（优秀毕业全套设计）三自由度微型飞行器模拟转台的设计（整套下载）

原理设计及评价.原理原理如图所示注各轴的驱动源均是步进电极微型飞行器的俯仰远动由软轴来实现，软轴直接连接工作台，在此图未表达出来。

些元件的固定装置未表现出来。

步进电机的安装在上图未表示出来。

根据设计要求，第层转台由大小齿轮联合作用，使其转动，模拟微型飞行器的航向角。

小齿轮直接由步进电机驱动，小齿轮带动大齿轮转动，使整个转台转动。

第二层转台中，采用电机与轴的联合作用，电动机经过联轴器与轴相联，电动机的转动带动轴的转动，轴由两个轴承座支撑，使轴能够顺利的转动，从而实现第二层转台的转动。

第二层转台通过两根固定架与轴相连，固定架上支撑着第二层转台，轴转第二层转台同时转，从而实现微型器的翻滚运动。

第三层转台是实现微型飞行器的俯仰角，由软轴带动。

第三层转台是固定在第二层转台上的，也是通过固定架支撑，第三层转台同时也是模拟飞行器的工作台，通过软轴的联接转动，实现微型飞行器的俯仰角。

总体上讲，此方案能基本实现微型飞行器的三个自由度，航向俯仰翻滚，但由于结构较为复杂，不够紧凑，在外观方面不够美观。

最为关键的是实现飞行器三个自由度的运动中心必须在飞行器的中心，上述方案中，由于第二层转台是由轴的转动来实现的，其运动中心难以确定在飞行器的中心，故飞行器的转动不合理，同时对设计与制造也会造成很大的难度，所以此方案不能选择。

.原理二原理图注第层转台蜗轮蜗杆驱动是由步进电机实现。

软轴在图上不便表达。

软轴直接接到工作台上，由电动机直接驱动。

步进电机的安装在上图上未表示出来。

方案是在方案的基础之上把第二层转台的驱动改用蜗轮蜗杆机构，由于蜗轮蜗杆在运动中其运动的中心较为好确定，故考虑到用这种机构，但是采用蜗轮蜗杆机构模拟的是微型飞行器的俯仰运动。

第层转台利用轴与齿轮的配合作用。

小齿轮直接由步进电机驱动，通过啮合使大齿轮转动，轴通过大齿轮的转动从而实现轴本身的运动，轴的运动也就带动了整个工作转台的运动，从而实现模拟飞行器的航向角。

在第二层转台中采用蜗轮蜗杆机构实现飞行器的俯仰运动。

蜗轮两边固定在两板之上的，保证其中心在蜗杆蜗轮的运动中心上，也就是飞行器的运动中心上，在蜗轮上安装根支杆，直接与工作台连接，也是通过这根支杆使工作台运动。

为了能确保蜗轮和摆幅轨迹的准确性，利用螺杆来定其运动轨迹和定位，使其能准确的传动来实现飞行器的俯仰运动。

蜗杆转动使蜗轮做来回运动实现飞行器的俯仰运动。

为了确保飞行器在风洞中的运动不受影响，蜗轮蜗杆的安装应该偏离飞行器的运动中心，然后利用根支杆伸出确保三个自由度的中心在飞行器运动的中心。

第三层转台由软轴直接与工作台连接在原理图上未能表示出来，软轴直接由步进电机驱动，来实现微型飞行器的横滚运动。

驱动软轴的电机安装在下层大齿轮之上。

在此方案中，能够实现飞行器的三个自由度，也能保证实现三个自由度的运动中心均在飞行器的中心，能够满足模拟飞行器飞行的要求。

在此方案中主要是利用了蜗轮蜗杆的中心就是工作台的运动中心，这样便于共心，第二就是利用了软轴的特性，可以直接的与工作台电动机连接，软轴还可以任意旋转。

故此方案较第种方案结构简单紧凑，同时也便于运动中心的确定。

.原理三原理图注电动机在图示中未表示出来。

软轴由电动机直接驱动，小齿轮也由电动机直接驱动。

方案三的原理是两个齿轮同时由底座来支撑，小齿轮直接由步进电机带动。

在步进电机的直接作用下，通过啮合带动大齿轮转动，轴通过键与大齿轮作用，使轴转动，从而带动转台转动，模拟微型飞行器的航向角。

软轴直接与转台连接。

软轴具有国际标准，通过软轴的接头直接作用于转台，可以带动转台转动。

软轴可以实现微型飞行器的俯仰运动。

软轴直接与步进电机连接，可以实现转动。

步进电机的固定未在原理图中表示出来。

软轴也是直接与转台连接，通过电机的驱动带动软轴转动，从而使转台转动。

软轴模拟的是微型飞行器的横滚运动。

其电动源在原理图上也未表示出来。

总结方案三，整个模拟微型飞行器的转台设计比较紧凑，结构也比较的简洁，能够很好的实现微型飞行器的三个方向的自由度，航向横滚俯仰。

在此方案中主要是充分利用了软轴的特性，可以任意的旋转，同时也可以直接的与电机作用，无需配合联轴器，这也就大大的降低了模拟飞行器转台的重量，两根软轴对称的分布在轴的两侧，这也就降低了转动惯量，有利于真实的模拟，准确度精确度都较高。

