三軸轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì) 編號(hào) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 題目 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì) 二級(jí)學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 108214802 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 10821480235 指導(dǎo)教師 職稱(chēng) 時(shí) 間 2012年5月 需要其它圖紙之類(lèi)的聯(lián)系QQ971426848 電錄摘 要3Abstract41 緒論6 1.1 引言6 1.2 國(guó)外研究狀況7 1.3國(guó)內(nèi)研究狀況7 1.4 本文研究的內(nèi)容和主要工作10 1.4.1研究?jī)?nèi)容概述10 1.4.2 設(shè)備主要功能與技術(shù)指標(biāo)102 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)11 2.1三軸轉(zhuǎn)臺(tái)工作原理概述11 2.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

2、11 2.2.1驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)12 2.2.2系統(tǒng)總體方案 14 2.3液壓系統(tǒng)原理與實(shí)現(xiàn)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(hào)描述203.三軸轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)203.1 轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)功能分析203.2 機(jī)械總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)233.3各框總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)233.3.1外框總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)243.3.2中框總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)253.3.3 內(nèi)框總成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)26 3.4機(jī)械結(jié)構(gòu)特性與參數(shù)273.4.1三軸轉(zhuǎn)臺(tái)物理參數(shù)273.4.2機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)與計(jì)算283.4.3機(jī)械設(shè)計(jì)中采取的相應(yīng)措

3、施29 4.總結(jié)與展望29 4.1論文總結(jié)29 4.2研究展望30致謝31參考文獻(xiàn)32摘 要 航空、 航天工業(yè)發(fā)展水平是一個(gè)國(guó)家科技、 經(jīng)濟(jì)及國(guó)防實(shí)力的重要標(biāo)志。在航空航天領(lǐng)域中, 慣性導(dǎo)航和制導(dǎo)技術(shù)是一項(xiàng)核心技術(shù), 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)是測(cè)試慣性元件及半實(shí)物仿真的重要非標(biāo)設(shè)備, 其性能的好壞直接影響仿真和測(cè)試的可靠性和置信度。 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)是以控制理論、相似理論、系統(tǒng)技術(shù)和信息技術(shù)為基礎(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)和專(zhuān)用物理設(shè)備為工具，為慣性導(dǎo)航和制導(dǎo)系統(tǒng)仿真試驗(yàn)提供平臺(tái)的關(guān)鍵設(shè)備【1】。 它能夠復(fù)現(xiàn)空間質(zhì)心運(yùn)動(dòng)中的轉(zhuǎn)角、角速度、角加速度等物理指標(biāo)。由此，可以在地面試驗(yàn)室 中真實(shí)地模擬導(dǎo)彈、飛行器等在空中的各 種飛行姿態(tài)，

4、以對(duì)敏感元件、慣導(dǎo)系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等加以測(cè)試 。將昂貴的實(shí)物試驗(yàn)轉(zhuǎn)化為試驗(yàn)室中可預(yù)測(cè)、可重復(fù)性研究，為實(shí)物試驗(yàn)提供充分的技術(shù)指標(biāo)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 論文全面地介紹了機(jī)動(dòng)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)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(shí)現(xiàn)方法，完成了轉(zhuǎn)臺(tái)各部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：三軸轉(zhuǎn)臺(tái) 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(xiàn)代軍事工業(yè)、航天工業(yè)中，高精確制導(dǎo)的導(dǎo)彈、魚(yú)雷、自動(dòng)導(dǎo)航的飛行器，在戰(zhàn)爭(zhēng)中具有非常重要的作用，因此世界各國(guó)都極其重視制導(dǎo)系統(tǒng)的研制和開(kāi)發(fā)。在研制的過(guò)程中，如何真實(shí)準(zhǔn)確地獲得飛行數(shù)據(jù)和規(guī)律，成為研制高性能裝備的關(guān)鍵。 在早期的導(dǎo)彈、魚(yú)雷、飛行器的研制過(guò)程中，為了獲得這些飛行數(shù)據(jù)，使用的是外場(chǎng)試驗(yàn)法1，就是在武器上安裝上各種傳感器，并在實(shí)際飛行或?qū)嶋H打

11、靶過(guò)程中測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)分析、評(píng)價(jià)系統(tǒng)的性能，并作為進(jìn)一步的修改的依據(jù)。但是由于這種方法不具備重復(fù)性，成本太高，在現(xiàn)實(shí)中使用的越來(lái)越少。 航空、航天以及航海事業(yè)的發(fā)展水平反映了一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)力，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、科技發(fā)展水平及軍事實(shí)力的綜合體現(xiàn)。這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展對(duì)于政治、國(guó)防、經(jīng)濟(jì)乃至人民的生活都有著重要的意義。而慣性導(dǎo)航及制導(dǎo)技術(shù)是航空、航天、航海領(lǐng)域的一項(xiàng)核心技術(shù)，早期的同步衛(wèi)星準(zhǔn)確定位、航天飛機(jī)的成功發(fā)射、導(dǎo)彈的精確制導(dǎo)，這都得益于高水平的慣性導(dǎo)航和制導(dǎo)系統(tǒng)。而慣性導(dǎo)航與制導(dǎo)系統(tǒng)中的核心元件是陀螺儀和加速度計(jì)，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(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)是航空航天

