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南昌航空大學科技學院學士學位論文
目錄
1 前 言 2
1.1模擬轉(zhuǎn)臺的出現(xiàn) 2
1.2研究概況及發(fā)展趨勢 3
1.3本設計的內(nèi)容和特點 3
2 轉(zhuǎn)臺機械系統(tǒng)方案的選擇及評價 4
2.1 部件的選擇 4
2.2 方案的選擇和評價 13
3 偏轉(zhuǎn)部分設計 15
3.1：偏轉(zhuǎn)部分齒輪機構(gòu)的設計 15
3.2：航向部分軸的校核 20
4 偏航部分的設計 23
4.1 轉(zhuǎn)臺導軌的設計 23
4.2 偏航運動的螺紋傳動設計計算 28
4.3 螺紋傳動動力源的選擇 33
4.4 偏航部分齒輪機構(gòu)設計 33
5 滾轉(zhuǎn)部分的設計 39
5.1 滾轉(zhuǎn)部分的相關(guān)計算 39
6 升降部分的設計 41
6.1 螺紋傳動的設計計算 41
6.2 升降部分齒輪機構(gòu)設計 45
6.3 動動力源的選擇 50
7 俯仰部分的設計 52
7.1 俯仰部分的相關(guān)計算 52
參考文獻 54
致謝 55
1 前 言
1.1模擬轉(zhuǎn)臺的出現(xiàn)
機械是各類機器的統(tǒng)稱。它是人類改造自然，發(fā)展自己的主要勞動工具。它能把熱能、電能、化學能轉(zhuǎn)化成機械能，也能將機械能轉(zhuǎn)換成其它類型的能量。它能改變或傳遞力并產(chǎn)生運動，完成人們所期待的許多工作。
機械工業(yè)歷來都是發(fā)達國家的重要支柱產(chǎn)業(yè)，是一個國家的工業(yè)基礎(chǔ)。從70年代開始，由于各國政府重視和發(fā)展高新技術(shù)，特別是微電子技術(shù)，微機技術(shù)的引入，使傳統(tǒng)的機械工業(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，形成了一個嶄新的現(xiàn)代機械工業(yè)?？梢院敛豢鋸埖卣f，現(xiàn)在的世界，仍然是一個機械化生產(chǎn)的世界。工業(yè)機械化的大力推進，機械制造技術(shù)的水平與制造業(yè)的發(fā)達程度突出反映了一個國家的經(jīng)濟實力和科學技術(shù)水平。新技術(shù)的推廣和應用，使得新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，新產(chǎn)品與原有事物相比變化越來越大，最明顯的表現(xiàn)在體積變得越來越小。
新技術(shù)也是被首先應用在軍品的開發(fā)研制領(lǐng)域。這就使得，軍品在走想現(xiàn)代化的過程中也具有體積變小的特征。如：微型手槍、微型攝相機、微型機器人等等。在這些事物的變化過程中，變化最大的莫過于飛機。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，飛機往往用于空中打擊、空中偵察、空中預警等等。它的重量是以噸為單位的，一般長寬都是10米以上。飛機在走向現(xiàn)代化的過程中也出現(xiàn)了微型飛機。微型飛行器主要用于戰(zhàn)爭前沿地區(qū)的偵察，它具有，體積小、飛行低、發(fā)射方便、重量輕、控制方便等優(yōu)勢。越來越多的國家多投身到微型飛行器的研制中去了。
在微型飛行器的研制過程中，飛行仿真實驗是必不可少的重要步驟。微型飛行器模擬轉(zhuǎn)臺是半實物微型飛行器飛行仿真實驗系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵設備。它可以按照實驗要求，提供微型飛行器飛行時的航向角（偏轉(zhuǎn)角）、俯仰角、橫滾角（滾轉(zhuǎn)角）、偏航（左右）運動、升降（上下）運動以及飛行擾動，實時模擬微型飛行器在空中的姿態(tài)。通過模擬微型飛行器的飛行姿態(tài)，測試飛行器控制系統(tǒng)能否在飛行器受到外界擾動時控制飛行器調(diào)整到安全飛行姿態(tài)。同時還可以測試飛行器攜帶的機載傳感器在模擬飛行條件下的工作情況。
1.2：研究概況及發(fā)展趨勢
目前，在微型飛行器模擬實驗轉(zhuǎn)臺的研究開發(fā)方面，多采用齒輪傳動，用步進電機驅(qū)動。一般是三軸飛行模擬轉(zhuǎn)臺，實驗時它只能提供飛行器飛行時的航向角（偏轉(zhuǎn)角）、俯仰角、橫滾角（滾轉(zhuǎn)角），即只有三個自由度。這種三軸飛行模擬轉(zhuǎn)臺，并不能完全模擬飛行器在空中的姿態(tài)。它采用三層轉(zhuǎn)臺提供三個方向的轉(zhuǎn)動。在實際使用時，由三個獨立的電機驅(qū)動。下層轉(zhuǎn)臺模擬飛行時的航向角，中層轉(zhuǎn)臺模擬飛行時的俯仰角，上層轉(zhuǎn)臺模擬飛行時的橫滾角。
飛行器在空中飛行時，有六自由度。由于在風洞實驗時，飛行器的前進和后退可以用控制風速的方法來模擬，所以，模擬轉(zhuǎn)臺的發(fā)展趨勢是具有五個或六個自由度，能模擬出飛行器在空中飛行的任何姿態(tài)，并智能化，即由計算機控制。
1.3：本設計的內(nèi)容和特點
設計的內(nèi)容有：
1．搜集畢業(yè)設計相關(guān)資料，包括參考圖紙、技術(shù)論文及外文資料。
2．對相關(guān)類型的模擬轉(zhuǎn)臺進行分析比較，并確定出新的傳動方案，繪制出相應傳動系統(tǒng)圖。
3．繪制結(jié)構(gòu)圖，包括展開圖和剖截圖，并進行相關(guān)設計的計算。
4．綜合計算結(jié)果及圖，進行合理性檢驗。
5．確定方案并進性設計記錄的修改、整理。
6．繪制總裝配圖。
7．確定驅(qū)動方式，并確定驅(qū)動動力來源。
8．撰寫技術(shù)論文及設計說明書。
9．翻譯外文資料。
設計的特點可歸納為以下幾點：
微型飛行器模擬轉(zhuǎn)臺是個重要的實驗設備，它與常用的實驗設備不同，它的應用范圍小，但它的作用很大。隨著微型飛行器的發(fā)展，本設計還要不斷的更新和充實。
該設計與實驗實際的聯(lián)系十分密切，有實踐知識才能設計出更好的轉(zhuǎn)臺。在設計過程中采用“構(gòu)思”—“設計”法和結(jié)構(gòu)模塊化設計方法。掌握這些常用的設計方法，在新技術(shù)不斷出現(xiàn)的今天，才能設計出適應新型微型飛行器的需求。
2 轉(zhuǎn)臺機械系統(tǒng)方案的選擇及評價
2.1 部件的選擇
一 控制臺的功能分析：
微型飛行器模擬轉(zhuǎn)臺的有效載荷重量為300—500克，有效載荷空間為Φ25mm，能夠模擬微型飛行器飛行時的航向角（偏轉(zhuǎn)角）、俯仰角、橫滾角（滾轉(zhuǎn)角）、偏航（左右）運動、升降（上下）運動以及飛行擾動，實時模擬微型飛行器在空中的姿態(tài)。因此，系統(tǒng)至少需要五個自由度：三個方向的轉(zhuǎn)動，和兩個方向（上下和左右）的移動。三個方向的轉(zhuǎn)動連續(xù)不完全回轉(zhuǎn)，兩個方向的移動是往復直線運動。
由于在微型飛行器模擬實驗時，模擬轉(zhuǎn)臺要根據(jù)飛行器在空中飛行的實際情況進行模擬，所以，在傳動方面要比較精確。設計要求中，模擬轉(zhuǎn)臺具有五個自由度，其中，三個轉(zhuǎn)動，兩個直線運動。轉(zhuǎn)動精度要較高，轉(zhuǎn)動的角位移分辨率要低，連續(xù)轉(zhuǎn)動速度范圍要較大，運動角度范圍要符合設計要求。在以各種速度轉(zhuǎn)動的過程中，轉(zhuǎn)臺運動要平穩(wěn)，過渡過程要較迅速。直線運動的速度范圍要較大，運動要平穩(wěn)。直線運動與轉(zhuǎn)動過渡過程要迅速、平穩(wěn)。
