由于，在模擬轉(zhuǎn)臺的設(shè)計(jì)過程中，只要考慮轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)因素，所以，初步選擇小齒輪的齒數(shù)為32。按此計(jì)算齒輪的參數(shù)。1） 計(jì)算分度圓直徑小齒輪的分度圓直徑 大齒輪的分度圓直徑2） 計(jì)算中心距 3） 計(jì)算齒輪寬度 由于模擬轉(zhuǎn)臺工作時(shí)的受力小，振動小，轉(zhuǎn)矩小，所以結(jié)合模擬轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)取 。4） 驗(yàn)算 5齒輪各個(gè)尺寸的計(jì)算齒頂高：大齒輪 小齒輪齒根高：大齒輪 小齒輪齒全高：大齒輪 小齒輪齒頂圓直徑：大齒輪 小齒輪齒根圓直徑：大齒輪 小齒輪壓力角取標(biāo)準(zhǔn)值 3.2：航向部分軸的校核 1：按扭矩強(qiáng)度校核 軸的扭矩強(qiáng)度條件為： 所以式中：-扭矩切應(yīng)力，單位為MPa； T -軸所受的扭矩，單位Nmm； -軸的抗扭截面系數(shù)，； n軸的轉(zhuǎn)速，r/min； P軸傳遞的功率。Kw； d計(jì)算截面處軸的直徑，mm； -許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa，查表。 查表取40MPa，n，取齒輪傳動的效率為95%，所以1000X95%=950w 因?yàn)閐=45mm，所以軸滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)的要求。 2.按彎扭合成強(qiáng)度條件校核通過裝配圖的設(shè)計(jì)，軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，軸上零件的位置，以及外載荷和支反立的作用位置均可確定。1） 彎矩、扭矩的計(jì)算作用在大齒輪上的力F，P為1000W，V=nr，n大齒輪的轉(zhuǎn)速，r/min；r大齒輪的分度圓半徑，mm。所以V=250X128=0.53m/S 所以： 所以：彎矩 扭矩2） 計(jì)算彎矩 3） 作彎矩，扭矩圖 4） 校核軸的強(qiáng)度 已知軸的計(jì)算彎矩，針對危險(xiǎn)截面作強(qiáng)度校核計(jì)算。按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算彎曲力： W為軸的抗彎截面系數(shù)，計(jì)算公式在本題中為； 危險(xiǎn)截面的d為40mm，所以W=12800 所以：所以：所以軸滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，能夠滿足使用要求。4 偏航部分的設(shè)計(jì)4.1 轉(zhuǎn)臺導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)1：導(dǎo)軌功用及其基本要求A：導(dǎo)軌的功用與分類導(dǎo)軌是指引導(dǎo)部件沿一定方向運(yùn)動的一組平面或曲面。導(dǎo)軌的功用是導(dǎo)向和承載，即引導(dǎo)運(yùn)動部件沿一定軌跡（通常為直線和圓）運(yùn)動，并承受運(yùn)動件及其安裝件的重力以及切削力。在導(dǎo)軌副中，運(yùn)動的導(dǎo)軌稱為動導(dǎo)軌，固定不動的導(dǎo)軌稱為支撐導(dǎo)軌。導(dǎo)軌按運(yùn)動軌跡分為直線運(yùn)動導(dǎo)軌和圓運(yùn)動導(dǎo)軌。按工作性質(zhì)可分為主運(yùn)動導(dǎo)軌，進(jìn)給運(yùn)動導(dǎo)軌和僅作部件相對位置調(diào)整的移置導(dǎo)軌。