裝配圖超聲電機(jī)星型減速器傳動(dòng)器的設(shè)計(jì),裝配,超聲,電機(jī),機(jī)電,減速器,傳動(dòng),設(shè)計(jì) 洛陽(yáng)理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 系（部）：機(jī)械工程學(xué)院 2015 年 4月23日 （學(xué)生填表） 課題名稱 超聲電機(jī)行星減速器促動(dòng)器的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 駱開(kāi)陽(yáng) 專業(yè)班級(jí) B110207 課題類型 工程設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 楊奎民 職稱 課題來(lái)源 科研 1. 綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說(shuō)明選題的依據(jù)和意義 射電望遠(yuǎn)鏡（radio telescope）是指觀測(cè)和研究來(lái)自天體的射電波的基本設(shè)備，可以測(cè)量天體射電的強(qiáng)度、頻譜及偏振等量。包括收集射電波的定向天線，放大射電信號(hào)的高靈敏度接收機(jī)，信息記錄﹑處理和顯示系統(tǒng)等。2012年10月28日，亞洲最大的全方位可轉(zhuǎn)動(dòng)射電望遠(yuǎn)鏡在上海天文臺(tái)正式落成。這臺(tái)射電望遠(yuǎn)鏡的綜合性能排名亞洲第一、世界第四，能夠觀測(cè)100多億光年以外的天體，將參與我國(guó)探月工程及各項(xiàng)深空探測(cè)。射電望遠(yuǎn)鏡是主要接收天體射電波段輻射的望遠(yuǎn)鏡。射電望遠(yuǎn)鏡的外形差別很大，有固定在地面的單一口徑的球面射電望遠(yuǎn)鏡，有能夠全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的類似衛(wèi)星接收天線的射電望遠(yuǎn)鏡，有射電望遠(yuǎn)鏡陣列，還有金屬桿制成的射電望遠(yuǎn)鏡。射電天文所研究的對(duì)象﹐有太陽(yáng)那樣強(qiáng)的連續(xù)譜射電源﹐有輻射很強(qiáng)但極其遙遠(yuǎn)因而角徑很小的類星體﹐有角徑和流量密度都很小的恒星﹐也有頻譜很窄﹑角徑很小的天體微波激射源等。為了檢測(cè)到所研究的射電源的信號(hào)﹐將它從鄰近背景源中分辨出來(lái)﹐并進(jìn)而觀測(cè)其結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)﹐射電望遠(yuǎn)鏡必須有足夠的靈敏度和分辨率。 靈敏度是指射電望遠(yuǎn)鏡"最低可測(cè)"的能量值，這個(gè)值越低靈敏度越高。為提高靈敏度常用的辦法有降低接收機(jī)本身的固有噪聲，增大天線接收面積，延長(zhǎng)觀測(cè)積分時(shí)間等。分辨率是指區(qū)分兩個(gè)彼此靠近射電源的能力，分辨率越高就能將越近的兩個(gè)射電源分開(kāi)。那么，怎樣提高射電望遠(yuǎn)鏡的分辨率呢？對(duì)單天線射電望遠(yuǎn)鏡來(lái)說(shuō)，天線的直徑越大分辨率越高。 分辨率指的是區(qū)分兩個(gè)彼此靠近的相同點(diǎn)源的能力﹐因?yàn)閮蓚€(gè)點(diǎn)源角距須大于天線方向圖的半功率波束寬度時(shí)方可分辨﹐故宜將射電望遠(yuǎn)鏡的分辨率規(guī)定為其主方向束的半功率寬。為電波的衍射所限﹐對(duì)簡(jiǎn)單的射電望遠(yuǎn)鏡﹐它由天線孔徑的物理尺寸D 和波長(zhǎng)λ決定。 射電望遠(yuǎn)鏡與光學(xué)望遠(yuǎn)鏡不同，它既沒(méi)有高高豎起的望遠(yuǎn)鏡鏡簡(jiǎn)，也沒(méi)有物鏡，目鏡，它由天線和接收系統(tǒng)兩大部分組成。 1931年，在美國(guó)新澤西州的貝爾實(shí)驗(yàn)室里，負(fù)責(zé)專門搜索和鑒別電話干擾信號(hào)的美國(guó)美國(guó)無(wú)線電工程師卡爾·央斯基(Karl Guthe Jansky)發(fā)現(xiàn)：有一種每隔 23小時(shí)56分04秒出現(xiàn)最大值的無(wú)線電干擾。 經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析，他在1932年發(fā)表的文章中斷言：這是來(lái)自銀河系中射電輻射。