智能扫描机械台结构设计（全套完整有CAD）

切向键联接承载能力大，适于传递较大的转矩，常用于传递直径大于的重型机械轴上，且对中精度要求不高的场合。

成型联接是利用非圆剖面的轴装在相应零件毂孔中而形成的，具有拆装方便对中性好应力集中小传递转矩大等优点，但加工比较复杂，应用尚不广泛。

弹性环联接定心性好，拆装方便承载能力高，并有密封作用。

在弹性环基础上演变出的胀紧套连接不但继承了以上优点，而且结构简单，加工方便，并由成批型号产品可供选择，不必单独设计，所以本次设计中，中框轴与负载盘的联接采用胀紧套联接方式。

规格最大转矩•，质量.，型号胀紧套转动惯量胀紧套结构尺寸如图.所示图.型胀紧套主要零件刚度校核根据精密测试设备的精度要求，其支撑件的结构及尺寸设计，都远远满足强度条件，因此这里只对刚度进行校核。

又因为本转台内环框架即为内环轴，所以只对内环轴的刚度进行校核。

滚动轴为空心阶梯轴，其扭转角计算公式见式式中切变模量阶梯轴上第段所传递的扭矩阶梯轴上第段的长度阶梯轴上第段的外径阶梯轴上第段的内径。

为了尽可能减小转台的转动惯量，在保证强度和刚度的情况下，本转台各轴的材料均采用铝合金材料，其物理性能见表.表.物理性能熔点密度弹性模量.切变模量.泊松比.将数据代入式.查机械设计手册，关于许用扭转角的参考数据如下精密机械的轴般传动轴精度要求不高的轴显然，滚动轴的扭转角，内环轴的扭转刚度满足要求。

由于负载安装与内环轴的内孔中，所以内环轴的弯曲刚度必定满足要求。

电机转矩的校核在转台设计中，电动转台通常都采用直流力矩电机驱动。

但是直流力矩电机作为直流电机由于有换向器和电刷，所以存在许多缺点。

例如，峰值转矩小存在接触导电有点火化和无线电干扰电机的可靠性和维护性相对较差等。

为了克服这些缺点，我们在考察了国内外电机发展的最新进展，并考虑本次设计的经济性后，我们决定选用直流无刷电机。

由于本次设计的转台结构较大，对电机结构的要求也比较特殊，所以设计中我们需要的电机都是根据我们的需要定购。

对于内环电机，根据我们力矩计算结果再乘以.倍的安全系数，电机的转矩为。

按照电表.绕内环转动零件数据名称质量转动惯量负载.负载过渡盘滚动波导座滚动轴辅助轴承内环感应同步器转子合计内环轴系各零件质量及转动惯量计算结果如表.所示转矩轴向固定方式的选择.选择驱动系统的轴向固定方式时，要考虑作用在轴上的轴向力是怎样通过轴承传递到箱体或支座上去的，零部件轴向固定是否可靠，不能靠过渡配合来承受轴向力。

.当轴向力很小时，可采用挡圈弹性挡圈紧定螺钉销等实现轴向固定。

当轴向力较大时，应采用轴肩轴环套筒圆螺母轴端压板圆锥面等进行轴向固定。

.为了防止轴承内座圈与轴发生相对轴向位移，内座圈与轴通常需要在两个方向上进行轴向固定。

.对于工作温度不高两个支承之间的距离较小的轴来说，可以采用两端固定，使每个支承都能限制轴的单向移动，两个支承合在起就能限制轴的双向移动。

对于工作温度较高两个支承之间的距离较大的轴来说，应采用端固定端游动的方法，使个支承限制轴的双向移动，另个支承游动。

.对于能承受双向轴向载荷的轴承组合结构，安装时可以对轴承进行预紧，消除间隙，并使滚动体与内外座圈之间产生预变形，这样可以提高轴承的刚度和旋转精度，减小轴在工作时的振动。

对于用来承受双向轴向载荷的单个轴承，其间隙不能在安装时通过预紧来消除。

.为了简化结构减小轴向尺寸减轻重量，大中型雷达的方位转台可以采用带内齿轮或外齿轮的特大型轴承，该轴承能承受径向力双向轴向载荷和倾覆力矩，其内外座圈与转台有关部分通常采用螺栓进行轴向固定。