按接觸面的摩擦性質(zhì)可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌，滑動導(dǎo)軌按其摩擦狀態(tài)又可分為普通滑動導(dǎo)軌、液體動壓導(dǎo)軌、液體靜壓導(dǎo)軌和氣體靜壓導(dǎo)軌。B：導(dǎo)軌的基本要求導(dǎo)軌的性能和質(zhì)量的好壞對模擬轉(zhuǎn)臺的工作精度、承載能力和使用壽命有直接影響。因此，應(yīng)滿足以下基本要求：（1） 導(dǎo)向精度。是指動導(dǎo)軌運(yùn)動軌跡的準(zhǔn)確度。主要影響因素有：導(dǎo)軌的幾何精度和接觸精度，結(jié)構(gòu)形式，導(dǎo)軌和支承件的剛度和熱變形，裝備質(zhì)量對于動壓導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌，還有油膜剛度等。（2） 耐磨性。是指導(dǎo)軌抵抗磨損而長期保持其導(dǎo)向精度的能力。耐磨性是導(dǎo)軌設(shè)計(jì)制造的關(guān)鍵，也是衡量模擬轉(zhuǎn)臺質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，應(yīng)盡可能提高導(dǎo)軌的耐磨性。常見的導(dǎo)軌磨損形式有磨料磨損、咬合磨損、接觸疲勞磨損等。主要影響因素有：導(dǎo)軌的摩擦性質(zhì)，材料，熱處理及加工方法，受力情況，潤滑和防護(hù)條件等。（3） 剛度。是指導(dǎo)軌在外載荷的作用下抵抗變形的能力。導(dǎo)軌應(yīng)當(dāng)具有足夠的剛度，保證相關(guān)各部件的相對位置精度和導(dǎo)向精度。主要影響因素有：導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式，尺寸，與支承件的連接方式以及受力情況等。（4） 低速運(yùn)動平穩(wěn)性。是指導(dǎo)軌抵抗摩擦自激振動的能力，即導(dǎo)軌在低速運(yùn)動或微量進(jìn)給時(shí)，消除爬行現(xiàn)象（“時(shí)走時(shí)?！被颉皶r(shí)快時(shí)慢”現(xiàn)象）的程度。爬行現(xiàn)象會嚴(yán)重影響工作精度、運(yùn)動精度和定位精度，因此，要求導(dǎo)軌低速運(yùn)動時(shí)始終保持平穩(wěn)，不產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。主要影響因素有：靜、動摩擦系數(shù)的差值，傳動系統(tǒng)的剛度，運(yùn)動部件的質(zhì)量大小、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式以及潤滑等此外，還要求導(dǎo)軌具有良好的工藝性，結(jié)構(gòu)簡單，便于間隙調(diào)整，潤滑和防護(hù)性能好。2：普通滑動導(dǎo)軌接觸面為滑動摩擦副的導(dǎo)軌稱為滑動導(dǎo)軌。普通滑動導(dǎo)軌是一種目前廣泛使用的導(dǎo)軌。它機(jī)構(gòu)簡單，工藝性好，使用維修方便。但它的摩擦系數(shù)大，磨損快，壽命短，容易產(chǎn)生爬行。A 導(dǎo)軌的截面形狀直線運(yùn)動滑動導(dǎo)軌的截面形狀主要有矩形、V形、燕尾形和圓柱形四種，并且每種導(dǎo)軌副有凹凸之分，如下圖所示。對于水平放置的導(dǎo)軌，凸形導(dǎo)軌（指支撐導(dǎo)軌）不易積存雜物，但也不易存留潤滑油，多用在低速運(yùn)動情況。凹形導(dǎo)軌易存留潤滑油，用于高速運(yùn)動的情況，但雜物易落在導(dǎo)軌面上，因此必須有可靠的防護(hù)措施。（1）矩形導(dǎo)軌。如下圖（a）所示矩形導(dǎo)軌靠兩個(gè)彼此垂直的導(dǎo)軌面導(dǎo)向。若只用頂部的導(dǎo)軌面時(shí)，也稱平導(dǎo)軌。