毕业设计（论文）开题报告-超声电机行星减速器促动器的设计(9页).doc

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1、-毕业设计（论文）开题报告-超声电机行星减速器促动器的设计-第 7 页洛阳理工学院毕业设计（论文）开题报告系（部）：机械工程学院 2015 年 4月23日 （学生填表）课题名称超声电机行星减速器促动器的设计学生姓名专业班级B110207课题类型工程设计指导教师职称课题来源科研1. 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 射电望远镜（radio telescope）是指观测和研究来自天体的射电波的基本设备，可以测量天体射电的强度、频谱及偏振等量。包括收集射电波的定向天线，放大射电信号的高灵敏度接收机，信息记录处理和显示系统等。2012年10月28日，亚洲最大的全方位可转动射电望远镜在上海

2、天文台正式落成。这台射电望远镜的综合性能排名亚洲第一、世界第四，能够观测100多亿光年以外的天体，将参与我国探月工程及各项深空探测。射电望远镜是主要接收天体射电波段辐射的望远镜。射电望远镜的外形差别很大，有固定在地面的单一口径的球面射电望远镜，有能够全方位转动的类似卫星接收天线的射电望远镜，有射电望远镜阵列，还有金属杆制成的射电望远镜。射电天文所研究的对象有太阳那样强的连续谱射电源有辐射很强但极其遥远因而角径很小的类星体有角径和流量密度都很小的恒星也有频谱很窄角径很小的天体微波激射源等。为了检测到所研究的射电源的信号将它从邻近背景源中分辨出来并进而观测其结构细节射电望远镜必须有足够的灵敏度和分

3、辨率。灵敏度是指射电望远镜最低可测的能量值，这个值越低灵敏度越高。为提高灵敏度常用的办法有降低接收机本身的固有噪声，增大天线接收面积，延长观测积分时间等。分辨率是指区分两个彼此靠近射电源的能力，分辨率越高就能将越近的两个射电源分开。那么，怎样提高射电望远镜的分辨率呢？对单天线射电望远镜来说，天线的直径越大分辨率越高。分辨率指的是区分两个彼此靠近的相同点源的能力因为两个点源角距须大于天线方向图的半功率波束宽度时方可分辨故宜将射电望远镜的分辨率规定为其主方向束的半功率宽。为电波的衍射所限对简单的射电望远镜它由天线孔径的物理尺寸D 和波长决定。射电望远镜与光学望远镜不同，它既没有高高竖起的望远镜镜简

4、，也没有物镜，目镜，它由天线和接收系统两大部分组成。 1931年，在美国新泽西州的贝尔实验室里，负责专门搜索和鉴别电话干扰信号的美国美国无线电工程师卡尔央斯基(Karl Guthe Jansky)发现：有一种每隔23小时56分04秒出现最大值的无线电干扰。 经过仔细分析，他在1932年发表的文章中断言：这是来自银河系中射电辐射。由此，杨斯基开创了用射电波研究天体的新纪元。当时他使用的是长30.5米、高3.66米的旋转天线阵，在14.6米波长取得了30度宽的 “扇形”方向束。此后，射电望远镜的历史便是不断提高分辨率和灵敏度。自从杨斯基宣布接收到银河系的射电信号后，美国人G雷伯潜心试制射电望远镜，

5、终于在1937年制造成功。这是一架在第二次世界大战以前全世界独一无二的抛物面型射电望远镜。它的抛物面天线直径为9.45米，在1.87米波长取得了12度的 “铅笔形”方向束，并测到了太阳以及其它一些天体发出的无线电波。因此，雷伯被称为是抛物面型射电望远镜的首创者。1946年英国曼彻斯特大学开始建造直径66.5米的固定抛物面射电望远镜1955年建成当时世界上最大的76米直径的可转抛物面射电望远镜。与此同时澳美苏法荷等国也竞相建造大小不同和形式各异的早期射电望远镜。除了一些直径在10米以下主要用于观测太阳的设备外还出现了一些直径2030米的抛物面望远镜发展了早期的射电干涉仪和综合孔径射电望远镜。六十

6、年代以来相继建成的有美国国立射电天文台的42.7米加拿大的45.8米澳大利亚的64米全可转抛物面美国的直径 305米固定球面工作于厘米和分米波段的射电望远镜（见固定球面射电望远镜）以及一批直径10米左右的毫米波射电望远镜。因为可转抛物面天线造价昂贵固定或半固定孔径形状（包括抛物面球面抛物柱面抛物面截带）的天线的技术得到发展从而建成了更多的干涉仪和十字阵（见米尔斯十字）。1962年 Ryle 发明了综合孔径射电望远镜并获得了1974年诺贝尔物理学奖。射电天文技术最初的起步和发展得益于二战后大批退役雷达的军转民用。射电望远镜和雷达的工作方式不同，雷达是先发射无线电波再接收物体反射的回波，射电望远镜