設計要求達到：旋轉(zhuǎn)時，角位移分辨率最低為：0.45°，連續(xù)運動速度范圍為：0至30rpm，運動角度范圍：-90°至90°。最高要求為：旋轉(zhuǎn)十角位移分辨率為：0.05°，連續(xù)運動速度范圍為：0至320rpm，運動角度范圍：-180°至180°。直線運動的速度范圍不要太大就行，但運動精度要較高。
二 方案的選擇：
（1）執(zhí)行部分 由于在風洞實驗中，模擬轉(zhuǎn)臺要栽著微型飛行器在風洞中模擬空中姿態(tài)，所以，轉(zhuǎn)臺的執(zhí)行部分只需一平臺即可，有效載荷空間為Φ25mm（設計要求）。
（2）原動部分 由于在實驗時，轉(zhuǎn)臺要用計算機進行控制，轉(zhuǎn)臺工作精度要求較高，控制要簡單，所以要選擇工作精度高，控制方便的電機?？刂品奖愕碾姍C有控制電機和步進電機。
控制電機一般指用于自動控制、自動調(diào)節(jié)、遠距離測量、隨動系統(tǒng)以及計算裝置中的微特電機。它是旋轉(zhuǎn)電機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的小功率電機，就電磁過程及所遵循的基本規(guī)律而言，它與旋轉(zhuǎn)電機并無本質(zhì)區(qū)別，只是所起的作用不同?？刂齐姍C主要用來完成控制信號的傳遞和變換，它的技術(shù)性能穩(wěn)定可靠、動作靈敏、精度高、體積小、重量輕、耗電少。兩相交流伺服電機控制方法有：（1）副值控制；（2）相位控制；（3）副值—相位控制。它的輸出功率一般在：
0.1W-100W, 其電源頻率有50Hz、400Hz等幾種。質(zhì)量；直流伺服電機用在功率較大的場合，它的輸出功率為1W-600W。
步進電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應的角位移或直線位移的機電執(zhí)行元件，每當輸入一個電脈沖時，它便轉(zhuǎn)過一個固定的角度。脈沖一個一個地輸入，電動機便一步一步地轉(zhuǎn)動。
步進電動機的位移量與輸入的脈沖數(shù)嚴格成比例，這就不會引起誤差的積累，其轉(zhuǎn)速與脈沖頻率和步距角有關(guān)?？刂戚斎朊}沖數(shù)量、頻率及電動機各先相繞組的接通次序，可以得到各種需要的運動特性。尤其是當步進電動機與數(shù)字系統(tǒng)配套時，它將體現(xiàn)出更大的優(yōu)越性，因而，廣泛應用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，如數(shù)控機床等。
反應式步進電動機可以按特定的指令進行角度控制，也可以進行速度控制。角度控制時，每輸入一個脈沖，定子繞組換接一次，輸出軸就轉(zhuǎn)過一個角度，其步數(shù)與脈沖數(shù)一致，輸出軸轉(zhuǎn)動的角位移與脈沖數(shù)成正比。速度控制時，各相繞組不斷輪流通電，步進電動機就連續(xù)轉(zhuǎn)動。反應式步進電動機轉(zhuǎn)速只取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)。而與電壓、負載、溫度等因素無關(guān)。當步進電動機的通電方式選定后，其轉(zhuǎn)速只與輸入脈沖頻率成正比，改變脈沖頻率就可以改變轉(zhuǎn)速，故可進行無級調(diào)速，調(diào)速范圍很寬。同時步進電動機具有自鎖能力，當控制電脈沖停止輸入，而讓最后一個脈沖控制的繞組繼續(xù)通入直流時，則電動機可以保持在固定的位置上，這樣，步進電動機可以實現(xiàn)停車時轉(zhuǎn)子的定位。
綜上所述，步進電動機的步數(shù)或轉(zhuǎn)速既不受電壓波動和負載變化的影響，也不受環(huán)境條件變化的影響，只與控制脈沖同步，同時，它又能按照控制的要求進行啟動、停止、反轉(zhuǎn)或改變速度，這就是步進電動機被廣泛地應用于各種數(shù)字控制系統(tǒng)中的原因。
對比兩種電機可見，在控制方面，步進電機比控制電機控制簡單、方便，更易于數(shù)字化。在精度方面，步進電機的傳動精度高于控制電機，性能比控制電機更優(yōu)越。
所以，在微型飛行器模擬轉(zhuǎn)臺的設計中，采用步進電機。
（3）傳動部分 由控制臺的性能分析可知，系統(tǒng)至少需要五個自由度：三個方向的轉(zhuǎn)動，和兩個方向（上下和左右）的移動。三個方向的轉(zhuǎn)動是連續(xù)不完全回轉(zhuǎn)，兩個方向的移動是往復直線運動。
能實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)有：摩擦傳動機構(gòu)、嚙合傳傳動機構(gòu)、連桿機構(gòu)。
摩擦傳動機構(gòu)，包括帶傳動、摩擦輪傳動等。其優(yōu)點是構(gòu)造簡單，傳動平穩(wěn)，易于實現(xiàn)無級變速，有過載保護作用。缺點是轉(zhuǎn)動比不準確，傳遞效率低等。
嚙合轉(zhuǎn)動機構(gòu)，包括齒輪傳動、蝸桿傳動、鏈傳動等。齒輪傳動可用來傳遞空間任意兩軸間的運動和動力，并且有功率范圍大、傳動效率高、傳動比準確、使用壽命長、工作安全可靠等特點。蝸桿傳動是用來傳遞空間交錯軸之間的運動的，它傳動平穩(wěn)，振動、沖擊和噪音很小，能以單級傳動獲得較大的傳動比，結(jié)構(gòu)緊湊，蝸輪蝸桿嚙合輪齒間相對滑動速度大，摩擦損耗較大，傳動效率較低，易出現(xiàn)發(fā)熱和溫升過高的現(xiàn)象，磨損較嚴重，有些蝸桿傳動具有自鎖性。鏈傳動通常用在工作可靠，且兩軸相距較遠，以及其它不宜采用齒輪傳動的地方，還用在對傳動用求不高而工作條件惡劣的地方。
連桿傳動，如雙曲柄機構(gòu)和平行四邊形機構(gòu)等。 連桿傳動機構(gòu)應用十分廣泛，人造衛(wèi)星太陽能板的展開機構(gòu)，機械手的傳動機構(gòu)等等，都是連桿機構(gòu)。其傳動特點如下：
<1>連桿機構(gòu)中的運動副一般均為低副，低副兩元素為面接觸，可在傳遞同樣載荷的條件下，兩元素間的壓強較小，可以承受較大的載荷。低副兩元素間便于潤滑，所以兩元素間不易產(chǎn)生磨損。此外，低副兩元素的幾何形狀比較簡單，便于加工制造。
<2>在連桿機構(gòu)中，當原動件以同樣的運動規(guī)律運動時，如果改變各構(gòu)件的相對長度關(guān)系，便可使從動件得到不同的運動規(guī)律。
<3>在連桿機構(gòu)中，連桿上不同點的軌跡是各種不同形狀的曲線（連桿曲線），而且隨著各構(gòu)件相對長度關(guān)系的改變，這些連桿曲線的形狀也將改變，從而可以得到各種不同形狀的曲線，我們就可以利用這些曲線來滿足不同軌跡的要求。
<4>連桿機構(gòu)還可以很方便地用來達到增力、擴大行程和實現(xiàn)較遠距離的傳動等目的。
連桿傳動的缺點：
<1>由于在連桿機構(gòu)中運動必須經(jīng)過中間構(gòu)件進行傳遞，因而連桿機構(gòu)一般具有較長的運動鏈，所以各構(gòu)件的尺寸誤差和運動副中的間隙將使機構(gòu)產(chǎn)生較大的積累誤差，同時也會使機械效率降低。
<2>在連桿機構(gòu)的運動過程中，連桿及滑塊的質(zhì)心都在作變速運動，它們所產(chǎn)生的慣性力難于用一般的平衡方法加以消除，因而會增加機構(gòu)的動載荷，所以連桿機構(gòu)一般不宜用于高速運動。
<3>雖然利用連桿機構(gòu)可以滿足各種運動規(guī)律和運動軌跡的設計要求，但設計一種能準確實現(xiàn)這種要求的連桿機構(gòu)卻是十分繁難的，而且在多數(shù)情況下一般只能近似地滿足運動要求。