矩形導(dǎo)軌剛度高，承載能力大，容易加工制造，便于維修。但導(dǎo)軌面磨損后不會自動補(bǔ)償，需要有間隙調(diào)整裝置。（2）V形導(dǎo)軌。如上圖（b）所示，靠兩個(gè)相交的導(dǎo)軌面導(dǎo)向。其中，凸形導(dǎo)軌習(xí)慣上又稱山形導(dǎo)軌，V形導(dǎo)軌磨損后，動導(dǎo)軌自動下沉補(bǔ)償磨損量，消除間隙，因此導(dǎo)向精度高。導(dǎo)軌頂角的大小取決于承載能力和導(dǎo)向精度等工作要求，增大，導(dǎo)軌的承載能力提高，但摩擦力也隨之增大。通常取為90度（如車床，磨床），對于大型或重型機(jī)床（如龍門刨床），取為110度120度。對于精密機(jī)械，取90度。當(dāng)導(dǎo)軌面承受的水平力和垂直力相差較大時(shí)，可采用不對稱V形導(dǎo)軌，以使得導(dǎo)軌面的壓強(qiáng)分布均勻。（3）燕尾形導(dǎo)軌。如上圖（c）所示，高度較小，結(jié)構(gòu)緊湊，可承受顛覆力矩，間隙調(diào)整方便。但摩擦阻力較大，制造、檢驗(yàn)和維修不便。一般用于受力較小、導(dǎo)向精度要求不高、速度較低、移動部件層次多、高度尺寸要求小的部件。94）圓柱形導(dǎo)軌。如上圖（d）所示，制造方便，工藝性好，但磨損后較難調(diào)整間隙。一般用于承載軸向載荷的場合。B 導(dǎo)軌的組合形式一般采用兩條導(dǎo)軌導(dǎo)向和承受載荷。根據(jù)導(dǎo)向精度、載荷情況、工藝性以及潤和防護(hù)等方面的要求，可采用不同的組合形式。常見的有如下幾種。（1） 雙V形導(dǎo)軌，如下圖（a）（b），導(dǎo)向精度高，磨損后能自動補(bǔ)償間隙，精度保持性好；但加工、檢驗(yàn)和維修困難，各個(gè)導(dǎo)軌面都要接觸良好。常用于精度要求較高的場合，如絲杠車床等。（2） 雙矩形導(dǎo)軌。如下圖（c）（d），剛性好，承載能力大，易于加工和維修。但導(dǎo)向性差，磨損后不能自動補(bǔ)償間隙。適用于普通精度的機(jī)械。（3） V形-矩形導(dǎo)軌組合。如下圖（e）（f），導(dǎo)向性好，制造方便，在實(shí)際當(dāng)中得到廣泛的應(yīng)用。 C導(dǎo)軌間隙調(diào)整導(dǎo)軌面之間的間隙應(yīng)保持適當(dāng)。若間隙過大，會使導(dǎo)向精度降低，甚至?xí)鹫駝?；若間隙過小，則會增大運(yùn)動阻力，加速導(dǎo)軌的磨損。因此，不僅要在裝配時(shí)對導(dǎo)軌的間隙作適當(dāng)調(diào)整，而且在模擬轉(zhuǎn)臺工作一段時(shí)間后，因磨損還需要重新調(diào)整間隙。采用鑲條和壓板調(diào)整導(dǎo)軌間隙是廣泛采用的兩種方法。A鑲條調(diào)整鑲條用來調(diào)整矩形導(dǎo)軌和燕尾形導(dǎo)軌的側(cè)想間隙。常用的鑲條有平鑲條和斜鑲條兩種。（1） 平鑲條。在其長度方向是等厚度的，截面形狀為矩形、平行四邊形或梯形，通過橫向位移調(diào)整間隙。（2） 斜鑲條。沿其長度方向有一定的斜度，靠縱向位移使其兩個(gè)側(cè)面分別與動導(dǎo)軌和支撐導(dǎo)軌接觸，調(diào)整導(dǎo)軌間隙，常用斜度在1：100-1：400之間。3：模擬轉(zhuǎn)臺導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)用在模擬轉(zhuǎn)臺上的導(dǎo)軌載荷不很大，但導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度要高。導(dǎo)軌的作用是引導(dǎo)運(yùn)動部件沿導(dǎo)軌來回運(yùn)動，即實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺模擬微型飛行器的偏航運(yùn)動。