三軸轉臺設計說明書

1、重慶理工大學畢業(yè)設計 三軸轉臺設計 編號 畢 業(yè) 設 計（論文） 題目 三軸轉臺設計 二級學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 108214802 學生姓名 學號 10821480235 指導教師 職稱 時 間 2012年5月 需要其它圖紙之類的聯系QQ971426848 電錄摘 要3Abstract41 緒論6 1.1 引言6 1.2 國外研究狀況7 1.3國內研究狀況7 1.4 本文研究的內容和主要工作10 1.4.1研究內容概述10 1.4.2 設備主要功能與技術指標102 三軸轉臺系統(tǒng)方案設計11 2.1三軸轉臺工作原理概述11 2.2系統(tǒng)總體方案設計

2、11 2.2.1驅動方案設計12 2.2.2系統(tǒng)總體方案 14 2.3液壓系統(tǒng)原理與實現14 2.3.1液壓系統(tǒng)組成15 2.4控制系統(tǒng)原理與組成17 2.4.1控制系統(tǒng)組成17 2.4.2控制系統(tǒng)工作原理17 2.4.3單端輸出方式接法19 2.4.4接口信號描述203.三軸轉臺機械結構設計203.1 轉臺結構功能分析203.2 機械總體結構設計233.3各框總成結構設計233.3.1外框總成結構設計243.3.2中框總成結構設計253.3.3 內框總成機構設計26 3.4機械結構特性與參數273.4.1三軸轉臺物理參數273.4.2機械傳動系統(tǒng)參數與計算283.4.3機械設計中采取的相應措

3、施29 4.總結與展望29 4.1論文總結29 4.2研究展望30致謝31參考文獻32摘 要 航空、 航天工業(yè)發(fā)展水平是一個國家科技、 經濟及國防實力的重要標志。在航空航天領域中, 慣性導航和制導技術是一項核心技術, 三軸轉臺是測試慣性元件及半實物仿真的重要非標設備, 其性能的好壞直接影響仿真和測試的可靠性和置信度。 三軸轉臺是以控制理論、相似理論、系統(tǒng)技術和信息技術為基礎，利用計算機和專用物理設備為工具，為慣性導航和制導系統(tǒng)仿真試驗提供平臺的關鍵設備【1】。 它能夠復現空間質心運動中的轉角、角速度、角加速度等物理指標。由此，可以在地面試驗室 中真實地模擬導彈、飛行器等在空中的各 種飛行姿態(tài)，

4、以對敏感元件、慣導系統(tǒng)、執(zhí)行機構等加以測試 。將昂貴的實物試驗轉化為試驗室中可預測、可重復性研究，為實物試驗提供充分的技術指標和試驗數據。 論文全面地介紹了機動三軸轉臺整體方案及其控制系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)的工作原理，敘述了方案的實現方法，完成了轉臺各部分的機械結構設計。 關鍵詞：三軸轉臺 伺服系統(tǒng) 液壓 伺服控制Abstract Aviation, aerospace industry development level is a national science and technology, economy and an important symbol of national defense

5、capabilities。In aerospace field, inertial navigation and guidance technology is a core technology, three axis turntable is testing inertial components and hardware-in-the-loop simulation of important non-standard equipment，who will have a direct impact on the performance of simulation and test relia

6、bility and confidence。 The three-axis turntable is control theory, the similarity theory and system technology and information technology as the foundation, based on the computer and special physical equipment for the tool, for inertial navigation and provide the guidance system simulation experimen

7、t platform of key equipment。It can reiteration the corner space centroid movement, angular velocity and Angle acceleration physical parameters and so on。Thus, can be in the ground in the lab, real simulation of missiles, aircraft in the air each kind of etc, in order to flight attitude is sensitive

8、components, inertial system, executive agencies to test。The real test will be expensive can predict into laboratory research and repeatability, to provide adequate for physical test the technical indexes and test data。The real test will be expensive can predict into laboratory research and repeatabi

9、lity, to provide adequate for physical test the technical indexes and test data。 The author also comprehensively presented the overall plan of the automatic three-axis rotary table and its control system, hydraulic system principle. Systematically described the method how to achieve, introduced the

10、mechanical structure of each parts in detailKey words: three-axis turntable Servo system hydraulic servo control1 緒論1.1 引言 在現代軍事工業(yè)、航天工業(yè)中，高精確制導的導彈、魚雷、自動導航的飛行器，在戰(zhàn)爭中具有非常重要的作用，因此世界各國都極其重視制導系統(tǒng)的研制和開發(fā)。在研制的過程中，如何真實準確地獲得飛行數據和規(guī)律，成為研制高性能裝備的關鍵。 在早期的導彈、魚雷、飛行器的研制過程中，為了獲得這些飛行數據，使用的是外場試驗法1，就是在武器上安裝上各種傳感器，并在實際飛行或實際打

