哈工大综合课程设计――双轴转台设计-图文(精)

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书(论文

课程名称:综合课程设计

设计题目:双轴测试转台设计

院系:机电工程学院

班级:1108110班

设计者:崔晓蒙

学号:1110811005

指导教师:陈志刚

设计时间:2014年12月

哈尔滨工业大学

目录

第1 章概述 (2

1.1 课程设计的目的 (2

1.2 课程设计的内容 (2

1.3 课程设计的方法和步骤 (2 1.4 转台课程设计的要求 (3 第2 章转台总体设计 (4

2.1 转台结构类型选择 (4

2.2 转台驱动元件选择 (8

2.3 转台测量元件选择 (9

第3 章转台机械结构设计 (10 3.1 轴系设计 (10

3.2 轴与框架的连接 (12

3.3 框架设计 (15

3.4 配重设计 (16

3.5 限位与锁紧装置设计 (17 第4 章转台驱动元件设计 (19

4.1 传动部件设计 (19

4.2 转动惯量计算 (19

4.3 电机力矩计算 (26

第5 章转台测量元件设计 (28

5.1 角度传感器设计 (28

5.2 角速度传感器设计 (31

5.3 限位开关设计 (32

5.4 走线与滑环 (33

第6 章转台装配工作图设计 (34

6.1 装配工作图绘制要求 (34

6.2 装配工作图尺寸标注 (34

6.3 装配工作图上零件序号、明细栏和标题栏的编写 (34 第7 章转台零件工作图设计 (35

7.1 对零件工作图的绘制要求 (35

7.2 转台主要零件工作图 (35

第8 章编写设计计算说明书 (36

8.1 设计计算说明书的内容 (36

8.2 设计计算说明书格式要求 (36

第9 章课程设计的总结和答辩 (39

参考文献 (4

第1章转台功能分析

1.1 功能分解

转台是一种重要的地面测试设备,用于惯性导航系统和惯性元件检定、标定,以及模拟飞行器姿态运动。转台根据用途可分为仿真转台和惯性测试转台。按机械台体结构分类转台分为立式转台和卧式转台两种。

惯性测试转台,侧重静态或稳态性能,主要用于惯性导航系统和惯性元件如陀螺、加速度计的性能检测和标定。仿真转台,侧重动态性能,仿真转台一般用于武器平台或运动载体的运动状态模拟,本次的设计转台功能主要是X、Y两个自由度的旋转,精确的调速以及带电测量。由以上要求可进行如下功能分解:

3.2功能元理解

列出功能分解图,可在已有的可行的方案中选择可能的原理解,从而进一步对具体结构的元件做细分,可以做出最后的选择,决定转台的结构。

原理解表格如表1-1所示

表1-1 功能元理解 3.3 参数约束

如图7所示,其表示位置精度与其他参数的关系。与位置精度相关的是电机的转动精度、主轴的扭转精度和编码器的精度。主要与电机和编码器的选择、主轴的设计、轴上所有负载的转动惯量有关。

位置精度电机转过角度控制电路编码器精度主轴扭转角度主轴扭转刚度扭转力矩

角加速度轴上转动惯量负载转动惯量

轴的转动惯量

轴的尺寸

第2章转台总体设计

2.1 转台结构类型选择

本次题目设计的是用于惯性器件测试的双轴转台。

双轴转台要求的精度比较高,采用卧式转台结构刚性更好,更稳定,有利于达到精

度指标。驱动力采用电动,轴承选用机械轴承。

2.2转台驱动元件选择

转台是高精度精密测试设备,要求转角精度高、转速平稳,同时又要求调速范围大。对于驱动元件的性能要求很高,要求其具有体积小、重量轻、高精度、低速平稳运行、高藕合刚度、大扭矩、可堵转、快速响应、特性线性度好、调速方便等要求。

转台常用的驱动元件有电机、液压马达等。

液压驱动的优点是:

(1输出力矩大、功率密度高

(2调速范围大,可以从最低角速度 0.0004°/s 无极调速到300°/s

电动机驱动的主要优点是:

(1实现连续回转,而摆动式液压马达则不能。

(2不需要设置液压油源。

驱动元件与框架的联接方式分为直接驱动和间接驱动,直接驱动是输出轴直接与框架固联,优点是有利于改善和提高系统的动态性能和精度,缺点是其低速性能取决于元件本身的低速性能;

间接驱动是将电机或液压马达的输出轴经齿轮减速再与框架轴固联,其主要优点是可以改善系统的超低速性能及用小力矩电机可驱动大力矩负载,缺点是由于齿轮啮合间隙以及齿面磨损后影响系统的精度和稳定性。

常见的电机为力矩电动机和直流伺服电动机。力矩电机转速低,可直接与框架连接形成直接驱动。当驱动力矩增大时,允许的最高转速也减小。

所以,当转台的最高转速较高时不宜采用力矩电机,而采用直流伺服电动机经减速装置驱动的方案。直流伺服电动机的轴向尺寸较大,不宜用于转台的内框和中框轴的驱动。

本次题目所给内外框的精度要求均为''18,而速率范围是内外框都是

s s /400~/01.0︒︒,内框峰值角加速度为2/2000s ︒,外框2/1000s ︒。可以看出,本次设计的测量精度要求比较高,而且速率范围较窄,最大速度不大。所以采用有传动机构的电机和轴的连接会达不到精度要求,采用直接驱动,电机选择无刷直流力矩电机,成本较高。

2.3转台测量元件选择

转台测量元件主要有角度传感器和角速度传感器。角度传感器有光电码盘、感应同步器、旋转变压器,角速度传感器主要是测速机。选择传感器时,按照以下选用原则选择:

(1传感器的准确度小于系统总不确定度的1/3;

(2传感器的精度、分辨率比系统总的精度和分辨率最好高一个数量级;

(3传感器的结构尺寸满足总体安装使用要求;