所以，連桿機構(gòu)多用于有特殊需要的地方。
能實現(xiàn)往復直線運動的機構(gòu)有：連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、螺旋機構(gòu)和齒輪齒條機構(gòu)。
連桿機構(gòu)中用來實現(xiàn)往復運動的主要有曲柄滑塊機構(gòu)、正弦機構(gòu)等等。連桿機構(gòu)是低副機構(gòu)，制造容易，但連桿機構(gòu)難以準確地實現(xiàn)任意指定的運動規(guī)律，所以多用在無嚴格的運動規(guī)律要求的地方。
如果要求移動件嚴格地實現(xiàn)指定的運動規(guī)律，則宜采用凸輪機構(gòu)。凸輪機構(gòu)幾乎可以實現(xiàn)任意的運動規(guī)律，也便于各執(zhí)行機構(gòu)件間動作上的協(xié)調(diào)配合。但凸輪機構(gòu)為高副接觸，因此多用在受力不大的場合。
螺旋機構(gòu)可獲得大的減速比和叫高的制造精度，長用作低速進給和精密為條機構(gòu)，或用在欲獲得大的機械利益，或在反行程具有自鎖性的地方。
齒輪齒條機構(gòu)適用于移動速度較高的場合。但是，由于精密齒條制造困難，傳動精度及平穩(wěn)性不及螺旋機構(gòu)，所以不宜用于精確傳動及平穩(wěn)性要求高的場合。
就連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、螺旋機構(gòu)和齒輪齒條機構(gòu)的行程來說，凸輪機構(gòu)推桿的形成一般較小，否則會使凸輪機構(gòu)的壓力角過大或尺寸龐大；連桿機構(gòu)可以得到較大的行程，但當行程太大時，連桿機構(gòu)的尺寸也會因之而過于龐大；齒輪齒條機構(gòu)或螺旋機構(gòu)則可以滿足較大行程的要求。
綜上所述，在回轉(zhuǎn)運動和往復直線運動中都可以用齒輪傳動和連桿傳動，連桿傳動的特點如上所述。齒輪機構(gòu)它具有：
（1）效率高：在常用的機械傳動中，它的傳動效率為最高，如一級圓柱齒輪傳動的效率可達99%。
（2）結(jié)構(gòu)緊湊：在同樣的條件下，齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小。
（3）工作可靠、壽命長：設計制造正確合理、使用維護良好的齒輪傳動，工作十分可靠，壽命可長達一、二十年，這是其它機械傳動所不能比擬的。
（4）傳動比穩(wěn)定：傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性能的基本要求。齒輪傳動獲得廣泛應用，也就是由于著一點。
但齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，不宜用于傳動距離過大的場合。
由于在微型飛行器模擬實驗時，模擬轉(zhuǎn)臺要根據(jù)飛行器在空中飛行的實際情況進行模擬，所以，在傳動方面要比較精確。初步確定，用齒輪傳動。設計要求中，模擬轉(zhuǎn)臺具有五個自由度，其中，三個轉(zhuǎn)動，兩個直線運動。轉(zhuǎn)動精度要較高，轉(zhuǎn)動的角位移分辨率要低，連續(xù)轉(zhuǎn)動速度范圍要較大，運動角度范圍要符合設計要求。在以各種速度轉(zhuǎn)動的過程中，轉(zhuǎn)臺運動要平穩(wěn)，過渡過程要較迅速。直線運動的速度范圍要較大，運動要平穩(wěn)。直線運動與轉(zhuǎn)動過渡過程要迅速、平穩(wěn)。
微型飛行器模擬轉(zhuǎn)臺實驗時要求，轉(zhuǎn)動的三軸共點，這是為了是實驗時，飛行器能在較小的范圍內(nèi)（風洞中）模擬空中的姿態(tài)。能用在轉(zhuǎn)動中的機構(gòu)簡圖如下：
圖2.1
連桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動的六個極限位置簡圖，中間的是為了方便閱讀才作的90°位置圖，應該是0°位置圖，但0°位置圖不便于觀看。
齒輪機構(gòu)簡圖如下：
圖2.2
當原動件來回轉(zhuǎn)動時，帶動從動件來回轉(zhuǎn)動，由于工作臺的中心是從動件的圓心，從動件來回轉(zhuǎn)動時，是繞圓心轉(zhuǎn)動，從而帶動工作臺繞從動件的圓心來回擺動。
回轉(zhuǎn)機構(gòu)簡圖如下
圖2.3
大齒輪為從動輪，小齒輪為主動輪，小齒輪的轉(zhuǎn)動帶動大齒輪的轉(zhuǎn)動，大齒輪的轉(zhuǎn)動帶動安裝在大齒輪上的其它構(gòu)件的水平轉(zhuǎn)動，從而帶動工作平臺水平轉(zhuǎn)動，模擬微型飛行器的偏航角（航向角）。
蝸輪蝸桿機構(gòu)，可以實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動，它的簡圖如下圖：
圖2.4
蝸桿的轉(zhuǎn)動帶動蝸輪的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。
鏈傳動可以實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動，其運動簡圖如下：
圖2.5
鏈傳動無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，能保持準確的平均傳動比，但它不能保持恒定的瞬時傳動比。磨損后易跳動。主從鏈輪只能同向回轉(zhuǎn)。
帶傳動的機構(gòu)簡圖如下：
圖2.6
帶傳動時，是由于帶和帶輪間的摩擦（或嚙合）變拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳遞一定的動力。它的結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，價格低，緩沖吸振。不同形式的帶傳動具有不同的特點。
齒輪齒條機構(gòu)可以實現(xiàn)往復直線運動，局部齒輪齒條機構(gòu)也可以實現(xiàn)往復直線運動，局部齒輪齒條機構(gòu)原理圖如下：
圖2.7
局部齒輪或者順時針旋轉(zhuǎn)或者逆時針旋轉(zhuǎn)都可以實現(xiàn)齒條的往復直線運動。
螺旋傳動主要由螺桿和螺母組成。可用來把旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動，也可將直線運動轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)運動，同時進行能量和力的傳遞，或調(diào)整零件間的相互位置。最常用的是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成直線運動，
它的機構(gòu)簡圖如下：
圖2.8
如圖，1為螺桿，2為螺母，當螺桿按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，螺母將會按圖示方向移動。如果，螺桿按與圖示方向相反的方向旋轉(zhuǎn)，螺母將會向右移動。
凸輪機構(gòu)，只要能適當?shù)卦O計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預期的運動規(guī)律。它的機構(gòu)簡圖如下：
圖2.9
由于凸輪輪廓與推桿之間為點、線接觸，故易于磨損，所以凸輪傳遞的動力不大。
軟軸傳動
軟軸的簡圖如下:
圖2.10
軟軸傳動,它具有良好的撓性,可以把回轉(zhuǎn)運動靈活地傳到不敞開的空間位置.
