1799_三自由度微型飛行器模擬轉(zhuǎn)臺的設(shè)計

1799_三自由度微型飛行器模擬轉(zhuǎn)臺的設(shè)計,自由度,微型,飛行器,模擬,摹擬,轉(zhuǎn)臺,設(shè)計 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文11 前 言§1.1 模 擬 轉(zhuǎn) 臺 的 簡 介微 型 飛 行 器 （ Micro Aerial Vehicles 或 Micro Air Vehicles,簡稱 MAVs） 的 概 念 最 初 是 美 國 科 學(xué) 家 布 魯 諾 ?W?奧 根 斯 坦 在 1992 年 美 國國 防 高 級 研 究 計 劃 局 （ Defense Advanced Research Projects Agency簡 稱 DARPA） 主 持 的 一 次 未 來 軍 事 會 議 上 提 出 的 。 現(xiàn) 代 的 微 型 飛 行 器 具 有 尺寸 小 、 重 量 輕 、 隱 身 性 能 好 、 自 主 飛 行 ， 實 時 傳 輸 圖 象 等 突 出 優(yōu) 點 ， 因 而 在軍 事 、 消 防 、 交 通 等 領(lǐng) 域 有 獨 特 的 應(yīng) 用 。隨 著 社 會 的 發(fā) 展 ， 工 業(yè) 水 平 的 提 高 ， 逐 步 的 由 大 型 化 轉(zhuǎn) 向 小 型 化 ， 轉(zhuǎn) 化成 微 型 化 。 在 此 發(fā) 展 的 過 程 中 ， 機 械 制 造 技 術(shù) 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(jīng) 濟 實 力 和 科 學(xué) 技 術(shù) 水 平 。 新 技 術(shù) 的 推廣 和 應(yīng) 用 ， 使 得 新 產(chǎn) 品 的 不 斷 涌 現(xiàn) ， 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(chǎn) 業(yè) ， 是 一 個 國 家 的 工 業(yè) 基 礎(chǔ) 。 從 70年 代 開 始 ， 由 于 各 國 政 府 重 視 和 發(fā) 展 高 新 技 術(shù) ， 特 別 是 微 電 子 技 術(shù) ， 微 機 技術(shù) 的 引 入 ， 使 傳 統(tǒng) 的 機 械 工 業(yè) 在 產(chǎn) 品 結(jié) 構(gòu) 和 生 產(chǎn) 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 等 方 面 發(fā) 生 了 質(zhì) 的變 化 ， 使 其 煥 發(fā) 了 新 的 生 命 ， 形 成 了 一 個 嶄 新 的 現(xiàn) 代 機 械 工 業(yè) 。一 個 國 家 需 安 全 、 穩(wěn) 定 ， 其 國 防 技 術(shù) 就 不 能 落 后 于 其 它 國 家 。 目 前 ， 各國 在 國 防 建 設(shè) 的 投 入 是 越 來 越 多 ， 逐 年 增 加 ， 為 的 就 是 研 制 出 新 的 產(chǎn) 品 ， 使自 己 有 優(yōu) 越 于 其 他 國 家 。 現(xiàn) 代 軍 隊 的 裝 備 越 來 越 重 視 其 輕 型 化 、 技 術(shù) 化 、 現(xiàn)代 化 等 。 如 ： 微 型 沖 鋒 槍 、 微 型 機 器 人 等 。 飛 機 在 現(xiàn) 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(xué) 性 能 的 風(fēng) 洞 實 驗 和 測 試 飛 機 動 態(tài) 控制 性 能 以 及 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(shù) 據(jù) ， 確 證 飛 行 器 的 外 形 設(shè) 計 符 合 動 力 學(xué) 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 。三 軸 搖 擺 臺 是 半 實 物 飛 行 仿 真 實 驗 系 統(tǒng) 中 的 一 個 關(guān) 鍵 設(shè) 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 ， 實南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文2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(diào) 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 ?！?.2 研 究 概 況 及 發(fā) 展 趨 勢目 前 ， 在 微 型 飛 行 器 模 擬 實 驗 轉(zhuǎn) 臺 的 研 究 開 發(fā) 方 面 ， 多 采 用 齒 輪 傳 動 ，用 步 進 電 機 驅(qū) 動 。 一 般 是 三 軸 飛 行 模 擬 轉(zhuǎn) 臺 ， 實 驗 時 能 提 供 飛 行 器 飛 行時 的 航 向 角 （ 偏 轉(zhuǎn) 角 ） 、 俯 仰 角 、 橫 滾 角 （ 滾 轉(zhuǎn) 角 ） ， 即 只 有 三 個 自 由 度 。這 種 三 軸 飛 行 模 擬 轉(zhuǎn) 臺 ， 并 不 能 完 全 模 擬 飛 行 器 在 空 中 的 姿 態(tài) 。 它 采 用 三 層轉(zhuǎn) 臺 提 供 三 個 方 向 的 轉(zhuǎn) 動 。 在 實 際 使 用 時 ， 由 三 個 獨 立 的 電 機 驅(qū) 動 。 下 層 轉(zhuǎn)臺 模 擬 飛 行 時 的 航 向 角 ， 中 層 轉(zhuǎn) 臺 模 擬 飛 行 時 的 俯 仰 角 ， 上 層 轉(zhuǎn) 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(fēng) 洞 實 驗 時 ， 模 擬 轉(zhuǎn) 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(zhǔn) 確 性 。§1.3 研 究 內(nèi) 容1． 搜 集 畢 業(yè) 設(shè) 計 相 關(guān) 資 料 ， 包 括 參 考 圖 紙 、 技 術(shù) 論 文 及 外 文 資 料 。2． 對 相 關(guān) 類 型 的 模 擬 轉(zhuǎn) 臺 進 行 分 析 比 較 ， 并 確 定 出 新 的 傳 動 方 案 ， 繪 制出 相 應(yīng) 傳 動 系 統(tǒng) 圖 。3． 繪 制 結(jié) 構(gòu) 圖 ， 包 括 展 開 圖 和 剖 截 圖 ， 并 進 行 相 關(guān) 設(shè) 計 的 計 算 。4． 