11、靶過程中測量實驗數據，再根據測得的數據分析、評價系統(tǒng)的性能，并作為進一步的修改的依據。但是由于這種方法不具備重復性，成本太高，在現實中使用的越來越少。 航空、航天以及航海事業(yè)的發(fā)展水平反映了一個國家的綜合國力，是經濟發(fā)展水平、科技發(fā)展水平及軍事實力的綜合體現。這個領域的發(fā)展對于政治、國防、經濟乃至人民的生活都有著重要的意義。而慣性導航及制導技術是航空、航天、航海領域的一項核心技術，早期的同步衛(wèi)星準確定位、航天飛機的成功發(fā)射、導彈的精確制導，這都得益于高水平的慣性導航和制導系統(tǒng)。而慣性導航與制導系統(tǒng)中的核心元件是陀螺儀和加速度計，它們精度的高低將直接影響慣性系統(tǒng)的定位精度。仿真測試轉臺是航空航天

12、領域中進行地面半實物實時仿真和測試的一種關鍵硬件設備，它可在實驗室環(huán)境內實時地復現飛行器在空中的動力學特性和各種飛行姿態(tài)，其性能的優(yōu)劣直接關系到仿真和測試實驗的逼真性和置信度2，是最典型的測試仿真設備。 目前國內外學者對轉臺誤差的研究主要集中在指向誤差、測角系統(tǒng)誤差、垂直度誤差、軸線不相交度等方面，或者利用多體動力學的方法對轉臺進行空間綜合誤差建模與分析。1.2 國外研究狀況 在國際上，由于慣性制導技術受到世界上技術先進國家和發(fā)展中國家的普遍重視，所以美國、俄羅斯、英國、法國、瑞士、中國、印度等國都投入了大量的資金和人力從事轉臺的研制。其中，美國的轉臺研究一直處于世界領先水平，其次，德國、英國

13、、法國和瑞士等國研制的轉臺也具有一定代表性，性能和質量僅次于美國。 世界上的第一臺轉臺是1945年由美國麻省理工學院儀表實驗室研制成功的，定為A型轉臺，采用普通滾珠軸承，用交流力矩電機驅動，角位置測量元件采用滾珠與微動開關，由于采用的元件精度比較低，加上沒有經驗可以借鑒，該轉臺存在許多缺點，精度也只能達到角分級，實際上沒有投入使用。隨后，美國的歐思一伊利諾斯公司的菲克(Fecker)系統(tǒng)分公司又研制出了T-800型伺服轉臺，它標志著美國的轉臺設計己經達到了一個新水平。六十年代開始對轉臺的重要部件如軸承、驅動馬達和監(jiān)測元件進行了系統(tǒng)的改進，研制成功了專用于轉臺的空氣軸承和液壓軸承，大調速比、高精

14、度的液壓馬達和高分辨率的檢測元件，把轉臺的技術水平推向了一個新臺階。同時誕生了一些專業(yè)生產轉臺的公司，如美國的CGC公司、Carco公司、德國的MBB公司等。 1.3國內研究狀況 我國從60 年代開始研制工作。中船重工707 所在1975 年研制出了DT-1 型單軸測試臺，由機械臺體和電氣控制箱組成，采用交流力矩電機驅動，采用氣浮軸承支承，用感應同步器和旋轉變壓器作為角度測量元件3。 1979 年哈爾濱工業(yè)大學和原六機部354 所及441 廠合作研制了我國第一臺雙軸轉臺T P C T - 1 型雙軸氣浮軸承轉臺，又稱“7194 雙軸臺”。 1993 年，航天部一院13 所研制了SSFT 型雙軸

15、伺服臺，該轉臺是我國最大的雙軸伺服臺，可檢測漂移率為0.01°/h 的二自由度陀螺、加速度計等慣性元件及平臺系統(tǒng)的性能而設計的3。 長春光機所研制的SJT-1 型三軸測試臺，采用分裝式滾珠軸承，增量式圓光柵測量，采用8089 單片機進行控制。最大負載50Kg，具有低速，高精度的特點4。 航空303 所在1975 年研制出SET-1.1 型伺服工作臺，第一次采用了光柵作為測角元件，主要用于伺服工作狀態(tài)試驗，然后陸續(xù)研制出計算機控制的SGT-1 型、SGT-2 型三軸測試臺56。 圖1.3.1 俄羅斯制造的臥式轉臺 圖1.3.2 3KTD-311 型轉臺其中3KTD-565 型轉臺三軸均