12、領(lǐng)域中進(jìn)行地面半實(shí)物實(shí)時(shí)仿真和測(cè)試的一種關(guān)鍵硬件設(shè)備，它可在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境內(nèi)實(shí)時(shí)地復(fù)現(xiàn)飛行器在空中的動(dòng)力學(xué)特性和各種飛行姿態(tài)，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到仿真和測(cè)試實(shí)驗(yàn)的逼真性和置信度2，是最典型的測(cè)試仿真設(shè)備。 目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)誤差的研究主要集中在指向誤差、測(cè)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(dòng)力學(xué)的方法對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行空間綜合誤差建模與分析。1.2 國(guó)外研究狀況 在國(guó)際上，由于慣性制導(dǎo)技術(shù)受到世界上技術(shù)先進(jìn)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家的普遍重視，所以美國(guó)、俄羅斯、英國(guó)、法國(guó)、瑞士、中國(guó)、印度等國(guó)都投入了大量的資金和人力從事轉(zhuǎn)臺(tái)的研制。其中，美國(guó)的轉(zhuǎn)臺(tái)研究一直處于世界領(lǐng)先水平，其次，德國(guó)、英國(guó)

13、、法國(guó)和瑞士等國(guó)研制的轉(zhuǎn)臺(tái)也具有一定代表性，性能和質(zhì)量?jī)H次于美國(guó)。 世界上的第一臺(tái)轉(zhuǎn)臺(tái)是1945年由美國(guó)麻省理工學(xué)院儀表實(shí)驗(yàn)室研制成功的，定為A型轉(zhuǎn)臺(tái)，采用普通滾珠軸承，用交流力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)，角位置測(cè)量元件采用滾珠與微動(dòng)開(kāi)關(guān)，由于采用的元件精度比較低，加上沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，該轉(zhuǎn)臺(tái)存在許多缺點(diǎn)，精度也只能達(dá)到角分級(jí)，實(shí)際上沒(méi)有投入使用。隨后，美國(guó)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(zhuǎn)臺(tái)，它標(biāo)志著美國(guó)的轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)己經(jīng)達(dá)到了一個(gè)新水平。六十年代開(kāi)始對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的重要部件如軸承、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和監(jiān)測(cè)元件進(jìn)行了系統(tǒng)的改進(jìn)，研制成功了專(zhuān)用于轉(zhuǎn)臺(tái)的空氣軸承和液壓軸承，大調(diào)速比、高精

14、度的液壓馬達(dá)和高分辨率的檢測(cè)元件，把轉(zhuǎn)臺(tái)的技術(shù)水平推向了一個(gè)新臺(tái)階。同時(shí)誕生了一些專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的公司，如美國(guó)的CGC公司、Carco公司、德國(guó)的MBB公司等。 1.3國(guó)內(nèi)研究狀況 我國(guó)從60 年代開(kāi)始研制工作。中船重工707 所在1975 年研制出了DT-1 型單軸測(cè)試臺(tái)，由機(jī)械臺(tái)體和電氣控制箱組成，采用交流力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用氣浮軸承支承，用感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器作為角度測(cè)量元件3。 1979 年哈爾濱工業(yè)大學(xué)和原六機(jī)部354 所及441 廠合作研制了我國(guó)第一臺(tái)雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)T P C T - 1 型雙軸氣浮軸承轉(zhuǎn)臺(tái)，又稱(chēng)“7194 雙軸臺(tái)”。 1993 年，航天部一院13 所研制了SSFT 型雙軸

15、伺服臺(tái)，該轉(zhuǎn)臺(tái)是我國(guó)最大的雙軸伺服臺(tái)，可檢測(cè)漂移率為0.01°/h 的二自由度陀螺、加速度計(jì)等慣性元件及平臺(tái)系統(tǒng)的性能而設(shè)計(jì)的3。 長(zhǎng)春光機(jī)所研制的SJT-1 型三軸測(cè)試臺(tái)，采用分裝式滾珠軸承，增量式圓光柵測(cè)量，采用8089 單片機(jī)進(jìn)行控制。最大負(fù)載50Kg，具有低速，高精度的特點(diǎn)4。 航空303 所在1975 年研制出SET-1.1 型伺服工作臺(tái)，第一次采用了光柵作為測(cè)角元件，主要用于伺服工作狀態(tài)試驗(yàn)，然后陸續(xù)研制出計(jì)算機(jī)控制的SGT-1 型、SGT-2 型三軸測(cè)試臺(tái)56。 圖1.3.1 俄羅斯制造的臥式轉(zhuǎn)臺(tái) 圖1.3.2 3KTD-311 型轉(zhuǎn)臺(tái)其中3KTD-565 型轉(zhuǎn)臺(tái)三軸均

16、連續(xù)無(wú)限，性能指標(biāo)如下： 不少大學(xué)也一直重視三軸測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)的研制，清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等有關(guān)單位協(xié)作也紛紛研制出電機(jī)和液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的三軸仿真轉(zhuǎn)臺(tái)。1984 年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)成功地研制出轉(zhuǎn)臺(tái)用直接驅(qū)動(dòng)式電液伺服擺動(dòng)馬達(dá)，其后，對(duì)該項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)又進(jìn)行攻關(guān)，有較大突破，達(dá)到了世界80 年代末先進(jìn)水平，為研制高性能仿真轉(zhuǎn)臺(tái)奠定了基礎(chǔ)。 1993 年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)為上海航天局八部研制成功的紅外制導(dǎo)飛行姿態(tài)仿真轉(zhuǎn)臺(tái)使用了各項(xiàng)性能指標(biāo)又有所提高的液壓擺動(dòng)馬達(dá)，使三軸飛行姿態(tài)仿真轉(zhuǎn)臺(tái)的研制與生產(chǎn)又向世界先進(jìn)水平邁進(jìn)了一步。1995 年由南京航空航天大學(xué)研制的FT919