運(yùn)動部件的運(yùn)動速度不是很高。為了使制造方便，機(jī)構(gòu)簡單，還要使摩擦力較小，以便使驅(qū)動電機(jī)的功率、體積、重量等等較小，所以，不采用常規(guī)的導(dǎo)軌設(shè)計(jì)方案。從轉(zhuǎn)臺的機(jī)構(gòu)考慮，采用矩形導(dǎo)軌的一部分和軸承組合，將滑動導(dǎo)軌變?yōu)闈L動來用在轉(zhuǎn)臺中。轉(zhuǎn)臺的偏航距離較長，所以考慮采用兩個(gè)導(dǎo)軌。1：導(dǎo)軌寬度B導(dǎo)軌的寬度與導(dǎo)軌的承載能力有關(guān)，在導(dǎo)軌長度相同的情況下運(yùn)動件的承載能力愈大，寬度B也愈大初步估計(jì)載荷W小于20Kg，長度L由設(shè)計(jì)要求可知L略大于600mm。計(jì)算公式為由于機(jī)床鑄鐵對鑄鐵導(dǎo)軌的許用平均比壓可取為：p=0.025-1.5兆帕2：兩條導(dǎo)軌的間距取小的間距，可以減小模擬轉(zhuǎn)臺的外形尺寸，使轉(zhuǎn)臺靈巧，節(jié)約材料。但間距過小，有可能造成工作不穩(wěn)定。確定導(dǎo)軌間距，應(yīng)保證運(yùn)動件工作穩(wěn)定為前提，盡可能取小值。3：運(yùn)動件的導(dǎo)軌長度取較長運(yùn)動件導(dǎo)軌，有利于改善導(dǎo)向精度和工作的可靠性。如下圖所示，當(dāng)存在導(dǎo)軌間隙時(shí)，運(yùn)動件傾斜角與導(dǎo)軌長度L有關(guān)，L愈大，愈小，間隙對導(dǎo)軌的精度影響也愈小。當(dāng)牽引力T與導(dǎo)軌摩擦力的合力F相距x（圖b）時(shí)，力矩M（=Tx）將使導(dǎo)軌傾斜，同時(shí)以N力作用于固定導(dǎo)軌上，此時(shí)?？梢姰?dāng)L愈小，N愈大，摩擦力F=Nf（f為摩擦阻力，當(dāng)時(shí)，則運(yùn)動件自鎖，無法前進(jìn)。所以，取長導(dǎo)軌較有利，但過長則使模擬轉(zhuǎn)臺龐大而笨重。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)L=（1.2-1.8）。固定件導(dǎo)軌長度決定于運(yùn)動件導(dǎo)軌長度和它的行程。從上面的設(shè)計(jì)中可知，導(dǎo)軌面的寬度要比軸承的寬度寬，導(dǎo)軌的長度較長。具體的數(shù)據(jù)，是根據(jù)裝配圖的設(shè)計(jì)來確定的。因?yàn)槟M轉(zhuǎn)臺工作時(shí)承受的外力很小，強(qiáng)度設(shè)計(jì)不是問題。 4.2 偏航運(yùn)動的螺紋傳動設(shè)計(jì)計(jì)算 在該模擬轉(zhuǎn)臺中，用螺傳動來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺工作時(shí)的偏航運(yùn)動。螺紋傳動副的螺紋種類有：梯形螺紋、鋸齒形螺紋、液壓機(jī)用鋸齒形螺紋和矩形螺紋（尚未標(biāo)準(zhǔn)化）。梯形螺紋的特點(diǎn)是：牙型角，螺紋副的小徑和大徑處有相等的徑向間隙，螺紋工藝性好，牙根強(qiáng)度高，內(nèi)、外螺紋的對中性好，采用部分式螺母可調(diào)整、消除軸向間隙。它是螺旋傳動中最常用的一種，如機(jī)床中的進(jìn)給螺旋。鋸齒形螺紋：工作面的牙型斜角為3度，非工作面的牙型斜角為30度。外螺紋的牙根部有較大圓角，以減小應(yīng)力集中，比梯形螺紋強(qiáng)度高、效率高。主要用于單向受力的傳力螺旋，如螺旋壓力機(jī)。液壓機(jī)用鋸齒形螺紋：非工作面牙型斜角為45度，性能與一般鋸齒形螺紋相同。主要用于液壓機(jī)中的大直徑螺旋傳動。矩形螺紋：牙型為方形，傳動效率比其他螺紋高，但精確制造困難，螺紋副磨損后間隙難以補(bǔ)償，對中精確度低，牙根強(qiáng)度弱。