綜 合 計 算 結(jié) 果 及 圖 ， 進 行 合 理 性 檢 驗 。5． 確 定 方 案 并 進 性 設(shè) 計 記 錄 的 修 改 、 整 理 。6． 繪 制 總 裝 配 圖 。7． 確 定 驅(qū) 動 方 式 ， 并 確 定 驅(qū) 動 動 力 來 源 。8． 撰 寫 技 術(shù) 論 文 及 設(shè) 計 說 明 書 。9． 翻 譯 外 文 資 料 。2 轉(zhuǎn) 臺 機 械 系 統(tǒng) 方 案 的 選 擇 及 評 價§2.1 控 制 臺 的 功 能 分 析 ：微 型 飛 行 器 模 擬 轉(zhuǎn) 臺 的 有 效 載 荷 重 量 為 300—500 克 ， 有 效 載 荷 空 間南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文3為 Φ 150mm， 能 夠 模 擬 微 型 飛 行 器 飛 行 時 的 偏 轉(zhuǎn) 、 俯 仰 、 滾 轉(zhuǎn) ， 以 及 飛 行 擾動 ， 實 時 模 擬 微 型 飛 行 器 在 空 中 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(diào) 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 。由 于 在 微 型 飛 行 器 模 擬 實 驗 時 ， 模 擬 轉(zhuǎn) 臺 要 根 據(jù) 飛 行 器 在 空 中 飛 行 的 實際 情 況 進 行 模 擬 ， 所 以 ， 在 傳 動 方 面 要 比 較 精 確 。 設(shè) 計 要 求 中 ， 模 擬 轉(zhuǎn) 臺 具有 三 個 自 由 度 。 要 實 現(xiàn) 三 個 自 由 度 大 致 把 它 分 為 三 個 轉(zhuǎn) 臺 （ 上 、 中 、 下 ） 實現(xiàn) ， 控 制 飛 行 器 的 偏 轉(zhuǎn) 、 俯 仰 、 滾 轉(zhuǎn) 。 由 于 轉(zhuǎn) 動 精 度 要 較 高 ， 轉(zhuǎn) 動 的 角 位 移分 辨 率 要 低 ， 連 續(xù) 轉(zhuǎn) 動 速 度 范 圍 要 較 大 ， 運 動 角 度 范 圍 要 符 合 設(shè) 計 要 求 。 所以 要 求 轉(zhuǎn) 動 的 三 軸 必 須 共 點 ， 同 時 要 求 中 層 轉(zhuǎn) 臺 和 上 層 轉(zhuǎn) 臺 有 較 高 的 同 軸 度 、等 高 度 。 對 要 求 轉(zhuǎn) 動 的 在 以 各 種 速 度 轉(zhuǎn) 動 的 過 程 中 ， 轉(zhuǎn) 臺 運 動 要 平 穩(wěn) ， 過 渡過 程 要 較 迅 速 。 直 線 運 動 的 速 度 范 圍 要 較 大 ， 運 動 要 平 穩(wěn) 。 直 線 運 動 與 轉(zhuǎn) 動過 渡 過 程 要 迅 速 、 平 穩(wěn) ?！?.2 方 案 的 選 擇 及 評 價 ：§2.2.1 執(zhí) 行 部 分 由 于 在 風(fēng) 洞 實 驗 中 ， 模 擬 轉(zhuǎn) 臺 要 載 著 微 型 飛 行 器 在 風(fēng) 洞 中 模 擬 空 中 姿 態(tài) ，所 以 ， 轉(zhuǎn) 臺 的 執(zhí) 行 部 分 只 需 一 平 臺 即 可 ， 工 作 平 臺 要 能 提 供 三 個 自 由 度的 需 要 。 有 效 載 荷 空 間 為 Φ 25mm（ 設(shè) 計 要 求 ） 。 模 擬 轉(zhuǎn) 臺 設(shè) 計 要 平 穩(wěn) ， 水平 度 要 好 。（ 1） 原 動 部 分 電 動 機 種 類 的 選 擇 的 原 則 是 在 滿 足 生 產(chǎn) 機 械 對 穩(wěn) 定 和 動 態(tài) 特 性 要 求 的 前提 下 ， 優(yōu) 先 選 用 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 運 行 可 靠 、 維 護 方 便 、 價 格 便 宜 的 電 動 機 。 電 動機 種 類 選 擇 時 應(yīng) 考 慮 的 主 要 內(nèi) 容 ：(a) 電 動 機 的 機 械 特 性 。 它 應(yīng) 與 所 拖 動 生 產(chǎn) 機 械 的 機 械 特 性 相 匹 配 。(b) 電 動 機 的 調(diào) 速 性 能 。 它 包 括 調(diào) 速 范 圍 、 調(diào) 速 的 平 滑 性 、 調(diào) 速 系 統(tǒng)的 經(jīng) 濟 性 等 幾 個 方 面 ， 它 們 都 應(yīng) 滿 足 生 產(chǎn) 機 械 的 要 求 。(c) 電 動 機 的 啟 動 性 能 。 不 同 的 生 產(chǎn) 機 械 對 電 動 機 啟 動 性 能 有 不 同 的要 求 ， 電 動 機 的 啟 動 性 能 主 要 是 轉(zhuǎn) 矩 的 大 小 ， 同 時 還 應(yīng) 注 意 電 網(wǎng) 容 量 對 電 動機 啟 動 電 流 的 限 量 。(d) 電 動 機 的 電 源 種 類 。 采 用 交 流 電 源 比 較 方 便 ， 而 直 流 電 源 一 般 需南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文4要 有 整 流 設(shè) 備 將 交 流 電 轉(zhuǎn) 換 為 直 流 電 ， 所 以 交 流 電 動 機 在 這 方 面 比 直 流 電 動機 要 優(yōu) 越 。(e) 電 動 機 的 經(jīng) 濟 性 。 一 是 電 動 機 及 相 關(guān) 設(shè) 備 （ 如 ： 啟 動 設(shè) 備 、 調(diào) 速設(shè) 備 等 ） 的 經(jīng) 濟 性 ， 也 就 是 要 考 慮 電 動 機 及 其 拖 動 系 統(tǒng) 的 經(jīng) 濟 性 ， 應(yīng) 該 滿 足生 產(chǎn) 機 械 對 電 動 機 各 個 方 面 運 行 性 要 求 的 前 提 下 ， 優(yōu) 選 價 格 便 宜 、 運 行 可 靠 、維 護 方 便 的 電 動 機 拖 動 系 統(tǒng) ； 二 是 電 動 機 拖 動 系 統(tǒng) 運 行 的 經(jīng) 濟 性 ， 主 要 是 效率 高 ， 節(jié) 省 電 能 。 目 前 ， 各 種 形 式 的 電 動 機 在 我 國 應(yīng) 用 非 常 廣 泛 。由 于 在 實 驗 時 ， 轉(zhuǎn) 臺 要 用 計 算 機 進 行 控 制 ， 轉(zhuǎn) 臺 工 作 精 度 要 求 較 高 ， 控制 要 簡 單 ， 所 以 要 選 擇 工 作 精 度 高 ， 控 制 方 便 的 電 機 。 控 制 方 便 的 電 機 有 控制 電 機 和 步 進 電 機 ?？?