17、型電動(dòng)三軸飛行模擬轉(zhuǎn)臺(tái)，其性能指標(biāo)也達(dá)到了國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品水平7我國(guó)的轉(zhuǎn)臺(tái)研制雖然比發(fā)達(dá)國(guó)家起步晚，但這些年來(lái)也取得了一定的成就，特別是近幾年來(lái)，轉(zhuǎn)臺(tái)的研制得到了很大的發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)也有很多研究機(jī)構(gòu)和高校在從事轉(zhuǎn)臺(tái)的研究與開(kāi)發(fā)，例如哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中航303所、中船6354所、南京航空航天大學(xué)等。我國(guó)在20世紀(jì)60年代自主研發(fā)和制造了第一臺(tái)液壓飛行轉(zhuǎn)臺(tái)仿真，為我國(guó)早期飛行器控制和制導(dǎo)系統(tǒng)的 發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。進(jìn)入80年代后，我國(guó)將數(shù)字控制引入到了轉(zhuǎn)臺(tái)控制中，用軟件實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜控制規(guī)律，參數(shù)調(diào)整也比模擬控制器方便，將我國(guó)的轉(zhuǎn)臺(tái)研究開(kāi)發(fā)帶入了一個(gè)新的時(shí)代。1990年，中航303所研制成功了SGT

18、1型三軸捷聯(lián)慣導(dǎo)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)，這是我國(guó)第一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的高精度三軸慣導(dǎo)測(cè)試臺(tái)。進(jìn)入90年代以來(lái)，轉(zhuǎn)臺(tái)的研制進(jìn)入了數(shù)字和模擬的要求也越來(lái)越高，這就對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)和整定提出了更高的要求。 圖1.3.3 六自由度轉(zhuǎn)臺(tái) 圖1.3.4 3KTD-300赤道陀螺伺服測(cè)試臺(tái) 1.4 本文研究的內(nèi)容和主要工作。1.4.1 研究?jī)?nèi)容概述 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)研制包括總體方案設(shè)計(jì)，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力部分設(shè)計(jì)、控制部分設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計(jì)等。1.4.2 設(shè)備主要功能與技術(shù)指標(biāo)1主要功能(1)模擬三個(gè)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)360°連續(xù)回轉(zhuǎn)；(2)轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)的速度、幅值可調(diào)，并能精確定位；(3)三軸轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)律由控制輸入，實(shí)

19、現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，并可實(shí)時(shí)顯示三軸的角度，在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以按要求間歇準(zhǔn)確停穩(wěn)。2技術(shù)指標(biāo)(1)最大工作負(fù)載不小于5Kg；(2)三軸最大轉(zhuǎn)速不小于10°/s，加減速時(shí)間不超過(guò)2 秒；(3)裝載工作空間不小于 165× 91；(4)工作臺(tái)上安裝 165× 91 的被測(cè)物后，被測(cè)物形心在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中位置變化在 10mm 球體之內(nèi)；(5)三軸自動(dòng)控制轉(zhuǎn)動(dòng)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(tái)安裝水平，誤差0.05mm；(6)安裝被測(cè)物時(shí)，被測(cè)物形心與回轉(zhuǎn)中心可重合。 2.三軸轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 根據(jù)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)原則，要求所有零部件必須

20、要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制三軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，這就需要結(jié)合三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的實(shí)際工作環(huán)境及條件，對(duì)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的功能、尺寸、精度等其他要求進(jìn)行分析，提出全新的驅(qū)動(dòng)及機(jī)動(dòng)控制方案，實(shí)現(xiàn)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)動(dòng)連續(xù)回轉(zhuǎn)，達(dá)到預(yù)期的機(jī)動(dòng)要求。2.1 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的概述2.1.1三軸轉(zhuǎn)臺(tái)工作原理概述 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)在主要是根據(jù)計(jì)算機(jī)的指令， 實(shí)時(shí)跟隨指令信號(hào)， 控制轉(zhuǎn)臺(tái)滾動(dòng)、 俯仰、航向軸系運(yùn)動(dòng)，模擬姿態(tài)角變化，與仿真計(jì)算機(jī)及射頻系統(tǒng)形成閉合回路8。 機(jī)械系統(tǒng)由三個(gè)框架和機(jī)座兩大部分組成，主要為負(fù)載提供安裝基準(zhǔn)和滾動(dòng)、俯仰、航向三軸系回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。電氣系統(tǒng)主要完成轉(zhuǎn)臺(tái)的起停、轉(zhuǎn)臺(tái)監(jiān)控及遠(yuǎn)程控制等功能，主要由控制臺(tái)、電氣柜等組成。工作時(shí)，電氣系統(tǒng)為三軸轉(zhuǎn)臺(tái)三

