（优秀毕业全套设计）智能扫描机械台结构设计

内环轴系的支撑采用钢丝滚道轴承，由于内环轴的轴向尺寸较大，为了保证轴的刚度，我们除了在轴的前端用钢丝滚道轴承作为主支撑外，在轴的后端再增加钢丝滚道轴承作为辅助支撑。

内环驱动电机安装在轴系前端，电机转子用螺钉与内环轴相联，这种布置方面可以扩大视场角，另反面可以最大限度的起到静力矩平衡的作用。

内环测角元件为感应同步器。

内环定子与中环框架作成体。

这样既可以使结构紧凑，又可以实现更高的系统刚度和精度。

图.内环轴系结构图本转台各轴系均为局部转角，系统超限保护均为三级保护，其顺序为软件保护光电开关保护和机械限位，其中机械限位均有橡胶缓冲装置。

转矩计算理论力学定义刚体的转动惯量是刚体转动时惯性的度量，它等于刚体内各质点的质量与质点到轴的垂直距离平方的距离之和，即.由式.可见，转动惯量的大小不仅与质量大小有关，而且与质量的分布情况有关。

因此对于结构不规则的复杂零件，用式.计算转动惯量就显得非常复杂。

由理论力学知识我们可以得出转动惯量的又计算公式.式中惯性半径或回转半径。

由式.可见，只要我们知道零件的回转半径和质量就可以方便地计算出零件的转动惯量。

在机械制图软件的“工具”菜单中有“查询面域质量特性”命令，此命令可以直接生成三维零件的质量及回转半径。

利用此命令我们就可以很方便地计算出零件的转动惯量。

本次设计所有关于转动惯量的计算都是使用此方法来完成的。

零件转矩与转动惯量的关系见式式中零件角加速度。

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，所以选择的轴承形式必须满足这两点要求，满足需求的轴承有推力调心滚子轴承角接触球轴承圆锥滚子轴承。

推力调心滚子轴承的轴向载荷有限制，不可选。

在同样外形尺寸下，角接触球轴承，由于内框需同时承受轴向和径向载荷，所以选择安装角接触球轴承。

轴承的固定与密封轴承端盖既对轴承起到固定支撑作用，也对轴承起到密封作用。

本次设计中轴承尺寸如表.所示表.端盖尺寸号尺寸关系符号尺寸关系符号尺寸关系轴承外径螺钉直径螺钉数个.轴承密封是为了阻止润滑剂外泄流失污染环境，并防止灰尘水腐蚀性气体等侵入轴承。

般可分两大类.接触式密封毡圈密封轴承端盖上开出梯形槽，将按标准制成环形的细毛毡放置于槽中，以与轴密合接触。

唇形密封圈密封密封圈由皮革或耐油橡胶等材料制成，具有唇形结构，将其装如轴承盖中，靠材料的弹力和环行螺旋弹簧的扣紧作用与轴紧密接触。

.非接触式密封间隙式密封在轴表面与轴承端盖通孔壁之间形成有定轴向宽度的环行间隙，依靠间隙流体阻力效应密封.迷宫式密封在旋转件与固定件之间构成曲折的间隙来实现密封。