制 電 機 一 般 指 用 于 自 動 控 制 、 自 動 調(diào) 節(jié) 、 遠(yuǎn) 距 離 測 量 、 隨 動 系 統(tǒng) 以 及計 算 裝 置 中 的 微 特 電 機 。 它 是 旋 轉(zhuǎn) 電 機 的 基 礎(chǔ) 上 發(fā) 展 起 來 的 小 功 率 電 機 ， 就電 磁 過 程 及 所 遵 循 的 基 本 規(guī) 律 而 言 ， 它 與 旋 轉(zhuǎn) 電 機 并 無 本 質(zhì) 區(qū) 別 ， 只 是 所 起的 作 用 不 同 。 控 制 電 機 主 要 用 來 完 成 控 制 信 號 的 傳 遞 和 變 換 ， 它 的 技 術(shù) 性 能穩(wěn) 定 可 靠 、 動 作 靈 敏 、 精 度 高 、 體 積 小 、 重 量 輕 、 耗 電 少 。 兩 相 交 流 伺 服 電機 控 制 方 法 有 ： （ 1） 副 值 控 制 ； （ 2） 相 位 控 制 ； （ 3） 副 值 —相 位 控 制 。它 的 輸 出 功 率 一 般 在 ： 0.1W-100W, 其 電 源 頻 率 有 50Hz、 400Hz 等 幾 種 。質(zhì) 量 ； 直 流 伺 服 電 機 用 在 功 率 較 大 的 場 合 ， 它 的 輸 出 功 率 為 1W-600W。步 進 電 動 機 是 一 種 將 電 脈 沖 信 號 轉(zhuǎn) 換 成 相 應(yīng) 的 角 位 移 或 直 線 位 移 的 機 電執(zhí) 行 元 件 。 當(dāng) 步 進 電 機 的 控 制 系 統(tǒng) 每 輸 出 一 個 并 經(jīng) 功 率 驅(qū) 動 線 路 放 大 的 電 脈沖 信 號 加 于 步 進 電 機 繞 組 時 ， 該 電 動 機 就 轉(zhuǎn) 過 一 相 應(yīng) 角 度 。 脈 沖 一 個 一 個 地輸 入 ， 電 動 機 便 一 步 一 步 地 轉(zhuǎn) 動 。 由 于 這 種 電 動 機 受 控 于 電 脈 沖 信 號 ， 通 常又 稱 為 脈 沖 電 動 機 。電 動 機 具 有 以 下 幾 個 特 點 ：（ a） 行 轉(zhuǎn) 速 與 控 制 脈 沖 的 頻 率 成 正 比 ， 有 嚴(yán) 格 的 對 應(yīng) 關(guān) 系 ， 且 在 負(fù) 載 能力 范 圍 不 受 電 壓 波 動 、 電 流 波 形 及 環(huán) 境 溫 度 變 化 的 影 響 ，（ b） 位 移 量 取 決 于 輸 入 脈 沖 數(shù) ， 步 距 誤 差 不 會 長 期 累 積 ， 在 不 失 步 的 情況 下 ， 每 轉(zhuǎn) 一 周 積 累 誤 差 等 于 零 。（ c） 具 有 靈 活 的 控 制 性 能 ， 在 脈 沖 數(shù) 字 信 號 控 制 下 ， 能 方 便 的 實 現(xiàn) 啟 動 、減 速 、 停 止 、 反 轉(zhuǎn) 、 定 位 等 運 行 方 式 。步 進 電 動 機 的 位 移 量 與 輸 入 的 脈 沖 數(shù) 嚴(yán) 格 成 比 例 ， 這 就 不 會 引 起 誤 差 的南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文5積 累 ， 其 轉(zhuǎn) 速 與 脈 沖 頻 率 和 步 距 角 有 關(guān) 。 控 制 輸 入 脈 沖 數(shù) 量 、 頻 率 及 電 動 機各 先 相 繞 組 的 接 通 次 序 ， 可 以 得 到 各 種 需 要 的 運 動 特 性 。 尤 其 是 當(dāng) 步 進 電 動機 與 數(shù) 字 系 統(tǒng) 配 套 時 ， 它 將 體 現(xiàn) 出 更 大 的 優(yōu) 越 性 ， 因 而 ， 廣 泛 應(yīng) 用 于 數(shù) 字 控制 系 統(tǒng) 中 ， 如 數(shù) 控 機 床 、 自 動 化 儀 表 、 通 信 設(shè) 備 、 計 算 機 外 圍 設(shè) 備 及 自 動 化生 產(chǎn) 線 中 ， 在 定 量 、 定 長 、 定 位 、 對 中 、 糾 偏 、 測 距 等 控 制 方 面 得 到 了 很 廣泛 的 應(yīng) 用 。步 進 電 動 機 的 種 類 很 多 ， 主 要 有 反 應(yīng) 式 、 永 磁 式 、 永 磁 感 應(yīng) 子 式 、 機 械諧 波 式 、 電 感 諧 波 式 以 及 混 合 式 等 。 由 于 反 應(yīng) 式 步 進 電 動 機 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 步 距角 小 、 工 作 可 靠 、 運 行 頻 率 高 ， 應(yīng) 用 最 為 廣 泛 。反 應(yīng) 式 步 進 電 動 機 的 定 轉(zhuǎn) 子 磁 路 均 由 軟 磁 材 料 制 成 。 定 子 上 有 多 相 勵 磁繞 組 ， 按 一 定 順 序 通 電 后 產(chǎn) 生 轉(zhuǎn) 矩 。 反 應(yīng) 式 步 進 電 動 機 按 其 結(jié) 構(gòu) 分 為 軸 向 分相 、 圓 周 分 相 和 混 合 分 相 三 種 類 型 ， 按 其 磁 路 結(jié) 構(gòu) 可 分 為 軸 向 氣 隙 和 徑 向 氣隙 兩 種 類 型 。反 應(yīng) 式 步 進 電 動 機 可 以 按 特 定 的 指 令 進 行 角 度 控 制 ， 也 可 以 進 行 速 度 控制 。 角 度 控 制 時 ， 每 輸 入 一 個 脈 沖 ， 定 子 繞 組 換 接 一 次 ， 輸 出 軸 就 轉(zhuǎn) 過 一 個角 度 ， 其 步 數(shù) 與 脈 沖 數(shù) 一 致 ， 輸 出 軸 轉(zhuǎn) 動 的 角 位 移 與 脈 沖 數(shù) 成 正 比 。 速 度 控制 時 ， 各 相 繞 組 不 斷 輪 流 通 電 ， 步 進 電 動 機 就 連 續(xù) 轉(zhuǎn) 動 。 反 應(yīng) 式 步 進 電 動 機轉(zhuǎn) 速 只 取 決 于 脈 沖 頻 率 、 轉(zhuǎn) 子 齒 數(shù) 和 拍 數(shù) 。 而 與 電 壓 、 負(fù) 載 、 溫 度 等 因 素 無關(guān) 。 當(dāng) 步 進 電 動 機 的 通 電 方 式 選 定 后 ， 其 轉(zhuǎn) 速 只 與 輸 入 脈 沖 頻 率 成 正 比 ， 改變 脈 沖 頻 率 就 可 以 改 變 轉(zhuǎn) 速 ， 故 可 進 行 無 級 調(diào) 速 ， 調(diào) 速 范 圍 很 寬 。 同 時 步 進電 動 機 具 有 自 鎖 能 力 ， 當(dāng) 控 制 電 脈 沖 停 止 輸 入 ， 而 讓 最 后 一 個 脈 沖 控 制 的 繞組 繼 續(xù) 通 入 直 流 時 ， 則 電 動 機 可 以 保 持 在 固 定 的 位 置 上 ， 這 樣 ， 步 進 電 動 機可 以 實 現(xiàn) 停 車 時 轉(zhuǎn) 子 的 定 位 。