遥控玩具飞机外形与机械系统设计毕业设计论文[管理资料]

毕业设计(论文) 题目遥控玩具飞机外形与机械系统设计
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指导教师评阅书
评阅教师评阅书
教研室（或答辩小组）及教学系意见
南华大学
毕业设计(论文)任务书
学院：机械工程学院
题目：遥控玩具飞机外形与机械系统设计
起止时间: 2011年12月27日至2012年6月3日学生姓名：
班级：机械082
指导老师：
系室主任：
院长：
年月日
南华大学本科生毕业设计（论文）开题报告
遥玩具飞机外形与机械系统设计
摘要：本文结合军用直升机的外形，以玩具遥控飞机为研究对象，利用无线电技术与控制技术及其机械传动技术来实现飞机的无线电遥控，使其能按照预定的设计要求运动。

该飞机设计包括飞机外形设计和机械系统设计两个部分。

通过飞机形体结构分析，并结合飞机的设计原理，提出了飞机外形设计方案，使用PROE 软件来实现了飞机的造型设计。

本款飞机将采用螺旋桨驱动，尾翼导向方式，来实现飞机的起飞、转向，当尾翼顺时针旋转时，飞机左转弯飞行；当尾翼逆时针旋转时，飞机右转弯飞行。

因此该飞机的机械系统设计主要包括螺旋桨的设计、齿轮机构的设计、以及尾翼的设计。

充分考虑工作机可靠性、传动效率高、结构简单、尺寸紧凑、重量轻、成本低廉等要求，提出了各机械传动系统的具体设计方案。

关键词：飞机外形；机械系统；齿轮传动；强度
Remote control toy plane shape and mechanical
system design
Abstract:This combination of military appearance, with remote control toy plane as the research object, the use of radio technology, control technology , control technology and the mechanical transmission technology to achieve the aircraft’s radio remote control, so that it can be scheduled according to design requirements of movement. The aircraft design includes the design of aircraft configuration and mechanical system design of two parts. The aircraft body structure analysis, and the combination of plane design principle, puts forward the design of aircraft configuration scheme, using the PROE software to realize the aircraft design. The aircraft will use the propeller drive, tail guide way, to achieve take-off, steering, when the tail, when rotation clockwise, the plane left turn flight; when the empennage rotates counterclockwise, the plane right turning flight. Therefore the aircraft mechanical system design mainly includes the design of propeller design, gear design, as well as the tail design. Fully consider working machine reliability, high transmission efficiency, simple structure, compactsize, light weight, low cost and so on, and puts forward the concrete design of mechanical transmission system.
Key word s：Aircraft configuration；Mechanical system；Gear drive；Strength
目录
1 概述 (1)
国内外情况 (1)
总体方案设计及材料选择 (2)
原理分析 (7)
2 外形设计 (8)
整体造型 (8)
机体颜色的选择 (8)
外形设计方案 (9)
3电动机的选择 (21)
(21)
(24)
4螺旋桨的设计 (27)
(27)
(28)
(40)
(42)
5尾翼设计 (46)
6遥控器外形设计 (48)
(48)
(49)
7照明电路的设计 (50)
参考文献 (51)
谢辞 (51)
附录 (52)
总的来说，遥控飞机的发展不是很长，但是它的功能特点已经相当的完善。