16、連續(xù)無限，性能指標如下： 不少大學也一直重視三軸測試轉臺的研制，清華大學、哈爾濱工業(yè)大學、北京航空航天大學、南京航空航天大學等有關單位協作也紛紛研制出電機和液壓馬達驅動的三軸仿真轉臺。1984 年，哈爾濱工業(yè)大學成功地研制出轉臺用直接驅動式電液伺服擺動馬達，其后，對該項技術指標又進行攻關，有較大突破，達到了世界80 年代末先進水平，為研制高性能仿真轉臺奠定了基礎。 1993 年，哈爾濱工業(yè)大學為上海航天局八部研制成功的紅外制導飛行姿態(tài)仿真轉臺使用了各項性能指標又有所提高的液壓擺動馬達，使三軸飛行姿態(tài)仿真轉臺的研制與生產又向世界先進水平邁進了一步。1995 年由南京航空航天大學研制的FT919

17、型電動三軸飛行模擬轉臺，其性能指標也達到了國際同類產品水平7我國的轉臺研制雖然比發(fā)達國家起步晚，但這些年來也取得了一定的成就，特別是近幾年來，轉臺的研制得到了很大的發(fā)展。目前，國內也有很多研究機構和高校在從事轉臺的研究與開發(fā)，例如哈爾濱工業(yè)大學、中航303所、中船6354所、南京航空航天大學等。我國在20世紀60年代自主研發(fā)和制造了第一臺液壓飛行轉臺仿真，為我國早期飛行器控制和制導系統(tǒng)的 發(fā)展做出了巨大的貢獻。進入80年代后，我國將數字控制引入到了轉臺控制中，用軟件實現了復雜控制規(guī)律，參數調整也比模擬控制器方便，將我國的轉臺研究開發(fā)帶入了一個新的時代。1990年，中航303所研制成功了SGT

18、1型三軸捷聯慣導測試轉臺，這是我國第一臺計算機控制的高精度三軸慣導測試臺。進入90年代以來，轉臺的研制進入了數字和模擬的要求也越來越高，這就對轉臺的設計和整定提出了更高的要求。 圖1.3.3 六自由度轉臺 圖1.3.4 3KTD-300赤道陀螺伺服測試臺 1.4 本文研究的內容和主要工作。1.4.1 研究內容概述 三軸轉臺研制包括總體方案設計，機械結構設計，驅動動力部分設計、控制部分設計、數據采集卡設計等。1.4.2 設備主要功能與技術指標1主要功能(1)模擬三個自由度的轉動或擺動，實現360°連續(xù)回轉；(2)轉動或擺動的速度、幅值可調，并能精確定位；(3)三軸轉動規(guī)律由控制輸入，實

19、現聯動，并可實時顯示三軸的角度，在轉動時可以按要求間歇準確停穩(wěn)。2技術指標(1)最大工作負載不小于5Kg；(2)三軸最大轉速不小于10°/s，加減速時間不超過2 秒；(3)裝載工作空間不小于 165× 91；(4)工作臺上安裝 165× 91 的被測物后，被測物形心在轉動過程中位置變化在 10mm 球體之內；(5)三軸自動控制轉動角速度誤差0.1%，角度定位誤差0.1°，三軸垂直度誤差0.1°，工作臺安裝水平，誤差0.05mm；(6)安裝被測物時，被測物形心與回轉中心可重合。 2.三軸轉臺系統(tǒng)方案設計 根據三軸轉臺的設計原則，要求所有零部件必須

20、要實現自動化控制三軸的轉動，這就需要結合三軸轉臺的實際工作環(huán)境及條件，對三軸轉臺的功能、尺寸、精度等其他要求進行分析，提出全新的驅動及機動控制方案，實現三軸轉臺機動連續(xù)回轉，達到預期的機動要求。2.1 三軸轉臺的概述2.1.1三軸轉臺工作原理概述 三軸轉臺在主要是根據計算機的指令， 實時跟隨指令信號， 控制轉臺滾動、 俯仰、航向軸系運動，模擬姿態(tài)角變化，與仿真計算機及射頻系統(tǒng)形成閉合回路8。 機械系統(tǒng)由三個框架和機座兩大部分組成，主要為負載提供安裝基準和滾動、俯仰、航向三軸系回轉運動。電氣系統(tǒng)主要完成轉臺的起停、轉臺監(jiān)控及遠程控制等功能，主要由控制臺、電氣柜等組成。工作時，電氣系統(tǒng)為三軸轉臺三

