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畢業(yè)設計（論文）開題報告
題目 三自由度微型飛行器模擬轉臺設計
專 業(yè) 名 稱 機械設計制造及其自動化
班 級 學 號 088105442
學 生 姓 名 鄒金生
指 導 教 師 朱保利
填 表 日 期 2012 年 3 月 12 日
一、選題的依據及意義：
選題的依據
隨著社會的發(fā)展，工業(yè)水平的提高，逐步的由大型化轉向小型化，轉化成微型化。在此發(fā)展的過程中，機械制造技術的水平與制造業(yè)也得到了有個較快的發(fā)展，它反映的是一個國家的經濟實力和科學技術水平。新技術的推廣和應用，使得新產品的不斷涌現，與原有的事物相比，其體積是越來越小。機械工業(yè)歷來都是發(fā)達國家的重要支柱產業(yè)，是一個國家的工業(yè)基礎。從70年代開始，由于各國政府重視和發(fā)展高新技術，特別是微電子技術，微機技術的引入，使傳統(tǒng)的機械工業(yè)在產品結構和生產系統(tǒng)結構等方面發(fā)生了質的變化，使其煥發(fā)了新的生命，形成了一個嶄新的現代機械工業(yè)。
一個國家需安全、穩(wěn)定，其國防技術就不能落后于其它國家。目前，各國在國防建設的投入是越來越多，逐年增加，為的就是研制出新的產品，使自己有優(yōu)越于其他國家。現代軍隊的裝備越來越重視其輕型化、技術化、現代化等。如：微型沖鋒槍、微型機器人等。飛機在現代戰(zhàn)爭是必不可少的，其發(fā)展趨勢也是向無人駕駛，微型化發(fā)展。
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。飛行仿真實驗主要分為測試飛機飛行動力學性能的風洞實驗和測試飛機動態(tài)控制性各種機載傳感器性能的地面半實物飛行仿真實驗。只有通過仿真實驗，獲取足夠多的飛行器性能數據，確證飛行器的外形設計符合動力學要求，控制系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定性以及各種機載穩(wěn)定性以及各種機載儀器能夠在模擬工作環(huán)境中正常工作，才能進行飛行器的試飛工作。
我國也在研制開發(fā)微型飛行器的行列中的一員，因此也就需要進行飛行仿真實驗必不可少的實驗設備——模擬轉臺。為了加快我國微型飛行器的事業(yè)的發(fā)展，我選擇了三自由度微型飛行器模擬轉臺設計作為我的畢業(yè)設計的課題。
課題的意義
在微型飛行器模擬轉臺的設計過程中，三軸搖擺臺是半實物飛行仿真實驗系統(tǒng)中的一個關鍵設備。它可以按照實驗要求，提供飛行器飛行時的航向角、俯仰角、橫滾角以及飛行擾動，實時模擬飛行器在空氣飛行的姿態(tài)。通過模擬飛行器的飛行姿態(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狀況。
二、國內外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）：
目前，在微型飛行器模擬實驗轉臺的研究開發(fā)方面，多采用齒輪傳動，用步進電機驅動。一般是三軸飛行模擬轉臺，實驗時能提供飛行器飛行時的航向角（偏轉角）、俯仰角、橫滾角（滾轉角），即只有三個自由度。這種三軸飛行模擬轉臺，并不能完全模擬飛行器在空中的姿態(tài)。它采用三層轉臺提供三個方向的轉動。在實際使用時，由三個獨立的電機驅動。下層轉臺模擬飛行時的航向角，中層轉臺模擬飛行時的俯仰角，上層轉臺模擬飛行時的橫滾角。
飛行器在空中飛行時，有六自由度，所以在風洞實驗時，模擬轉臺的發(fā)展趨勢是具有五個或六個自由度，要能真實的模擬飛行器在空中受到的各種力以及影響，并且使其智能化，即由計算機控制，以增加模擬的準確性。
三、研究內容及實驗方案：
研究內容：
1．搜集畢業(yè)設計相關資料，包括參考圖紙、技術論文及外文資料。