轴的最小直径的确定轴的最小直径的设计，由公式.其中为轴的最小直径为由材料与受载情况决定的系数为轴传递的功率为轴的转速。

由表.，的值取，带入式.，表.轴常用几种材料的值轴的材料轴承的选择轴承分为滚动轴承和滑动轴承，它们都可以用于支撑轴及轴上零件，以保持轴的旋转精度，并减少转轴与支撑之间的摩擦和磨损。

滑动轴承的摩擦损失较大，使用润滑维护也比较复杂滚动轴承摩擦因数较低，启动力矩小轴向尺寸小，特别是已经标准化，使得设计使用润滑维护都很方便。

滚动轴承的分类也很多，包括调心球轴承调心滚子轴承推力球轴承圆锥滚子轴承深沟球轴承角接触球轴承圆柱滚子轴承滚针轴承等等。

由于内框轴在旋转时需同时承受轴向力与径向力，所，而中外环转角范围为，所以内环应为滚动轴系。

因此我们选用立式转台。

根据驱动装置的不同，转台又可分为液压驱动转台电动转台和电液混合驱动转台。

液压驱动自身存在线性度差转角小低速性能差维护复杂等许多缺点。

而本设计要求的转速范围为内环.中环.外环.。

显然，低速性能要求较高，液压驱动不能满足要求，所以我们选择电力驱动。

综上，我们选用立式电动转台。

.转台运动功能设计工作原理智能扫描机械台的三个轴都由电机直接驱动，通过改变电机电流来改变各轴的转速，通过个峰值电流来实现电机的最大加速度。

各电机的启停及通过各电机的电流由接收到的外部信号控制，从而使转台上的负载能够跟踪信号的运动。

运动功能方案转台运动功能图如图.所示，内环中环和外环均由电机驱动，外环实现方位运动中环实现俯仰运动内环实现滚转运动。

图.转台运动功能图.转台总体布局设计根据技术指标，考虑到负载尺寸较大，为了尽可能降低转台惯量，提高转台的响应速度，我们将内环轴设计为中空，负载直接安装在内环轴的中空部位。

在尽可能减小转台中环惯量的同时，为了保证中环刚度，我们将中环框架设计为与内环滚动轴同心的圆筒结构，这种结构具有结构刚度高工艺性好等优点，且能实现尽量小的转动惯量。

由于本转台整体结构较大，同时为了保证中环框架的正确安装，我们将外环框架设计为分体式薄壁箱结构，这结构可以在达到最小质量的情况下实现最大的结构刚度。

综上所述，本转台的总体结构我们采用立式结构形式。

其总体布局如图.所示图.智能扫描机械台总体布局图.转台主要参数设计本转台负载安装于内环轴孔中，负载尺寸为，所以内环轴径由负载尺寸决定也为。

内环轴壁厚尺寸，考虑其刚度，结合经验暂定为，由于转台设计的特殊性，其它结构尺寸均与前步结构设计的结果直接相关，所以暂无法确定。

.本章小结在本章设计中，根据此次设计的技术要求，完成了本设计的总体设计流程，确定了转台的类型为型根据转台的运动原理，设计出它的运动功能方案，三轴均为直接驱动根据技术指标，考虑转台的负载尺寸，确定负载过渡盘厚度为，设计转台的总体布局为立式。

第章在台体材料与机械结构方面，采用了石墨复合材料碳纤维增强塑料级球形结构改善了转台的对称性及偏转特性。

在轴承方面采用有缘磁悬浮轴承。

在电机方面使用多相感应式电机。

用滚环代替滑环，降低了摩擦力矩，提高了高速平稳性和控制精度，同时提高了可靠性。

在测角系统中，将感应同步器和绝对光学编码器结合使用。

在控制方面，采用了数字状态反馈技术为误差补偿创造了条件。

采用了这些新技术之后，高精度三轴转台的技术指标比以前的转台提高个数量级以上。

表.是几种型号的三轴转台与的技术指标表.几种型号的三的技术指标比较轴转台与型号三根轴的摆动轴的正交度轴的定位精度最大指向误差速率不平稳性内框轴中框轴外框轴内框轴中框轴中框轴外框轴内框轴中框轴外框轴.国内智能扫描机械台的发展状况国内自六十年代中期开始转台的研制工作，其发展状况大致如下年，所开始研制型单轴低速转台，年进行全面的精度测定，年通过鉴定。