綜 上 所 述 ， 步 進 電 動 機 的 步 數(shù) 或 轉(zhuǎn) 速 既 不 受 電 壓 波 動 和 負(fù) 載 變 化 的 影 響 ，也 不 受 環(huán) 境 條 件 變 化 的 影 響 ， 只 與 控 制 脈 沖 同 步 ， 同 時 ， 它 又 能 按 照 控 制 的要 求 進 行 啟 動 、 停 止 、 反 轉(zhuǎn) 或 改 變 速 度 ， 這 就 是 步 進 電 動 機 被 廣 泛 地 應(yīng) 用 于各 種 數(shù) 字 控 制 系 統(tǒng) 中 的 原 因 。對 比 兩 種 電 機 可 見 ， 在 控 制 方 面 ， 步 進 電 機 比 控 制 電 機 控 制 簡 單 、 方 便 ，更 易 于 數(shù) 字 化 。 在 精 度 方 面 ， 步 進 電 機 的 傳 動 精 度 高 于 控 制 電 機 ， 性 能 比 控制 電 機 更 優(yōu) 越 。所 以 ， 在 微 型 飛 行 器 模 擬 轉(zhuǎn) 臺 的 設(shè) 計 中 ， 采 用 步 進 電 機 。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文6（ 2） 傳 動 部 分 由 控 制 臺 的 性 能 分 析 可 知 ， 系 統(tǒng) 需 要 三 個 自 由 度 ：能 實 現(xiàn) 回 轉(zhuǎn) 運 動 的 機 構(gòu) 有 ： 嚙 合 傳 動 機 構(gòu) 、 摩 擦 傳 動 機 構(gòu) 、 連 桿 機 構(gòu) 。嚙 合 轉(zhuǎn) 動 機 構(gòu) ， 包 括 齒 輪 傳 動 、 蝸 桿 傳 動 、 鏈 傳 動 等 。齒 輪 傳 動 可 用 來 傳 遞 空 間 任 意 兩 軸 間 的 運 動 和 動 力 ， 并 且 有 功 率 范 圍 大 ，傳 動 效 率 高 ， 傳 動 比 準(zhǔn) 確 、 穩(wěn) 定 ， 使 用 壽 命 長 ,工 作 安 全 可 靠 ,結(jié) 構(gòu) 緊 湊等 特 點 。蝸 桿 傳 動 是 用 來 傳 遞 空 間 交 錯 兩 軸 之 間 的 運 動 和 動 力 ， 它 傳 動 平 穩(wěn) ， 振動 、 沖 擊 和 噪 音 很 小 ， 能 以 單 級 傳 動 獲 得 較 大 的 傳 動 比 ， 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 ， 蝸 輪 蝸桿 嚙 合 輪 齒 間 相 對 滑 動 速 度 大 ， 摩 擦 損 耗 較 大 ， 傳 動 效 率 較 低 ， 易 出 現(xiàn) 發(fā) 熱和 溫 升 過 高 的 現(xiàn) 象 ， 磨 損 較 嚴(yán) 重 ， 有 些 蝸 桿 傳 動 具 有 自 鎖 性 。鏈 傳 動 由 鏈 條 和 主 、 從 動 鏈 輪 所 組 成 。 鏈 輪 上 制 有 特 殊 齒 形 的 齒 ， 依 靠鏈 輪 輪 齒 與 鏈 節(jié) 的 嚙 合 來 傳 遞 運 動 和 動 力 。 鏈 傳 動 是 屬 于 帶 有 中 間 撓 性 件 的嚙 合 傳 動 ， 鏈 傳 動 無 彈 性 滑 動 和 打 滑 現(xiàn) 象 ， 因 而 能 保 證 準(zhǔn) 確 的 傳 動 比 ， 傳 動效 率 較 高 ； 結(jié) 構(gòu) 較 為 緊 湊 ， 安 裝 要 求 較 底 ， 成 本 低 廉 。 鏈 傳 動 的 主 要 的 缺 點是 ： 在 兩 根 平 行 軸 只 能 用 于 同 向 回 轉(zhuǎn) 的 傳 動 ； 運 轉(zhuǎn) 時 不 能 保 持 恒 定 的 瞬 時 傳動 比 ； 磨 損 后 易 發(fā) 生 跳 齒 ； 工 作 時 有 噪 音 ； 不 宜 在 載 荷 變 化 很 大 和 急 速 反 向的 傳 動 中 應(yīng) 用 。鏈 傳 動 通 常 用 在 工 作 可 靠 ， 且 兩 軸 相 距 較 遠(yuǎn) ， 以 及 其 它 不 宜 采 用 齒 輪 傳動 的 地 方 ， 還 用 在 對 傳 動 要 求 不 高 而 工 作 條 件 惡 劣 的 地 方 。摩 擦 傳 動 機 構(gòu) ， 包 括 帶 傳 動 、 摩 擦 輪 傳 動 等 。 其 優(yōu) 點 是 構(gòu) 造 簡 單 ， 傳 動平 穩(wěn) ， 易 于 實 現(xiàn) 無 級 變 速 ， 造 價 低 廉 以 及 緩 沖 吸 振 、 有 過 載 保 護 作 用 等 優(yōu) 點 。缺 點 是 轉(zhuǎn) 動 比 不 準(zhǔn) 確 ， 傳 遞 效 率 低 等 。連 桿 傳 動 ， 如 雙 曲 柄 機 構(gòu) 和 平 行 四 邊 形 機 構(gòu) 等 。 連 桿 傳 動 機 構(gòu) 應(yīng) 用十 分 廣 泛 ， 人 造 衛(wèi) 星 太 陽 能 板 的 展 開 機 構(gòu) ， 機 械 手 的 傳 動 機 構(gòu) ， 折 疊 傘 的 收放 機 構(gòu) 以 及 人 體 假 肢 等 等 ， 都 是 連 桿 機 構(gòu) 。 其 傳 動 特 點 如 下 ： (a)連 桿 機 構(gòu) 中 的 運 動 副 一 般 均 為 低 副 ， 低 副 兩 元 素 為 面 接 觸 ， 可 在 傳 遞同 樣 載 荷 的 條 件 下 ， 兩 元 素 間 的 壓 強 較 小 ， 可 以 承 受 較 大 的 載 荷 。 低 副 兩 元素 間 便 于 潤 滑 ， 所 以 兩 元 素 間 不 易 產(chǎn) 生 磨 損 。 此 外 ， 低 副 兩 元 素 的 幾 何 形 狀比 較 簡 單 ， 便 于 加 工 制 造 。(b)在 連 桿 機 構(gòu) 中 ， 當(dāng) 原 動 件 以 同 樣 的 運 動 規(guī) 律 運 動 時 ， 如 果 改 變 各 構(gòu) 件的 相 對 長 度 關(guān) 系 ， 便 可 使 從 動 件 得 到 不 同 的 運 動 規(guī) 律 。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文7(c)在 連 桿 機 構(gòu) 中 ， 連 桿 上 不 同 點 的 軌 跡 是 各 種 不 同 形 狀 的 曲 線 （ 連 桿 曲線 ） ， 而 且 隨 著 各 構(gòu) 件 相 對 長 度 關(guān) 系 的 改 變 ， 這 些 連 桿 曲 線 的 形 狀 也 將 改 變 ，從 而 可 以 得 到 各 種 不 同 形 狀 的 曲 線 ， 我 們 就 可 以 利 用 這 些 曲 線 來 滿 足 不 同 軌跡 的 要 求 。(d)連 桿 機 構(gòu) 還 可 以 很 方 便 地 用 來 達 到 增 力 、 擴 大 行 程 和 實 現(xiàn) 較 遠(yuǎn) 距 離 的傳 動 等 目 的 。