7、只是被动地接收天体发射的无线电波.。20世纪50、60年代，随着射电技术的发展和提高，人们研究成功了射电干涉仪，甚长基线干涉仪，综合孔径望远镜等新型的射电望远镜射电干涉技术使人们能更有效地从噪音中提取有用的信号；甚长基线干涉仪通常是相距上千公里的。几台射电望远镜作干涉仪方式的观测，极大地提高了分辨率。六十年代末至七十年代初不仅建成了一批技术上成熟有很高灵敏度和分辨率的综合孔径射电望远镜还发明了有极高分辨率的甚长基线干涉仪这种所谓现代射电望远镜。另一方面还在计算技术基础上改进了经典射电望远镜天线的设计建成直径100米的大型精密可跟踪抛物面射电望远镜（德意志联邦共和国波恩附近。上世纪80年代以来，

8、欧洲的VLBI网美国的VLBA阵日本的空间VLBI相继投入使用，这是新一代射电望远镜的代表，它们的灵敏度分辨率和观测波段上都大大超过了以往的望远镜。其中，美国的超常基线阵列（VLBA）由10个抛物天线组成，横跨从夏威夷到圣科洛伊克斯8000千米的距离，其精度是哈勃太空望远镜的500倍，是人眼的60万倍。它所达到的分辨率相当让一个人站在纽约看洛杉矶的报纸。这样的精度是很多光学仪器都很难达到的，而射电望远镜只是通过电波信号的接受，就可以达到这种地步实在是令人叹为观止，这种先进的科技完全可以让人类生活发生巨大的改变，我们我合理利用这种先进技术去为人类服务。今天射电的分辨率高于其它波段几千倍，能更清晰

9、地揭示射电天体的内核；综合孔径技术的研制成功使射电望远镜具备了方便的成像能力，综合孔径射电望远镜相当于工作在射电波段的照相机。为了更加清晰的接受到宇宙的信号，科学家们建议把射电望远镜搬到太空。2015年02月10日，科学家正计划从地球向宇宙发射信息，希望主动与太阳系其他生命取得联系，获取它们的信号。天文学家将通过射电望远镜把信号发射到数百个遥远的星系，希望获得开创性发现。这个计划由加利福尼亚州“地外智能生物搜索研究所”科学家负责。他们认为这个计划是人类太空探索的重要一步。如果计划进展顺利，距地球20光年的太空区域将收到这些信息。 巨大的天线是射电望远镜最显著的标志，它的种类很多，有抛物面天线，

10、球面天线，半波偶极子天线，螺旋天线等。最常用的是抛物面天线。天线对射电望远镜来说，就好比是它的眼睛，它的作用相当于光学望远镜中的物镜。它要把微弱的宇宙无线电信号收集起来，然后通过一根特制的管子（波导）把收集到的信号传送到接收机中去放大。接收系统的工作原理和普通收音机差不多，但它具有极高的灵敏度和稳定性。接收系统将信号放大，从噪音中分离出有用的信号，并传给后端的计算机记录下来。记录的结果为许多弯曲的曲线，天文学家分析这些曲线，得到天体送来的各种宇宙信息。2012年3月，65米口径可转动射电天文望远镜工程在上海佘山脚下紧张施工，这将是亚洲最大的该类型射电望远镜，总体性能在国际上处于第四位。据介绍，

11、这台望远镜属于中国科学院和上海市政府重大合作项目，已于2012年10月28日在沪启动。据了解，这台65米的射电望远镜是中国科学院和上海市人民政府于2008年10月底联合立项的重大合作项目。其接收范围覆盖8个波段，总体性能列全球第四。这台65米的射电天文望远镜如同一只灵敏的耳朵，能仔细辨别来自宇宙的射电信号。它覆盖了从最长21厘米到最短7毫米的8个接收波段，涵盖了开展射电天文观测的厘米波波段和长毫米波波段，是中国目前口径最大、波段最全的一台全方位可动的高性能的射电望远镜，总体性能仅次于美国的110米射电望远镜、德国的100米射电望远镜和意大利的64米射电望远镜。望远镜采用的修正型卡塞格伦天线能在

12、方位和俯仰两个方向转动，下方轨道上有6组共12个轮子驱动天线的方位转动，上方的俯仰大齿轮控制天线的俯仰运动，这使得望远镜可以以高精度指向需要观测的天体和航天器，其最高指向精度优于3角秒。 望远镜的主反射面面积为3780平方米（相当于9个标准篮球场），由14圈共1008块高精度实面板拼装成，每块面板单元精度达到0.1毫米，代表了国内大尺度高精度面板设计与制造技术的最高水平。主反射面的安装则采用了国内首创的主动面技术，在面板与天线背架结构的连接处安装有1104台高精度促动器，用以补偿跟踪观测时重力引起的反射面变形，提高高频观测的天线接收效率。促动器的单位精度可达15微米，即一根头发丝直径的一半左右

13、。根据天线总体结构的不同，射电望远镜按设计要求可以分为连续和非连续孔径射电望远镜两大类。按机械装置和驱动方式，连续孔径射电望远镜（它通常又是非连续孔径的基本单元）还可分为三种类型。主要天线反射面固定，一般用移动馈源（又称照明器）或改变馈源相位的方法。 望远镜坐落的轨道由无缝焊接技术全焊接而成。这是国内首次采用全轨道焊接技术，解决了轨道焊接变形等多项技术难题。本次研究课题主要是针对射电望远镜中单盘抛物面天线的经典射电望远镜的的主反射面的抛物面的微调而准备的。主要的目的就是能够快速、准确的调整射电望远镜以达到清楚接受到远距离的宇宙信号，为我国的天文事业做出一丝微不足道，但是又是必不可少的贡献。不积

