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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 題目 三自由度微型飛行器模擬轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì) 專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 088105442 學(xué) 生 姓 名 鄒金生 指 導(dǎo) 教 師 朱保利 填 表 日 期 2012 年 3 月 12 日 一、選題的依據(jù)及意義： 選題的依據(jù) 隨著社會(huì)的發(fā)展，工業(yè)水平的提高，逐步的由大型化轉(zhuǎn)向小型化，轉(zhuǎn)化成微型化。在此發(fā)展的過(guò)程中，機(jī)械制造技術(shù)的水平與制造業(yè)也得到了有個(gè)較快的發(fā)展，它反映的是一個(gè)國(guó)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)品的不斷涌現(xiàn)，與原有的事物相比，其體積是越來(lái)越小。機(jī)械工業(yè)歷來(lái)都是發(fā)達(dá)國(guó)家的重要支柱產(chǎn)業(yè)，是一個(gè)國(guó)家的工業(yè)基礎(chǔ)。從70年代開(kāi)始，由于各國(guó)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)。 一個(gè)國(guó)家需安全、穩(wěn)定，其國(guó)防技術(shù)就不能落后于其它國(guó)家。目前，各國(guó)在國(guó)防建設(shè)的投入是越來(lái)越多，逐年增加，為的就是研制出新的產(chǎn)品，使自己有優(yōu)越于其他國(guó)家。現(xiàn)代軍隊(duì)的裝備越來(lái)越重視其輕型化、技術(shù)化、現(xiàn)代化等。如：微型沖鋒槍、微型機(jī)器人等。飛機(jī)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)是必不可少的，其發(fā)展趨勢(shì)也是向無(wú)人駕駛，微型化發(fā)展。 在微型飛行器的研制過(guò)程中，飛行仿真實(shí)驗(yàn)是必不可少的重要步驟。飛行仿真實(shí)驗(yàn)主要分為測(cè)試飛機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)性能的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和測(cè)試飛機(jī)動(dòng)態(tài)控制性各種機(jī)載傳感器性能的地面半實(shí)物飛行仿真實(shí)驗(yàn)。只有通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，獲取足夠多的飛行器性能數(shù)據(jù)，確證飛行器的外形設(shè)計(jì)符合動(dòng)力學(xué)要求，控制系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定性以及各種機(jī)載穩(wěn)定性以及各種機(jī)載儀器能夠在模擬工作環(huán)境中正常工作，才能進(jìn)行飛行器的試飛工作。 我國(guó)也在研制開(kāi)發(fā)微型飛行器的行列中的一員，因此也就需要進(jìn)行飛行仿真實(shí)驗(yàn)必不可少的實(shí)驗(yàn)設(shè)備——模擬轉(zhuǎn)臺(tái)。為了加快我國(guó)微型飛行器的事業(yè)的發(fā)展，我選擇了三自由度微型飛行器模擬轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)作為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題。 課題的意義 在微型飛行器模擬轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，三軸搖擺臺(tái)是半實(shí)物飛行仿真實(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，提供飛行器飛行時(shí)的航向角、俯仰角、橫滾角以及飛行擾動(dòng)，實(shí)時(shí)模擬飛行器在空氣飛行的姿態(tài)。通過(guò)模擬飛行器的飛行姿態(tài)，測(cè)試飛行器控制系統(tǒng)能否在飛行器受到外界擾動(dòng)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(cè)試飛行器攜帶的機(jī)載傳感器在模擬飛行條件下的工作狀況。 二、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）： 目前，在微型飛行器模擬實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的研究開(kāi)發(fā)方面，多采用齒輪傳動(dòng)，用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。一般是三軸飛行模擬轉(zhuǎn)臺(tái)，實(shí)驗(yàn)時(shí)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(tái)，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(tái)提供三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。在實(shí)際使用時(shí)，由三個(gè)獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。下層轉(zhuǎn)臺(tái)模擬飛行時(shí)的航向角，中層轉(zhuǎn)臺(tái)模擬飛行時(shí)的俯仰角，上層轉(zhuǎn)臺(tái)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，所以在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)時(shí)，模擬轉(zhuǎn)臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)是具有五個(gè)或六個(gè)自由度，要能真實(shí)的模擬飛行器在空中受到的各種力以及影響，并且使其智能化，即由計(jì)算機(jī)控制，以增加模擬的準(zhǔn)確性。 三、研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案： 研究?jī)?nèi)容： 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(duì)相關(guān)類型的模擬轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行分析比較，并確定出新的傳動(dòng)方案，繪制出相應(yīng)傳動(dòng)系統(tǒng)圖。 3．