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（图纸+论文）探针测量校准系统机械结构设计（全套完整）

虽然流动显示技术对漩涡干扰可以做到直观而又深刻的了解，但不能进行定量测量。七孔探针的出现，其目的在于能够高精度地测量流动角高达度的流动，能用于风洞实验模型周过伺服电机实现如图.图.使探针绕转动的机构电机转动通过直角管带动图.中整体绕电机中心轴线及轴转动，实现探针的俯仰角变化。夹具部分设计此机构中七孔探针由根芯轴弹簧夹头夹头螺母固定并使其转动如图.图.芯轴于弹簧夹头七孔探针尾部放置于弹簧夹头中并通过夹头螺母旋紧进行紧固如图.图.夹头螺母紧固弹簧夹头的作用弹簧夹头夹紧位置前后不固定可根据需要自行调节，于是便可达到使七孔探针尖部处于轴线上的目的。这样当电机运动时探针将以探针尖部为原点并绕轴旋转。底座设计由于安装组件时并不能达到使探针与风洞中风向完全贴合的位置，所以需要使探针机构整体可以做绕底板中心线旋转如图.图.底板结构俯视图通过旋转两跟螺栓推动底板在底座上旋转带动整个机构进行微调，调节后用螺钉紧固。.材料选择由于标定结构的动力特性十分重要，这是材料选择的出发点。材料选择的基本要求是强度高。直角管是直接受力的构件，高强度材料不仅能满足直角管的强度条件，而且可望减少管径尺寸，减轻重量。弹性模量大。从材料力学公式可知，构件刚度或变形量与材料的弹性模量有关，弹性模量越大，变形量越小，刚度越大，不同材料的弹性模量差异比较大，而同种材料的改性对弹性模量没有多大差别。比如，普通结构刚的弹性极限为，高合金钢的强度极限为，但是二者的弹性模量却没有多大变化，均为。因此，要寻找其它提高构件刚度的途径。重量轻。在标定构件中产生的变形很大程度上是风洞中风力大小方向不引起的，与构件的质量有关。也就是说，为了提高构件刚度选用弹性模量大而密度也大的材料是不合理的。因此，提出了选用高弹性模量低密度材料的要求，可用指标来衡量。副电机既作为输入设备，又充当配重，节省成本。综上所述，应选择第三种方案。.主要设计参数及校核直角管强度校核直角管主体由两根空心管焊接而成，两端分别为和直管如图图直角管设计图校核基于有限元分析软件借鉴纤维缠绕复合材料直角管强度分析中的方法直角管壁厚为时采用钢类材料可达到强度要求。齿轮传动强度计算校核齿轮强度校核分为齿面接触强度齿根弯曲强度校核.设计参数如图图齿轮参数.直齿圆锥齿轮传动的受力分析由于锥齿轮沿齿宽方向截面大小不等，引起载荷沿齿宽方向分布不均，其受力和强度计算都相当复杂，故般以齿宽中点的当量直齿圆柱齿轮作为计算基础。.直齿锥齿轮传动的当量齿轮的几何关系如图，直齿锥齿轮的几何参数有图直齿锥齿轮传动的几何参数分度圆锥角齿数比当量齿数比锥距齿宽系数齿宽中点直径齿宽中点模数当量齿轮直径二．齿根弯曲疲劳强度计算按齿宽中点的当量直齿圆柱齿轮进行计算，将当量齿轮的参数代入直齿轮强度计算公式，得直齿圆锥齿根强度校核公式将齿宽系数代入，整理得直齿圆锥齿轮弯曲疲劳强度设计计算公式三．齿面接触疲劳强度计算轴交角为的直齿圆锥齿轮的齿面接触疲劳强度按齿宽中点处的当量直齿圆柱齿轮进行计算。作用在小锥齿轮当量圆柱齿轮上的转矩为代入直齿圆柱齿轮传动的强度计算公式，得将当量齿轮的有关参量代入得正交直齿圆锥齿轮接触强度校核公式式中载荷系数，使用系数其余所有系数均可查表得。计算后取如图尺寸图齿轮设计图.探针支架的具体设计探针支架是直接驱动探针运动的电动位移机构，探针支架总结构如图.所示，该机构是实现三自由度定位的机构。图.探针支架结构图轴部分转动设计轴向转动伺服电机来实现，结构如图.电机的选取将由所需精度和材料决定。图.使探针绕轴的转动探针由电机带动齿轮通过齿轮传动系统使探针进行轴转动。