21、個(gè)框架的驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供動(dòng)力，使轉(zhuǎn)臺(tái)能夠驅(qū)動(dòng)負(fù)載作所需的運(yùn)動(dòng)，完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)仿真機(jī)控制指令，經(jīng)控制律調(diào)節(jié)后，輸出控制信號(hào)給相應(yīng)框架的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，從而控制電機(jī)動(dòng)作。應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)與仿真計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)通訊，記錄轉(zhuǎn)臺(tái)三個(gè)框架運(yùn)動(dòng)的角位置數(shù)據(jù)，對(duì)試驗(yàn)的各軸角位置數(shù)據(jù)處理，繪制運(yùn)動(dòng)曲線，監(jiān)控各軸的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，實(shí)時(shí)進(jìn)行安全性評(píng)估，進(jìn)行各軸控制律運(yùn)算，控制 轉(zhuǎn)臺(tái)正確運(yùn)動(dòng)9。2.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.2.1 驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 本三軸轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)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(shí)現(xiàn)360度無(wú)限回轉(zhuǎn)，三軸轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)律由控制輸入，實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)。同時(shí)要求各軸最大轉(zhuǎn)速不小于10&

22、#176;/s，加減速時(shí)間不超過(guò)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(cè)量誤差0.01°。 要實(shí)現(xiàn)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的機(jī)動(dòng)回轉(zhuǎn)，通常會(huì)使用到電機(jī).若用電機(jī)遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)，其機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)也非常復(fù)雜。同時(shí)考慮到材料的制造工藝性、加工誤差、裝配誤差、機(jī)械傳動(dòng)效率及其它因素的影響，要實(shí)現(xiàn)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的各項(xiàng)精度要求是非常困難的。 若用液壓驅(qū)動(dòng)方式，以液壓馬達(dá)作為驅(qū)動(dòng)元件，液壓驅(qū)動(dòng)還有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)傳動(dòng)裝置的重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。例如，相同功率液壓馬達(dá)的體積為電動(dòng)機(jī)的12%13%。(2) 可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。借助閥或變量泵、變量馬達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速

23、范圍可達(dá)12000，并可在液壓裝置運(yùn)行的過(guò)程中進(jìn)行調(diào)速。(3)傳遞運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn)，負(fù)載變化時(shí)速度較穩(wěn)定。(4)液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)借助于設(shè)置溢流閥等，同時(shí)液壓件能自行潤(rùn)滑，因此使用壽命長(zhǎng)。(5)由于液壓傳動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)。借助于各種控制閥，能很容易地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)，而且可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。 但是液壓驅(qū)動(dòng)具有容易泄露，而且低速性能不佳等弱點(diǎn)，因此要在系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)中采取措施進(jìn)行改善。 根據(jù)以上分析，結(jié)合三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的速度控制要求，位置精度，工作環(huán)境等綜合因素，本轉(zhuǎn)臺(tái)采用液壓間接式驅(qū)動(dòng)，遠(yuǎn)程機(jī)電聯(lián)合控制的系統(tǒng)方案。 根據(jù)選定的驅(qū)動(dòng)方案，采用液壓馬達(dá)作為

24、驅(qū)動(dòng)元件，使用三套獨(dú)立的液壓回路，分驅(qū)動(dòng)三軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。為了克服馬達(dá)低速性能問(wèn)題不佳的弱點(diǎn)，在液壓馬達(dá)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(yùn)動(dòng)控制精度與定位精度。軸系采用滾動(dòng)軸承支承，使用液壓馬達(dá)作為驅(qū)動(dòng)元件，經(jīng)齒輪減速器，蝸輪蝸桿減速器減速后，驅(qū)動(dòng)各軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。每根軸的端部裝有圓光柵作為檢測(cè)元件，實(shí)時(shí)測(cè)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(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)由機(jī)械結(jié)構(gòu)部分、液壓驅(qū)動(dòng)部分、電氣控制部分組成，三個(gè)部分.主要設(shè)備包括了三軸轉(zhuǎn)臺(tái)工作臺(tái)、液壓站、遠(yuǎn)程鋼絲繩傳動(dòng)帶輪、機(jī)械 圖2.2.1 所示為其中某一軸的驅(qū)動(dòng)及傳動(dòng)原理圖。1-蝸輪蝸桿減

25、速器 2-齒輪減速器 3-液壓馬達(dá) 4-回轉(zhuǎn)框 5-圓光柵伺服閥、工控機(jī)、交流伺服電機(jī)、電氣控制柜、控制面板等，設(shè)置在三個(gè)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(shí)現(xiàn)2.3.1 液壓系統(tǒng)組成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)組成圍繞設(shè)備的主要參數(shù)和功能進(jìn)行，圖2.3.1 為液壓系統(tǒng)原理圖，系統(tǒng)由液壓動(dòng)力源、主壓力控制閥、回油壓力控制閥、機(jī)液伺服閥、液壓馬達(dá)、濾油器和蓄能器組等組成，是閥控馬達(dá)式的機(jī)液伺服系統(tǒng)，其中機(jī)液伺服閥和蓄能器組與液壓馬達(dá)及三軸回轉(zhuǎn)臺(tái)較近，而液壓動(dòng)力源、主壓力控制閥、回油壓力控制閥、濾油器則處于遠(yuǎn)離三軸回轉(zhuǎn)臺(tái)的液壓控制站上。2.4 控制系統(tǒng)原理與實(shí)現(xiàn)2.4.1 控制系統(tǒng)的組成 控