綜上所述，可以擬訂總體方案，
運動名稱
偏轉(zhuǎn)運動
俯仰運動
滾轉(zhuǎn)運動
偏航運動
升降運動
運動機構(gòu)1
齒輪機構(gòu)（圖2.3）
連桿機構(gòu)（圖2.1）
連桿機構(gòu)（圖2.1）
螺紋傳動機構(gòu)（圖2.7）
螺紋傳動機構(gòu)（圖2.7）
運動機構(gòu)2
蝸輪蝸桿機構(gòu)（圖2.4）
齒輪機構(gòu)（圖2.2）
齒輪機構(gòu)（圖2.2）
不完全齒輪齒條機構(gòu)（圖2.6）
不完全齒輪齒條機構(gòu)（圖2.6）
運動機構(gòu)3
軟軸傳動(圖2.10)
軟軸傳動(圖2.10)
齒輪齒條機構(gòu)
凸輪機構(gòu)（圖2.9）
運動機構(gòu)4
齒輪齒條機構(gòu)
運動機構(gòu)5
2.2 方案的選擇和評價
總體方案如下:
總體方案
偏轉(zhuǎn)運動
俯仰運動
滾轉(zhuǎn)運動
偏航運動
升降運動
1
齒輪機構(gòu)（圖2.3）
齒輪機構(gòu)（圖2.2）
齒輪機構(gòu)（圖2.2）
不完全齒輪齒條機構(gòu)（圖2.6）
不完全齒輪齒條機構(gòu)（圖2.6）
2
蝸輪蝸桿機構(gòu)（圖2.4）
連桿機構(gòu)（圖2.1）
連桿機構(gòu)（圖2.1）
螺紋傳動機構(gòu)（圖2.7）
螺紋傳動機構(gòu)（圖2.7）
3
齒輪機構(gòu)（圖2.3）
軟軸傳動(圖2.10)
軟軸傳動(圖2.10)
螺紋傳動機構(gòu)（圖2.7）
螺紋傳動機構(gòu)（圖2.7）
4
蝸輪蝸桿機構(gòu)（圖2.4）
蝸輪蝸桿機構(gòu)（圖2.4）
軟軸傳動(圖2.10)
不完全齒輪齒條機構(gòu)（圖2.6）
不完全齒輪齒條機構(gòu)（圖2.6）
所以，從傳動精度，機構(gòu)的尺寸，加工的難易，成本的高低等方面考慮，選用方案3。方案一：俯仰運動的齒輪機構(gòu)，要滿足設計要求，它的尺寸將會很大，滾轉(zhuǎn)運動和升降運動的機構(gòu)的尺寸也要很大才能滿足設計要求。
方案二：偏轉(zhuǎn)運動的蝸輪蝸桿機構(gòu)加工困難，滾轉(zhuǎn)運動的連桿機構(gòu)的傳動精度較低，難以滿足設計要求，而且，連桿機構(gòu)的安裝定位困難。
方案四：偏航運動機構(gòu)定位困難，俯仰運動機構(gòu)尺寸較大，各部件間的安裝難。
方案三：個運動部件間的尺寸相對較小，安裝較容易，總的尺寸較合適。
所以選擇方案三
原理圖如下：
圖2.11
3 偏轉(zhuǎn)部分設計
3.1：偏轉(zhuǎn)部分齒輪機構(gòu)的設計
由設計要求推斷，微型飛行器模擬轉(zhuǎn)臺的工作壽命為15年，工作情況為，每天工作4小時，齒數(shù)比U=4，輸入功率為 P=75w,小齒輪轉(zhuǎn)速為n1=350rpm.