一般用于千斤頂?shù)葌髁β菪?。對于偏航運(yùn)動，綜合螺紋傳動的特點(diǎn)，選擇梯形螺紋傳動。設(shè)計(jì)計(jì)算1：耐磨性初步選螺桿所承受的軸向力為F=7000N，材料為：螺桿45鋼，調(diào)質(zhì)處理，螺母材料耐磨鑄鐵。1：螺桿中徑： 其中：-螺紋形式系數(shù)，梯形螺紋、矩形螺紋為0.8，鋸齒形螺紋為0.65 F-軸向力 -螺母長度l與螺桿中徑之比，整體式為1.2到1.5，部分式為2.5到3.5，載荷大、精度和壽命要求高時(shí)為4 -許用壓強(qiáng)（MPa）（查表）所以查手冊?。翰镚B/T 5796.1-1986就近取略大點(diǎn)的。2：公稱直徑d和螺距P 查GB/T 5796.1-1986可知，3：螺紋的導(dǎo)呈 Z為螺紋線數(shù)，所以取Z=1 4：螺母旋合長度l：5：旋合圈數(shù)m：6：螺紋工作高度：7：螺紋表面工作強(qiáng)度p： 所以：2：驗(yàn)算自鎖1：螺紋升角，代入數(shù)據(jù)得2：當(dāng)量摩擦角：，查手冊取3：反行程自鎖條件：，所以具有反行程自鎖。3：螺桿強(qiáng)度1：螺旋傳動的扭矩T： 2：當(dāng)量應(yīng)力： 式中為螺紋小徑 所以3：強(qiáng)度條件：查手冊可知，所以螺桿滿足強(qiáng)度條件。4：螺紋牙強(qiáng)度1：螺紋牙低寬度：梯形螺紋2：剪切（1） 應(yīng)力：螺紋 螺母 只校驗(yàn)螺母（2） 強(qiáng)度條件：3：彎曲（1） 應(yīng)力：螺桿 螺母 只校驗(yàn)螺母（2） 強(qiáng)度條件： 注： 查手冊，因?yàn)槁菽傅牟牧蠌?qiáng)度通常低于螺桿，因此一般只校驗(yàn)螺母螺紋牙的強(qiáng)度。僅在螺桿和螺母材料相同是才校驗(yàn)螺桿的羅紋牙強(qiáng)度。5：螺桿的穩(wěn)定性 1：柔度： 式中 -長度系數(shù)，查手冊取4.73 -螺桿的最大工作長度（mm） i-螺桿危險(xiǎn)截面的慣性半徑（mm） 結(jié)合模擬轉(zhuǎn)臺的設(shè)計(jì)要求取650mm i=36/4=9mm 2：臨界載荷： E-為螺桿材料的彈性模量，鋼材的E=207000MPa A螺桿危險(xiǎn)截面的面積， 所以： 3：穩(wěn)定性的符合條件：，如不滿足，應(yīng)增大螺桿的直徑 ，所以，符合穩(wěn)定性的要求。4：軸向載荷F使每個(gè)螺紋導(dǎo)程產(chǎn)生的變形量： 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得6：螺桿的剛度1：轉(zhuǎn)矩T使每個(gè)螺紋導(dǎo)程產(chǎn)生的變形量：其中G為螺桿材料的切變模量，鋼的切變模量取，所以： 2：每個(gè)螺紋導(dǎo)程的總變形量：，當(dāng)軸向載荷F與運(yùn)動方向相反時(shí)取+，代入數(shù)據(jù)得=2.805 3：單位長度變形量：所以:,螺桿剛度合格.7 螺桿橫向振動1:臨界轉(zhuǎn)速,計(jì)算公式: 其中:L螺桿兩支承間的距離(mm) -支承系數(shù) 查表取4.73 -密度(kg/);對于鋼,鋼螺桿 所以: L=650mm2:工作轉(zhuǎn)速n的校核:18758.3r/min滿足要求.8:動力計(jì)算驅(qū)動功率P(Kw), 其中:T螺旋傳動中主動件上的轉(zhuǎn)矩(N.mm) n螺旋傳動中主動件的轉(zhuǎn)速(r/min) F螺旋傳動中移動件的軸向力(N) v螺旋傳動中移動構(gòu)件的線速度(min/s) -從動力源到螺旋傳動主動件間的機(jī)械效率,取0.85 -螺旋傳動的正行程效率,查表取0.5所以:4.3 螺紋傳動動力源的選擇從方案設(shè)計(jì)中可知,動力源選用步進(jìn)電機(jī).