2022年2022年精密机械设计课程设计 .pdf

1 精密机械设计课程设计一、设计任务红外跟踪仿真系统传动机构设计“仿真”，顾名思义就是模仿某种实物的真实运动，用以测试它的真实性能。红外跟踪仿真就是利用计算机创建一个虚拟环境来模拟红外制导空空导弹对目标实行精确的跟踪打击，从而测试出它的打击特性。由于导弹飞行实验技术复杂、规模大、成本高等实际因素制约了打靶次数， 无法进行实际的实物仿真，只能用计算机和物理模型相结合，来模拟一个与导弹使用情况类似的环境，进而得到它的比较确切的实际特性。二、设计原理与方案由于导弹跟踪是根据目标在跟踪器上光斑大小和光能量大小，可依据此原理来设计红外跟踪仿真系统。2.1 方案飞行目标尾喷口喷出红外光波（等效于一个黑体光源），物高为尾喷口大小y。物距为尾喷口到接收透镜的距离l。像高y为尾喷口通过接收透镜后在接收面上的高度。像距l 可由成像公式计算得出。如图1 所示。图中x为焦点到像点的距离。图 1 导弹跟踪光学系统简图y Xl -l -y名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 14 页 - - - - - - - - - 2 这里物方介质和象方介质都为空气，折射率均为1。2.1.1成像位置设接收透镜的焦距为f=50mm，高斯物距l = - (400002107 )mm由于焦距相对于物距很小，l x,牛顿物距亦为 x = - (600002107 )mm 根据牛顿公式：xx=ff牛顿象距ffxx代入焦距和物距得：x=0.050.000125mm x也是象点的离焦量。不论目标距是 20000m还是 40m，离焦量x是很小的， 它们的象距差是很小的。实际上我们把CCD 接收面置在接收透镜的焦面上，CCD 定位精度也只是0.05mm。因此，可以认为目标距在20000m- 40m 变化时，象面不变，都位于接收透镜的焦面。从上面分析可知，目标距变化时，物距变化，但象距不变。由象高公式：ylyl可得：ylyl因为物高和象距都为常数cyl由此可知象高与物距成反比。即目标距变化时，接收面上的像光斑大小与目标距成反比。可以用光斑大小来反映目标距。已知物距（目标距）和物高（尾喷口直径），而探测器在透镜焦面上，因此可以计算物面对孔径光阑的张角，即视场角。视场角2 和目标距离的关系为：2ytgl光斑大小也反应了视场角大小。如图2。lense 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 14 页 - - - - - - - - - 3 图 2 红外目标的视场角2.2 仿真原理目标仿真要求在接收物镜的像面上光斑大小和能量与实际跟踪系统相符。它实际是让一光源照明一物体，该物通过光学系统成像在接收镜的焦面上，其光斑大小和能量与实际相符， 而且能够控制光斑大小及能量发生变化，反映目标距的变化。物体成像在接收物镜焦面上，则物体在无限远， 位于一个准直透镜的物方焦面上。仿真器的光学系统如图3。由电机控制视场光阑的大小变化。图 3 仿真器光学系统图1 光源2 聚光镜3 视场光阑4 准直物镜5 接收镜6 光敏面y 2-l1 2 3 4 5 6 ff i 2名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 14 页 - - - - - - - - - 4 三、系统设计动力源电动机是比较传统但也是最常用的传递动力的装置，一般分为同步电机、异步电机、 三相电机等。这里用的是同步电机，它将电能转化为机械能，通过传递装置传递给齿轮，从而带动齿条的直线运动，进而实现光阑大小的变化。由于此仿真系统受体积、重量、 价格等因素的限制，在此只能选小型电动机来提供动力。减速装置因为齿轮传递的转动范围比较大，而光阑的缩进范围较小，故需要减速装置来减小齿轮的传动， 这里的减速装置就是减速箱，它能达到确定的减速比，较精确的实现光阑的开合大小。减速箱还有改变运动方向，实现不同转速比的作用。此仿真系统中需要的减速比是42：1。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 14 页 - - - - - - - - - 5 齿轮减速箱装配图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 14 页 - - - - - - - - - 6 齿轮减速箱实物图齿轮齿条其实有很多不同的机构都能实现光阑视场大小的变化，但每种都有它的优劣点，最终选择齿轮齿条机构是由于它首先能满足功能要求，其次也能达到一定的精度要求，原理简单易懂，实现起来方便，另外它的缺点可通过改进装置来减小和避免。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 14 页 - - - - - - - - - 7 一个齿轮，上下各一条齿条。齿轮转动时，上下齿条等速的相对移动，带动两个有开口的光阑片相对移动，开口大小变化，实现了视场光阑大小变化。其他的传动机构：3.1 彩虹光阑传动机构优点：外形美观，结构较简单，易于操纵。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 14 页 - - - - - - - - - 8 缺点：精度低，易卡死，能量损耗大。