1. 選定齒輪精度等級，材料及齒數(shù)
1） 模擬轉(zhuǎn)臺為航空用儀器，故選精度等級為4級精度等級（GB10095--88）
2) 材料選擇，結(jié)合模擬轉(zhuǎn)臺的使用環(huán)境（強度不需要太大），要使模擬轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)簡單，載荷小，振動小，選用鋁合金，在鋁合金中選用鋁硅合金，代號ZL107，硬度為100HBS，加工方法為金屬型鑄造。熱處理方法淬火和完全時效，大齒輪材料為ZL108，硬度為85HBS，加工方法為金屬型鑄造，熱處理方法為人工時效。二者硬度相差15HBS。
3） 選擇小齒輪齒數(shù)為z1=32,大齒輪齒數(shù)為z2=uz1=4*32=128
2. 按齒面接觸強度設計
由設計計算公式（10-9a）（參考文獻3）進行計算，即
d1≥
1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值：
（1）試選載荷系數(shù)
（2）計算小齒輪的轉(zhuǎn)矩
由步進電機數(shù)據(jù)可知：小齒輪的轉(zhuǎn)矩為T1=1700Nmm
（3）取齒寬
（4）查得常用齒輪材料的彈性影響系數(shù)為，而夾布塑膠的彈性影響系數(shù)為，所以取ZL107的彈性影響系數(shù)為
（5）因常用齒輪材料的接觸疲勞強度極限，因鋁合金的小性能比常用齒輪材料要差，結(jié)合常用齒輪材料的接觸疲勞強度極限表，初取 小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限
（6）計算循環(huán)次數(shù)
（7）取疲勞壽命系數(shù)
（8）計算接觸疲勞許用應力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式10-12（參考文獻3 P203）得：
2）計算
（1）試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值
（2）計算圓周速度v
(3)計算齒寬
(4)計算齒寬與齒高比
模數(shù)
齒高
（5）計算載荷系數(shù)
根據(jù),4級精度，取動載荷系數(shù)；
直齒輪，假設。初選
；
取使用系數(shù)；
由表10-4（參考文獻3，P194）查得4級精度、小齒輪相對支承對稱布置時，
將數(shù)據(jù)代入后得
由，結(jié)合圖10-13（參考文獻3，P195）取，所以載荷系數(shù)
（6）按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（10-10a）（參考文獻3，P200）
（7）計算模數(shù)m
3.按齒跟彎曲強度設計
由式（10-5）（參考文獻3 P198）得彎曲強度的設計公式為
1） 確定公式內(nèi)的各計算參數(shù)值
（1） 由圖10-20c（參考文獻3，P204）查得常用齒輪材料的彎曲疲勞強度極限；初取小齒輪的彎曲疲勞強度極限，大齒輪的彎曲疲勞強度極限
（2） 由查彎曲疲勞壽命系數(shù)；
（3） 計算彎曲疲勞許用應力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.5，計算如下：
（4） 計算載荷系數(shù)K
（5）查取齒形系數(shù)，
（6）查取應力校正系數(shù)，
（7）計算大，小齒輪的并加以比較
大齒輪的數(shù)值大。
2） 設計計算
對比設計計算結(jié)果，由齒面接觸強度計算的模數(shù)m小于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，但在模擬轉(zhuǎn)臺中，零件的強度不許很大即可滿足轉(zhuǎn)臺的要求，取齒面接觸強度算得的模數(shù)1.5278mm，并就近圓整為標準值m=2mm。
4.幾何尺寸計算
由于，在模擬轉(zhuǎn)臺的設計過程中，只要考慮轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)因素，所以，初步選擇小齒輪的齒數(shù)為32。按此計算齒輪的參數(shù)。
1） 計算分度圓直徑
小齒輪的分度圓直徑
大齒輪的分度圓直徑
2） 計算中心距
3） 計算齒輪寬度
由于模擬轉(zhuǎn)臺工作時的受力小，振動小，轉(zhuǎn)矩小，所以結(jié)合模擬轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)取 。
4） 驗算
5．齒輪各個尺寸的計算
齒頂高：大齒輪
小齒輪
齒根高：大齒輪
小齒輪
齒全高：大齒輪
小齒輪
齒頂圓直徑：大齒輪
小齒輪
齒根圓直徑：大齒輪
小齒輪
壓力角取標準值
3.2：航向部分軸的校核
1：按扭矩強度校核
軸的扭矩強度條件為：
所以
式中：--扭矩切應力，單位為MPa；
T --軸所受的扭矩，單位Nmm；
--軸的抗扭截面系數(shù)，；
n—軸的轉(zhuǎn)速，r/min；
P—軸傳遞的功率。Kw；
d—計算截面處軸的直徑，mm；
--許用扭轉(zhuǎn)切應力，MPa，查表。
查表取40MPa，n，取齒輪傳動的效率為95%，所以1000X95%=950w
因為d=45mm，所以軸滿足強度設計的要求。
2.按彎扭合成強度條件校核
通過裝配圖的設計，軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，軸上零件的位置，以及外載荷和支反立的作用位置均可確定。
1） 彎矩、扭矩的計算
作用在大齒輪上的力F，，P為1000W，V=nr，
n—大齒輪的轉(zhuǎn)速，r/min；
r—大齒輪的分度圓半徑，mm。
所以V=250X128=0.53m/S
所以：
所以：彎矩
扭矩
2） 計算彎矩
3） 作彎矩，扭矩圖
4） 校核軸的強度
已知軸的計算彎矩，針對危險截面作強度校核計算。按第三強度理論，計算彎曲力：
W為軸的抗彎截面系數(shù)，計算公式在本題中為；
危險截面的d為40mm，所以W=12800
所以：
所以：
所以軸滿足強度設計要求，能夠滿足使用要求。
4 偏航部分的設計
4.1 轉(zhuǎn)臺導軌的設計
1：導軌功用及其基本要求
A：導軌的功用與分類
導軌是指引導部件沿一定方向運動的一組平面或曲面。導軌的功用是導向和承載，即引導運動部件沿一定軌跡（通常為直線和圓）運動，并承受運動件及其安裝件的重力以及切削力。在導軌副中，運動的導軌稱為動導軌，固定不動的導軌稱為支撐導軌。
導軌按運動軌跡分為直線運動導軌和圓運動導軌。按工作性質(zhì)可分為主運動導軌，進給運動導軌和僅作部件相對位置調(diào)整的移置導軌。按接觸面的摩擦性質(zhì)可分為滑動導軌和滾動導軌，滑動導軌按其摩擦狀態(tài)又可分為普通滑動導軌、液體動壓導軌、液體靜壓導軌和氣體靜壓導軌。
B：導軌的基本要求
導軌的性能和質(zhì)量的好壞對模擬轉(zhuǎn)臺的工作精度、承載能力和使用壽命有直接影響。因此，應滿足以下基本要求：
（1） 導向精度。是指動導軌運動軌跡的準確度。主要影響因素有：導軌的幾何精度和接觸精度，結(jié)構(gòu)形式，導軌和支承件的剛度和熱變形，裝備質(zhì)量對于動壓導軌和靜壓導軌，還有油膜剛度等。
（2） 耐磨性。是指導軌抵抗磨損而長期保持其導向精度的能力。耐磨性是導軌設計制造的關(guān)鍵，也是衡量模擬轉(zhuǎn)臺質(zhì)量的重要指標之一，應盡可能提高導軌的耐磨性。常見的導軌磨損形式有磨料磨損、咬合磨損、接觸疲勞磨損等。主要影響因素有：導軌的摩擦性質(zhì)，材料，熱處理及加工方法，受力情況，潤滑和防護條件等。