21、個框架的驅動電機提供動力，使轉臺能夠驅動負載作所需的運動，完成相應的運動?？刂葡到y(tǒng)根據仿真機控制指令，經控制律調節(jié)后，輸出控制信號給相應框架的驅動電機，從而控制電機動作。應用軟件實現轉臺與仿真計算機的實時通訊，記錄轉臺三個框架運動的角位置數據，對試驗的各軸角位置數據處理，繪制運動曲線，監(jiān)控各軸的運動參數，實時進行安全性評估，進行各軸控制律運算，控制 轉臺正確運動9。2.2 系統(tǒng)總體方案設計2.2.1 驅動方案設計 本三軸轉臺內框夾具體要裝夾165× 91圓柱形傳感器，最大重量為15kg，要求能實現360度無限回轉，三軸轉動規(guī)律由控制輸入，實現三軸聯動。同時要求各軸最大轉速不小于10&

22、#176;/s，加減速時間不超過2 秒，要求三軸角度綜合精度0.1°，三軸垂直度誤差0.1°，角度測量誤差0.01°。 要實現三軸轉臺的機動回轉，通常會使用到電機.若用電機遠程驅動，其機械傳動系統(tǒng)也非常復雜。同時考慮到材料的制造工藝性、加工誤差、裝配誤差、機械傳動效率及其它因素的影響，要實現三軸轉臺的各項精度要求是非常困難的。 若用液壓驅動方式，以液壓馬達作為驅動元件，液壓驅動還有以下優(yōu)點：(1)傳動裝置的重量輕、結構緊湊、慣性小。例如，相同功率液壓馬達的體積為電動機的12%13%。(2) 可在大范圍內實現無級調速。借助閥或變量泵、變量馬達，可以實現無級調速，調速

23、范圍可達12000，并可在液壓裝置運行的過程中進行調速。(3)傳遞運動均勻平穩(wěn)，負載變化時速度較穩(wěn)定。(4)液壓裝置易于實現過載保護借助于設置溢流閥等，同時液壓件能自行潤滑，因此使用壽命長。(5)由于液壓傳動是油管連接，所以借助油管的連接可以方便靈活地布置傳動機構。借助于各種控制閥，能很容易地實現復雜的自動工作循環(huán)，而且可以實現遠程控制。 但是液壓驅動具有容易泄露，而且低速性能不佳等弱點，因此要在系統(tǒng)方案的設計中采取措施進行改善。 根據以上分析，結合三軸轉臺的速度控制要求，位置精度，工作環(huán)境等綜合因素，本轉臺采用液壓間接式驅動，遠程機電聯合控制的系統(tǒng)方案。 根據選定的驅動方案，采用液壓馬達作為

24、驅動元件，使用三套獨立的液壓回路，分驅動三軸的轉動。為了克服馬達低速性能問題不佳的弱點，在液壓馬達與軸之間加上蝸輪蝸桿減速器及齒輪減速器，既可以改善低速性能，又能提高運動控制精度與定位精度。軸系采用滾動軸承支承，使用液壓馬達作為驅動元件，經齒輪減速器，蝸輪蝸桿減速器減速后，驅動各軸的轉動。每根軸的端部裝有圓光柵作為檢測元件，實時測量位置與速度，作為控制系統(tǒng)反饋形成閉環(huán)控制。2.2.2 系統(tǒng)總體方案 三軸轉臺系統(tǒng)由機械結構部分、液壓驅動部分、電氣控制部分組成，三個部分.主要設備包括了三軸轉臺工作臺、液壓站、遠程鋼絲繩傳動帶輪、機械 圖2.2.1 所示為其中某一軸的驅動及傳動原理圖。1-蝸輪蝸桿減

25、速器 2-齒輪減速器 3-液壓馬達 4-回轉框 5-圓光柵伺服閥、工控機、交流伺服電機、電氣控制柜、控制面板等，設置在三個不同位置。 圖2.2.2 系統(tǒng)原理圖2.3 液壓系統(tǒng)原理與實現2.3.1 液壓系統(tǒng)組成系統(tǒng)的設計組成圍繞設備的主要參數和功能進行，圖2.3.1 為液壓系統(tǒng)原理圖，系統(tǒng)由液壓動力源、主壓力控制閥、回油壓力控制閥、機液伺服閥、液壓馬達、濾油器和蓄能器組等組成，是閥控馬達式的機液伺服系統(tǒng)，其中機液伺服閥和蓄能器組與液壓馬達及三軸回轉臺較近，而液壓動力源、主壓力控制閥、回油壓力控制閥、濾油器則處于遠離三軸回轉臺的液壓控制站上。2.4 控制系統(tǒng)原理與實現2.4.1 控制系統(tǒng)的組成 控

