转台设计1 哈工大
哈工大液压传动大作业组合机床动力滑台液压系统设计21页word文档
哈尔滨工业大学液压传动大作业设计说明书设计题目卧式组合机床液压动力滑台机电工程学院班设计者2010 年9 月10 日流体控制及自动化系哈尔滨工业大学液压传动大作业任务书学生姓名班号设计题目钻镗两用卧式组合机床液压动力滑台1.液压系统用途（包括工作环境和工作条件）及主要参数：卧式组合机床液压动力滑台。
切削阻力F=15kN，滑台自重G=22kN，平面导轨，静摩擦系数0.2，动摩擦系数0.1，快进/退速度5m/min，工进速度100mm/min，最大行程350mm，其中工进行程200mm，启动换向时间0.1s，液压缸机械效率0.9。
2.执行元件类型：液压油缸3.液压系统名称：钻镗两用卧式组合机床液压动力滑台。
设计内容1. 拟订液压系统原理图；2. 选择系统所选用的液压元件及辅件；3. 验算液压系统性能；4. 编写上述1、2、3的计算说明书。
设计指导教师签字教研室主任签字年月日签发目录1 序言······························································错误！未定义书签。
2 设计的技术要求和设计参数····················································- 1 -3 工况分析····················································································- 2 - 3.1 确定执行元件·········································································- 2 - 3.2 分析系统工况·········································································- 2 - 3.3 负载循环图和速度循环图的绘制·········································- 3 - 3.4 确定系统主要参数·································································- 4 -3.4.1 初选液压缸工作压力················································ - 4 -3.4.2 确定液压缸主要尺寸················································ - 4 -3.4.3 计算最大流量需求······················································ - 5 - 3.5 拟定液压系统原理图·····························································- 7 -3.5.1 速度控制回路的选择·················································· - 7 -3.5.2 换向和速度换接回路的选择······································ - 7 -3.5.3 油源的选择和能耗控制·············································· - 8 -3.5.4 压力控制回路的选择·················································· - 9 - 3.6 液压元件的选择·································································· - 10 -3.6.1 确定液压泵和电机规格············································ - 10 -3.6.2 阀类元件和辅助元件的选择···································· - 12 -3.6.3 油管的选择································································ - 14 -3.6.4 油箱的设计································································ - 15 - 3.7 液压系统性能的验算·························································· - 16 -3.7.1 回路压力损失验算···················································· - 17 -3.7.2 油液温升验算···························································· - 17 -1 序言作为一种高效率的专用机床，组合机床在大批、大量机械加工生产中应用广泛。
高精密单轴伺服转台结构设计
该转台不同于普通一维转台，考虑到安装多个光栅传感器的需求，在结构设计时需要在轴向和径向方向预留出安装空间，同时在精密加工时需要保证轴系和光栅传感器转接件的同轴度等形位公差，以及轴系的轴向和径向的回转精度。转台台体设计采用常见的圆形回转体外壳设计方式，外壳和底座采用优质铝合金整体加工而成，外壳内部是空心结构，轴承、盖板等元件直接装在转台台体内部，转台三维结构示意图。本套转台的结构形式是一维单轴回转体转台，采用GCr15轴承钢材料进行精密机械轴系的加工，通过精密加工保证轴与外壳安装面椭圆度及其滑动配合间隙，轴系添加仪表油保证其灵活转动。轴系设计要求转台承载能力为3kg，由于该转台用于轴系设计及精度验证，因此转台转角范围是±360°，没有机械限位。为了使转台结构紧凑，考虑到后期可能进行的多光栅传感器安装，因此在轴向设计中预留一定光栅传感器安装余量。
3光电转台总体设计
3.1光电转台的结构形式选择
精密双轴光电转台结构形式一般为T/U/O形，U形转台负载安装于U形框架中间，整体尺寸较紧凑，负载惯量小，反应速度快，精度易保证，但存在对负载外形尺寸有严格限制的缺点。O形转台把负载完全安装于球罩内，整体外形尺寸大、质量大，结构加工工艺较复杂，可维护性较差，其优点在于密封性好、气动外形能够减小风阻。T形转台一般多个负载的两端安装，俯仰轴系尺寸较集中，但由于负载离转动轴较远，转动惯量较大。综合比较，地面静止安装一般会选用U形转台。
在轴系设计过程中，为保证各重要尺寸和相关零件配合的形位公差，考虑实际加工中工序的复杂性和加工精度，因此将轴承套、轴承间挡块等零部件的设计集成在转台外壳中，在节省空间的同时还减小了台体质量，并且在实际加工过程中进行一次性加工保证各端面间的平行度等公差，避免传统设计方法中轴承套、轴承压盖等零部件与台体分离的问题，减小后期装调难度。
转台设计指导书
图 1-5 双轴转台
图 1-6 双轴转台内框结构
3
Байду номын сангаас
图 1-7 双轴转台外框结构
（3） 三轴转台 结构如图 1-8 所示。 图 1-8(a)是立式三轴转台， 图 1-8(b)是卧式三轴转台。
(a) 立式三轴转台 图 1-8 三轴转台
(b) 卧式三轴转台
（4）多轴 由三轴以上组成的转台，结构如图 1-9 所示。
I
第1章 转台总体设计
1.1 转台结构类型选择
转台是一种重要的地面测试设备，用于惯性导航系统和惯性元件检定、标定，以及模拟 飞行器姿态运动。 转台根据用途可分为仿真转台和惯性测试转台。但目前两个类别间互相渗透的趋势愈发 显著, 界限日趋上移，直到中高端产品才区别明显。 惯性测试转台，侧重静态或稳态性能，主要用于惯性导航系统和惯性元件如陀螺、加速 度计的性能检测和标定。先进武器系统一般配备有惯性导航和制导系统, 这类装置在生产、 调试、测评、使用、维护(修)等各个阶段都离不开由惯性测试转台组成的测试系统。因此, 惯 性测试性能的好坏, 直接影响武器系统研制水平及其性能评定。 仿真转台，侧重动态性能，仿真转台一般用于武器平台或运动载体的运动状态模拟 , 是 各类武器平台进行半实物仿真试验等地面综合性试验系统的关键设备和重要组成部分, 也是 测试、评价和标定各类运动载体、武器系统性能的经济、高效的技术手段。 转台按照不同的分类标准有多种类型。
转台设计 课程设计指导书
哈尔滨工业大学
2011 年 4 月
目 录
第 1 章 转台总体设计 ...............................................................................................