2．對相關類型的模擬轉臺進行分析比較，并確定出新的傳動方案，繪制出相應傳動系統(tǒng)圖。
3．繪制結構圖，包括展開圖和剖截圖，并進行相關設計的計算。
4．綜合計算結果及圖，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．確定驅動方式，并確定驅動動力來源。
8．撰寫說明書。
9．翻譯外文資料。
實驗方案：
方案一、方案二、方案三：
方案一中，主要采用的是齒輪、軸機構。把實現其功能分為三層轉臺實現，各層轉臺采用步進電機帶動。方案一中存在較多的缺陷：一是機構不夠緊湊，實現第二層轉臺功能是靠的是支架，這樣不但不好定位而且使整個機構處于不穩(wěn)定狀態(tài)；二是實驗時，三層轉臺的運動中心必須是在飛行器的運動中心上的，而此機構較難以保證。第二層轉臺的運動中心較難控制，難以保證三軸同心。所以此運動機構在設計上是不合理的，不能在實踐中得到運用。
方案二中，采用蝸輪蝸桿機構。這是利用了蝸輪蝸桿的運動中心較容易控制，設計過程中當中，應使飛行器的工作轉臺位于蝸輪蝸桿的運動中心，這樣就可以確保同心的要求。在第一層轉臺當中，采用嚙合作用，使整個上層轉臺轉動，其運動中心同樣也是在飛行器的運動中心之上的。在此機構當中還采用了軟軸機構，充分利用了軟軸的旋轉特性。利用軟軸來模擬飛行器的橫滾，軟軸直接連接于工作臺之上的，同時也可以直接的與步進電機連接，使整個機構較為緊湊。驅動軟軸的電機與驅動蝸輪蝸桿的電機列于運動中心兩側，這樣有利于整個工作轉臺的平衡，減少轉動慣量，提高精度，同時也便于三軸的同心。此方案總結來說比較合理，在實現三個自由度的同時，也確保了其運動中心在同一軸線上。能較好的確保運動精度和準確度。
方案三第一層轉臺采用齒輪嚙合，保證工作臺的運動中心在齒輪的運動中心，再利用兩根軟軸來實現飛行器的俯仰和橫滾運動，與兩根軟軸連接的步進電機分布于軸的兩端，便于平衡，降低轉動慣量，其精確度較高。
總述三種方案，方案三較為方便、緊湊。設計過程中也較為簡單在本書中就不予于設計與介紹。在本書中主要介紹方案二。對方案二的零件進行設計與計算。
四、目標、主要特色及工作進度
目標：
1） 設計的模擬轉臺具有三個自由度，有效載荷重量為300—500克，有效載荷空間為Φ150mm，能夠模擬微型飛行器飛行時的航向角（偏轉角）、俯仰角、橫滾角（滾轉角）以及飛行擾動，實時模擬微型飛行器在空中的姿態(tài)。
2） 繪制的結構圖包括展開圖和剖截圖。
3） 翻譯的外文資料應在五千字符以上。
4） 所擬設計中涉及標準一律執(zhí)行國標（新）和ISO。
特色：較高的精度，便于控制，結構緊湊，安裝方便。
工作進度：
1） 收集資料、撰寫開題報告 第1周-第2周
2） 轉臺機械系統(tǒng)方案的選擇及評價 第2周-第5周
3） 轉臺裝配圖及零件圖的設計 第5周-第10周
4） 相關外文翻譯 第10周-第11周
5） 撰寫畢業(yè)論文 第11周-第12周
五、參考文獻
（1） 許洪基，雷光主編 現代機械傳動手冊 第2版 北京： 機械工業(yè)出版社 2002
（2）鄧星鐘 主編 機電傳動控制（第三版） 武漢：華中科技大學出版社 2001年
（3）濮良貴，紀名剛 主編 機械設計 第7版 北京：高等教育出版社 2001
（4）孫桓，陳作模 主編 機械原理 第5版 北京：高等教育出版社
（5）王世剛 主編 機械設計實踐 哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社2001
（6）王啟義 主編 機械制造裝備設計 北京：冶金工業(yè)出版社 2002
（7）李振清 主編 機械設計簡明手冊 兵器工業(yè)出版社出版
（8）王昆，何小柏，汪信遠 主編 機械設計-機械設計基礎課程設計 北京： 高等教育出版社，1996
（9）唐金松 主編 簡明機械設計手冊 第2版 上海： 上?？茖W技術出版社 2000
（10）中國紡織大學工程圖學教研室等編 畫法幾何及工程制圖 第四版上海：上?？茖W技術出版社 1999