連 桿 傳 動 的 缺 點 ：(a)由 于 在 連 桿 機 構(gòu) 中 運 動 必 須 經(jīng) 過 中 間 構(gòu) 件 進 行 傳 遞 ， 因 而 連 桿 機 構(gòu) 一般 具 有 較 長 的 運 動 鏈 (即 較 多 的 構(gòu) 件 和 較 多 的 運 動 副 )， 所 以 各 構(gòu) 件 的 尺 寸誤 差 和 運 動 副 中 的 間 隙 將 使 機 構(gòu) 產(chǎn) 生 較 大 的 積 累 誤 差 ， 同 時 也 會 使 機 械 效 率降 低 。(b)在 連 桿 機 構(gòu) 的 運 動 過 程 中 ， 連 桿 及 滑 塊 的 質(zhì) 心 都 在 作 變 速 運 動 ， 它 們所 產(chǎn) 生 的 慣 性 力 難 于 用 一 般 的 平 衡 方 法 加 以 消 除 ， 因 而 會 增 加 機 構(gòu) 的 動 載 荷 ，所 以 連 桿 機 構(gòu) 一 般 不 宜 用 于 高 速 運 動 。(c)雖 然 利 用 連 桿 機 構(gòu) 可 以 滿 足 各 種 運 動 規(guī) 律 和 運 動 軌 跡 的 設(shè) 計 要 求 ， 但設(shè) 計 一 種 能 準(zhǔn) 確 實 現(xiàn) 這 種 要 求 的 連 桿 機 構(gòu) 卻 是 十 分 繁 難 的 ， 而 且 在 多 數(shù) 情 況下 一 般 只 能 近 似 地 滿 足 運 動 要 求 。所 以 ， 連 桿 機 構(gòu) 多 用 于 有 特 殊 需 要 的 地 方 。綜 上 所 述 ， 在 回 轉(zhuǎn) 運 動 可 以 用 齒 輪 傳 動 和 連 桿 傳 動 ， 連 桿 傳 動 的 特 點 如上 所 述 。 齒 輪 機 構(gòu) 它 具 有 ：（ a） 效 率 高 ： 在 常 用 的 機 械 傳 動 中 ， 它 的 傳 動 效 率 為 最 高 ， 如 一 級 圓 柱齒 輪 傳 動 的 效 率 可 達 99%。（ b） 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 ： 在 同 樣 的 條 件 下 ， 齒 輪 傳 動 所 需 的 空 間 尺 寸 一 般 較 小 。（ c） 工 作 可 靠 、 壽 命 長 ： 設(shè) 計 制 造 正 確 合 理 、 使 用 維 護 良 好 的 齒 輪 傳 動 ，工 作 十 分 可 靠 ， 壽 命 可 長 達 一 、 二 十 年 ， 這 是 其 它 機 械 傳 動 所 不 能 比 擬 的 。（ d） 傳 動 比 穩(wěn) 定 ： 傳 動 比 穩(wěn) 定 往 往 是 對 傳 動 性 能 的 基 本 要 求 。 齒 輪 傳 動獲 得 廣 泛 應(yīng) 用 ， 也 就 是 由 于 這 一 點 。但 齒 輪 傳 動 的 制 造 及 安 裝 精 度 要 求 高 ， 價 格 較 貴 ， 不 宜 用 于 傳 動 距 離 過大 的 場 合 。由 于 在 微 型 飛 行 器 模 擬 實 驗 時 ， 模 擬 轉(zhuǎn) 臺 要 根 據(jù) 飛 行 器 在 空 中 飛 行 的 實際 情 況 進 行 模 擬 ， 所 以 ， 在 傳 動 方 面 要 比 較 精 確 。 初 步 確 定 ， 用 齒 輪 傳 動 。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文8設(shè) 計 要 求 中 ， 模 擬 轉(zhuǎn) 臺 具 有 三 個 自 由 度 。 轉(zhuǎn) 動 精 度 要 較 高 ， 轉(zhuǎn) 動 的 角 位 移 分辨 率 要 低 ， 連 續(xù) 轉(zhuǎn) 動 速 度 范 圍 要 較 大 ， 運 動 角 度 范 圍 要 符 合 設(shè) 計 要 求 。 在 以各 種 速 度 轉(zhuǎn) 動 的 過 程 中 ， 轉(zhuǎn) 臺 運 動 要 平 穩(wěn) ， 過 渡 過 程 要 較 迅 速 。 直 線 運 動 的速 度 范 圍 要 較 大 ， 運 動 要 平 穩(wěn) 。 直 線 運 動 與 轉(zhuǎn) 動 過 渡 過 程 要 迅 速 、 平 穩(wěn) ?，F(xiàn) 代 的 眾 多 的 結(jié) 構(gòu) 中 使 用 鋼 絲 軟 軸 。 鋼 絲 軟 軸 主 要 用 于 兩 個 傳 動 件 的 軸線 不 在 同 一 直 線 上 ， 或 工 作 時 彼 此 要 求 有 相 對 運 動 的 空 間 傳 動 。 鋼 絲 軟 軸 是由 多 組 鋼 絲 分 層 卷 繞 而 成 的 ， 具 有 良 好 的 撓 性 ， 可 以 把 回 轉(zhuǎn) 運 動 靈 活 地 傳 到不 開 的 空 間 位 置 。微 型 飛 行 器 模 擬 轉(zhuǎn) 臺 實 驗 時 要 求 ， 轉(zhuǎn) 動 的 三 軸 共 點 ， 這 是 為 了 是 實 驗 時 ，飛 行 器 能 在 較 小 的 范 圍 內(nèi) （ 風(fēng) 洞 中 ） 模 擬 空 中 的 姿 態(tài) ?！?.2.2 傳 動 機 構(gòu) 的 選 擇 及 評 價能 用 在 轉(zhuǎn) 動 中 的 機 構(gòu) 簡 圖 如 下 ：齒 輪 機 構(gòu) 簡 圖 如 下 ： 半 弧 齒 輪小 齒 輪 工 作 臺 中 心圖 1.1大 齒 輪 做 成 半 個 圓 弧 狀 的 。 當(dāng) 小 齒 輪 來 回 轉(zhuǎn) 動 時 ， 帶 動 半 弧 齒 輪 來 回 轉(zhuǎn)動 ， 由 于 工 作 臺 的 中 心 是 從 動 件 的 圓 心 ， 半 弧 齒 輪 來 回 轉(zhuǎn) 動 時 ， 是 繞 圓 心 轉(zhuǎn)動 ， 從 而 帶 動 工 作 臺 繞 從 動 件 的 圓 心 來 回 擺 動 。 從 而 能 模 擬 俯 仰 運 動 。蝸 輪 蝸 桿 機 構(gòu) ， 可 以 實 現(xiàn) 回 轉(zhuǎn) 運 動 ， 它 的 簡 圖 如 下 圖 ：南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文9圖 1.2蝸 桿 的 轉(zhuǎn) 動 帶 動 蝸 輪 的 轉(zhuǎn) 動 ， 實 現(xiàn) 回 轉(zhuǎn) 運 動 ， 從 而 實 現(xiàn) 飛 行 器 的 俯 仰 運動 。連 桿 機 構(gòu) 如 下 圖 所 示 ：1.3 圖連 桿 機 構(gòu) 可 以 實 現(xiàn) 多 種 運 動 ， 來 回 擺 動 ， 帶 動 飛 行 器 的 運 動 。 但 是 連 桿機 構(gòu) 的 運 動 鏈 較 長 ， 機 械 效 率 較 低 ， 不 能 作 為 高 速 傳 動 。回 轉(zhuǎn) 機 構(gòu) 簡 圖 如 下 ：南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文10圖 1.4小 齒 輪 為 主 動 輪 ， 大 齒 輪 為 從 動 輪 。 小 齒 輪 的 轉(zhuǎn) 動 帶 動 大 齒 輪 的 轉(zhuǎn) 動 ，大 齒 輪 的 轉(zhuǎn) 動 帶 動 安 裝 在 大 齒 輪 上 的 其 它 構(gòu) 件 的 水 平 轉(zhuǎn) 動 ， 從 而 帶 動 工 作 平臺 水 平 轉(zhuǎn) 動 ， 模 擬 微 型 飛 行 器 的 偏 航 角 。 