26、制系統(tǒng)主要由控制計算機、運動控制卡、I/O 板卡、雷賽公司MD556步進電機驅動器、雷賽公司MD556步進電機等部分組成。（1）控制計算機工業(yè)控制計算機是整個控制系統(tǒng)的核心，進行各種數據處理和運算，通過運動控制板卡進行三個軸的運動控制，通過I/O 板卡完成信號輸入和控制輸出。（2）運動控制卡 運動控制卡是運動控制器的一種，運動控制器是在以高速數字信號處理器DSP 為代表的高性能高速微處理器及大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷﨔PGA 的基礎上發(fā)展而來的?；赑CI 總線的開放式運動控制器已成為當今自動化領域應用最廣、功能最強的運動控制器，并且在全球范圍內得到了廣泛的應用42。運動控制器主要用于對機械傳動裝置

27、的位置、速度進行實時的控制管理，使運動部件按照預期的軌跡和規(guī)定的運動參數完成相應的動作。根據運動控制的特點和應用可將運動控制器分為以下三種：點位控制運動控制器、連續(xù)軌跡控制運動控制器和同步控制運動控制器。 圖2.3.1 液壓系統(tǒng)原理圖 1-粗濾油器 2-液壓泵 3-精濾油器 4-主壓力閥 5-回路壓力閥 6-蓄能器 7-機液伺服閥8-液壓馬達 9-齒輪減速器 10-轉臺 11-圓光柵 12-蝸輪蝸桿減速器 13-絲杠螺母副 14-大鋼絲繩帶輪 15-蓄能器 16-控制系統(tǒng) 17-無磁鋼絲繩 18-伺服放大器 19-交流伺服電機 20-小鋼絲繩帶輪 21-單向閥 22-交流電機 這種開放式結構的

28、運動控制系統(tǒng)能充分利用PC 機的資源，可以利用第三方軟件資源完成用戶應用程序開發(fā)，將生成的應用程序指令通過總線傳輸給運動控制器?；赑C 總線的運動控制器是整個控制系統(tǒng)的核心，它接受來自上位PC 機的應用程序命令，按照設定的運動模式，完成相應的實時運動規(guī)劃（點位運動、多軸插補協調運動或多軸同步協調運動），向驅動器發(fā)出相應的運動指令。 這里選用DMC1380經濟型3軸點位運動控制卡.DMC1380運動控制卡是采用雷泰公司自主研發(fā)的運動控制專用芯片設計的PCI總線3軸脈沖式運動控制卡，具有編程簡易、穩(wěn)定可靠、價格便宜等特點，是點位運動控制的首選。 DMC1380適合于控制各種步進電機、交流伺服電機

29、，每軸位置指令脈沖頻率可達1.2MHz?？捎脝温访}沖（脈沖+方向）或雙路脈沖（CW脈沖+CCW脈沖）方式輸出，可以使差分式或單端式。 DMC1380主要用于多軸點位運動控制，具有梯形速度控制功能，可用軟件實現多軸直線查補。電機和I/O信號全部布置在兩個37針插座上。電機控制接口上的I/O信號有光電隔離，另一個37針接口上的IO不帶隔離。 DMC1380卡包含55路I/O端口。其中15路輸入口為光電隔離，8路輸出口為光電隔離；其它輸入輸出口為非隔離。DMC1380具有較高的I/O驅動能力，可直接控制小型繼電器、電磁電磁閥、指示燈等開關器件。DMC1380卡硬件規(guī)格如下：（3）I/O 板卡I/O

30、板卡與計算機連接，用作系統(tǒng)的輸入和輸出；與操作面板和顯示屏相連接。（4）操作面板 設置各類按扭、旋紐、指示燈以及工業(yè)控制計算機的顯示器和觸摸屏，通過I/O 板卡與計算機連接，用來實現設備的手動、點動、單步和自動控制，實現參數、數據、運動函授和功能的輸入。2.4.2 控制系統(tǒng)工作原理2.4.3單端輸出方式接法DMC1380卡第1軸與雷賽公司的MA415B步進電機驅動器的接線方法如圖所示： 2.4.4接口信號描述 3 三軸轉臺機械結構設計 機械結構設計是一個綜合考慮多種因素的復雜過程. 三軸轉臺的總體設計需要根據工作原理、轉臺使用要求和限制條件進行；轉臺的各部件設計除了要考慮各部件的協調外，還應考

31、慮相關力學、材料、工藝、裝配、使用、安全等一系列問題。3.1 轉臺結構功能分析 三軸轉臺要求實現三軸的 360°連續(xù)回轉，并能通過指令實現停止，精確定位于指定位置。要求裝夾固定最大尺寸為165× 91圓柱形傳感器，最大重量為8Kg 的魚雷傳感器。安裝被測物時，被測物形心與回轉中心可重合，被測物形心在轉動過程中位置變化在10mm 球體之內。這對轉臺的外形最大尺寸和結構剛性，旋轉精度等都提出了很高的要求，因此，必須設計選用合適的結構。 三軸轉臺的外形結構可以有多種形式，按底座形式來分可以有龍門式、懸臂式、箱式等；按外框架軸線與水平面的空間位置來分可以有立式和臥式兩種。框架形狀可