（3） 剛度。是指導軌在外載荷的作用下抵抗變形的能力。導軌應當具有足夠的剛度，保證相關(guān)各部件的相對位置精度和導向精度。主要影響因素有：導軌的結(jié)構(gòu)形式，尺寸，與支承件的連接方式以及受力情況等。
（4） 低速運動平穩(wěn)性。是指導軌抵抗摩擦自激振動的能力，即導軌在低速運動或微量進給時，消除爬行現(xiàn)象（“時走時停”或“時快時慢”現(xiàn)象）的程度。爬行現(xiàn)象會嚴重影響工作精度、運動精度和定位精度，因此，要求導軌低速運動時始終保持平穩(wěn)，不產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。主要影響因素有：靜、動摩擦系數(shù)的差值，傳動系統(tǒng)的剛度，運動部件的質(zhì)量大小、導軌的結(jié)構(gòu)形式以及潤滑等
此外，還要求導軌具有良好的工藝性，結(jié)構(gòu)簡單，便于間隙調(diào)整，潤滑和防護性能好。
2：普通滑動導軌
接觸面為滑動摩擦副的導軌稱為滑動導軌。普通滑動導軌是一種目前廣泛使用的導軌。它機構(gòu)簡單，工藝性好，使用維修方便。但它的摩擦系數(shù)大，磨損快，壽命短，容易產(chǎn)生爬行。
A 導軌的截面形狀
直線運動滑動導軌的截面形狀主要有矩形、V形、燕尾形和圓柱形四種，并且每種導軌副有凹凸之分，如下圖所示。對于水平放置的導軌，凸形導軌（指支撐導軌）不易積存雜物，但也不易存留潤滑油，多用在低速運動情況。凹形導軌易存留潤滑油，用于高速運動的情況，但雜物易落在導軌面上，因此必須有可靠的防護措施。
（1）矩形導軌。如下圖（a）所示矩形導軌靠兩個彼此垂直的導軌面導向。若只用頂部的導軌面時，也稱平導軌。矩形導軌剛度高，承載能力大，容易加工制造，便于維修。但導軌面磨損后不會自動補償，需要有間隙調(diào)整裝置。
（2）V形導軌。如上圖（b）所示，靠兩個相交的導軌面導向。其中，凸形導軌習慣上又稱山形導軌，V形導軌磨損后，動導軌自動下沉補償磨損量，消除間隙，因此導向精度高。導軌頂角α的大小取決于承載能力和導向精度等工作要求，α增大，導軌的承載能力提高，但摩擦力也隨之增大。α通常取為90度（如車床，磨床），對于大型或重型機床（如龍門刨床），α取為110度——120度。對于精密機械，取α<90度。當導軌面承受的水平力和垂直力相差較大時，可采用不對稱V形導軌，以使得導軌面的壓強分布均勻。
（3）燕尾形導軌。如上圖（c）所示，高度較小，結(jié)構(gòu)緊湊，可承受顛覆力矩，間隙調(diào)整方便。但摩擦阻力較大，制造、檢驗和維修不便。一般用于受力較小、導向精度要求不高、速度較低、移動部件層次多、高度尺寸要求小的部件。
94）圓柱形導軌。如上圖（d）所示，制造方便，工藝性好，但磨損后較難調(diào)整間隙。一般用于承載軸向載荷的場合。
B 導軌的組合形式
一般采用兩條導軌導向和承受載荷。根據(jù)導向精度、載荷情況、工藝性以及潤和防護等方面的要求，可采用不同的組合形式。常見的有如下幾種。
（1） 雙V形導軌，如下圖（a）（b），導向精度高，磨損后能自動補償間隙，精度保持性好；但加工、檢驗和維修困難，各個導軌面都要接觸良好。常用于精度要求較高的場合，如絲杠車床等。
（2） 雙矩形導軌。如下圖（c）（d），剛性好，承載能力大，易于加工和維修。但導向性差，磨損后不能自動補償間隙。適用于普通精度的機械。
（3） V形-矩形導軌組合。如下圖（e）（f），導向性好，制造方便，在實際當中得到廣泛的應用。
C導軌間隙調(diào)整
導軌面之間的間隙應保持適當。若間隙過大，會使導向精度降低，甚至會引起振動；若間隙過小，則會增大運動阻力，加速導軌的磨損。因此，不僅要在裝配時對導軌的間隙作適當調(diào)整，而且在模擬轉(zhuǎn)臺工作一段時間后，因磨損還需要重新調(diào)整間隙。采用鑲條和壓板調(diào)整導軌間隙是廣泛采用的兩種方法。
A鑲條調(diào)整
鑲條用來調(diào)整矩形導軌和燕尾形導軌的側(cè)想間隙。常用的鑲條有平鑲條和斜鑲條兩種。
（1） 平鑲條。在其長度方向是等厚度的，截面形狀為矩形、平行四邊形或梯形，通過橫向位移調(diào)整間隙。
（2） 斜鑲條。沿其長度方向有一定的斜度，靠縱向位移使其兩個側(cè)面分別與動導軌和支撐導軌接觸，調(diào)整導軌間隙，常用斜度在
1：100-1：400之間。
3：模擬轉(zhuǎn)臺導軌的設計
用在模擬轉(zhuǎn)臺上的導軌載荷不很大，但導軌的導向精度要高。導軌的作用是引導運動部件沿導軌來回運動，即實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺模擬微型飛行器的偏航運動。運動部件的運動速度不是很高。
為了使制造方便，機構(gòu)簡單，還要使摩擦力較小，以便使驅(qū)動電機的功率、體積、重量等等較小，所以，不采用常規(guī)的導軌設計方案。
從轉(zhuǎn)臺的機構(gòu)考慮，采用矩形導軌的一部分和軸承組合，將滑動導軌變?yōu)闈L動來用在轉(zhuǎn)臺中。
轉(zhuǎn)臺的偏航距離較長，所以考慮采用兩個導軌。
1：導軌寬度B
導軌的寬度與導軌的承載能力有關(guān)，在導軌長度相同的情況下運動件的承載能力愈大，寬度B也愈大
初步估計載荷W小于20Kg，長度L由設計要求可知L略大于600mm。計算公式為
由于機床鑄鐵對鑄鐵導軌的許用平均比壓可取為：p=0.025-1.5兆帕
2：兩條導軌的間距
取小的間距，可以減小模擬轉(zhuǎn)臺的外形尺寸，使轉(zhuǎn)臺靈巧，節(jié)約材料。但間距過小，有可能造成工作不穩(wěn)定。確定導軌間距，應保證運動件工作穩(wěn)定為前提，盡可能取小值。
3：運動件的導軌長度
取較長運動件導軌，有利于改善導向精度和工作的可靠性。
如下圖所示，當存在導軌間隙時，運動件傾斜角與導軌長度L有關(guān)，L愈大，愈小，間隙對導軌的精度影響也愈小。
當牽引力T與導軌摩擦力的合力F相距x（圖b）時，力矩M（=Tx）將使導軌傾斜，同時以N力作用于固定導軌上，此時?？梢姰擫愈小，N愈大，摩擦力F=Nf（f為摩擦阻力，當時，則運動件自鎖，無法前進。
所以，取長導軌較有利，但過長則使模擬轉(zhuǎn)臺龐大而笨重。根據(jù)經(jīng)驗L=（1.2-1.8）。固定件導軌長度決定于運動件導軌長度和它的行程。
從上面的設計中可知，導軌面的寬度要比軸承的寬度寬，導軌的長度較長。具體的數(shù)據(jù)，是根據(jù)裝配圖的設計來確定的。因為模擬轉(zhuǎn)臺工作時承受的外力很小，強度設計不是問題。
4.2 偏航運動的螺紋傳動設計計算
在該模擬轉(zhuǎn)臺中，用螺傳動來實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺工作時的偏航運動。
螺紋傳動副的螺紋種類有：梯形螺紋、鋸齒形螺紋、液壓機用鋸齒形螺紋和矩形螺紋（尚未標準化）。
梯形螺紋的特點是：牙型角，螺紋副的小徑和大徑處有相等的徑向間隙，螺紋工藝性好，牙根強度高，內(nèi)、外螺紋的對中性好，采用部分式螺母可調(diào)整、消除軸向間隙。它是螺旋傳動中最常用的一種，如機床中的進給螺旋。
鋸齒形螺紋：工作面的牙型斜角為3度，非工作面的牙型斜角為30度。外螺紋的牙根部有較大圓角，以減小應力集中，比梯形螺紋強度高、效率高。主要用于單向受力的傳力螺旋，如螺旋壓力機。
液壓機用鋸齒形螺紋：非工作面牙型斜角為45度，性能與一般鋸齒形螺紋相同。主要用于液壓機中的大直徑螺旋傳動。
矩形螺紋：牙型為方形，傳動效率比其他螺紋高，但精確制造困難，螺紋副磨損后間隙難以補償，對中精確度低，牙根強度弱。一般用于千斤頂?shù)葌髁β菪?