14、跬步，无以至千里。本次的研究课题就是射电望远镜的小小基础，但是也是保证射电望远镜正常，准确运行的重要保证。而且我在这个课题中主要致力于研究射电望远镜的支架的电机系统，尤其涉及大型射电望远镜主反射面主动调整系统中使用的专用电动执行器，属电动执行器技术领域。我采用的超声电机星型减速器传动器。超声电机的雏形最早由前苏联在60年代初提出。1973年，美国IBM公司的H.V Barth博士、前苏联的V.H.Lavrinenko等人研制出原理性的超声电机。80年代，日本许多科学工作者致力将美国和苏联的原理性样机开发成使用的超声电机，并于90年代初投入到商业应用。至今，日本、美国、俄罗斯、德国竞相研制各种类

15、型和用途的超声电机。 超声电机与传统电机相比，具有结构简单、小型轻量、响应速度快，噪声低、低速大转矩、控制特点好、断电自锁、不受磁场干扰，运动准确等优点，另外还具有耐低温、真空等适应太空环境的特点。首先由于质量轻，低速且大转矩从而不需要附加齿轮等变速结构，避免了使用齿轮变速而产生的震动、冲击与噪声、低效率、难控制等一系列问题；其次它突破了传统电机的概念，没有电磁绕组和磁路，不用电磁相互作用来转换能力，而是利用压电陶瓷的逆压电效应、超声振动和摩擦耦合来转换能量。从而实现了安静、污染小；定位精度高；不受电磁干扰等优点。可以说超声电机技术处于世界上最新高科技之一。 采用超声电机是把最先进的科学技术用

16、来服务科研，既可以使超声电机这种比较前沿的电机更快的投入的到民生、科研等等领域，又可以让射电望远镜的支架的传动系统更加简单、方便、降低成本。为天文望远镜事业做出一丝小小的贡献，还可以提高我们这些应届毕业生的设计能力，巩固我们大学生涯中所学到的知识，一举多得。2. 研究的基本内容，拟解决的主要问题 1、 研究射电望远镜的的支架结构 2、 确定超声电机的主要参数规格 3、 整个支架的传动系统的受力分析 4、 整个系统中主要零件的设计计算，并绘出零件图纸 5、 箱体的结构设计 6、 翻译本专业英文一篇3. 研究步骤、方法及措施 1、根据课题内容，查看有关书籍，认真了解和掌握射电望远镜支架的加工特点及

17、加工能力范围，重点了解超声电机在射电望远镜支架中的地位及变速原理。2、通过分析论证，结合实践进行总体方案设计。包括确定支架箱体结构形式，制订变速的各传动轴和主动轴的总体布局形式及一些主要零部件的结构参数。3、根据合理性的要求不断反复的进行修改，以达到最终的设计要求和目的。争取使设计做的全面，正确。4. 研究工作进度 第3周 第 5周 查阅资料，撰写开题报告第 6周 第11周 进行结构分析，确定设计方案；对传动系统进行设计、计算，并对重要零部件进行安全与疲劳校核，最后绘制传动器零件图及装配图。第12周 第14周 完善设计，审查图纸，翻译外文文献，写设计说明书(论文)，写中文摘要并翻译。第15周

18、毕业设计论文定稿，打印。第1617周： 答辩。5. 参考文献【1】 机械设计课程设计 于惠力等 科学出版社，2007【2】 机械设计课程设计 杨光等 高等教育出版社 2010【3】 简明机械设计手册 宋宝玉等 哈尔滨工业大学出版社2008【4】 机械设计手册第3卷：机械零部件设计(轴系、支承与其他),机械工业出版社，2010【5】 机械设计手册：单行本减速器和变速器 机械设计手册编委会编机械工业出版社，2007【6】 机械设计课程设计图册 向敬忠等 化学工业出版社 2009【7】 机械设计课程设计手册 张龙 国防工业出版社，2006【8】 机械原理 （第六版）孙桓主编，北京：高等教育出版社，

19、2001【9】 滚珠丝杠副及自锁装置 饶振纲等 国防工业出版社，1990【10】 滚珠螺旋传动设计基础 程光仁等 机械工业出版社，1987【11】 谐波齿轮传动的理论和设计 沈允文等 机械工业出版社，1985【12】 机械设计基础课程设计 王昆等 高等教育出版社，2013【13】 SolidWorks机械设计教程2012，詹迪维 机械工业出版社，2012【14】 机械设计第九版 蒲良贵等 高等教育出版社，2013【15】 AutoCAD2007中文版基础教程 孙小捞等 化学工业出版社，2012【16】 机械精度规范学(第二版) 何永熹等 北京理工大学出版社，2012【17】 机械设计制作及其自动化专业英语 马玉录等 化学工业出版社，2012教学系意见系主任签字： 年 月 日