由此，楊斯基開(kāi)創(chuàng)了用射電波研究天體的新紀(jì)元。當(dāng)時(shí)他使用的是長(zhǎng)30.5米、高3.66米的旋轉(zhuǎn)天線陣，在14.6米波長(zhǎng)取得了30度寬的 “扇形”方向束。此后，射電望遠(yuǎn)鏡的歷史便是不斷提高分辨率和靈敏度。 自從楊斯基宣布接收到銀河系的射電信號(hào)后，美國(guó)人G·雷伯潛心試制射電望遠(yuǎn)鏡，終于在1937年制造成功。這是一架在第二次世界大戰(zhàn)以前全世界獨(dú)一無(wú)二的拋物面型射電望遠(yuǎn)鏡。它的拋物面天線直徑為9.45米，在1.87米波長(zhǎng)取得了12度的 “鉛筆形”方向束，并測(cè)到了太陽(yáng)以及其它一些天體發(fā)出的無(wú)線電波。因此，雷伯被稱為是拋物面型射電望遠(yuǎn)鏡的首創(chuàng)者。 1946年﹐英國(guó)曼徹斯特大學(xué)開(kāi)始建造直徑66.5米的固定拋物面射電望遠(yuǎn)鏡﹐1955年建成當(dāng)時(shí)世界上最大的76米直徑的可轉(zhuǎn)拋物面射電望遠(yuǎn)鏡。與此同時(shí)﹐澳﹑美﹑蘇﹑法﹑荷等國(guó)也競(jìng)相建造大小不同和形式各異的早期射電望遠(yuǎn)鏡。除了一些直徑在10米以下﹑主要用于觀測(cè)太陽(yáng)的設(shè)備外﹐還出現(xiàn)了一些直徑20～30米的拋物面望遠(yuǎn)鏡﹐發(fā)展了早期的射電干涉儀和綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡。六十年代以來(lái)﹐相繼建成的有美國(guó)國(guó)立射電天文臺(tái)的42.7米﹑加拿大的45.8米﹑澳大利亞的64米全可轉(zhuǎn)拋物面﹑美國(guó)的直徑 305米固定球面﹑工作于厘米和分米波段的射電望遠(yuǎn)鏡（見(jiàn)固定球面射電望遠(yuǎn)鏡）以及一批直徑10米左右的毫米波射電望遠(yuǎn)鏡。因?yàn)榭赊D(zhuǎn)拋物面天線造價(jià)昂貴﹐固定或半固定孔徑形狀（包括拋物面﹑球面﹑拋物柱面﹑拋物面截帶）的天線的技術(shù)得到發(fā)展﹐從而建成了更多的干涉儀和十字陣（見(jiàn)米爾斯十字）。 1962年 Ryle 發(fā)明了綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡并獲得了1974年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 射電天文技術(shù)最初的起步和發(fā)展得益于二戰(zhàn)后大批退役雷達(dá)的"軍轉(zhuǎn)民用"。射電望遠(yuǎn)鏡和雷達(dá)的工作方式不同，雷達(dá)是先發(fā)射無(wú)線電波再接收物體反射的回波，射電望遠(yuǎn)鏡只是被動(dòng)地接收天體發(fā)射的無(wú)線電波.。20世紀(jì)50、60年代，隨著射電技術(shù)的發(fā)展和提高，人們研究成功了射電干涉儀，甚長(zhǎng)基線干涉儀，綜合孔徑望遠(yuǎn)鏡等新型的射電望遠(yuǎn)鏡射電干涉技術(shù)使人們能更有效地從噪音中提取有用的信號(hào)；甚長(zhǎng)基線干涉儀通常是相距上千公里的。幾臺(tái)射電望遠(yuǎn)鏡作干涉儀方式的觀測(cè)，極大地提高了分辨率。 六十年代末至七十年代初﹐不僅建成了一批技術(shù)上成熟﹑有很高靈敏度和分辨率的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡﹐還發(fā)明了有極高分辨率的甚長(zhǎng)基線干涉儀這種所謂現(xiàn)代射電望遠(yuǎn)鏡。另一方面還在計(jì)算技術(shù)基礎(chǔ)上改進(jìn)了經(jīng)典射電望遠(yuǎn)鏡天線的設(shè)計(jì)﹐建成直徑100米的大型精密可跟蹤拋物面射電望遠(yuǎn)鏡（德意志聯(lián)邦共和國(guó)波恩附近。 上世紀(jì)80年代以來(lái)，歐洲的VLBI網(wǎng)﹑美國(guó)的VLBA陣﹑日本的空間VLBI相繼投入使用，這是新一代射電望遠(yuǎn)鏡的代表，它們的靈敏度﹑分辨率和觀測(cè)波段上都大大超過(guò)了以往的望遠(yuǎn)鏡。其中，美國(guó)的超?；€陣列（VLBA）由10個(gè)拋物天線組成，橫跨從夏威夷到圣科洛伊克斯8000千米的距離，其精度是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的500倍，是人眼的60萬(wàn)倍。