.总述方案综合评价方案方案二方案三方案中，主要采用的是齿轮轴机构。

把实现其功能分为三层转台实现，各层转台采用步进电机带动。

方案中存在较多的缺陷是机构不够紧凑，实现第二层转台功能是靠的是支架，这样不但不好定位而且使整个机构处于不稳定状态二是实验时，三层转台的运动中心必须是在飞行器的运动中心上的，而此机构较难以保证。

第二层转台的运动中心较难控制，难以保证三轴同心。

所以此运动机构在设计上是不合理的，不能在实践中得到运用。

方案二中，采用蜗轮蜗杆机构。

这是利用了蜗轮蜗杆的运动中心较容易控制，设计过程中当中，应使飞行器的工作转台位于蜗轮蜗杆的运动中心，这样就可以确保同心的要求。

在第层转台当中，采用啮合作用，使整个上层转台转动，其运动中心同样也是在飞行器的运动中心之上的。

在此机构当中还采用了软轴机构，充分利用了软轴的旋转特性。

利用软轴来模拟飞行器的横滚，软轴直接连接于工作台之上的，同时也可以直接的与步进电机连接，使整个机构较为紧凑。

驱动软轴的电机与驱动蜗轮蜗杆的电机列于运动中心两侧，这样有利于整个工作转台的平衡，减少转动惯量，提高精度，同时也便于三轴的同心。

此方案总结来说比较合理，在实现三个自由度的同时，也确保了其运动中心在同轴线上。

能较好的确保运动精度和准确度。

方案三第层转台采用齿轮啮合，保证工作台的运动中心在齿轮的运动中心，再利用两根软轴来实现飞行器的俯仰和横滚运动，与两根软轴连接的步进电机分布于轴的两端，便于平衡，降低转动惯量，其精确度较高。

总述三种方案，方案三较为方便紧凑。

设计过程中也较为简单。

在本书中就不予于设计与介绍。

在本书中主要介绍方案二。

对方案二的零件进行设计与计算。

.方案二的介绍方案二在原理图二上把螺杆改成轴与套筒。

由于模拟微型飞行器实验转台具有较高的精度要求和准确性要求，整个实验转台装置必须结果紧凑，合理布置。

在实现三个自由度的同时要能保证设计合理。

方案二中，把三个自由度的实现分别利用三个不同的转台，分为上中下三层。

第层转台模拟微型飞行器的航向运动，第二层转台模拟微型飞行器的俯仰运动，第三层转台是利用软轴来模拟微型飞行器的横滚运动。

第层转台是利用齿轮机构。

因为齿轮机构的传动精度高，结构紧凑，工作可靠寿命长，传动比稳定。

由于第层转台的转矩较高，要求的同轴度也较高，应采用齿轮啮合。

通过齿轮的转动带动第二第三层同时旋转，故精度较高。

驱动小齿轮旋转的步进电机直接与小齿轮连接并固定在盖板之上的，由于传动的精度要高，摩擦要较小，所以采用推力球轴承支承起小齿轮，保证传动要求。

第层转台固定在底座之上的，底座用地脚螺钉固定在地面上，使其稳定。

总的来说第层转台能够实现微型飞行器的航向运动，也能保证较高的精度。

第二层转台实现的是微型飞行器的俯仰运动，主要是采用蜗轮蜗杆机构蜗杆。

此类蜗轮蜗杆机构的特点较多传动比范围大蜗轮蜗杆的齿廓呈凹凸啮合，接触线与相对滑动速度方向间的夹角大，有利用润滑油膜的形成蜗杆主动时，啮合效率可达以上。

在此采用蜗轮蜗杆机构主要是利于其中心距较易控制，工作台也就是放置在蜗轮蜗杆的运动中心，这也保证了其三轴同心的要求。

但采用此机构最大的问题就是蜗轮的安装与定位，以及考虑到蜗轮蜗杆的润滑问题。

本机构采用的是设计底座固定于齿轮之上，再把支座中部掏空，安装蜗杆，这就解决了蜗轮蜗杆的润滑问题。

蜗轮的定位主要是采用两块夹板与滚筒的联合作用。

两块夹板固定在支座上，夹住蜗轮，使蜗轮不能前后运动，不至于产生偏移量，第二为了保证其中心度与轨迹要求，在蜗轮之上铣出个圆弧槽，用来安装轴与滚筒，轴安装在夹板之上的，滚筒安装在轴之上的。