凸 輪 可 以 實 現(xiàn) 往 復(fù) 運 動 ， 其 運 動 簡 圖 如 下 ：圖 1.5凸 輪 通 常 作 等 速 轉(zhuǎn) 動 ,也 可 做 往 復(fù) 擺 動 或 往 復(fù) 直 線 移 動 。 在 這 里 主 要 是利 用 凸 輪 的 往 復(fù) 擺 動 運 動 。 帶 傳 動 的 機 構(gòu) 簡 圖 如 下 ：南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文11從 動 輪 傳 動 鏈 主 動 輪圖 1.6帶 傳 動 時 ， 是 由 于 帶 和 帶 輪 間 的 摩 擦 （ 或 嚙 合 ） 拖 動 從 動 輪 一 起 轉(zhuǎn) 動 ，并 傳 遞 一 定 的 動 力 。 它 的 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 傳 動 平 穩(wěn) ， 價 格 低 ， 緩 沖 吸 振 。 但 所 占的 空 間 較 大 ， 傳 動 不 夠 精 確 。 軟 軸 結(jié) 構(gòu) 如 下 圖 所 示 ：圖 1.7軟 軸 主 要 用 于 兩 個 傳 動 件 的 軸 線 不 在 同 一 直 線 上 ， 或 工 作 時 彼 此 要 求 有相 對 運 動 的 空 間 傳 動 。軟 軸 的 一 端 可 直 接 接 電 動 機 ， 另 一 端 可 以 直 接 接 工 作 轉(zhuǎn) 臺 。 軟 軸 還 可 以在 軟 管 之 內(nèi) 任 意 的 旋 轉(zhuǎn) ， 可 以 產(chǎn) 生 扭 矩 作 用 于 構(gòu) 件 上 ， 帶 動 工 作 臺 直 接 轉(zhuǎn) 動 。綜 上 所 訴 ， 初 步 可 選 運 動 方 案 如 下 ：運 動 名 稱 偏 航 運 動 俯 仰 運 動 橫 滾 運 動運 動 機 構(gòu) 1 齒 輪 機 構(gòu)1.4齒 輪 機 構(gòu) 1.1 軟 軸 機 構(gòu)1.7南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文12運 動 機 構(gòu) 2 齒 輪 機 構(gòu)1.4蝸 輪 蝸 桿 機 構(gòu)1.2軟 軸 機 構(gòu)1.7運 動 機 構(gòu) 3 齒 輪 機 構(gòu)1.4軟 軸 機 構(gòu) 1.7 軟 軸 機 構(gòu)1.7下 一 章 對 所 選 的 運 動 方 案 的 原 理 進 行 分 析 。3 原理設(shè)計及評價§3.1 原 理 一 ：原理如圖所示：南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文13齒 輪軸第 三 層 轉(zhuǎn) 臺第 二 層 轉(zhuǎn) 臺軸支 架工 作 轉(zhuǎn) 臺軸齒 輪第 一 層 轉(zhuǎn) 臺注 ： （ 1） 各 軸 的 驅(qū) 動 源 均 是 步 進 電 極（ 2） 微 型 飛 行 器 的 俯 仰 遠(yuǎn) 動 由 軟 軸 來 實 現(xiàn) ， 軟 軸 直 接 連 接 工 作 臺 ，在 此 圖 未 表 達 出 來 。（ 3） 一 些 元 件 的 固 定 裝 置 未 表 現(xiàn) 出 來 。（ 4） 步 進 電 機 的 安 裝 在 上 圖 未 表 示 出 來 。根 據(jù) 設(shè) 計 要 求 ， 第 一 層 轉(zhuǎn) 臺 由 大 小 齒 輪 聯(lián) 合 作 用 ， 使 其 轉(zhuǎn) 動 ， 模 擬 微 型飛 行 器 的 航 向 角 。 小 齒 輪 直 接 由 步 進 電 機 驅(qū) 動 ， 小 齒 輪 帶 動 大 齒 輪 轉(zhuǎn) 動 ， 使整 個 轉(zhuǎn) 臺 轉(zhuǎn) 動 。 第 二 層 轉(zhuǎn) 臺 中 ， 采 用 電 機 與 軸 的 聯(lián) 合 作 用 ， 電 動 機 經(jīng) 過 聯(lián) 軸器 與 軸 相 聯(lián) ， 電 動 機 的 轉(zhuǎn) 動 帶 動 軸 的 轉(zhuǎn) 動 ， 軸 由 兩 個 軸 承 座 支 撐 ， 使 軸 能 夠順 利 的 轉(zhuǎn) 動 ， 從 而 實 現(xiàn) 第 二 層 轉(zhuǎn) 臺 的 轉(zhuǎn) 動 。 第 二 層 轉(zhuǎn) 臺 通 過 兩 根 固 定 架 與 軸相 連 ， 固 定 架 上 支 撐 著 第 二 層 轉(zhuǎn) 臺 ， 軸 轉(zhuǎn) 第 二 層 轉(zhuǎn) 臺 同 時 轉(zhuǎn) ， 從 而 實 現(xiàn) 微 型器 的 翻 滾 運 動 。 第 三 層 轉(zhuǎn) 臺 是 實 現(xiàn) 微 型 飛 行 器 的 俯 仰 角 ， 由 軟 軸 帶 動 。 第 三層 轉(zhuǎn) 臺 是 固 定 在 第 二 層 轉(zhuǎn) 臺 上 的 ， 也 是 通 過 固 定 架 支 撐 ， 第 三 層 轉(zhuǎn) 臺 同 時 也是 模 擬 飛 行 器 的 工 作 臺 ， 通 過 軟 軸 的 聯(lián) 接 、 轉(zhuǎn) 動 ， 實 現(xiàn) 微 型 飛 行 器 的 俯 仰 角 。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文14總 體 上 講 ， 此 方 案 能 基 本 實 現(xiàn) 微 型 飛 行 器 的 三 個 自 由 度 ， 航 向 、 俯 仰 、翻 滾 ， 但 由 于 結(jié) 構(gòu) 較 為 復(fù) 雜 ， 不 夠 緊 湊 ， 在 外 觀 方 面 不 夠 美 觀 。 最 為 關(guān) 鍵 的是 實 現(xiàn) 飛 行 器 三 個 自 由 度 的 運 動 中 心 必 須 在 飛 行 器 的 中 心 ， 上 述 方 案 中 ， 由于 第 二 層 轉(zhuǎn) 臺 是 由 軸 的 轉(zhuǎn) 動 來 實 現(xiàn) 的 ， 其 運 動 中 心 難 以 確 定 在 飛 行 器 的 中 心 ，故 飛 行 器 的 轉(zhuǎn) 動 不 合 理 ， 同 時 對 設(shè) 計 與 制 造 也 會 造 成 很 大 的 難 度 ， 所 以 此 方案 不 能 選 擇 ?！?.2 原 理 二 ：原理圖 2南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文15螺 桿工 作 臺軸蝸 輪蝸 桿支 架齒 輪底 座第 一 層 轉(zhuǎn) 臺齒 輪注 ： （ 1） 第 一 層 轉(zhuǎn) 臺 、 蝸 輪 蝸 桿 驅(qū) 動 是 由 步 進 電 機 實 現(xiàn) 。（ 2） 軟 軸 在 圖 上 不 便 表 達 。 軟 軸 直 接 接 到 工 作 臺 上 ， 由 電 動機 直 接 驅(qū) 動 。