從上面的設(shè)計(jì)中可得:偏航運(yùn)動的螺紋傳動中螺旋傳動中主動件上的轉(zhuǎn)矩為25368.523N.mm動力源的選擇1,電機(jī)類型選擇因?yàn)槟M轉(zhuǎn)臺的精度要較高,所以步距角要較小.通用性要較好,安裝方便,啟動停止容易.所以,選用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī).2,步距角的選擇,按設(shè)計(jì)取常用步距角0.75度3,選擇最大靜轉(zhuǎn)矩, 4,確定運(yùn)行頻率,按通常的通用的步進(jìn)電機(jī)的正常運(yùn)行頻率. 綜合以上情況,參考設(shè)計(jì)手冊選用步進(jìn)電機(jī)的型號為,該型電機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下:相數(shù):3 電壓:80/12V電流:6A 步距角:1.5/0.75度最大靜力矩:10N, 空載啟動頻率；1500步/S運(yùn)行頻率:8000步/S4.4 偏航部分齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)要求推斷，微型飛行器模擬轉(zhuǎn)臺的工作壽命為15年，工作情況為每天工作4小時(shí)，齒數(shù)比U=1：1，輸入功率為P=100w,小齒輪轉(zhuǎn)速為n1=350rpm.， 1. 選定齒輪精度等級，材料及齒數(shù) 1） 模擬轉(zhuǎn)臺為航空用儀器，故選精度等級為4級精度等級（GB10095-88） 2) 材料選擇，結(jié)合模擬轉(zhuǎn)臺的使用環(huán)境（強(qiáng)度不需要太大），要使模擬轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)簡單，載荷小，振動小，選用鋁合金，在鋁合金中選用鋁硅合金，代號ZL107，硬度為100HBS，加工方法為金屬型鑄造。熱處理方法淬火和完全時(shí)效，大齒輪材料為ZL108，硬度為85HBS，加工方法為金屬型鑄造，熱處理方法為人工時(shí)效。二者硬度相差15HBS。 3） 選擇小齒輪齒數(shù)為z1=32,大齒輪齒數(shù)為z2=uz1=1*32=64 2. 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a）（參考文獻(xiàn)3）進(jìn)行計(jì)算，即 d1 1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值： （1）試選載荷系數(shù) （2）計(jì)算小齒輪的轉(zhuǎn)矩，查電機(jī)表初取小齒輪的轉(zhuǎn)矩為T1=2500Nmm 計(jì)算小齒輪的轉(zhuǎn)矩為 （3）取齒寬 （4）查得常用齒輪材料的彈性影響系數(shù)為，而夾布塑膠的彈性影響系數(shù)為，所以取ZL107的彈性影響系數(shù)為 （5）因常用齒輪材料的接觸疲勞強(qiáng)度極限，因鋁合金的小性能比常用齒輪材料要差，結(jié)合常用齒輪材料的接觸疲勞強(qiáng)度極限表，初取 小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 （6）計(jì)算循環(huán)次數(shù) （7）取疲勞壽命系數(shù) （8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式10-12（參考文獻(xiàn)3 P203）得： 2）計(jì)算（1）試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值 (2)計(jì)算齒寬 (3)計(jì)算齒寬與齒高比模數(shù) 齒高 （4）計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù),4級精度，取動載荷系數(shù)； 直齒輪，假設(shè)。