轴转动设计轴方向的转动动力定位系统在“大洋号”上的应用对于国内船舶动力定位系统的应用与发展有定借鉴意义。大型加工工件定位系统是具有尺寸误差自补偿，位置误差自修正功能的大型工件高精度定位系统。定位系统中采用的沉降锥销方法，基于视觉技术的软件补偿方法在其他定位机构中也具有推广价值，此外，大型磨床数控定位系统采用可编程序控制器的位控技术，利用旋转编码器直流调速系统步进电机控制及人机对话等方法，处理双轴在定位控制中的数据采集位置判别和定位控制，系统实现方法简便灵活，具有较强的抗干扰能力，可实现大型轴承机械加工设备的数控定位控制伺服控制定位系统利用具有高速运算能力的处理器为控制器。实现了个双伺服环定位控制系统。该系统达到较高的控制精度和运行效率对于工作台定位系统，清华大学设计了套基于单片机的显微镜工作台定位系统。机械传动部分采用小模数齿轮实现机械运动和动力的传递，单哈尔滨工程大学硕士学位论文片机电路控制部分实现计数脉冲的获取和电机的控制，上位机控制环节完成用户命令的发布。该系统可以按照预先设定的方式控制电机，实现显微镜工作台的二维运动，两方向重复定位精度士娜，满足了多波长光存储实验的要求，同时为医疗检验提供了自动化手段。第二章探针自动定位结构总体设计.系统组成探针定位系统是为了实现夹持探针在两个轴向进行定位的装置，是典型的机电体化产品，系统主要由机机与总线转换接口套相同的控制器和探针支架组成。机作为系统主节点，通过总线转换接口，实现机与总线间的通讯个控制器是总线的子节点，各子节点根据号，选择性地接收主节点通过总线下传的命令和数据，同时将其传递给位置伺服控制模块，控制电机驱动支架运动，电机的运动信息也通过总线实时地反馈给机探针支架是探针实现运动的载体，由微型电机驱动，实现转动控制。根据系统总体设计方案，采用自下而上的设计思路进行探针定位系统的开发设计，以保证系统开发的可靠性，同时又符合模块化设计思想在总体方案确定后，进行各功能模块的设计，并通过模块间的接口来组合成完整的系统。本课题着重研究机械部分的支架及电机问题。.系统特性通过对该系统结构以及实验要求的分析，该系统具有如下特性夹持直径小于探针,测量,丈量,校准,系统,机械,结构设计,毕业设计,全套,图纸,下载中文摘要七孔探针是种能够同时获得流场中流动速度的大小方向总压和静压的气动测量装置，它主要依靠其头部七个孔道中气流压力的相对大小判断气流速度的大小与方向，被广泛应用于低速风洞实验各种大角度的流动测量。七孔探针测量流动角度范围大并且设备简单对环境要求低价格低廉用于流场的测量有着广阔的前景。本文研究的是种七孔探针三维自动测速系统的机械结构设计,该机械结构具有两个转动自由度和较高的传动精度。能够使探针实现相互垂直的回转运动。该系统由七孔探针，异步电动机，行星齿轮减速器，直锥齿轮，同步带传动系统组成。其特点是大广角,角的范围从到高灵敏度系统的测速范围从到系统的旋转角度从到。整个测量过程全部由计算机自动控制,自动进行数据处理。关键词七孔探针风洞实验自动标定目录中文摘要第章绪论.风洞及七孔探针简介.探针标定技术的发展状况第二章探针自动定位结构总体设计.系统组成.系统特性.总体方案拟定.主要设计参数及校核.探针支架的具体设计轴部分转动设计轴转动设计夹具部分设计底座设计.材料选择.同步带的参数设计及选择同步带的概述同步带的特点同步带传动的主要失效形式同步带传动的设计准则同步带分类同步带的主要参数同步带及带轮的选择第三章电机选择和芯轴设计.伺服电机的选取.芯轴结构设计.芯轴强度校核第四章探针自动标定机构使用时注意事项.安全要求.实施方法结论致谢参考文献第章绪论.