你可以随时从报纸、杂志、电视等传播媒体上看到关于遥控飞机的报道。

特别是国外，大到老人小到孩子，很多人都在玩遥控飞机。

许多玩具公司、团体组织了各色各样的遥控飞机比赛，社会上更是兴起了众多关于遥控飞机的培训机构。

这种种现象都表明，遥控飞机已赫然成为人们休闲娱乐时的必需品，这也给遥控飞机带来了史无前例的发展空间，使得遥控飞机不管是外形还是功能方面都更趋于完善。

研究人员表明，今后的遥控飞机将朝两级方向发展，一类是功能更简化，价格更便宜，更适应普通消费者需求；另一类则是功能朝复杂化发展，配件齐全，以满足高级别玩家的需求。

1 概述
国内外情况
遥控飞机是可以远距离控制飞行的飞行器。

根据其用途和性能的差异，遥控飞机可分为玩具、航模、民用、军用等几类。

玩具遥控飞机结构简单，通常为单通道、二通道或三通道，有固定翼飞机、直升机等。

随着科技发展，玩具遥控飞机的体积日渐缩小，而可操作性和技术含量越来越高，一些遥控飞机已经能由5-6岁的儿童操作。

由于直升机比固定翼飞机所需的场地小，甚至可以在室内操作，因此近年来遥控直升机的销售量大幅增加。

航模可以说是高级玩具，但其结构复杂程度和可操作性远高于玩具遥控飞机。

航模遥控飞机可以实现前后、上下、侧飞、左右、加速减速等大量技术动作。

航模初学者应循序渐进，从相对简单的飞机开始学习操作。

例如，航模遥控直升机应从四通道双桨直升机开始。

如果一开始就操作高级的六通道直升机，初学者会难以适应其操作难度。

航模遥控飞机有油动和电动之分，油动的最大好处是续航时间长，只要及时加油即可飞行，而且，马力强劲。

但油动机的危险系数较高，维护相对复杂，价格比较高，因此电动航模成为了航模普及的主要角色。

与过去流行过的滑翔机、飞碟等相比，现在流行的直升机有几大特点，一是价格很吸引人；二是用料好，以前以发泡胶为主，已损坏，现基本以耐撞击的EEC为主；三是容易操纵，在很小的空间里就可以玩。

总体方案设计及材料选择
总体方案设计
经过研究我设计的这款遥控玩具飞机将采用如下方案：将飞机设计成为典型的共轴双桨、尾翼导向直升机，采用无线电遥控的方式控制飞机的起飞，前进，后退，左转弯，右转弯等基本动作。

使用电动机为原动机，电池为能源。

为获得较高的性价比，我将尽量使该玩具飞机的结构简单，但同时外观新颖，操作灵活。

本款飞机将采用共轴双桨四旋翼作为驱动结构，主旋翼分为A、B两组，分别由两个电动机带动，A组主旋翼设置在上方，顺时针旋转，B组主旋翼设置在下方，逆时针旋转。

A、B两组旋翼旋转作为飞机起飞的驱动动力。

本款飞机将采用尾翼作为导向结构，尾翼顺时针旋转时飞机左转弯，逆时针旋转时飞机右转弯。

为了不使飞机结构过于复杂，本款飞机将不具备后退飞行的能力。

机械传动位于原动机和工作机之间，用以传递运动和动力或力矩，改变运动方式。

传动装置方案设计是否合理，对整个机构的工作性能，尺寸，重量和成本影响都很大。

因此，传动方案的设计是遥控玩具飞机机械及控制部分设计的关键环节之一。

合理的传动方案，首先应满足工作机的工作需求，其次还应该满足工作可靠、传动效率高、结构简单、尺寸紧凑、重量轻、成本低廉、工艺性好等要求。

任何一个方案，要满足上述所有要求都相当困难。

因此要统筹兼顾，抓主要矛盾，满足最重要和最基本的要求。

在中部的齿轮箱内，我的设计是：安排两个电动机，分别带动一组齿轮，一组齿轮和A组旋翼联接，一组齿轮和B组旋翼联接，并且两组齿轮的设置是对称的。

齿轮组设计图如下：
齿轮方案图
材料选择
塑料为合成的高分子化合物，又可称为高分子或巨分子。

大多数塑料质轻，化学性稳定，不会锈蚀；耐冲击性好；具有较好的透明性和耐磨耗性；绝缘性好，导热性低；一般成型性、着色性好，加工成本低；当然塑料也有不少缺点，大部分塑料耐热性差，热膨胀率大，易燃烧；尺寸稳定性差，容易变形；多数塑料耐低温性差，低温下变脆；容易老化；某些塑料易溶于溶剂。

