三軸雷達(dá)仿真轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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立題的目的和意義
本轉(zhuǎn)臺(tái)主要用于測(cè)試機(jī)載雷達(dá)跟蹤目標(biāo)的靈敏性,模擬雷達(dá)在跟蹤動(dòng)態(tài)目標(biāo)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況。它在機(jī)載雷達(dá)的研制和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方面具有不可替代的作用。
1.4 本文主要工作
本論文主要將完成對(duì)三軸雷達(dá)仿真轉(zhuǎn)臺(tái)的總體設(shè)計(jì),對(duì)三軸雷達(dá)仿真轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)：對(duì)內(nèi)中外三環(huán)的轉(zhuǎn)矩的計(jì)算與三軸各軸電機(jī)的轉(zhuǎn)矩校核，根據(jù)本次設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)要求對(duì)本轉(zhuǎn)臺(tái)的誤差分析。
第2章三軸雷達(dá)仿真轉(zhuǎn)臺(tái)總體設(shè)計(jì)
2.1 轉(zhuǎn)臺(tái)技術(shù)要求
轉(zhuǎn)臺(tái)總體設(shè)計(jì)是轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)所能達(dá)到的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性起著決定性的作用。本次設(shè)計(jì)所要達(dá)到的技術(shù)要求如下：
1．負(fù)載尺寸：
2．負(fù)載重量：150kg
3．轉(zhuǎn)角范圍：內(nèi)環(huán)±90°，中、外環(huán)±45°
4．最大角速度：內(nèi)環(huán)300°/s、中環(huán)180°/s、外環(huán)160°/s
5．最小角速度：內(nèi)環(huán)0.003°/s、中環(huán)0.003°/s、外環(huán)0.003°/s
6．最大角加速度：內(nèi)環(huán)500°/s2、中環(huán)180°/s2、外環(huán)180°/s2
7．三軸轉(zhuǎn)角精度：0.003°
8．三軸相交度：0.5mm
9．視場(chǎng)角：±45°
10．雙十頻響指標(biāo)：內(nèi)環(huán)4Hz，中、外環(huán)3Hz
2.2 總體設(shè)計(jì)流程
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)的一般規(guī)律及三軸仿真轉(zhuǎn)臺(tái)的特點(diǎn)，三軸雷達(dá)仿真轉(zhuǎn)臺(tái)總體設(shè)計(jì)流程如圖2.1：
圖2.1 轉(zhuǎn)臺(tái)總體設(shè)計(jì)流程圖
2.3 轉(zhuǎn)臺(tái)類型的確定
三軸仿真轉(zhuǎn)臺(tái)根據(jù)其方位軸系和滾動(dòng)軸系所在位置的不同，分為立式和臥式兩種類型。立式轉(zhuǎn)臺(tái)外環(huán)是方位軸系，內(nèi)環(huán)是滾動(dòng)軸系；臥式轉(zhuǎn)臺(tái)與立式轉(zhuǎn)臺(tái)相反，外環(huán)是滾動(dòng)軸系，內(nèi)環(huán)是方位軸系。根據(jù)本次轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)，內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)角范圍為±90°，而中、外環(huán)轉(zhuǎn)角范圍為±45°，所以內(nèi)環(huán)應(yīng)為滾動(dòng)軸系。因此我們選用立式轉(zhuǎn)臺(tái)。
根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置的不同，轉(zhuǎn)臺(tái)又可分為液壓驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)、電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)和電液混合驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)。液壓驅(qū)動(dòng)自身存在線性度差、轉(zhuǎn)角小、低速性能差、維護(hù)復(fù)雜等許多缺點(diǎn)。而本設(shè)計(jì)要求的轉(zhuǎn)速范圍為：內(nèi)環(huán)0.003°/s～300°/s、中環(huán)0.003°/s～180°/s、外環(huán)0.003°/s～160°/s。顯然，低速性能要求較高，液壓驅(qū)動(dòng)不能滿足要求，所以我們選擇電力驅(qū)動(dòng)。
綜上，我們選用立式電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)。
2.4 轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì)
2.4.1 工作原理
三軸雷達(dá)仿真轉(zhuǎn)臺(tái)的三個(gè)軸都由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，通過改變電機(jī)電流來改變各軸的轉(zhuǎn)速，通過一個(gè)峰值電流來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的最大加速度。各電機(jī)的啟停及通過各電機(jī)的電流由接收到的外部信號(hào)控制，從而使轉(zhuǎn)臺(tái)上的負(fù)載能夠跟蹤信號(hào)的運(yùn)動(dòng)。
2.4.2 運(yùn)動(dòng)功能方案
轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)功能圖如圖2.2所示，內(nèi)環(huán)、中環(huán)和外環(huán)均由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，外環(huán)實(shí)現(xiàn)方位運(yùn)動(dòng)、中環(huán)實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動(dòng)、內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
圖2.2 轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)功能圖
2.5 轉(zhuǎn)臺(tái)總體布局設(shè)計(jì)
根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，考慮到負(fù)載尺寸較大，為了盡可能降低轉(zhuǎn)臺(tái)慣量，提高轉(zhuǎn)臺(tái)的響應(yīng)速度，我們將內(nèi)環(huán)軸設(shè)計(jì)為中空，負(fù)載直接安裝在內(nèi)環(huán)軸的中空部位。在盡可能減小轉(zhuǎn)臺(tái)中環(huán)慣量的同時(shí)，為了保證中環(huán)剛度，我們將中環(huán)框架設(shè)計(jì)為與內(nèi)環(huán)（滾動(dòng)軸）同心的圓筒結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)剛度高、工藝性好等優(yōu)點(diǎn)，且能實(shí)現(xiàn)盡量小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。由于本轉(zhuǎn)臺(tái)整體結(jié)構(gòu)較大，同時(shí)為了保證中環(huán)框架的正確安裝，我們將外環(huán)框架設(shè)計(jì)為分體式薄壁箱結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)可以在達(dá)到最小質(zhì)量的情況下實(shí)現(xiàn)最大的結(jié)構(gòu)剛度。綜上所述，本轉(zhuǎn)臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)我們采用立式O-O-U結(jié)構(gòu)形式。其總體布局如圖2.3所示
圖2.3 三軸雷達(dá)仿真轉(zhuǎn)臺(tái)總體布局圖
2.6 轉(zhuǎn)臺(tái)主要參數(shù)設(shè)計(jì)
本轉(zhuǎn)臺(tái)負(fù)載安裝于內(nèi)環(huán)軸孔中，負(fù)載尺寸為 ，所以內(nèi)環(huán)軸徑由負(fù)載尺寸決定也為 。內(nèi)環(huán)軸壁厚尺寸，考慮其剛度，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)暫定為23mm，由于轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)的特殊性，其它結(jié)構(gòu)尺寸均與前一步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果直接相關(guān)，所以暫無法確定。
2.7 本章小結(jié)
在本章設(shè)計(jì)中，根據(jù)此次設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，完成了本設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)流程，確定了轉(zhuǎn)臺(tái)的類型為O-O-U型；根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)原理，設(shè)計(jì)出它的運(yùn)動(dòng)功能方案，三軸均為直接驅(qū)動(dòng)；根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，考慮轉(zhuǎn)臺(tái)的負(fù)載尺寸，確定負(fù)載過渡盤厚度為23mm，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)臺(tái)的總體布局為立式。 ...
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