32、有半框式、全框式、和混合式?？蚣苁寝D臺重要的結構部件，框架既起支撐作用，又進行轉動，模擬運動姿態(tài)。因此框架要在轉動慣量有盡可能小和裝載體積得到滿足的情況下，有足夠的負載能力和結構強度。 立式轉臺多為半框式結構。圖3.1.1所示為半框式結構三軸轉臺，轉臺內框架全部為半框，半框式結構的主要優(yōu)點是轉臺轉動慣量小，結構簡單，便于安裝、拆卸被測試物。 但是由于結構的不對稱性，當在內框架安裝被測物體，會造成重力偏載，在運動過程中，受到的力矩始終變化，動態(tài)性能差，不便于自動控制。而且半框式結構降低了系統(tǒng)剛性，框架在重力作用下引起靜態(tài)變形量大，這對提高轉臺精度十分有害。 半框式結構三軸轉臺 全框式結構三軸轉臺

33、全框式結構全部采用閉合框架，如圖3.1.2所示，全框式結構提高了轉臺剛性，但是尺寸和高度會成倍增加。如圖3.1.3 所示，若將內框架和中框架設計為封閉的O 型結構，而僅外框采用半框結構，既可以提高中、內框架的剛性，又減小了總體外形尺寸，且內框和中框的自重始終處于平衡狀態(tài)，此種結構稱為混合式結構。 臥式轉臺的外框架為封閉的O 型，如圖3.1.4所示。外框架兩端分別支撐在剛度很高的立柱上，使外框架和轉臺總體機械結構的剛度提高，臥式轉臺的優(yōu)點是加載時受力均勻，靜態(tài)變形小。其主要缺點是當外框架軸向尺寸較大時，彎曲剛度降低，重力作用造成的彎曲變形不容忽視，而且總體結構尺寸巨大，結構安裝和調試不便。經過以

34、上對比，考慮到三軸無磁轉臺的位置精度較高，必須要保證一定的結構剛度，但同時最大速度和加速度要求不高，因此可以采用混合式的框架結構形式。根據以上分析，采用U-O-O 的混合式框架結構形式。 混合式結構三軸轉臺 臥式結構三軸轉臺 3.2 機械總體結構設計 如圖所示見附件CAD圖 三軸無磁轉臺分為轉臺部分和轉臺安裝座部分。轉臺部分通過方法蘭板安裝在安裝座上，轉臺安裝座用螺釘固定在環(huán)形安裝基座上。 安裝座主要由“井”字型支架和無磁不銹鋼板組成，“井”字型支架由無磁不銹鋼板焊接成，中央底部焊接有安裝板，與轉臺部分進行安裝。面上蓋有9 塊薄不銹鋼板，利用螺釘連接，易于拆卸。操作人員可在其上裝拆傳感器或進行

35、其他操作. 閥的布置采用三套獨立的液壓系統(tǒng)分別使用三個閥，呈三角形分布，安裝在“井”字型支架的某一內側面?？拷行囊粋乳_孔，通過液壓油管，離中心較遠的外側開矩形口用于通過鋼絲繩。 轉臺部分主要包括外框總成，中框總成，內框總成三個部分，如圖附件所示。外框為U 型支架，中框、內框為八角環(huán)型框。設外框、中框、內框的回轉軸分別為C 軸、B軸、A 軸，則此三軸決定了無磁磚臺的三個回轉自由度。三軸分用三套各自獨立的液壓系統(tǒng)驅動，其中內框驅動液壓馬達、減速器等安裝在中框上，中框驅動液壓馬達、減速器等安裝在外框一側，而外框驅動液壓馬達、減速器安裝在底部箱體上的。底座箱體上為安裝法蘭板，通過其與安裝座安裝固定。

36、3.3 各框總成結構設計3.3.1外框總成結構設計 圖3.3.1 外框及其軸系結構圖1-羊角框 2-液壓旋轉接頭 3-安裝法蘭板 4-無磁軸承 5-中心軸 6-圓螺母 7-導電滑環(huán) 8-過渡法蘭盤 9-圓光柵 10-工藝孔 11-蝸輪蝸桿副 12-底座箱體外框總成功能為驅動U 型支架繞C 軸回轉。 外框總成主要包括了U 型支架，中心軸，無磁滾動軸承、底座箱體、安裝法蘭板、蝸輪蝸桿減速器、液壓馬達、圓光柵及液壓旋轉接頭和導電滑環(huán)等組成。外框及其軸系部分的支承方式及零件布置如圖3.3.1 所示。 中心軸通過U 型框底部支口定位，其上端圓法蘭與羊角型框底面安裝固定。整個軸系由一對無磁滾動軸承支承，上