它所達(dá)到的分辨率相當(dāng)讓一個(gè)人站在紐約看洛杉磯的報(bào)紙。這樣的精度是很多光學(xué)儀器都很難達(dá)到的，而射電望遠(yuǎn)鏡只是通過(guò)電波信號(hào)的接受，就可以達(dá)到這種地步實(shí)在是令人嘆為觀止，這種先進(jìn)的科技完全可以讓人類生活發(fā)生巨大的改變，我們我合理利用這種先進(jìn)技術(shù)去為人類服務(wù)。 今天射電的分辨率高于其它波段幾千倍，能更清晰地揭示射電天體的內(nèi)核；綜合孔徑技術(shù)的研制成功使射電望遠(yuǎn)鏡具備了方便的成像能力，綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡相當(dāng)于工作在射電波段的照相機(jī)。為了更加清晰的接受到宇宙的信號(hào)，科學(xué)家們建議把射電望遠(yuǎn)鏡搬到太空。 2015年02月10日，科學(xué)家正計(jì)劃從地球向宇宙發(fā)射信息，希望主動(dòng)與太陽(yáng)系其他生命取得聯(lián)系，獲取它們的信號(hào)。天文學(xué)家將通過(guò)射電望遠(yuǎn)鏡把信號(hào)發(fā)射到數(shù)百個(gè)遙遠(yuǎn)的星系，希望獲得開(kāi)創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)。 這個(gè)計(jì)劃由加利福尼亞州“地外智能生物搜索研究所”科學(xué)家負(fù)責(zé)。他們認(rèn)為這個(gè)計(jì)劃是人類太空探索的重要一步。如果計(jì)劃進(jìn)展順利，距地球20光年的太空區(qū)域?qū)⑹盏竭@些信息。 巨大的天線是射電望遠(yuǎn)鏡最顯著的標(biāo)志，它的種類很多，有拋物面天線，球面天線，半波偶極子天線，螺旋天線等。最常用的是拋物面天線。天線對(duì)射電望遠(yuǎn)鏡來(lái)說(shuō)，就好比是它的眼睛，它的作用相當(dāng)于光學(xué)望遠(yuǎn)鏡中的物鏡。它要把微弱的宇宙無(wú)線電信號(hào)收集起來(lái)，然后通過(guò)一根特制的管子（波導(dǎo)）把收集到的信號(hào)傳送到接收機(jī)中去放大。接收系統(tǒng)的工作原理和普通收音機(jī)差不多，但它具有極高的靈敏度和穩(wěn)定性。接收系統(tǒng)將信號(hào)放大，從噪音中分離出有用的信號(hào)，并傳給后端的計(jì)算機(jī)記錄下來(lái)。記錄的結(jié)果為許多彎曲的曲線，天文學(xué)家分析這些曲線，得到天體送來(lái)的各種宇宙信息。2012年3月，65米口徑可轉(zhuǎn)動(dòng)射電天文望遠(yuǎn)鏡工程在上海佘山腳下緊張施工，這將是亞洲最大的該類型射電望遠(yuǎn)鏡，總體性能在國(guó)際上處于第四位。據(jù)介紹，這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡屬于中國(guó)科學(xué)院和上海市政府重大合作項(xiàng)目，已于2012年10月28日在滬啟動(dòng)。據(jù)了解，這臺(tái)65米的射電望遠(yuǎn)鏡是中國(guó)科學(xué)院和上海市人民政府于2008年10月底聯(lián)合立項(xiàng)的重大合作項(xiàng)目。其接收范圍覆蓋8個(gè)波段，總體性能列全球第四。這臺(tái)65米的射電天文望遠(yuǎn)鏡如同一只靈敏的耳朵，能仔細(xì)辨別來(lái)自宇宙的射電信號(hào)。它覆蓋了從最長(zhǎng)21厘米到最短7毫米的8個(gè)接收波段，涵蓋了開(kāi)展射電天文觀測(cè)的厘米波波段和長(zhǎng)毫米波波段，是中國(guó)目前口徑最大、波段最全的一臺(tái)全方位可動(dòng)的高性能的射電望遠(yuǎn)鏡，總體性能僅次于美國(guó)的110米射電望遠(yuǎn)鏡、德國(guó)的100米射電望遠(yuǎn)鏡和意大利的64米射電望遠(yuǎn)鏡。 望遠(yuǎn)鏡采用的修正型卡塞格倫天線能在方位和俯仰兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，下方軌道上有6組共12個(gè)輪子驅(qū)動(dòng)天線的方位轉(zhuǎn)動(dòng)，上方的俯仰大齒輪控制天線的俯仰運(yùn)動(dòng)，這使得望遠(yuǎn)鏡可以以高精度指向需要觀測(cè)的天體和航天器，其最高指向精度優(yōu)于3角秒。 