风洞及七孔探针简介风洞，是能人工产生和控制气流，以模拟飞行器或物体周围气体的流动，并可量度气流对物体的作用以及观察物理现象的种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常用最有效的工具。图风洞实验室组成风洞主要由洞体驱动系统和测量控制系统组成，各部分的形式因风洞类型而异。图低速风洞翼型实验种类风洞种类繁多，有不同的分类方法。按实验段气流速度大小来区分，可以分为低速高速和高超声速风洞。流场测量中,经常遇到复杂的三维大角度流动情况,如燃气轮机涡轮叶片尾缘,飞机翼型附近的复杂流场。通常用种测量工具来测量流场中的速度分布三孔压力探针,五孔压力探针和热线探头。但是由于探针只能在俯仰角和侧滑角不超过􀀁􀀁时才能准确测量,而热线探头则容易被空气中的尘土颗粒碰断,并且测量的是空间平面的平均速度分布,并非是空间点速度分布。所以为了测量大角度的复杂三维流场采用七孔压力探针简称七孔针。尽管采用七孔针测量流场需要大量时间并且校验方法也极其复杂,但是可以对大角度流场进行准确的测量。图测压孔位置分布图探针真实尺寸七孔压力探针既是种高性能的流场测量仪器，又是种有效而又精确的测量方法。通过测量七个孔的压力值，利用已校准的数据库和局部最小二乘法插值，就能够精确地确定速度的大小和方向总压和静压马赫数雷诺数以及诸如密度和粘性等流场性质。与激光多普勒测速仪粒子成象测速仪以及热线风速仪相比，七孔探针有它自身的优越性价格便宜，设备简单，测量方法简单，对环境要求低，精度很高等。目前许多飞机已广泛采用前缘边条，前掠翼和鸭式布局的飞机也已研制出来。这些气动布局证明，利用强旋涡控制可提高飞机的机动性。像协和号超音速客机的机翼，实际上与涡升力的复杂流动有关。形弯曲进气道的强漩流也是引起发动机喘震的重要原因之。如果机翼上主次涡的干扰处置不当，会引起气流分离和升力损失。虽然流动显示技术对漩涡干扰可以做到直观而又深刻的了解，但不能进行定量测量。七孔探针的出现，其目的在于能够高精度地测量流动角高达度的流动，能用于风洞实验模型周围及其后面尾迹的复杂流动的定量测量。因此从八十年代以来七孔探针直被广泛用于大角度复杂流动的测量，其意义在于适应我国航天科学研究发展的需要，为目前和将来能设计出更先进的飞机为国防事业提供有力的帮助。虽然现在七孔探针在不可压缩流测量中的应用越来越广泛，但目前的七孔探针测量系统对数据的采集和处理过程也相当繁琐且处理周期比较长，直没有形成个高效的测量系统。特别是在些特定场合，如全尺寸测量，飞行实测以及恶劣环境下的流动测量等，要求测试系统必须具有稳定性好，操作简单，高精度的特性。现代海战越来越强调海空协调作战，从而促使海军直升机得到迅速的发展。海军直升机具有强大反潜反舰等功能，执行不同的任务，投放的导弹或鱼雷也有所不同，因此投放方式有所差距。有的投放不需要开伞，而有的则需要，飞行投放开伞靠开伞绳的长短来实现。为了确保加装带伞鱼雷投放的安全性，急需对投雷环境弹舱下部的气流流场进行测量，为投放方案设计提供依据。目前，国内外对直升机流场进行飞行实测研究非常少，直升机复杂的气动特性，特别是在机腹的流场特性，除了受前飞速度的影响外，还受到旋翼所产生的下洗速度，直升机的复杂外形以及自然风等因素的影响，使得流场难以预测。因此，结合七孔探针流场测量的优点，针对直升机腹部流场测量的要求，开发出套适用性强，性能优良的七孔探针实时测试系统是十分必要的。同时，界面友好，实时性强的测试系统也能为七孔探针的广泛应用提供方便。目前，国内对七孔探针的研究与运用仅局限在低速不可压缩流中，随着四代战斗机的出现，超音速巡航，高机动性成为飞机的重要性能指标，此时对飞机流场的研究仅靠在低速中测量是远远不够的，又由于其他测量手段的局限性，急需对七孔探针在可压缩流中乃至超音速流中应用进行研究。