繪制結(jié)構(gòu)圖，包括展開(kāi)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(dòng)方式，并確定驅(qū)動(dòng)動(dòng)力來(lái)源。 8．撰寫說(shuō)明書(shū)。 9．翻譯外文資料。 實(shí)驗(yàn)方案： 方案一、方案二、方案三： 方案一中，主要采用的是齒輪、軸機(jī)構(gòu)。把實(shí)現(xiàn)其功能分為三層轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)，各層轉(zhuǎn)臺(tái)采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)。方案一中存在較多的缺陷：一是機(jī)構(gòu)不夠緊湊，實(shí)現(xiàn)第二層轉(zhuǎn)臺(tái)功能是靠的是支架，這樣不但不好定位而且使整個(gè)機(jī)構(gòu)處于不穩(wěn)定狀態(tài)；二是實(shí)驗(yàn)時(shí)，三層轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)中心必須是在飛行器的運(yùn)動(dòng)中心上的，而此機(jī)構(gòu)較難以保證。第二層轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)中心較難控制，難以保證三軸同心。所以此運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)上是不合理的，不能在實(shí)踐中得到運(yùn)用。 方案二中，采用蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)。這是利用了蝸輪蝸桿的運(yùn)動(dòng)中心較容易控制，設(shè)計(jì)過(guò)程中當(dāng)中，應(yīng)使飛行器的工作轉(zhuǎn)臺(tái)位于蝸輪蝸桿的運(yùn)動(dòng)中心，這樣就可以確保同心的要求。在第一層轉(zhuǎn)臺(tái)當(dāng)中，采用嚙合作用，使整個(gè)上層轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)中心同樣也是在飛行器的運(yùn)動(dòng)中心之上的。在此機(jī)構(gòu)當(dāng)中還采用了軟軸機(jī)構(gòu)，充分利用了軟軸的旋轉(zhuǎn)特性。利用軟軸來(lái)模擬飛行器的橫滾，軟軸直接連接于工作臺(tái)之上的，同時(shí)也可以直接的與步進(jìn)電機(jī)連接，使整個(gè)機(jī)構(gòu)較為緊湊。驅(qū)動(dòng)軟軸的電機(jī)與驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿的電機(jī)列于運(yùn)動(dòng)中心兩側(cè)，這樣有利于整個(gè)工作轉(zhuǎn)臺(tái)的平衡，減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高精度，同時(shí)也便于三軸的同心。此方案總結(jié)來(lái)說(shuō)比較合理，在實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度的同時(shí)，也確保了其運(yùn)動(dòng)中心在同一軸線上。能較好的確保運(yùn)動(dòng)精度和準(zhǔn)確度。 方案三第一層轉(zhuǎn)臺(tái)采用齒輪嚙合，保證工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)中心在齒輪的運(yùn)動(dòng)中心，再利用兩根軟軸來(lái)實(shí)現(xiàn)飛行器的俯仰和橫滾運(yùn)動(dòng)，與兩根軟軸連接的步進(jìn)電機(jī)分布于軸的兩端，便于平衡，降低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，其精確度較高。 總述三種方案，方案三較為方便、緊湊。設(shè)計(jì)過(guò)程中也較為簡(jiǎn)單在本書(shū)中就不予于設(shè)計(jì)與介紹。在本書(shū)中主要介紹方案二。對(duì)方案二的零件進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算。 四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度 目標(biāo)： 1） 設(shè)計(jì)的模擬轉(zhuǎn)臺(tái)具有三個(gè)自由度，有效載荷重量為300—500克，有效載荷空間為Φ150mm，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）以及飛行擾動(dòng)，實(shí)時(shí)模擬微型飛行器在空中的姿態(tài)。 2） 繪制的結(jié)構(gòu)圖包括展開(kāi)圖和剖截圖。 3） 翻譯的外文資料應(yīng)在五千字符以上。 4） 所擬設(shè)計(jì)中涉及標(biāo)準(zhǔn)一律執(zhí)行國(guó)標(biāo)（新）和ISO。 特色：較高的精度，便于控制，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。 工作進(jìn)度： 1） 收集資料、撰寫開(kāi)題報(bào)告 第1周-第2周 2） 轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)方案的選擇及評(píng)價(jià) 第2周-第5周 3） 轉(zhuǎn)臺(tái)裝配圖及零件圖的設(shè)計(jì) 第5周-第10周 4） 相關(guān)外文翻譯 第10周-第11周 5） 撰寫畢業(yè)論文 第11周-第12周 五、參考文獻(xiàn) （1） 許洪基，雷光主編 現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)手冊(cè) 第2版 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 2002 （2）鄧星鐘 主編 機(jī)電傳動(dòng)控制（第三版） 武漢：華中科技大學(xué)出版社 2001年 （3）濮良貴，紀(jì)名剛 主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第7版 北京：高等教育出版社 2001 （4）孫桓，陳作模 主編 機(jī)械原理 第5版 北京：高等教育出版社 （5）王世剛 主編 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐 哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社2001 （6）王啟義 主編 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) 北京：冶金工業(yè)出版社 2002 （7）李振清 主編 機(jī)械設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) 兵器工業(yè)出版社出版 （8）王昆，何小柏，汪信遠(yuǎn) 主編 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