因为本设计是遥控玩具汽车，对材料的很多要求不是很多，因而这些缺点和本设计本不冲突。

聚酰胺Polyamide（简称PA，俗称尼龙）
尼龙6（PA6）
尼龙6又叫PA6，聚酰胺6。

学名：聚己内酰胺
尼龙6为由单体己内酰胺经开环聚合反应生成的线线型聚酰胺，具有唚NH(CH2)5CO重复单元结构。

尼龙6的熔点较低，而且工艺温度范围很宽。

它的抗冲击性和抗溶解性比尼龙66塑料要好,但吸湿性也更强。

弹性比PA66大，疲劳弹性
为了提高尼龙6的机械特性，经常加入各种各样的改性剂。

玻璃就是最常见的添加剂，有时为了提高抗冲击性还加入合成橡胶，如EPDM和SBR等。

对于没有添加剂的产品，尼龙6塑胶原料的收缩率在1%%之间。

%（但和流
程相垂直的方向还要稍高一些）。

成型组装的收缩率主要受材料结晶度和吸湿性影响。

实际的收缩率还和塑件设计、壁厚及其它工艺参数成函数关系。

尼龙6注塑干燥处理由于尼龙6很容易吸收水分，因此加工前的干燥特别要注意。

尼龙6注塑工艺参数熔料温度：240-250℃，对于增强品种为250~280C。

尼龙6抗拉强度和耐磨性优异，有弹性，主要用于制造合成纤聚己内酰胺维，也可用作工程塑料。

其典型应用范围由于有很好的机械强度和刚度被广泛用于结构部件。

由于有很好的耐磨损特性，还用于制造轴承、齿轮。

汽车用高性能增强尼龙6复合材料制造发动机周边部件，如进气歧管、发动机罩盖。

尼龙610(PA610)
尼龙610易于成型，性能介于尼龙6和尼龙66之间。

最大特点是吸水变化很小，尺寸稳定，硬度较高，耐磨性比尼龙6稍差，但可替代尼龙6和尼龙66制作精密尺寸产品。

尼龙66 ：尼龙66为聚已二酰已二胺，工业简称PA66。

常制成圆柱状粒料，～2万。

各种聚酰胺的共同特点是耐燃，抗张强度高（达104千帕），耐磨，电绝缘性好。

尼龙66主要用于汽车、机械工业、电子电器、精密仪器等领域。

从最终用途看，汽车行业消耗的尼龙66占第一位，电子电器占第二位。

大约有88%的尼龙66通过注射成型加工成各种制件，约12%的尼龙66则通过挤出、吹塑等成型加工成相应的制品。

由于尼龙66优良的耐热性、耐化学药品性、强度和加工方便等，因而在汽车工业得到了大量应用，目前几乎已能用于汽车的所有部位，如发动机部位，电器部位和车体部位。

发动机部位包括进气系统和燃油系统，如发动机气缸盖罩、节气门、空气滤清器机器外壳，车用空气喇叭、车用空调软管、冷却风扇及其外壳、进水管、刹车油罐及灌盖，等等。

车体部位零部件有：汽车挡泥板、后视镜架、保险杠、仪表盘、行李架、车门手柄、雨刷支架、安全带扣搭、车内各种装饰件等等。

车内电器方面如电控门窗、连接器、保鲜盒、电缆扎线等。

PA66可生产电子电器绝缘件、精密电子仪器部件、电工照明器具和电子电器的零部件等，可用于制作电饭锅、电动吸尘器、高频电子食品加热器等。

PA66具有优良的耐焊锡性，广泛用作接线盒、开关和电阻器等的生产。

阻燃级PA66
可用于彩电导线夹、固定夹和聚焦旋钮。

列车客车的门把手、货车的制动器接合盘等可用PA66制作。

其它如绝缘垫圈、挡板座、船舶上的涡轮、螺旋桨轴、螺旋推进器、滑动轴承等也可以用PA66制作。

高抗冲击性尼龙66还可制作管钳、塑料模具、无线电控制车身等。

未增强级尼龙66通常用于制造低蠕变、无腐蚀的螺母、螺栓、螺钉、喷嘴等；增强级尼龙66用于生产链条、传送带、扇叶、叶轮和脚手架固定脚扣等。

在家具行业中，也经常采用尼龙66制造的连接件、装饰品、抽屉滑轮、滑轨等。

另外，大量的用品用具也直接以尼龙66来制造，如：齿轮、扇叶、缝纫机凸轮、洗衣机脚，一些以汽油为动力的机械，如割草机。

军事上，刺刀鞘、密件套和火药带等。

45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。

40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。

轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50～58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。

精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA 氮化钢。

这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。

与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。

45号钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。

但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好， 45号钢可以淬硬至HRC42~46。

所以如果需要表面硬度，又希望发挥45#钢优越的机械性能，常将45#钢表面淬火(高频淬火或者直接淬火)，这样就能得到需要的表面硬度。

1. 45号钢淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62）为合格。

实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58）。

2. 45号钢不要采用渗碳淬火的热处理工艺。

调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。

但表面硬度较低，不耐磨。

可用调质+表面淬火提高零件表面硬度。

如果用45号钢渗碳，淬火后芯部会出现硬脆的马氏体，失去渗碳处理的优点。

现在采用渗碳工艺的材料，含碳量都不高，%芯部强度已经可以达到很高，应用上不多见。

%从来没见过实例，只在教科书里有介绍。

可以采用调质+高频表面淬火的工艺，耐磨性较渗碳略差。

GB/T699-1999标准规定的45钢推荐热处理制度为850℃正火、840℃淬火、600℃回火，达到的性能为屈服强度≥355MPa
GB/T699-1999标准规定45钢抗拉强度为600MPa，屈服强度为355MPa，伸长率为16%，断面收缩率为40%，冲击功为39J
合金钢：合金钢 alloy steel 钢里除铁、碳外，加入其他的元素，就叫合金钢。