初選 ；取使用系數(shù)；由表10-4（參考文獻(xiàn)3，P194）查得4級精度、小齒輪相對支承對稱布置時(shí)， 將數(shù)據(jù)代入后得 由，結(jié)合圖10-13（參考文獻(xiàn)3，P195）取，所以載荷系數(shù) （5）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（10-10a）（參考文獻(xiàn)3，P200）（6）計(jì)算模數(shù)m 3.按齒跟彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式（10-5）（參考文獻(xiàn)3 P198）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 1） ，確定公式內(nèi)的各計(jì)算參數(shù)值（1），由圖10-20c（參考文獻(xiàn)3，P204）查得常用齒輪材料的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；初取小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限（2），由查彎曲疲勞壽命系數(shù)；（3），計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.5，計(jì)算如下： （4） ，計(jì)算載荷系數(shù)K （5）查取齒形系數(shù)，（6）查取應(yīng)力校正系數(shù)，（7）計(jì)算大，小齒輪的并加以比較 大齒輪的數(shù)值大。2） ，設(shè)計(jì)計(jì)算 對比設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m小于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，但在模擬轉(zhuǎn)臺中，零件的強(qiáng)度不需很大即可滿足轉(zhuǎn)臺的要求，取標(biāo)準(zhǔn)值m=2mm。4.幾何尺寸計(jì)算由于，在模擬轉(zhuǎn)臺的設(shè)計(jì)過程中，只要考慮轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)因素，所以，初步選擇小齒輪的齒數(shù)為32。按此計(jì)算齒輪的參數(shù)。3） 計(jì)算分度圓直徑小齒輪的分度圓直徑 大齒輪的分度圓直徑4） 計(jì)算中心距 5） 計(jì)算齒輪寬度 由于模擬轉(zhuǎn)臺工作時(shí)的受力小，振動小，轉(zhuǎn)矩小，所以結(jié)合模擬轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)取 。6） 驗(yàn)算 5齒輪各個(gè)尺寸的計(jì)算齒頂高：大齒輪 小齒輪齒根高：大齒輪 小齒輪齒全高：大齒輪 小齒輪齒頂圓直徑：大齒輪 小齒輪齒根圓直徑：大齒輪 小齒輪壓力角取標(biāo)準(zhǔn)值5 滾轉(zhuǎn)部分的設(shè)計(jì)5.1 滾轉(zhuǎn)部分的相關(guān)計(jì)算從方案可知道，滾轉(zhuǎn)是利用軟軸傳動的采用軟軸的好處有：它可以用于兩個(gè)傳動件軸線不在同一直線上，或工作時(shí)彼此要求有相對運(yùn)動的空間傳動。它可以消除震動、緩和沖擊。軟軸的安裝方便，機(jī)構(gòu)緊湊，工作適應(yīng)性強(qiáng)，轉(zhuǎn)速高（可達(dá)2000r/min），傳動扭矩小。傳遞功率范圍小，一般小于5.5Kw。