26、制系統(tǒng)主要由控制計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、I/O 板卡、雷賽公司MD556步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、雷賽公司MD556步進(jìn)電機(jī)等部分組成。（1）控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，進(jìn)行各種數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算，通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制板卡進(jìn)行三個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)控制，通過(guò)I/O 板卡完成信號(hào)輸入和控制輸出。（2）運(yùn)動(dòng)控制卡 運(yùn)動(dòng)控制卡是運(yùn)動(dòng)控制器的一種，運(yùn)動(dòng)控制器是在以高速數(shù)字信號(hào)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(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的?；赑CI 總線的開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制器已成為當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用最廣、功能最強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制器，并且在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用42。運(yùn)動(dòng)控制器主要用于對(duì)機(jī)械傳動(dòng)裝置

27、的位置、速度進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制管理，使運(yùn)動(dòng)部件按照預(yù)期的軌跡和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)完成相應(yīng)的動(dòng)作。根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制的特點(diǎn)和應(yīng)用可將運(yùn)動(dòng)控制器分為以下三種：點(diǎn)位控制運(yùn)動(dòng)控制器、連續(xù)軌跡控制運(yùn)動(dòng)控制器和同步控制運(yùn)動(dòng)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(jī)液伺服閥8-液壓馬達(dá) 9-齒輪減速器 10-轉(zhuǎn)臺(tái) 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(wú)磁鋼絲繩 18-伺服放大器 19-交流伺服電機(jī) 20-小鋼絲繩帶輪 21-單向閥 22-交流電機(jī) 這種開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的

28、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)能充分利用PC 機(jī)的資源，可以利用第三方軟件資源完成用戶應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)，將生成的應(yīng)用程序指令通過(guò)總線傳輸給運(yùn)動(dòng)控制器?；赑C 總線的運(yùn)動(dòng)控制器是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它接受來(lái)自上位PC 機(jī)的應(yīng)用程序命令，按照設(shè)定的運(yùn)動(dòng)模式，完成相應(yīng)的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃（點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)、多軸插補(bǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)或多軸同步協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)），向驅(qū)動(dòng)器發(fā)出相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)指令。 這里選用DMC1380經(jīng)濟(jì)型3軸點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)控制卡.DMC1380運(yùn)動(dòng)控制卡是采用雷泰公司自主研發(fā)的運(yùn)動(dòng)控制專(zhuān)用芯片設(shè)計(jì)的PCI總線3軸脈沖式運(yùn)動(dòng)控制卡，具有編程簡(jiǎn)易、穩(wěn)定可靠、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，是點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)控制的首選。 DMC1380適合于控制各種步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)

29、，每軸位置指令脈沖頻率可達(dá)1.2MHz。可用單路脈沖（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(diǎn)位運(yùn)動(dòng)控制，具有梯形速度控制功能，可用軟件實(shí)現(xiàn)多軸直線查補(bǔ)。電機(jī)和I/O信號(hào)全部布置在兩個(gè)37針插座上。電機(jī)控制接口上的I/O信號(hào)有光電隔離，另一個(gè)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(qū)動(dòng)能力，可直接控制小型繼電器、電磁電磁閥、指示燈等開(kāi)關(guān)器件。DMC1380卡硬件規(guī)格如下：（3）I/O 板卡I/O

30、板卡與計(jì)算機(jī)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(shè)置各類(lèi)按扭、旋紐、指示燈以及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的顯示器和觸摸屏，通過(guò)I/O 板卡與計(jì)算機(jī)連接，用來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的手動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)、單步和自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)參數(shù)、數(shù)據(jù)、運(yùn)動(dòng)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的接線方法如圖所示： 2.4.4接口信號(hào)描述 3 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合考慮多種因素的復(fù)雜過(guò)程. 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的總體設(shè)計(jì)需要根據(jù)工作原理、轉(zhuǎn)臺(tái)使用要求和限制條件進(jìn)行；轉(zhuǎn)臺(tái)的各部件設(shè)計(jì)除了要考慮各部件的協(xié)調(diào)外，還應(yīng)考

31、慮相關(guān)力學(xué)、材料、工藝、裝配、使用、安全等一系列問(wèn)題。3.1 轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)功能分析 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)要求實(shí)現(xiàn)三軸的 360°連續(xù)回轉(zhuǎn)，并能通過(guò)指令實(shí)現(xiàn)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(yú)雷傳感器。安裝被測(cè)物時(shí)，被測(cè)物形心與回轉(zhuǎn)中心可重合，被測(cè)物形心在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中位置變化在10mm 球體之內(nèi)。這對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的外形最大尺寸和結(jié)構(gòu)剛性，旋轉(zhuǎn)精度等都提出了很高的要求，因此，必須設(shè)計(jì)選用合適的結(jié)構(gòu)。 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的外形結(jié)構(gòu)可以有多種形式，按底座形式來(lái)分可以有龍門(mén)式、懸臂式、箱式等；按外框架軸線與水平面的空間位置來(lái)分可以有立式和臥式兩種?？蚣苄螤羁?/p>

32、有半框式、全框式、和混合式。框架是轉(zhuǎn)臺(tái)重要的結(jié)構(gòu)部件，框架既起支撐作用，又進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。因此框架要在轉(zhuǎn)動(dòng)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(fù)載能力和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。 立式轉(zhuǎn)臺(tái)多為半框式結(jié)構(gòu)。圖3.1.1所示為半框式結(jié)構(gòu)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)，轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)框架全部為半框，半框式結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝、拆卸被測(cè)試物。 但是由于結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱(chēng)性，當(dāng)在內(nèi)框架安裝被測(cè)物體，會(huì)造成重力偏載，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，受到的力矩始終變化，動(dòng)態(tài)性能差，不便于自動(dòng)控制。而且半框式結(jié)構(gòu)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(duì)提高轉(zhuǎn)臺(tái)精度十分有害。 半框式結(jié)構(gòu)三軸轉(zhuǎn)臺(tái) 全框式結(jié)構(gòu)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)