在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金。

根据添加元素的不同，并采取适当的加工工艺，可获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能。

合金钢种类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢（含量<5%），中合金钢（含量5%～10%），高合金钢（含量>10%）；按质量分为优质合金钢、特质合金钢；按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢（如软磁钢、永磁钢、无磁钢）等。

在钢中除含铁、碳和少量不可避免的硅、锰、磷、碳元素以外，还含有一定量的合金元素，钢中的合金元素有硅、锰、钼、镍、硌、矾、钛、铌、硼、铅、稀土等其中的一种或几种，这种钢叫合金钢。

各国的合金钢系统，随各自的资源情况、生产和使用条件不同而不同，国外以往曾发展镍、硌钢系统，我国则发现以硅、锰、钒、钛、铌、硼、铅、稀土为主的合金钢系统合金钢在钢的总产量中约占百分之十几，一般是在电炉中冶炼的按用途可以把合金钢分为8大类，它们是：合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热不起皮钢，电工用硅钢。

调质钢 1．中碳型合金钢，合金元素含量较低；2．强度较高；3．用于高温螺栓、螺母材料等。

弹簧钢 1、含碳量比调质钢高；2经调质处理，强度较高抗疲劳强度较高；3用于弹簧材料。

滚动轴承钢 1高碳型合金钢，合金含量较高；2具有高而均匀的硬度和耐磨性；3用于滚动轴承。

合金工具钢量具钢 1高碳型合金钢，合
金元素含量较低；2具有高的硬度和耐磨性，机加工性能好，稳定性好；3用于量具材料。

特殊性能钢不锈钢1低碳高合金钢；2抗腐蚀性好；3用于抗腐蚀、部分可做耐热材料。

耐热钢 1低碳高合金钢；2耐热性能好；3用于耐热材料、部分可做抗腐蚀材料。

低温钢1低碳合金钢，根据耐低温程度合金元素有高有低；2抗低温性好；3用于低温材料（专用钢为镍钢）。

原理分析
一个控制系统，除被控目标外，还有测量设备、控制装置及执行机构。

控制系统的控制过程，就是不断消除被控目标实际状态与预定状态之间的偏差的过程。

遥控玩具飞机的控制过程与上述的控制过程是相似的。

根据玩具飞机结构简单，价格要求低廉的特点，拟设计一个开环控制系统。

其基本原理是：由遥控器输入指令（起飞，左右转弯指令），经遥控器中的发射电路通过天线将指令无线电信号发射出去，然后玩具飞机中的接收装置就收到无线电信号并将其转化为相应的控制信号，控制信号控制电动机正反转，通过动作控制机构的机械部分最终产生起飞和转弯的相应动作。

控制原理如下所示：
控制原理
遥控器左操纵杆控制飞机的主旋翼转动，也就是控制中部的两个动力电机的运转；遥控器右操纵杆控制飞机的尾翼旋转，也就是控制尾部的一个导向电机的运转。