望遠(yuǎn)鏡的主反射面面積為3780平方米（相當(dāng)于9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)籃球場(chǎng)），由14圈共1008塊高精度實(shí)面板拼裝成，每塊面板單元精度達(dá)到0.1毫米，代表了國(guó)內(nèi)大尺度高精度面板設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的最高水平。 主反射面的安裝則采用了國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的主動(dòng)面技術(shù)，在面板與天線背架結(jié)構(gòu)的連接處安裝有1104臺(tái)高精度促動(dòng)器，用以補(bǔ)償跟蹤觀測(cè)時(shí)重力引起的反射面變形，提高高頻觀測(cè)的天線接收效率。促動(dòng)器的單位精度可達(dá)15微米，即一根頭發(fā)絲直徑的一半左右。根據(jù)天線總體結(jié)構(gòu)的不同，射電望遠(yuǎn)鏡按設(shè)計(jì)要求可以分為連續(xù)和非連續(xù)孔徑射電望遠(yuǎn)鏡兩大類。按機(jī)械裝置和驅(qū)動(dòng)方式，連續(xù)孔徑射電望遠(yuǎn)鏡（它通常又是非連續(xù)孔徑的基本單元）還可分為三種類型。 主要天線反射面固定，一般用移動(dòng)饋源（又稱照明器）或改變饋源相位的方法。 望遠(yuǎn)鏡坐落的軌道由無(wú)縫焊接技術(shù)全焊接而成。這是國(guó)內(nèi)首次采用全軌道焊接技術(shù)，解決了軌道焊接變形等多項(xiàng)技術(shù)難題。 本次研究課題主要是針對(duì)射電望遠(yuǎn)鏡中單盤拋物面天線的經(jīng)典射電望遠(yuǎn)鏡的的主反射面的拋物面的微調(diào)而準(zhǔn)備的。主要的目的就是能夠快速、準(zhǔn)確的調(diào)整射電望遠(yuǎn)鏡以達(dá)到清楚接受到遠(yuǎn)距離的宇宙信號(hào)，為我國(guó)的天文事業(yè)做出一絲微不足道，但是又是必不可少的貢獻(xiàn)。不積跬步，無(wú)以至千里。本次的研究課題就是射電望遠(yuǎn)鏡的小小基礎(chǔ)，但是也是保證射電望遠(yuǎn)鏡正常，準(zhǔn)確運(yùn)行的重要保證。 而且我在這個(gè)課題中主要致力于研究射電望遠(yuǎn)鏡的支架的電機(jī)系統(tǒng)，，尤其涉及大型射電望遠(yuǎn)鏡主反射面主動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)中使用的專用電動(dòng)執(zhí)行器，屬電動(dòng)執(zhí)行器技術(shù)領(lǐng)域。我采用的超聲電機(jī)星型減速器傳動(dòng)器。超聲電機(jī)的雛形最早由前蘇聯(lián)在60年代初提出。1973年，美國(guó)IBM公司的H.V Barth博士、前蘇聯(lián)的V.H.Lavrinenko等人研制出原理性的超聲電機(jī)。80年代，日本許多科學(xué)工作者致力將美國(guó)和蘇聯(lián)的原理性樣機(jī)開(kāi)發(fā)成使用的超聲電機(jī)，并于90年代初投入到商業(yè)應(yīng)用。至今，日本、美國(guó)、俄羅斯、德國(guó)競(jìng)相研制各種類型和用途的超聲電機(jī)。 超聲電機(jī)與傳統(tǒng)電機(jī)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小型輕量、響應(yīng)速度快，噪聲低、低速大轉(zhuǎn)矩、控制特點(diǎn)好、斷電自鎖、不受磁場(chǎng)干擾，運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，另外還具有耐低溫、真空等適應(yīng)太空環(huán)境的特點(diǎn)。首先由于質(zhì)量輕，低速且大轉(zhuǎn)矩從而不需要附加齒輪等變速結(jié)構(gòu)，避免了使用齒輪變速而產(chǎn)生的震動(dòng)、沖擊與噪聲、低效率、難控制等一系列問(wèn)題；其次它突破了傳統(tǒng)電機(jī)的概念，沒(méi)有電磁繞組和磁路，不用電磁相互作用來(lái)轉(zhuǎn)換能力，而是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)、超聲振動(dòng)和摩擦耦合來(lái)轉(zhuǎn)換能量。