（ 3） 步 進 電 機 的 安 裝 在 上 圖 上 未 表 示 出 來 。方 案 2 是 在 方 案 1 的 基 礎(chǔ) 之 上 把 第 二 層 轉(zhuǎn) 臺 的 驅(qū) 動 改 用 蝸 輪 蝸 桿 機 構(gòu) ，由 于 蝸 輪 蝸 桿 在 運 動 中 其 運 動 的 中 心 較 為 好 確 定 ， 故 考 慮 到 用 這 種 機 構(gòu) ， 但是 采 用 蝸 輪 蝸 桿 機 構(gòu) 模 擬 的 是 微 型 飛 行 器 的 俯 仰 運 動 。第 一 層 轉(zhuǎn) 臺 利 用 軸 與 齒 輪 的 配 合 作 用 。 小 齒 輪 直 接 由 步 進 電 機 驅(qū) 動 ， 通過 嚙 合 使 大 齒 輪 轉(zhuǎn) 動 ， 軸 通 過 大 齒 輪 的 轉(zhuǎn) 動 從 而 實 現(xiàn) 軸 本 身 的 運 動 ， 軸 的 運動 也 就 帶 動 了 整 個 工 作 轉(zhuǎn) 臺 的 運 動 ， 從 而 實 現(xiàn) 模 擬 飛 行 器 的 航 向 角 。在 第 二 層 轉(zhuǎn) 臺 中 采 用 蝸 輪 蝸 桿 機 構(gòu) 實 現(xiàn) 飛 行 器 的 俯 仰 運 動 。 蝸 輪 兩 邊 固定 在 兩 板 之 上 的 ， 保 證 其 中 心 在 蝸 桿 蝸 輪 的 運 動 中 心 上 ， 也 就 是 飛 行 器 的 運動 中 心 上 ， 在 蝸 輪 上 安 裝 一 根 支 桿 ， 直 接 與 工 作 臺 連 接 ， 也 是 通 過 這 根 支 桿使 工 作 臺 運 動 。 為 了 能 確 保 蝸 輪 和 擺 幅 軌 跡 的 準(zhǔn) 確 性 ， 利 用 螺 桿 來 定 其 運 動南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文16軌 跡 和 定 位 ， 使 其 能 準(zhǔn) 確 的 傳 動 來 實 現(xiàn) 飛 行 器 的 俯 仰 運 動 。 蝸 桿 轉(zhuǎn) 動 使 蝸 輪做 來 回 運 動 實 現(xiàn) 飛 行 器 的 俯 仰 運 動 。 為 了 確 保 飛 行 器 在 風(fēng) 洞 中 的 運 動 不 受 影響 ， 蝸 輪 蝸 桿 的 安 裝 應(yīng) 該 偏 離 飛 行 器 的 運 動 中 心 ， 然 后 利 用 一 根 支 桿 伸 出 確保 三 個 自 由 度 的 中 心 在 飛 行 器 運 動 的 中 心 。第 三 層 轉(zhuǎn) 臺 由 軟 軸 直 接 與 工 作 臺 連 接 （ 在 原 理 圖 上 未 能 表 示 出 來 ） ，軟 軸 直 接 由 步 進 電 機 驅(qū) 動 ， 來 實 現(xiàn) 微 型 飛 行 器 的 橫 滾 運 動 。 驅(qū) 動 軟 軸 的 電 機安 裝 在 下 層 大 齒 輪 之 上 。在 此 方 案 中 ， 能 夠 實 現(xiàn) 飛 行 器 的 三 個 自 由 度 ， 也 能 保 證 實 現(xiàn) 三 個 自 由 度的 運 動 中 心 均 在 飛 行 器 的 中 心 ， 能 夠 滿 足 模 擬 飛 行 器 飛 行 的 要 求 。 在 此 方 案中 主 要 是 利 用 了 蝸 輪 蝸 桿 的 中 心 就 是 工 作 臺 的 運 動 中 心 ， 這 樣 便 于 共 心 ， 第二 就 是 利 用 了 軟 軸 的 特 性 ， 可 以 直 接 的 與 工 作 臺 、 電 動 機 連 接 ， 軟 軸 還 可 以任 意 旋 轉(zhuǎn) 。 故 此 方 案 較 第 一 種 方 案 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 緊 湊 ， 同 時 也 便 于 運 動 中 心 的確 定 。§3.3 原理三：原理圖：南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文17工 作 轉(zhuǎn) 臺軟 軸 1軟 軸 2軸齒 輪 齒 輪底 座軸 承注 ： （ 1） 電 動 機 在 圖 示 中 未 表 示 出 來 。（ 2） 軟 軸 由 電 動 機 直 接 驅(qū) 動 ， 小 齒 輪 也 由 電 動 機 直 接驅(qū) 動 。方 案 三 的 原 理 是 ：（ 1） 兩 個 齒 輪 同 時 由 底 座 來 支 撐 ， 小 齒 輪 直 接 由 步 進 電 機 帶動 。 在 步 進 電 機 的 直 接 作 用 下 ， 通 過 嚙 合 帶 動 大 齒 輪 轉(zhuǎn)動 ， 軸 通 過 鍵 與 大 齒 輪 作 用 ， 使 軸 轉(zhuǎn) 動 ， 從 而 帶 動 轉(zhuǎn) 臺轉(zhuǎn) 動 ， 模 擬 微 型 飛 行 器 的 航 向 角 。（ 2） 軟 軸 1 直 接 與 轉(zhuǎn) 臺 連 接 。 軟 軸 具 有 國 際 標(biāo) 準(zhǔn) ， 通 過 軟 軸的 接 頭 直 接 作 用 于 轉(zhuǎn) 臺 ， 可 以 帶 動 轉(zhuǎn) 臺 轉(zhuǎn) 動 。 軟 軸 1可 以 實 現(xiàn) 微 型 飛 行 器 的 俯 仰 運 動 。 軟 軸 直 接 與 步 進 電 機連 接 ， 可 以 實 現(xiàn) 轉(zhuǎn) 動 。 步 進 電 機 的 固 定 未 在 原 理 圖 中 表示 出 來 。（ 3） 軟 軸 2 也 是 直 接 與 轉(zhuǎn) 臺 連 接 ， 通 過 電 機 的 驅(qū) 動 帶 動 軟 軸轉(zhuǎn) 動 ， 從 而 使 轉(zhuǎn) 臺 轉(zhuǎn) 動 。 軟 軸 2 模 擬 的 是 微 型 飛 行 器的 橫 滾 運 動 。 其 電 動 源 在 原 理 圖 上 也 未 表 示 出 來 。總 結(jié) 方 案 三 ， 整 個 模 擬 微 型 飛 行 器 的 轉(zhuǎn) 臺 設(shè) 計 比 較 緊 湊 ， 結(jié) 構(gòu) 也 比 較 的南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文18簡 潔 ， 能 夠 很 好 的 實 現(xiàn) 微 型 飛 行 器 的 三 個 方 向 的 自 由 度 ， 航 向 、 橫 滾 、 俯 仰 。在 此 方 案 中 主 要 是 充 分 利 用 了 軟 軸 的 特 性 ， 可 以 任 意 的 旋 轉(zhuǎn) ， 同 時 也 可 以 直接 的 與 電 機 作 用 ， 無 需 配 合 聯(lián) 軸 器 ， 這 也 就 大 大 的 降 低 了 模 擬 飛 行 器 轉(zhuǎn) 臺 的重 量 ， 兩 根 軟 軸 對 稱 的 分 布 在 軸 的 兩 側(cè) ， 這 也 就 降 低 了 轉(zhuǎn) 動 慣 量 ， 有 利 于 真實 的 模 擬 ， 準(zhǔn) 確 度 、 精 確 度 都 較 高 ?！?.4 總 述 方 案 ：綜 合 評 價 方 案 一 、 方 案 二 、 方 案 三 ：方 案 一 中 ， 主 要 采 用 的 是 齒 輪 、 軸 機 構(gòu) 。 