對于偏航運動，綜合螺紋傳動的特點，選擇梯形螺紋傳動。
設計計算
1：耐磨性
初步選螺桿所承受的軸向力為F=7000N，材料為：螺桿45鋼，調(diào)質(zhì)處理，螺母材料耐磨鑄鐵。
1：螺桿中徑：
其中：---螺紋形式系數(shù)，梯形螺紋、矩形螺紋為0.8，鋸齒形螺紋為0.65
F---軸向力
---螺母長度l與螺桿中徑之比，整體式為1.2到1.5，部分式為2.5到3.5，載荷大、精度和壽命要求高時為4
---許用壓強（MPa）（查表）
所以查手冊?。?
查GB/T 5796.1-1986就近取略大點的。
2：公稱直徑d和螺距P
查GB/T 5796.1-1986可知，
3：螺紋的導呈
Z為螺紋線數(shù)，所以取 Z=1
4：螺母旋合長度l：
5：旋合圈數(shù)m：
6：螺紋工作高度：
7：螺紋表面工作強度p：
所以：
2：驗算自鎖
1：螺紋升角，代入數(shù)據(jù)得
2：當量摩擦角：，查手冊取
3：反行程自鎖條件：，所以具有反行程自鎖。
3：螺桿強度
1：螺旋傳動的扭矩T：
2：當量應力： 式中為螺紋小徑
所以
3：強度條件：查手冊可知，所以螺桿滿足強度條件。
4：螺紋牙強度
1：螺紋牙低寬度：梯形螺紋
2：剪切
（1） 應力：螺紋
螺母
只校驗螺母
（2） 強度條件：
3：彎曲
（1） 應力：螺桿
螺母
只校驗螺母
（2） 強度條件：
注： 查手冊，因為螺母的材料強度通常低于螺桿，因此一般只校驗螺母螺紋牙的強度。僅在螺桿和螺母材料相同是才校驗螺桿的羅紋牙強度。
5：螺桿的穩(wěn)定性
1：柔度：
式中 ---長度系數(shù)，查手冊取4.73
---螺桿的最大工作長度（mm）
i---螺桿危險截面的慣性半徑（mm）
結(jié)合模擬轉(zhuǎn)臺的設計要求取650mm
i=36/4=9mm
2：臨界載荷：
E--為螺桿材料的彈性模量，鋼材的E=207000MPa
A—螺桿危險截面的面積，
所以：
3：穩(wěn)定性的符合條件：，如不滿足，應增大螺桿的直徑
，所以，符合穩(wěn)定性的要求。
4：軸向載荷F使每個螺紋導程產(chǎn)生的變形量：
代入數(shù)據(jù)計算得
6：螺桿的剛度
1：轉(zhuǎn)矩T使每個螺紋導程產(chǎn)生的變形量：其中G為螺桿材料的切變模量，鋼的切變模量取，所以：
2：每個螺紋導程的總變形量：，當軸向載荷F與運動方向相反時取+，代入數(shù)據(jù)得=2.805
3：單位長度變形量：
所以:,螺桿剛度合格.
7 螺桿橫向振動
1:臨界轉(zhuǎn)速,計算公式:
其中:L—螺桿兩支承間的距離(mm)
--支承系數(shù) 查表取4.73
--密度(kg/);對于鋼,鋼螺桿
所以:
L=650mm
2:工作轉(zhuǎn)速n的校核:18758.3r/min滿足要求.
8:動力計算
驅(qū)動功率P(Kw),
其中:T—螺旋傳動中主動件上的轉(zhuǎn)矩(N.mm)
n—螺旋傳動中主動件的轉(zhuǎn)速(r/min)
F—螺旋傳動中移動件的軸向力(N)
v—螺旋傳動中移動構(gòu)件的線速度(min/s)
--從動力源到螺旋傳動主動件間的機械效率,取0.85
--螺旋傳動的正行程效率,查表取0.5
所以:
4.3 螺紋傳動動力源的選擇
從方案設計中可知,動力源選用步進電機.從上面的設計中可得:
偏航運動的螺紋傳動中螺旋傳動中主動件上的轉(zhuǎn)矩為25368.523N.mm
動力源的選擇
1,電機類型選擇
因為模擬轉(zhuǎn)臺的精度要較高,所以步距角要較小.通用性要較好,安裝方便,啟動停止容易.所以,選用反應式步進電機.
2,步距角的選擇,按設計取常用步距角0.75度
3,選擇最大靜轉(zhuǎn)矩,
4,確定運行頻率,按通常的通用的步進電機的正常運行頻率.
綜合以上情況,參考設計手冊選用步進電機的型號為,該型電機的主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下:
相數(shù):3 電壓:80/12V
電流:6A 步距角:1.5/0.75度
最大靜力矩:10N, 空載啟動頻率；1500步/S
運行頻率:8000步/S
4.4 偏航部分齒輪機構(gòu)設計
由設計要求推斷，微型飛行器模擬轉(zhuǎn)臺的工作壽命為15年，工作情況為每天工作4小時，齒數(shù)比U=1：1，輸入功率為 P=100w,小齒輪轉(zhuǎn)速為n1=350rpm.，
1. 選定齒輪精度等級，材料及齒數(shù)
1） 模擬轉(zhuǎn)臺為航空用儀器，故選精度等級為4級精度等級（GB10095--88）
2) 材料選擇，結(jié)合模擬轉(zhuǎn)臺的使用環(huán)境（強度不需要太大），要使模擬轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)簡單，載荷小，振動小，選用鋁合金，在鋁合金中選用鋁硅合金，代號ZL107，硬度為100HBS，加工方法為金屬型鑄造。熱處理方法淬火和完全時效，大齒輪材料為ZL108，硬度為85HBS，加工方法為金屬型鑄造，熱處理方法為人工時效。二者硬度相差15HBS。
3） 選擇小齒輪齒數(shù)為z1=32,大齒輪齒數(shù)為z2=uz1=1*32=64
2. 按齒面接觸強度設計
由設計計算公式（10-9a）（參考文獻3）進行計算，即
d1≥
1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值：
（1）試選載荷系數(shù)
（2）計算小齒輪的轉(zhuǎn)矩，查電機表初取小齒輪的轉(zhuǎn)矩為T1=2500Nmm
計算小齒輪的轉(zhuǎn)矩為
（3）取齒寬
（4）查得常用齒輪材料的彈性影響系數(shù)為，而夾布塑膠的彈性影響系數(shù)為，所以取ZL107的彈性影響系數(shù)為
（5）因常用齒輪材料的接觸疲勞強度極限，因鋁合金的小性能比常用齒輪材料要差，結(jié)合常用齒輪材料的接觸疲勞強度極限表，初取 小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限
（6）計算循環(huán)次數(shù)
（7）取疲勞壽命系數(shù)
（8）計算接觸疲勞許用應力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式10-12（參考文獻3 P203）得：
2）計算
（1）試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值