当遥控器左操纵杆向前转动时飞机主旋翼旋转，到达一定的速度时飞机开始起飞，左操纵杆越往前推得多，主旋翼旋转速度越大，飞机飞行的动力越足，也就能飞得更高。

在遥控左操纵杆往前转动的同时，操作右操纵杆往左旋转，飞机即往左转弯飞行；在遥控左操纵杆往前转动的同时，操作右操纵杆往右旋转，飞机即往右转弯飞行。

整体造型
飞机整体造型我通过了解市场对此等价格的玩具飞机更倾向于外行美观、结构轻巧的模型，当然从设计来说相对也比较复杂。

我从综合考虑出发，为了能够吸引更多的消费者，决定将其设计为军用迷彩外型，并配有彩色照明灯泡。

飞机的外形主要由曲面和曲线组成，这就给设计带来一定的困难。

因为曲面和曲线在设计中很难把握，如果没处理好，就会使飞机的外形不协调。

为了解决这个问题，我用软件反复调试外形，以至于达到外形逼真的效果。

这一点相对花的时间也是比较长的。

机体颜色的选择
机体颜色是外形设计的一个重要组成部分，如果颜色没有选择好，即使有外形协调，也会使整体不那么美观，不具吸引力。

为了选择合理的颜色，我们还必须了解色彩心理学，因为这更加有助于颜色的选配。

色彩的心理感受有以下几类，冷暖色感、轻重色感、软硬色感、前后色感、大小色感、华朴色感、活沉色感和燥静色感。

基于我们这个设计是遥控玩具飞机，它的消费群体主要是广大的儿童，所以在它的外形的颜色搭配上，我们更多地选用暖色调。

而在配色上，针对它的消费群体的特殊性，配色的主题应该为活力。

综上所述，机体的颜色选择为迷彩以满足儿童的需求。

飞机外壳体的设计
飞机外壳体的设计是整个遥控玩具飞机外型设计的重点和难点，由于它设计到很多复杂的曲面，所以在设计中多次使用了边界混合工具，以及对曲面进行并、交、差布尔运算以及用曲面修剪。

在设计过程中还必须多次创建基准点、曲线和辅助曲面。

最后设计出来的结果如下图所示。

飞机外壳体
机外壳灯箱的设计
飞机外壳灯箱主要是用先拉伸实体，然后通过拉伸命令拉伸出三个大孔，小孔也是通过拉伸获得。

装灯板
电机箱的设计
电机箱
主旋翼主要是通过曲面造型命令草绘出其轮廓，再通过边界混合命令获得。

主旋翼
先通过拉伸命令获得尾翼中部的圆柱体，再拉伸打孔，然后在圆柱体两侧各建立一个平面，平面与圆柱面有相同的角度。

通过拉伸命令获得两翼。

尾翼
主要通过拉伸命令获得。

底座
先通过草绘命令绘出主旋翼的外轮廓，然后通过边界混合绘出旋翼的整个形状，接下来再实体化加厚。

再通过组件把旋翼装配起来。

螺旋桨
大齿轮的设计：使用PROE软件来绘图，先通过旋转命令绘出齿轮的齿柸特征，然后通过拉伸命令绘出单个齿槽特征，在通过阵列命令创建出整个的轮齿特征。

大齿轮
小齿轮
齿轮传动图
中部设置两个相同的大齿轮，两侧分别设置两个相同的小齿轮，两边分别设置一个电机，每一个电机带动一组齿轮，两组齿轮的旋转方向相反。

一电机带动一对齿轮组，两个大齿轮分别与一动力轴相连，动力轴再与主旋翼联接，两电机旋转方向相反，带动两组旋翼以相反的方向旋转。

齿轮组
通过在PROE组件环境下，把底座、机盖、灯箱、齿轮、电机、动力轴、主旋翼、电机箱、尾翼等装配起来，效果图如下
飞机
3电动机的选择
电动机类型的选择
用于遥控电动玩具飞机的传动电机主要有以下几种：直流电动机，永磁无刷
直流电动机和快关磁阻电动机。

在遥控电动玩具飞机上应用的各种传动电动机中，直流电动机的效率相对较低，但是它使用方便，价格便宜，考虑到我们设计的玩具飞机的结构简单，对传动电机的要求并不是很高，所以我们选择直流电动机。

直流电动机的结构
直流电动机有转子和定子，基座和电刷换向装置等主要部件组成。

我选用的直流电动机是有固定磁阻的。

直流电动机的工作原理
直流电动机接上直流电源后，当电枢绕组经电刷和换向器的滑动接触而通过电流时，受到固定不变的磁场的作用而产生电磁力，力的方向可按左手定则来判定，通过控制电枢及固定磁组来控制直流电动机的转矩和转速，电枢的转动带动齿轮转动，经齿轮传动后由螺旋桨轴输出，实现遥控电动飞机的运动。

直流电动机的特点
直流电动机通过电阻来调节转速，需要消耗大量的能量，直流电机在结构上有电刷，换向器等易磨损件，因此存在维修困难，使用寿命不是很长的问题，但一般用于玩具等传动要求不高的器械上能够满足要求。

综上所述，电动机的类型根据动力源和工作条件，选用直流电动机。

（1）电动机额定功率的选择
电动机的额定功率若选小了，则电动机将在过载的状态下运行，会因发热过大而提前损坏，有时还有可能启动不了，若选大了电动机将在欠载状态下运行，其效率及功率因数等指标变差，使综合经济效益下降。

正确选择电动机应考虑玩具飞机升力与重力比较，齿轮传动的效率等性能要求。

（2）电动机额定转速的选择
额定功率相同的电动机，额定转速高时，其体积小，重量轻，价低，效率功率因数也比价高，且从整车性能来说既可减少实际运行过程中的机械损耗，因。