使蜗轮绕滚筒旋转。

这里采用滚筒机构主要是因为滚筒的摩擦力较小，而且传动的精度也比较高。

利用此机构确定其蜗轮能绕着中心旋转，使工作台始终在轴线上运动。

总的来说第二层转台能保证其运动的中心与第层转台的中心重合的同时，结构也相对紧凑，便于控制。

第三层转台就是采用软轴直接与工作台连接，利用步进电机的驱动直接带动工作台转动，实现微型飞行器的横滚运动，在这里考虑电机的布置问题。

整个模拟机构都是较精密的，传动要求要较高的，考虑到这点，把这个步进电机与驱动第二层转台的步进电机分别安置于运动中心的两侧，这样可以减少转台的转动惯量，提高精度。

综述此套方案，结构紧凑，安装方便。

能同时模拟微型飞行器的三个自由度。

此方案的装配图和零件图附后。

齿轮机构设计.失效形式齿轮传动就装置型式来说，有开式半开式及闭式之分就使用情况来说，有低速高速及轻载重载之分就齿轮材料的性能及热处理工艺的不同，轮齿有较脆如经整体淬火齿面硬度很高的钢齿轮或铸铁齿轮或较韧如经调制常化的优质碳钢及合金钢齿轮齿面有较硬齿轮工作面的硬度大于或，并称为硬齿面齿轮或较软轮齿工作面的硬度小于或等于或，并称为软齿面齿轮的差别等。

般来说，齿轮的失效主要是轮齿的失效，而轮齿的失效形式又是多种多样的，较常见的轮齿折断和工作齿面磨损点蚀胶合及塑性变形等。

轮齿折断轮齿折断有多种，在正常工况下，主要是齿根弯曲疲劳折断，因为轮齿在受载时，齿根处产生的弯曲应力最大，再加上齿根过度部分的截面突变及加工刀痕等引起的应力集中作用，当轮齿重复受载后，齿根处就会产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿疲劳折断。

为提高轮齿的抗折断能力，可采取下列措施用大齿根过渡圆角半径及消除加工刀痕来减少齿根应力集中增大轴及支撑的钢性，使轮齿上受载较为均匀采用合适的热处理方法使齿芯材料具有足够的韧性采用喷丸滚压等措施对齿根表层进行强化加工。

齿面磨损在齿轮传动中，齿面随着工作条件的不同会出现多种不同的磨损形式。

当啮合齿面间落入磨料性物质如砂粒铁屑等时，齿面即被逐渐磨损而报废。

这种磨损称为磨粒磨损.它是开式齿轮传动的主要形式之。

改用闭式齿轮传动是避免齿面磨粒磨损最有效的方法。

齿面点蚀点蚀是齿面疲劳损伤的现象之。

在润滑良好的闭式吃力传动中，常见的齿面失效形式多为点蚀。

所谓点蚀就是齿面材料在变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。

轮齿在啮合过程中，齿面间的相对滑动起着形成润滑油膜的作用，而且相对滑动愈高，愈易在齿面间形成油膜，润滑也就愈好。

当轮齿在靠近节线处啮合时，由于相对滑动速度低，形成油膜的条件差，润滑不良，摩擦力较大，因此点蚀也就首先出现在靠近节线的齿根面上，然后再向其他部位扩展。

从相对意义上说，也就是靠近节线树的齿面抵抗点蚀的能力最差即接触疲劳强度最低提高齿轮材料的硬度，可以增强轮齿的点蚀能力。

齿面胶合对于高速重载的齿轮传动，齿面间压力大瞬间温度高，润滑效果差，当瞬间温度过高时，相啮合的两齿面就会发生粘在起的现象，由此两齿面又在作相对滑动，想粘结的部位即被撕破，于是在齿面上沿相对滑动的方向形成伤痕，称为胶合。

加强润滑措施，采用抗胶合能力强的润滑油，在润滑油中加入极压添加济等，均可防止或轻齿面的胶合.塑性变形塑性变形属于轮齿永久变形大类的失效形式，它是由于在过大的应力作用下，轮齿材料处于屈服状态而产生的齿面或齿面塑性变形流动所形成的。

塑性变形般发生在硬度低的齿轮上但在重载作用下，硬度高的齿轮也会出现。

塑性变形又分为滚压塑变和锤击塑变。

滚压塑变是由于啮合轮齿的相互滚压与滑动而引起的材料塑性流动所形成的。

锤击塑变则是伴有过大的冲击而产生的塑性变形，它的特征是在齿面上出现的沟槽，且沟槽的取向与啮合轮齿的接触线想致。

提高轮齿