33、全框式結(jié)構(gòu)全部采用閉合框架，如圖3.1.2所示，全框式結(jié)構(gòu)提高了轉(zhuǎn)臺(tái)剛性，但是尺寸和高度會(huì)成倍增加。如圖3.1.3 所示，若將內(nèi)框架和中框架設(shè)計(jì)為封閉的O 型結(jié)構(gòu)，而僅外框采用半框結(jié)構(gòu)，既可以提高中、內(nèi)框架的剛性，又減小了總體外形尺寸，且內(nèi)框和中框的自重始終處于平衡狀態(tài)，此種結(jié)構(gòu)稱(chēng)為混合式結(jié)構(gòu)。 臥式轉(zhuǎn)臺(tái)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(zhuǎn)臺(tái)總體機(jī)械結(jié)構(gòu)的剛度提高，臥式轉(zhuǎn)臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是加載時(shí)受力均勻，靜態(tài)變形小。其主要缺點(diǎn)是當(dāng)外框架軸向尺寸較大時(shí)，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(jié)構(gòu)尺寸巨大，結(jié)構(gòu)安裝和調(diào)試不便。經(jīng)過(guò)以

34、上對(duì)比，考慮到三軸無(wú)磁轉(zhuǎn)臺(tái)的位置精度較高，必須要保證一定的結(jié)構(gòu)剛度，但同時(shí)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(jié)構(gòu)形式。根據(jù)以上分析，采用U-O-O 的混合式框架結(jié)構(gòu)形式。 混合式結(jié)構(gòu)三軸轉(zhuǎn)臺(tái) 臥式結(jié)構(gòu)三軸轉(zhuǎn)臺(tái) 3.2 機(jī)械總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 如圖所示見(jiàn)附件CAD圖 三軸無(wú)磁轉(zhuǎn)臺(tái)分為轉(zhuǎn)臺(tái)部分和轉(zhuǎn)臺(tái)安裝座部分。轉(zhuǎn)臺(tái)部分通過(guò)方法蘭板安裝在安裝座上，轉(zhuǎn)臺(tái)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(wú)磁不銹鋼板組成，“井”字型支架由無(wú)磁不銹鋼板焊接成，中央底部焊接有安裝板，與轉(zhuǎn)臺(tái)部分進(jìn)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(jìn)行

35、其他操作. 閥的布置采用三套獨(dú)立的液壓系統(tǒng)分別使用三個(gè)閥，呈三角形分布，安裝在“井”字型支架的某一內(nèi)側(cè)面?？拷行囊粋?cè)開(kāi)孔，通過(guò)液壓油管，離中心較遠(yuǎn)的外側(cè)開(kāi)矩形口用于通過(guò)鋼絲繩。 轉(zhuǎn)臺(tái)部分主要包括外框總成，中框總成，內(nèi)框總成三個(gè)部分，如圖附件所示。外框?yàn)閁 型支架，中框、內(nèi)框?yàn)榘私黔h(huán)型框。設(shè)外框、中框、內(nèi)框的回轉(zhuǎn)軸分別為C 軸、B軸、A 軸，則此三軸決定了無(wú)磁磚臺(tái)的三個(gè)回轉(zhuǎn)自由度。三軸分用三套各自獨(dú)立的液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，其中內(nèi)框驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)、減速器等安裝在中框上，中框驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)、減速器等安裝在外框一側(cè)，而外框驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)、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(guò)其與安裝座安裝固定。

36、3.3 各框總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.3.1外框總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖3.3.1 外框及其軸系結(jié)構(gòu)圖1-羊角框 2-液壓旋轉(zhuǎn)接頭 3-安裝法蘭板 4-無(wú)磁軸承 5-中心軸 6-圓螺母 7-導(dǎo)電滑環(huán) 8-過(guò)渡法蘭盤(pán) 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(qū)動(dòng)U 型支架繞C 軸回轉(zhuǎn)。 外框總成主要包括了U 型支架，中心軸，無(wú)磁滾動(dòng)軸承、底座箱體、安裝法蘭板、蝸輪蝸桿減速器、液壓馬達(dá)、圓光柵及液壓旋轉(zhuǎn)接頭和導(dǎo)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(guò)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(gè)軸系由一對(duì)無(wú)磁滾動(dòng)軸承支承，上

37、部軸承安裝在底座箱體軸承安裝孔內(nèi)，下部軸承通過(guò)過(guò)渡法蘭盤(pán)與底座箱體實(shí)現(xiàn)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(dá)連接。液壓馬達(dá)通過(guò)渦輪蝸桿減速，帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)C 軸轉(zhuǎn)動(dòng)。軸的底部安裝有光柵，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)C 軸的位置和速度參數(shù)，作為控制系統(tǒng)的反饋。底座箱體兩側(cè)均開(kāi)有工藝孔，以方便零件的安裝以及檢測(cè)維修。導(dǎo)電滑環(huán)可保證外框繞C軸360 度連續(xù)回轉(zhuǎn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)傳感器采集的信號(hào)和內(nèi)框、中框的無(wú)磁光柵信號(hào)傳輸，且導(dǎo)電滑環(huán)的接流環(huán)和觸點(diǎn)均采用鍍銀工藝，保證各路傳輸信號(hào)正確無(wú)誤。中心軸采取特殊的設(shè)計(jì)，與液壓旋轉(zhuǎn)接頭配合，實(shí)現(xiàn)4 條油路的轉(zhuǎn)接，進(jìn)行液壓油路的傳輸，提供給中框