37、部軸承安裝在底座箱體軸承安裝孔內，下部軸承通過過渡法蘭盤與底座箱體實現安裝。蝸輪在軸中部，與蝸桿配合，蝸桿安裝支承在底座箱體上，直接與液壓馬達連接。液壓馬達通過渦輪蝸桿減速，帶動軸轉動，從而實現C 軸轉動。軸的底部安裝有光柵，可以實時檢測C 軸的位置和速度參數，作為控制系統(tǒng)的反饋。底座箱體兩側均開有工藝孔，以方便零件的安裝以及檢測維修。導電滑環(huán)可保證外框繞C軸360 度連續(xù)回轉的同時，實現傳感器采集的信號和內框、中框的無磁光柵信號傳輸，且導電滑環(huán)的接流環(huán)和觸點均采用鍍銀工藝，保證各路傳輸信號正確無誤。中心軸采取特殊的設計，與液壓旋轉接頭配合，實現4 條油路的轉接，進行液壓油路的傳輸，提供給中框

38、及內框的液壓動力。3.3.2 中框總成結構設計 中框總成主要由八角環(huán)形架、回轉軸、滾動軸承、液壓旋轉接頭、蝸輪蝸桿減速器和液壓馬達、圓光柵、導電滑環(huán)等組成。其軸系部分的支承方式及零件布置如圖3.3.2所示?；剞D軸由兩對滾動軸承支撐于羊角型支架上，右端為主動 軸，左端為從動軸。蝸輪蝸桿減速器殼體安裝于羊角型支架上，液壓馬達的回轉運動，通過蝸輪蝸桿減速器減速，帶動中框及內框總成，實現繞B 軸的轉動。左端兩個導電滑環(huán)可保證中框繞B軸360 度連續(xù)回轉的同時，實現傳感器采集的信號和內框光柵信號傳輸。主動軸上同樣裝有液壓旋轉接頭，實現2 條油路的轉接，進行液壓油路的傳輸，提供給內框液壓動力。最右端安裝有

39、光柵，可以實時檢測B 軸的位置和速度參數，作為控制系統(tǒng)的反饋。 圖3.3.2 中框及其軸系結構圖1-滾動軸承2-從動軸 3-八角環(huán)形框 4-主動軸 5-液壓旋轉街頭6-蝸輪蝸桿副 7-圓光柵 8-減速器殼體 9-羊角型框 10 導電滑環(huán)3.3.3 內框總成結構設計 內框總成部分包括內回轉框架、夾具體、蝸輪蝸桿減速器、液壓馬達及圓光柵等組成，其軸系部分的支承方式及零件布置如圖3.3.3 所示。 內框回轉軸由無磁滾動軸承支撐在八角環(huán)形中間支架上，蝸輪蝸桿減速器殼體安裝在八角環(huán)形中間支架的外側，液壓馬達與蝸桿連接，通過蝸輪蝸桿減速后驅動內框旋轉。導電滑環(huán)安裝在兩側，用于傳感器采集的數據信號的傳輸。圓

40、光柵安裝在端蓋上，同時與軸相連，進行速度、位置的實時測量。 當液壓馬達停止回轉時，由于蝸輪蝸桿的自鎖作用，即使工作臺受到外力時，也不能轉動，從而保證工作臺的位置不被改變。其中，夾具體通過中間的兩塊法蘭板定位，兩端圓盤用螺釘連接在內框上，對傳感器進行夾緊。夾具隨傳感器形狀不同而變化，最大尺寸保證165× 91，根據給定傳感器的實際尺寸定做。 圖3.3.3 內框及其軸系結構圖1-蝸輪蝸桿副 2-減速器殼體 3-滾動軸承 4-主動軸 5-從動軸 6-內框回轉框架 7-圓光柵 8-滾動軸承 9-夾具體 10 導電滑環(huán) 3.4 機械結構特性與參數3.4.1 三軸轉臺物理特性安裝機座直徑300m

41、m，高15mm，重量10kg；三軸轉臺總高度：610 mm；三軸轉臺的總重量約為：15 kg；其中內框及其負載：5Kg，中框及其負載：8Kg，外框及其負載：10Kg；所需扭矩：A軸：10 Nm，B軸15 Nm，C軸20 Nm3.4.2 機械傳動系統(tǒng)參數及計算1. 無磁液壓馬達參數 表1 液壓馬達參數排量mL/r最低轉速r/min最高轉速r/min0.230030002. 機械傳動系統(tǒng)參數 表2機械傳動系統(tǒng)參數齒輪減速器減速比蝸輪蝸桿減速器減速比最大轉速最小轉速A、B、C 軸1：401：4111°/s1.1°/s3. 圓光柵參數 表3圓光柵參數 掃描頻率工作電壓線數測角準確度