軟軸的尺寸計(jì)算軟軸的直徑計(jì)算 -軟軸能傳遞的最大扭矩（Nm），-額定轉(zhuǎn)速，即與相應(yīng)的轉(zhuǎn)速（r/min）；-軟軸從動端所傳遞的扭矩（Nm）；n-軟軸的工作轉(zhuǎn)速（r/min），當(dāng)n時(shí)，用代替；-過載系數(shù)，當(dāng)短時(shí)最大扭矩小于軟管無彎曲時(shí)能傳遞的最大扭矩值時(shí)，=1；當(dāng)短時(shí)最大扭矩大于此值時(shí)，取短時(shí)最大扭矩值/軟管無彎曲時(shí)能傳遞的最大扭矩值-軟軸轉(zhuǎn)向系數(shù)；當(dāng)旋轉(zhuǎn)時(shí)軟軸外層鋼絲趨于繞緊，=1；趨于旋松時(shí)=1.5；-軟軸支承情況系數(shù)；當(dāng)軟軸在軟管內(nèi)，其支承跨距與軟軸直徑之比小于50時(shí)，=1，當(dāng)比值大雨150時(shí)，=1.25；n-軟軸傳動效率，通常，彎曲半徑越小，彎曲段越多，值越接近下限。取=1, =1.5, =1.25, ,不需要很大,取0.3Nm=300Ncm,因?yàn)閚,用代替n,代入,所以：查表可取軟軸的直徑為8mm.6 升降部分的設(shè)計(jì)6.1 螺紋傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算 在該模擬轉(zhuǎn)臺中，用螺傳動來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺工作時(shí)的升降運(yùn)動。螺紋傳動副的螺紋種類有：梯形螺紋、鋸齒形螺紋、液壓機(jī)用鋸齒形螺紋和矩形螺紋（尚未標(biāo)準(zhǔn)化）。梯形螺紋的特點(diǎn)是：牙型角，螺紋副的小徑和大徑處有相等的徑向間隙，螺紋工藝性好，牙根強(qiáng)度高，內(nèi)、外螺紋的對中性好，采用部分式螺母可調(diào)整、消除軸向間隙。它是螺旋傳動中最常用的一種，如機(jī)床中的進(jìn)給螺旋。鋸齒形螺紋：工作面的牙型斜角為3度，非工作面的牙型斜角為30度。外螺紋的牙根部有較大圓角，以減小應(yīng)力集中，比梯形螺紋強(qiáng)度高、效率高。主要用于單向受力的傳力螺旋，如螺旋壓力機(jī)。液壓機(jī)用鋸齒形螺紋：非工作面牙型斜角為45度，性能與一般鋸齒形螺紋相同。主要用于液壓機(jī)中的大直徑螺旋傳動。矩形螺紋：牙型為方形，傳動效率比其他螺紋高，但精確制造困難，螺紋副磨損后間隙難以補(bǔ)償，對中精確度低，牙根強(qiáng)度弱。一般用于千斤頂?shù)葌髁β菪?。升降運(yùn)動，因?yàn)椴恍柘嗲Ы镯斈菢觽髁Γ瑸榱吮阌谥圃?，也選用梯形螺紋傳動。設(shè)計(jì)計(jì)算一：耐磨性初步選螺桿所承受的軸向力為F=2000N，材料為：螺桿45鋼，調(diào)質(zhì)處理，螺母材料耐磨鑄鐵。1：螺桿中徑： 其中：-螺紋形式系數(shù)，梯形螺紋、矩形螺紋為0.8，鋸齒形螺紋為0.65 F-軸向力 -螺母長度l與螺桿中徑之比，整體式為1.2到1.5，部分式為2.5到3.5，載荷大、精度和壽命要求高時(shí)為4 -許用壓強(qiáng)（MPa）（查表）所以查手冊取：查GB/T 5796.1-1986就近取略大點(diǎn)的。2：公稱直徑d和螺距P 查GB/T 5796.1-1986可知，3：螺紋的導(dǎo)呈 Z為螺紋線數(shù)，所以取Z=1 4：螺母旋合長度l：5：旋合圈數(shù)m：6：螺紋工作高度：7：螺紋表面工作強(qiáng)度p： 所以：二：驗(yàn)算自鎖1：螺紋升角，代入數(shù)據(jù)得2：當(dāng)量摩擦角：，查手冊取3：反行程自鎖條件：，所以具有反行程自鎖。三：螺桿強(qiáng)度1：螺旋傳動的扭矩T： 2：當(dāng)量應(yīng)力： 式中為螺紋小徑 所以3：強(qiáng)度條件：查手冊可知，所以螺桿滿足強(qiáng)度條件。四：螺紋牙強(qiáng)度1：螺紋牙低寬度：梯形螺紋