彩虹光阑由很多光阑片组成，若其中任一片有损坏，则光阑片就不能正常工作，也就失去了它的作用。3.2 螺旋传动机构由滚珠丝杆驱动的两个有一定开口形状的金属叶片组成的,两段螺纹旋向相反. 螺旋传动以其精度高、操作方便等优点被很多人纳入考虑范围之内，但它一个致命的缺点就是它的起燃时间，由于在起燃时间内光阑进给量太小，达不到要求，故就被排除在外了。它的工作原理其实很简单，首先固定其中一个螺母，然后通过调节另一个螺母就能达到改变光阑范围的功能。四、零件图的设计此机构的组成部分包括支架、导轨、光阑片、齿条、齿轮等，每一部分所起的作用都是不同的，但它们之间又是紧密联系的，缺少任何一部分该机构都不可正常运转。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 14 页 - - - - - - - - - 9 红外跟踪仿真系统传动机构的装配图：& 4.1 支架支架主要起固定、支撑作用，其零件图如下图所示：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 14 页 - - - - - - - - - 10 支架的主视图与俯视图& 4.2 导轨使齿条能正常能沿固定方向作直线运动，不会左右上下发生偏移。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 14 页 - - - - - - - - - 11 导轨的三视图& 4.3 光阑片光阑片主要用来实现视场范围的变化，它由两片带有开口的光阑片组成，固定在齿条上， 当齿条在导轨上运动时，光阑片也随之被带动，从而实现了视场大小的变化。光阑片的主视图与俯视图&4.4 齿条主要起传动作用，电机带动齿轮转动，齿轮带动齿条在导轨上作直线运动，使光阑片相向运动，实现视场光阑的变大变小。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 14 页 - - - - - - - - - 12 齿条的三视图& 4.5 齿轮连接减速箱与齿条的装置，将电机输出的传动经过减速箱后传递给齿条，进而传递给两个光阑片。齿轮的主视图与左视图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 14 页 - - - - - - - - - 13 五、精度的设计精度是设计零件机构时必须考虑的问题，一个机构只有有了一定的精度才能用于实际中，说起精度，那就肯定会想到误差，在误差范围内，机器能正常工作，如果超出误差范围，对工作中的零件机构会有一定的损坏，当然机器如果工作时间长了，也不排除会出现误差增大等现象。 这里的误差主要包括步进电机的周期误差、减速器的随机误差及齿轮的传动误差三大类。& 5.1 步进电机的周期误差步进电机本身没有累积误差但存在一定的周期误差，即当前停止的位置的齿是否对齐并不影响下一个齿的位置。我们可能这样来理解周期误差，当转一圈产生18 度的误差，转第二圈就会产生36 度的误差，这其实是不对的，这也不属于累积误差。第一圈的误差不会带入第二圈内， 整个的误差就只有18 度。这个装置中所用到的步进电机也会带来一定的周期误差，根据精度的要求，选择不同误差的电机。& 5.2 减速器的随机误差减速器的误差主要来源于其内部各零部件的制造误差、装配误差及修型原理误差。通过了解其单项制造误差因素对减速器误差的影响，可优化减速器的设计与质量。& 5.3 齿轮传动误差齿轮传动误差可分为齿形齿向误差、空回误差等1齿形齿向误差齿形误差就是实际齿轮轮廓和理论轮廓之间的偏差，齿向误差就是齿部齿长方向实际与理论的偏差。前者主要影响运动的平稳性，后者影响载荷分布均匀性。2空回误差齿轮与齿条啮合传动过程中可能形成空回，即齿轮转动一定角度时，齿条并不跟着一起运动，这就形成了一定的空回，空回现象不仅影响齿轮的精度，而且对齿轮的齿廓有损坏。所以要消除空回现象，可在齿条的末端安装一个弹簧六、结论通过对红外跟踪仿真系统传动机构的设计，我慢慢了解到设计某个机构零件时所需的一些必名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 14 页 - - - - - - - - - 14 要步骤， 以及设计前所需要做的准备工作。设计方法并不唯一，但设计过程中的总体思路及所需考虑的因素都大致相同。先确定设计任务，然后在明确实验原理的基础上提出不同的总体方案， 从中选出符合实际情况及不同要求的最佳方案，画出零件图， 一步步进行精度分析，减小误差，达到设计所需的要求，最后进行加工。七、展望虽然设计过程比较繁琐，问题也是层出不穷，但我相信只要我们静下心来，这一切都是能慢慢克服的。 通过这次的课程设计，我发现看待问题不应该只追求片面性，应从不同的方面去剖析它， 从而得到最佳的答案，它也让我明白遇到问题时要主动去解决，不要只是一味等着老师来告诉我们，学会自己发现问题自己动手去解决是学习的最大进步。我也相信以后的毕业的课程设计自己一定能好好去完成。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 14 页 - - - - - - - - -