42、20KHz5V10800± 63.4.3 結構設計中采取的相應措施（1）使用三維設計軟件進行了機械結構部分的設計工作，在零部件設計完成后，對結構進行了仿真測試，并計算了各項零件的空間尺寸，保證轉臺連續(xù)回轉時，不會發(fā)生碰撞與干涉；（2）采用了液壓旋轉接頭與導電滑環(huán)來傳輸液壓油路與測量數據信號，保證了轉臺連續(xù)回轉時，液壓管路與傳輸信號線不發(fā)生纏繞。在設計過程中，設計了特殊的回轉軸結構，與液壓旋轉接頭殼體相互配合，簡化了結構，減小了外形尺寸；（3）各軸系均采用無磁滾動軸承作為支撐，減小了回轉過程中軸框的徑向跳動誤差，提高了動態(tài)回轉精度。（4）材料的鑄造過程中，使用無磁坩堝等一整套專用設備進

43、行冶煉，避免有鐵雜質進入鑄件，在切削加工過程中，采用專用的無磁陶瓷刀具，并對材料進行多次磁性測量，保證最終零件的無磁性；（5）內框中設置有被測物的專用夾具，用于被測物的安裝、定位、夾緊，使負載始終處于平衡狀態(tài)，保證各軸直線的相交度、三軸的結構剛性，使被測物在旋轉過程中行心位置變化在 10mm 空間內；（6）合理設計了各軸框尺寸及軸系零件的布置，使無磁三軸轉臺的三軸回轉中心高度距安裝底面0.8m；（7）三軸轉臺底座箱體與底座支架之間的安裝螺釘可微調，用于調整工作臺安裝 的平面度誤差； 4.總結與展望4.1 論文總結 三軸轉臺的研制，對軍事工業(yè)、航空工業(yè)的發(fā)展具有重要意義，國內外各研究所、高校等科

44、研單位對三軸轉臺進行的研究，取得了大量的研究成果。 本文針對轉臺仿真的主要性能指標，做了一定的分析，參考了相關的資料。由于此設備是高精密設備，很難找到樣本，所以按老師的安排，我首先對三軸轉臺進行了機械結構設計，包括標準件的選型；其次是對三軸轉臺仿真進行伺服驅動系統(tǒng)進行設計，最后對控制系統(tǒng)進行設計、幾乎沒有自己設計，這里主要是參考一定的資料，和使用說明書，完成一定的接線；對轉臺的各個數據用途進行了詳細的了解。 本文根據設計要求，對三軸磚臺的研制進行了研究，主要研究工作如下：(1)提出了遠程機液伺服控制方案，介紹了方案中液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)原理及方案實現方法：(2)對三軸無磁轉臺機械部分的總體結構，

45、零部件尺寸，安裝方式等進行了合理設計。4.2 研究展望 本文對三軸轉臺的研制進行了一些研究工作，得到了一些有用的原則與結論。但三軸轉臺設計涉及到的許多理論及研究領域需要探索，現總結如下：(1)本文經過理論分析與研究，完成了三軸轉臺的設計工作，但三軸轉臺作為一個較復雜的系統(tǒng)，在工程實際中會有很多不確定性因素對其性能指標造成影響。因此，有很多技術問題需要在后續(xù)的安裝調試過程中進行解決。最后的安裝調試完成后，要對三軸轉臺的各項性能指標進行實地測試，以測試結果作為轉臺性能的評估依據，并對其做進一步的改進。(2)三軸轉臺的設計提出了結構設計的概念，工程結構設計還是一個新的領域，在這一方面還很少有可以借鑒

46、的研究理論及實踐經驗。結構設計涉及機械、材料、物理、化學等學科等，在這一領域進行深入的研究將是非常有意義的。(3)三軸無磁轉臺的驅動及控制方案是多種的，本文提出了一種機械、液壓、電氣混合式的遠程驅動及控制方案，而液壓系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的性能對方案有著重要的影響，可見，進一步研究新的液壓及控制方案，并對其性能進行研究分析是非常有必要的。(4)本文完成了機械部分的結構設計，沒有用有限元工具對三個軸框的靜態(tài)特性進行分析，作為進一步改進設計的參考依據。三軸轉臺的各軸轉動存在相互耦合的問題，耦合問題對各軸框的結構特性有一定的影響，由于篇幅有限，本文未作詳細分析與總結。 因此，在下一步的研究中，要對三軸轉臺的運動進行建模，并對動力學特性進行深入的研究分析。致謝在論文初完成之際，我謹向所有關心和幫助我的同學、朋友親人、老師表示由衷的感謝！ 首先向張老師表達我最誠摯的謝意，感謝近半年來給予我的無私