由于内框无特殊要求，所以采用普通密封方式即可满足设计要求。

本次设计采用毡圈油封，型号毡圈内框轴与负载盘的联接方式内框轴轴端与负载盘的联接可采用的方式有多种如过盈配合键连接成型连接弹性环联接胀紧套连接等等，均可实现。

过盈配合连接是利用两个相配零件的装配过盈量实现的种连接。

零件的配合表面多为圆柱面。

组成过盈联接后，由于组合处的弹性变形和装配过盈量，在包容件和被包容件的配合面间将产生很大的正压力。

当连接承受外载荷时，配合表面考此正压力所产生的摩擦力或摩擦力矩来传递载荷。

但拆开过盈配合联接需要很大的外力，往往会损坏连接零件的配合表面，甚至整个零件。

键联接包括平键联接半圆键联接楔键联接切向键联接。

平键联接具有结构简单对中性好拆装方便等优点，但这种联接不能承受轴向力，起不到轴向固定作用。

半圆键联接只用于静联接，主要用于载荷较小的联接及锥形轴端与轮毂的连接。

楔键联接用于静联接，主要用于定心精度要求不高载荷平稳和低速的场合。

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。

按照电机结构尺寸，由式计算其转子转矩为。

内环电机所需转矩为。

显然，所以，所选电机转矩满足要求。

.转台中环结构设计中环结构设计所要解决的关键问题是，中环轴系的结构布局轴承的选择及布置和与外环支撑件的配合等。

结构设计中环轴系的结构设计如图.所示，中环框架尺寸较大，为了减小重量和转动惯量将其设计为全中空结构，内部加筋板来保证刚度。

中环轴与中环电机转子轴做成体，中环框架向外伸出两个耳轴，在耳轴孔中安装轴套和联轴器用以与中环轴相联，联轴器采型胀紧联结套。

轴系采用两对角接触球轴承，对称两端电机驱动，外环框架的上分体箱即为中环电机的电机座，这种布置可使结构更加紧凑，尽可能的减小了安装误差。

由于内环的重量分布于中环轴的侧，为了平衡内环重量，在中环轴的另侧加组配重块。

测角元件采用光电绝对式码盘，该轴系摩擦力矩小结构简单易于调整。

图.中环结构设计图图.中环框架剖面图由于中环框架结构形状比较复杂，为了更清楚的表达其结构形状，图.是中环框架的三维模型图。

转矩计算表.绕中环转动零件数据名称质量转动惯量滚动轴系中环框架配重码盘轴套俯仰机械限位盘俯仰波导座俯仰联轴器合计与内环转矩计算方法相同，先由三维图形通过计算机计算出零件的质量和回转半径，由式.和式.分别计算出零件的转动惯量和转矩。

绕中环轴转动的各零件的转动惯量计算结果如表.所示。

转矩由于电机转子轴即为俯仰轴，所以此处不需对俯仰轴扭转角进行校核。

电机转矩校核对绕中环转动零件的转矩乘以.倍的安全系数作为我们所选的电机转矩，即电机转矩为.。

由三维图形式.和式.计算出电机转子的转矩。

中环电机所需转矩为显然所，以所选电机转矩满足要求。

.转台外环结构设计外环结构设计所要解决的关键问题是，分体式外框架及其薄壁箱式框架结构轴承及联轴器的选择等。

结构设计外环轴系的结构如图.所示。

外环轴系的主支撑采用钢丝滚道轴承，它可以同时承受双向的轴向力和径向力外环框架为分体的中空箱式结构，重量轻，便于安装调试。

将外框架分为框架和两个中环基座的分体结构，目的是为了保证体的中框架正确安装，分体结构需要保证的关键问题是要保证框架和两个中环基座的准确安装和中环轴承座孔与框架的联轴器孔的垂直度和相交度，为此，要求加工中将外框架和两个中环基座安装成体后精加工，以达到设计要求，同时要求两个中环基座与框架保证定的配合精度将外框架设计成薄壁箱式框架结构可以使框架在达到最低重量的前提下实现最大的结构刚度，大型薄壁箱式框架结构的关键在零件的铸造技术，包括木模制造。

为此，我们将加强框架铸造环节的质量控制，以满足指标要求。

外框架上分体箱模型图如图.所示。

外环电机由对轴承支撑自成体，安装方便，外环轴与外框架采用涨紧式联轴器联接，外环测角元件为光电码盘。

转矩计算由三维图形通过计算机计算出零件的质量和回转半径，由式.和式.分别计算出零件的转动惯量和转矩。

转矩与俯仰轴系相同方位电机转子轴即为方位轴，所以此处也不需对方位轴扭转角进图.外环轴系结构图图.外框架上分体箱三维视图行校核。

绕外环轴转动的各零件的转动惯量计算结果如表.所示表.绕外环转动零件数据名称质量转动惯量滚动轴系俯仰轴系外环框架方位滚道轴承外环方位轴方位联轴器方位码盘方位零位销座合计电机转矩校核对绕外环转动零件的转矩乘以.倍的安全系数作为我们所选的电机转矩，即电机转矩为.。

由三维图形式.和式.计算