把 實 現(xiàn) 其 功 能 分 為 三 層 轉(zhuǎn) 臺 實現(xiàn) ， 各 層 轉(zhuǎn) 臺 采 用 步 進 電 機 帶 動 。 方 案 一 中 存 在 較 多 的 缺 陷 ： 一 是 機 構(gòu) 不 夠緊 湊 ， 實 現(xiàn) 第 二 層 轉(zhuǎn) 臺 功 能 是 靠 的 是 支 架 ， 這 樣 不 但 不 好 定 位 而 且 使 整 個 機構(gòu) 處 于 不 穩(wěn) 定 狀 態(tài) ； 二 是 實 驗 時 ， 三 層 轉(zhuǎn) 臺 的 運 動 中 心 必 須 是 在 飛 行 器 的 運動 中 心 上 的 ， 而 此 機 構(gòu) 較 難 以 保 證 。 第 二 層 轉(zhuǎn) 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(gòu) 在 設(shè) 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(gòu) 。 這 是 利 用 了 蝸 輪 蝸 桿 的 運 動 中 心 較 容 易控 制 ， 設(shè) 計 過 程 中 當(dāng) 中 ， 應(yīng) 使 飛 行 器 的 工 作 轉(zhuǎn) 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(zhuǎn) 臺 當(dāng) 中 ， 采 用 嚙 合 作 用 ， 使 整 個 上層 轉(zhuǎn) 臺 轉(zhuǎn) 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(gòu) 當(dāng)中 還 采 用 了 軟 軸 機 構(gòu) ， 充 分 利 用 了 軟 軸 的 旋 轉(zhuǎn) 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(gòu) 較 為 緊 湊 。 驅(qū) 動 軟 軸 的 電 機 與 驅(qū) 動 蝸 輪 蝸 桿 的 電 機 列 于 運 動 中 心兩 側(cè) ， 這 樣 有 利 于 整 個 工 作 轉(zhuǎn) 臺 的 平 衡 ， 減 少 轉(zhuǎn) 動 慣 量 ， 提 高 精 度 ， 同 時 也便 于 三 軸 的 同 心 。 此 方 案 總 結(jié) 來 說 比 較 合 理 ， 在 實 現(xiàn) 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(zhǔn) 確 度 。方 案 三 第 一 層 轉(zhuǎn) 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(xiàn) 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(zhuǎn) 動 慣 量 ， 其 精 確 度 較 高 ?？?述 三 種 方 案 ， 方 案 三 較 為 方 便 、 緊 湊 。 設(shè) 計 過 程 中 也 較 為 簡 單 。 在 本書 中 就 不 予 于 設(shè) 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(shè) 計 與 計 算 ?！?.5 方 案 二 的 介 紹南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文19方 案 二 在 原 理 圖 二 上 把 螺 桿 改 成 軸 與 套 筒 。由 于 模 擬 微 型 飛 行 器 實 驗 轉(zhuǎn) 臺 具 有 較 高 的 精 度 要 求 和 準(zhǔn) 確 性 要 求 ， 整 個 實驗 轉(zhuǎn) 臺 裝 置 必 須 結(jié) 果 緊 湊 ， 合 理 布 置 。 在 實 現(xiàn) 三 個 自 由 度 的 同 時 要 能 保 證 設(shè)計 合 理 。方 案 二 中 ， 把 三 個 自 由 度 的 實 現(xiàn) 分 別 利 用 三 個 不 同 的 轉(zhuǎn) 臺 ， 分 為 上 、 中 、下 三 層 。 第 一 層 轉(zhuǎn) 臺 模 擬 微 型 飛 行 器 的 航 向 運 動 ， 第 二 層 轉(zhuǎn) 臺 模 擬 微 型 飛 行器 的 俯 仰 運 動 ， 第 三 層 轉(zhuǎn) 臺 是 利 用 軟 軸 來 模 擬 微 型 飛 行 器 的 橫 滾 運 動 。第 一 層 轉(zhuǎn) 臺 是 利 用 齒 輪 機 構(gòu) 。 因 為 齒 輪 機 構(gòu) 的 傳 動 精 度 高 ， 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 ， 工作 可 靠 、 壽 命 長 ， 傳 動 比 穩(wěn) 定 。 由 于 第 一 層 轉(zhuǎn) 臺 的 轉(zhuǎn) 矩 較 高 ， 要 求 的 同 軸 度也 較 高 ， 應(yīng) 采 用 齒 輪 嚙 合 。 通 過 齒 輪 的 轉(zhuǎn) 動 帶 動 第 二 、 第 三 層 同 時 旋 轉(zhuǎn) ， 故精 度 較 高 。 驅(qū) 動 小 齒 輪 旋 轉(zhuǎn) 的 步 進 電 機 直 接 與 小 齒 輪 連 接 并 固 定 在 蓋 板 之 上的 ， 由 于 傳 動 的 精 度 要 高 ， 摩 擦 要 較 小 ， 所 以 采 用 推 力 球 軸 承 支 承 起 小 齒 輪 ，保 證 傳 動 要 求 。 第 一 層 轉(zhuǎn) 臺 固 定 在 底 座 之 上 的 ， 底 座 用 地 腳 螺 釘 固 定 在 地 面上 ， 使 其 穩(wěn) 定 。 總 的 來 說 第 一 層 轉(zhuǎn) 臺 能 夠 實 現(xiàn) 微 型 飛 行 器 的 航 向 運 動 ， 也 能保 證 較 高 的 精 度 。第 二 層 轉(zhuǎn) 臺 實 現(xiàn) 的 是 微 型 飛 行 器 的 俯 仰 運 動 ， 主 要 是 采 用 蝸 輪 蝸 桿 機 構(gòu)（ ZC 蝸 桿 ） 。 此 類 蝸 輪 蝸 桿 機 構(gòu) 的 特 點 較 多 ： 傳 動 比 范 圍 大 ； 蝸 輪 蝸 桿 的 齒廓 呈 凹 凸 嚙 合 ， 接 觸 線 與 相 對 滑 動 速 度 方 向 間 的 夾 角 大 ， 有 利 用 潤 滑 油 膜 的形 成 ； 蝸 桿 主 動 時 ， 嚙 合 效 率 可 達 95％ 以 上 。 在 此 采 用 蝸 輪 蝸 桿 機 構(gòu) 主 要是 利 于 其 中 心 距 較 易 控 制 ， 工 作 臺 也 就 是 放 置 在 蝸 輪 蝸 桿 的 運 動 中 心 ， 這 也保 證 了 其 三 軸 同 心 的 要 求 。 但 采 用 此 機 構(gòu) 最 大 的 問 題 就 是 蝸 輪 的 安 裝 與 定 位 ，以 及 考 慮 到 蝸 輪 蝸 桿 的 潤 滑 問 題