從而實(shí)現(xiàn)了安靜、污染小；定位精度高；不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)?？梢哉f(shuō)超聲電機(jī)技術(shù)處于世界上最新高科技之一。 采用超聲電機(jī)是把最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)用來(lái)服務(wù)科研，既可以使超聲電機(jī)這種比較前沿的電機(jī)更快的投入的到民生、科研等等領(lǐng)域，又可以讓射電望遠(yuǎn)鏡的支架的傳動(dòng)系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單、方便、降低成本。為天文望遠(yuǎn)鏡事業(yè)做出一絲小小的貢獻(xiàn)，還可以提高我們這些應(yīng)屆畢業(yè)生的設(shè)計(jì)能力，鞏固我們大學(xué)生涯中所學(xué)到的知識(shí)，一舉多得。 2. 研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問(wèn)題 1、 研究射電望遠(yuǎn)鏡的的支架結(jié)構(gòu) 2、 確定超聲電機(jī)的主要參數(shù)規(guī)格 3、 整個(gè)支架的傳動(dòng)系統(tǒng)的受力分析 4、 整個(gè)系統(tǒng)中主要零件的設(shè)計(jì)計(jì)算，并繪出零件圖紙 5、 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6、 翻譯本專業(yè)英文一篇 3. 研究步驟、方法及措施 1、根據(jù)課題內(nèi)容，查看有關(guān)書(shū)籍，認(rèn)真了解和掌握射電望遠(yuǎn)鏡支架的加工特點(diǎn)及加工能力范圍，重點(diǎn)了解超聲電機(jī)在射電望遠(yuǎn)鏡支架中的地位及變速原理。 2、通過(guò)分析論證，結(jié)合實(shí)踐進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)。包括確定支架箱體結(jié)構(gòu)形式，制訂變速的各傳動(dòng)軸和主動(dòng)軸的總體布局形式及一些主要零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)。 3、根據(jù)合理性的要求不斷反復(fù)的進(jìn)行修改，以達(dá)到最終的設(shè)計(jì)要求和目的。 爭(zhēng)取使設(shè)計(jì)做的全面，正確。 4. 研究工作進(jìn)度 第3周 ~ 第 5周 查閱資料，撰寫開(kāi)題報(bào)告 第 6周 ~ 第11周 進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，確定設(shè)計(jì)方案；對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算，并對(duì)重要零部件進(jìn)行安全與疲勞校核，最后繪制傳動(dòng)器零件圖及裝配圖。 第12周 ~ 第14周 完善設(shè)計(jì)，審查圖紙，翻譯外文文獻(xiàn)，寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)，寫中文摘要并翻譯。 第15周 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文定稿，打印。 第16～17周： 答辯。 5. 參考文獻(xiàn) 【1】 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 于惠力等 科學(xué)出版社，2007? 【2】 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 楊光等 高等教育出版社 2010 【3】 簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 宋寶玉等 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社2008? 【4】 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)．第3卷：機(jī)械零部件設(shè)計(jì)(軸系、支承與其他),?機(jī)械工業(yè)出版社，2010 【5】 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