(2)計算齒寬
(3)計算齒寬與齒高比
模數(shù)
齒高
（4）計算載荷系數(shù)
根據(jù),4級精度，取動載荷系數(shù)；
直齒輪，假設。初選
；
取使用系數(shù)；
由表10-4（參考文獻3，P194）查得4級精度、小齒輪相對支承對稱布置時，
將數(shù)據(jù)代入后得
由，結(jié)合圖10-13（參考文獻3，P195）取，所以載荷系數(shù)
（5）按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（10-10a）（參考文獻3，P200）
（6）計算模數(shù)m
3.按齒跟彎曲強度設計
由式（10-5）（參考文獻3 P198）得彎曲強度的設計公式為
1） ，確定公式內(nèi)的各計算參數(shù)值
（1），由圖10-20c（參考文獻3，P204）查得常用齒輪材料的彎曲疲勞強度極限；初取小齒輪的彎曲疲勞強度極限，大齒輪的彎曲疲勞強度極限
（2），由查彎曲疲勞壽命系數(shù)；
（3），計算彎曲疲勞許用應力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.5，計算如下：
（4） ，計算載荷系數(shù)K
（5）查取齒形系數(shù)，
（6）查取應力校正系數(shù)，
（7）計算大，小齒輪的并加以比較
大齒輪的數(shù)值大。
2） ，設計計算
對比設計計算結(jié)果，由齒面接觸強度計算的模數(shù)m小于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，但在模擬轉(zhuǎn)臺中，零件的強度不需很大即可滿足轉(zhuǎn)臺的要求，取標準值m=2mm。
4.幾何尺寸計算
由于，在模擬轉(zhuǎn)臺的設計過程中，只要考慮轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)因素，所以，初步選擇小齒輪的齒數(shù)為32。按此計算齒輪的參數(shù)。
3） 計算分度圓直徑
小齒輪的分度圓直徑
大齒輪的分度圓直徑
4） 計算中心距
5） 計算齒輪寬度
由于模擬轉(zhuǎn)臺工作時的受力小，振動小，轉(zhuǎn)矩小，所以結(jié)合模擬轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)取 。
6） 驗算
5．齒輪各個尺寸的計算
齒頂高：大齒輪
小齒輪
齒根高：大齒輪
小齒輪
齒全高：大齒輪
小齒輪
齒頂圓直徑：大齒輪
小齒輪
齒根圓直徑：大齒輪
小齒輪
壓力角取標準值
5 滾轉(zhuǎn)部分的設計
5.1 滾轉(zhuǎn)部分的相關(guān)計算
從方案可知道，滾轉(zhuǎn)是利用軟軸傳動的采用軟軸的好處有：
它可以用于兩個傳動件軸線不在同一直線上，或工作時彼此要求有相對運動的空間傳動。它可以消除震動、緩和沖擊。
軟軸的安裝方便，機構(gòu)緊湊，工作適應性強，轉(zhuǎn)速高（可達2000r/min），傳動扭矩小。傳遞功率范圍小，一般小于5.5Kw。
軟軸的尺寸計算
軟軸的直徑計算
-軟軸能傳遞的最大扭矩（Nm），
---額定轉(zhuǎn)速，即與相應的轉(zhuǎn)速（r/min）；
---軟軸從動端所傳遞的扭矩（Nm）；
n----軟軸的工作轉(zhuǎn)速（r/min），當n<時，用代替；
---過載系數(shù)，當短時最大扭矩小于軟管無彎曲時能傳遞的最大扭矩值時，=1；當短時最大扭矩大于此值時，取短時最大扭矩值/軟管無彎曲時能傳遞的最大扭矩值
---軟軸轉(zhuǎn)向系數(shù)；當旋轉(zhuǎn)時軟軸外層鋼絲趨于繞緊，=1；趨于旋松時=1.5；
---軟軸支承情況系數(shù)；當軟軸在軟管內(nèi)，其支承跨距與軟軸直徑之比小于50時，=1，當比值大雨150時，=1.25；
n---軟軸傳動效率，通常，彎曲半徑越小，彎曲段越多，值越接近下限。
取=1, =1.5, =1.25, ,不需要很大,取0.3Nm=300Ncm,因為n<,用代替n,代入,所以：
查表可取軟軸的直徑為8mm.
6 升降部分的設計
6.1 螺紋傳動的設計計算
在該模擬轉(zhuǎn)臺中，用螺傳動來實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺工作時的升降運動。
螺紋傳動副的螺紋種類有：梯形螺紋、鋸齒形螺紋、液壓機用鋸齒形螺紋和矩形螺紋（尚未標準化）。
梯形螺紋的特點是：牙型角，螺紋副的小徑和大徑處有相等的徑向間隙，螺紋工藝性好，牙根強度高，內(nèi)、外螺紋的對中性好，采用部分式螺母可調(diào)整、消除軸向間隙。它是螺旋傳動中最常用的一種，如機床中的進給螺旋。
鋸齒形螺紋：工作面的牙型斜角為3度，非工作面的牙型斜角為30度。外螺紋的牙根部有較大圓角，以減小應力集中，比梯形螺紋強度高、效率高。主要用于單向受力的傳力螺旋，如螺旋壓力機。
液壓機用鋸齒形螺紋：非工作面牙型斜角為45度，性能與一般鋸齒形螺紋相同。主要用于液壓機中的大直徑螺旋傳動。
矩形螺紋：牙型為方形，傳動效率比其他螺紋高，但精確制造困難，螺紋副磨損后間隙難以補償，對中精確度低，牙根強度弱。一般用于千斤頂?shù)葌髁β菪?
升降運動，因為不需相千斤頂那樣傳力，為了便于制造，也選用梯形螺紋傳動。
設計計算
一：耐磨性
初步選螺桿所承受的軸向力為F=2000N，材料為：螺桿45鋼，調(diào)質(zhì)處理，螺母材料耐磨鑄鐵。
1：螺桿中徑：
其中：---螺紋形式系數(shù)，梯形螺紋、矩形螺紋為0.8，鋸齒形螺紋為0.65
F---軸向力
---螺母長度l與螺桿中徑之比，整體式為1.2到1.5，部分式為2.5到3.5，載荷大、精度和壽命要求高時為4
---許用壓強（MPa）（查表）
所以查手冊?。?
查GB/T 5796.1-1986就近取略大點的。
2：公稱直徑d和螺距P
查GB/T 5796.1-1986可知，
3：螺紋的導呈
Z為螺紋線數(shù)，所以取 Z=1
4：螺母旋合長度l：
5：旋合圈數(shù)m：
6：螺紋工作高度：
7：螺紋表面工作強度p：
所以：
二：驗算自鎖
1：螺紋升角，代入數(shù)據(jù)得
2：當量摩擦角：，查手冊取
3：反行程自鎖條件：，所以具有反行程自鎖。
三：螺桿強度
1：螺旋傳動的扭矩T：
2：當量應力： 式中為螺紋小徑
所以
3：強度條件：查手冊可知，所以螺桿滿足強度條件。
四：螺紋牙強度
1：螺紋牙低寬度：梯形螺紋