38、及內(nèi)框的液壓動(dòng)力。3.3.2 中框總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 中框總成主要由八角環(huán)形架、回轉(zhuǎn)軸、滾動(dòng)軸承、液壓旋轉(zhuǎn)接頭、蝸輪蝸桿減速器和液壓馬達(dá)、圓光柵、導(dǎo)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(zhuǎn)軸由兩對(duì)滾動(dòng)軸承支撐于羊角型支架上，右端為主動(dòng) 軸，左端為從動(dòng)軸。蝸輪蝸桿減速器殼體安裝于羊角型支架上，液壓馬達(dá)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)蝸輪蝸桿減速器減速，帶動(dòng)中框及內(nèi)框總成，實(shí)現(xiàn)繞B 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。左端兩個(gè)導(dǎo)電滑環(huán)可保證中框繞B軸360 度連續(xù)回轉(zhuǎn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)傳感器采集的信號(hào)和內(nèi)框光柵信號(hào)傳輸。主動(dòng)軸上同樣裝有液壓旋轉(zhuǎn)接頭，實(shí)現(xiàn)2 條油路的轉(zhuǎn)接，進(jìn)行液壓油路的傳輸，提供給內(nèi)框液壓動(dòng)力。最右端安裝有

39、光柵，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)B 軸的位置和速度參數(shù)，作為控制系統(tǒng)的反饋。 圖3.3.2 中框及其軸系結(jié)構(gòu)圖1-滾動(dòng)軸承2-從動(dòng)軸 3-八角環(huán)形框 4-主動(dòng)軸 5-液壓旋轉(zhuǎn)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(dǎo)電滑環(huán)3.3.3 內(nèi)框總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 內(nèi)框總成部分包括內(nèi)回轉(zhuǎn)框架、夾具體、蝸輪蝸桿減速器、液壓馬達(dá)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(nèi)框回轉(zhuǎn)軸由無(wú)磁滾動(dòng)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(cè)，液壓馬達(dá)與蝸桿連接，通過(guò)蝸輪蝸桿減速后驅(qū)動(dòng)內(nèi)框旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)電滑環(huán)安裝在兩側(cè)，用于傳感器采集的數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸。圓

40、光柵安裝在端蓋上，同時(shí)與軸相連，進(jìn)行速度、位置的實(shí)時(shí)測(cè)量。 當(dāng)液壓馬達(dá)停止回轉(zhuǎn)時(shí)，由于蝸輪蝸桿的自鎖作用，即使工作臺(tái)受到外力時(shí)，也不能轉(zhuǎn)動(dòng)，從而保證工作臺(tái)的位置不被改變。其中，夾具體通過(guò)中間的兩塊法蘭板定位，兩端圓盤(pán)用螺釘連接在內(nèi)框上，對(duì)傳感器進(jìn)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(jù)給定傳感器的實(shí)際尺寸定做。 圖3.3.3 內(nèi)框及其軸系結(jié)構(gòu)圖1-蝸輪蝸桿副 2-減速器殼體 3-滾動(dòng)軸承 4-主動(dòng)軸 5-從動(dòng)軸 6-內(nèi)框回轉(zhuǎn)框架 7-圓光柵 8-滾動(dòng)軸承 9-夾具體 10 導(dǎo)電滑環(huán) 3.4 機(jī)械結(jié)構(gòu)特性與參數(shù)3.4.1 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)物理特性安裝機(jī)座直徑300m

41、m，高15mm，重量10kg；三軸轉(zhuǎn)臺(tái)總高度：610 mm；三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的總重量約為：15 kg；其中內(nèi)框及其負(fù)載：5Kg，中框及其負(fù)載：8Kg，外框及其負(fù)載：10Kg；所需扭矩：A軸：10 Nm，B軸15 Nm，C軸20 Nm3.4.2 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)及計(jì)算1. 無(wú)磁液壓馬達(dá)參數(shù) 表1 液壓馬達(dá)參數(shù)排量mL/r最低轉(zhuǎn)速r/min最高轉(zhuǎn)速r/min0.230030002. 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù) 表2機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)齒輪減速器減速比蝸輪蝸桿減速器減速比最大轉(zhuǎn)速最小轉(zhuǎn)速A、B、C 軸1：401：4111°/s1.1°/s3. 圓光柵參數(shù) 表3圓光柵參數(shù) 掃描頻率工作電壓線數(shù)測(cè)角準(zhǔn)確度