该台由机械台体和电子控制箱两部分组成，采用气浮轴承，交流力矩电机直接驱动，用感应同步器和旋转变压器组成测角系统。

年，所研制成功了.型伺服台，首次应用光栅为精密测角元件。

该伺服台与美国公司生产的型转台样，可提供三种工作状态。

年，哈尔滨工业大学和原六机部所及厂合作研制出我国第台双轴伺服转台型双轴气浮轴承台，又称双轴台。

年，所研制成了Ⅱ型双轴台，该台是在转台的基础上研制的，提高了可靠性。

年，航天部院所研制了型双轴伺服台，该转台是我国最大的双轴伺服台。

年，哈工大与所共同承担了计算机控制双轴转台，即双轴转台的研制任务，年研制成功。

该台是我国第台计算机控制的双轴台。

年月日，阿波罗号飞船登月成功。

年月日，世界上第架航天飞机哥伦比亚号发射。

从此人类进入了宇宙探险时代。

最早，飞行器上天之前要用许多实物进行实验研究，这样不仅造成许多财力物力和人力的浪费，而且有限的实验所获得的规律也不是十分的准确，其中存在很大的偶然性。

随着人类航天活动的越来越频繁，对设备的可靠性及经济性的要求也越来越高。

尤其是近几年来几次重大的航天飞行事故促使人们对以往的实验手段进行了深刻的反省，开始了仿真测试设备的研究，仿真转台就是在这样的背景下产生和发展起来的。

二十世纪七十年代后，计算机尤其是数字计算机的发展为仿真技术提供了更高的技术基础。

现在仿真转台已应用到航空航天设备的研制和测试的各个环节。

.智能扫描机械台结构设计的国内外发展状况智能扫描机械台的发展状况美国是世界上最早研制和使用转台的国家，它的第台转台于年诞生于麻省理工学院。

从那时起直到现在，美国的转台研制和使用，无论在数量种类，还是在精度和自动化程度上都居于世界领先水平，代表了当今世界转台的发展水平和方向。

此外，英法德俄等国也投入了大量的人力财力进行仿真转台的研究。

但是以美国最为典型，下面主要以美国的转台研究和发展为例进行介绍。

回顾美国转台的发展过程，大体可以分为以下几个阶段第阶段的主要标志用机械轴承支撑台轴，轴的驱动采用交流力矩电机。

年，美国麻省理工学院仪表实验室研制成功世界上第台转台，开始了转台发展的第个阶段。

此转台后来命名为型台，台轴的支撑采用般的滚珠轴承，轴的驱动直接用交流力矩电机完成。

在型台的基础上，于和年又相继研制出了型台和型台。

第二阶段的主要标志采用液体静压轴承支撑台体，用支流力矩电机驱动轴系。

年，美国开始研制液体静压轴承转台，并研制出了型液体轴承台，他的摩擦力矩仅为型转台的，有利于提高精度。

从五十年代开始，除了麻省理工学院，美国还有些公司也开始研制转台。

智能，扫描，机械，结构设计，毕业设计，全套，图纸本次设计的三轴雷达仿真转台主要用于型机载雷达的测试。

转台性能的优劣直接关系到仿真和测试试验的可靠性，是保证型机载雷达的精度和性能的基础。

本文针对三轴雷达仿真转台的机械结构设计进行了详细的讨论，并进行了理论论证及必要的计算，同时对本转台中使用到的测量元件及联轴器等其他原件的结构及原理作了简单的介绍，设计中采用铸铝合金作为台体的材料，实现了低转速高精度的要求，并且减轻了整体的重量，使机构在满足转角范围速度范围最大角加速度等设计参数要求的前提下，使结构设计尽量优化。

本设计紧紧围绕着设计任务书中的各项指标，从内环开始至外环步步地展开设计。

本文主要内容包括转台的总体结构论证转台的详细结构设计转台的误差分析等。

结合转台设计的特点，本文重点讨论了转台机械结构的设计思想及设计过程。

关键词三轴仿真转台机载雷达测量元件联轴器内环中环外摘要第章绪论.课题背景智能扫描机械台的发展状况国内智能扫描机械台的发展状况未来转台的发展趋势.立题的目的和意义.本文主要工作第章智能扫描机械台总体设计.总体设计流程.转台类型的确定.转台运动功能设计工作原理运动功能方案.转台总体布局设计.转台主要参数设计第章智能扫描机械台机械结构详细设计.转