42、20KHz5V10800± 63.4.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采取的相應(yīng)措施（1）使用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)工作，在零部件設(shè)計(jì)完成后，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真測(cè)試，并計(jì)算了各項(xiàng)零件的空間尺寸，保證轉(zhuǎn)臺(tái)連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，不會(huì)發(fā)生碰撞與干涉；（2）采用了液壓旋轉(zhuǎn)接頭與導(dǎo)電滑環(huán)來(lái)傳輸液壓油路與測(cè)量數(shù)據(jù)信號(hào)，保證了轉(zhuǎn)臺(tái)連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，液壓管路與傳輸信號(hào)線不發(fā)生纏繞。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)了特殊的回轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)，與液壓旋轉(zhuǎn)接頭殼體相互配合，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，減小了外形尺寸；（3）各軸系均采用無(wú)磁滾動(dòng)軸承作為支撐，減小了回轉(zhuǎn)過(guò)程中軸框的徑向跳動(dòng)誤差，提高了動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)精度。（4）材料的鑄造過(guò)程中，使用無(wú)磁坩堝等一整套專(zhuān)用設(shè)備進(jìn)

43、行冶煉，避免有鐵雜質(zhì)進(jìn)入鑄件，在切削加工過(guò)程中，采用專(zhuān)用的無(wú)磁陶瓷刀具，并對(duì)材料進(jìn)行多次磁性測(cè)量，保證最終零件的無(wú)磁性；（5）內(nèi)框中設(shè)置有被測(cè)物的專(zhuān)用夾具，用于被測(cè)物的安裝、定位、夾緊，使負(fù)載始終處于平衡狀態(tài)，保證各軸直線的相交度、三軸的結(jié)構(gòu)剛性，使被測(cè)物在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中行心位置變化在 10mm 空間內(nèi)；（6）合理設(shè)計(jì)了各軸框尺寸及軸系零件的布置，使無(wú)磁三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的三軸回轉(zhuǎn)中心高度距安裝底面0.8m；（7）三軸轉(zhuǎn)臺(tái)底座箱體與底座支架之間的安裝螺釘可微調(diào)，用于調(diào)整工作臺(tái)安裝 的平面度誤差； 4.總結(jié)與展望4.1 論文總結(jié) 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的研制，對(duì)軍事工業(yè)、航空工業(yè)的發(fā)展具有重要意義，國(guó)內(nèi)外各研究所、高校等科

44、研單位對(duì)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行的研究，取得了大量的研究成果。 本文針對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)仿真的主要性能指標(biāo)，做了一定的分析，參考了相關(guān)的資料。由于此設(shè)備是高精密設(shè)備，很難找到樣本，所以按老師的安排，我首先對(duì)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括標(biāo)準(zhǔn)件的選型；其次是對(duì)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)仿真進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、幾乎沒(méi)有自己設(shè)計(jì)，這里主要是參考一定的資料，和使用說(shuō)明書(shū)，完成一定的接線；對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的各個(gè)數(shù)據(jù)用途進(jìn)行了詳細(xì)的了解。 本文根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)三軸磚臺(tái)的研制進(jìn)行了研究，主要研究工作如下：(1)提出了遠(yuǎn)程機(jī)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(shí)現(xiàn)方法：(2)對(duì)三軸無(wú)磁轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)械部分的總體結(jié)構(gòu)，

45、零部件尺寸，安裝方式等進(jìn)行了合理設(shè)計(jì)。4.2 研究展望 本文對(duì)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的研制進(jìn)行了一些研究工作，得到了一些有用的原則與結(jié)論。但三軸轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)涉及到的許多理論及研究領(lǐng)域需要探索，現(xiàn)總結(jié)如下：(1)本文經(jīng)過(guò)理論分析與研究，完成了三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)工作，但三軸轉(zhuǎn)臺(tái)作為一個(gè)較復(fù)雜的系統(tǒng)，在工程實(shí)際中會(huì)有很多不確定性因素對(duì)其性能指標(biāo)造成影響。因此，有很多技術(shù)問(wèn)題需要在后續(xù)的安裝調(diào)試過(guò)程中進(jìn)行解決。最后的安裝調(diào)試完成后，要對(duì)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行實(shí)地測(cè)試，以測(cè)試結(jié)果作為轉(zhuǎn)臺(tái)性能的評(píng)估依據(jù)，并對(duì)其做進(jìn)一步的改進(jìn)。(2)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)提出了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還是一個(gè)新的領(lǐng)域，在這一方面還很少有可以借鑒

46、的研究理論及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及機(jī)械、材料、物理、化學(xué)等學(xué)科等，在這一領(lǐng)域進(jìn)行深入的研究將是非常有意義的。(3)三軸無(wú)磁轉(zhuǎn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)及控制方案是多種的，本文提出了一種機(jī)械、液壓、電氣混合式的遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)及控制方案，而液壓系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的性能對(duì)方案有著重要的影響，可見(jiàn)，進(jìn)一步研究新的液壓及控制方案，并對(duì)其性能進(jìn)行研究分析是非常有必要的。(4)本文完成了機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，沒(méi)有用有限元工具對(duì)三個(gè)軸框的靜態(tài)特性進(jìn)行分析，作為進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)的參考依據(jù)。三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的各軸轉(zhuǎn)動(dòng)存在相互耦合的問(wèn)題，耦合問(wèn)題對(duì)各軸框的結(jié)構(gòu)特性有一定的影響，由于篇幅有限，本文未作詳細(xì)分析與總結(jié)。 因此，在下一步的研究中，要對(duì)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行建模，并對(duì)動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行深入的研究分析。致謝在論文初完成之際，我謹(jǐn)向所有關(guān)心和幫助我的同學(xué)、朋友親人、老師表示由衷的感謝！ 首先向張老師表達(dá)我最誠(chéng)摯的謝意，感謝近半年來(lái)給予我的無(wú)私