哈工大现代设计方法大作业
2014年春季学期“机电产品现代设计方法”课程大作业一作业题目：雷达转台设计学生姓名：评阅教师：作业成绩：1.设计任务雷达底座转台设计：一个回转自由度承载能力：500kg被测件最大尺寸：Ф500×600mm台面跳动：，台面平面度：台面布置T型槽，便于负载安装方位转角范围：±120°具有机械限位和锁紧机构角位置测量精度：±5′角位置测量重复性：±3′角速度范围：°/s～60°/s2.设计流程如上图所示，整个设计过程分为功能设计、总体方案设计、详细设计和设计总结四部分。
功能设计部分要结合所给出的性能要求以及我们设计的转台的目标客户可能存在的功能需求，对转台的功能进行定义。
然后将转台的功能细化为小的功能单元，对应于一个个要实现功能的结构单元。
然后利用QFD图对要实现的各种功能实现综合评估，评价出功能需求的相对重要性及解决方案的相对重要性。
总体方案设计部分我们首先利用SysML语言来明确各部分功能的参数以及参数约束之间的关系，然后综合考虑各种参数，设计出整体的设计草图。
详细设计部分首先要使得零件实现其所对应的功能，使其满足其精度及强度的要求。
在此基础上，要综合考虑工件的可加工性，可装配性以及价格等因素，从而选出最符合我们需求的设计。
然后根据确定的参数和方案，利用三维建模软件CATIA来进行三维建模，并将3D图进行投影，得出适合工业加工的2D图，完成整个设计。
设计总结部分对整个过程中进行反思，考虑这个过程中存在的不足以及设计过程种学到的知识，以便应用于以后的设计当中。
设计QFD(全称Qualification Function Deployment)是进行设计总体规划的工具。
可以根据消费者的需求与需求的重要性来对工程设计做出相应的规划。
如图所示，其中第一纵行代表了安全性高，价格便宜，角度定位精度高及重复定位精度高等一系列的客户可能对所设计的转台所提出的要求。
哈工大综合课程设计转台
哈工大综合课程设计转台一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解并掌握综合课程设计转台的基本原理和操作方法。
2. 学生能够运用所学的机械原理、电子技术和计算机编程知识，完成转台的设计与制作。
3. 学生能够理解并描述转台在工程领域的应用及重要性。
技能目标：1. 学生能够运用CAD软件进行转台零件的设计，并绘制出相应的工程图纸。
2. 学生能够独立完成转台的组装和调试，提高动手实践能力。
3. 学生能够运用编程语言，实现对转台的自动控制，培养编程和调试能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对工程技术的兴趣和热情，激发创新意识和探索精神。
2. 培养学生团队协作精神，学会与他人共同解决问题，提高沟通与表达能力。
3. 培养学生严谨的科学态度和良好的工程伦理观念，关注工程技术对社会和环境的影响。
课程性质：本课程为哈工大综合课程设计转台，是一门实践性、综合性强的课程。
通过本课程的学习，使学生将所学理论知识与实际操作相结合，提高解决实际问题的能力。
学生特点：学生为高年级本科生，具备一定的学科基础知识，具有较强的自学能力和动手实践能力。
教学要求：教师需结合学生特点，采用启发式教学，引导学生主动参与教学活动。
注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。
同时，关注学生的情感态度价值观培养，使学生在掌握知识技能的同时，形成良好的工程素养。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 转台基础知识：- 转台的分类、原理及其在工程中的应用。
- 转台相关机械原理和电子技术基础。
2. 转台设计与制作：- CAD软件的使用，进行转台零件设计。
- 转台结构设计，绘制工程图纸。
- 转台材料选择及加工工艺。
3. 转台组装与调试：- 转台零部件的组装及调试方法。
- 传动系统、控制系统调试及优化。
4. 转台自动控制：- 编程语言基础，如C/C++、Python等。
- 转台自动控制算法及编程实现。
- 调试与优化，实现转台的精确控制。
5. 转台应用案例分析：- 分析转台在不同工程领域的应用案例。
仿真转台框架的结构优化设计
pφ = 6R5·F t·cos（ 1. 5φ）
（ 2）
其载荷在轴承孔的分布规律为在轴承孔接触处左
右各 60° 范围内上呈式（ 2） 分布。
得到转台外框轴系的有限元模型如图 1 所示。其
侧面的载荷示意图如图 2 所示。对直倒角的外框进行
静力分析和模态分析，得到最大变形量发生在轴的电
机转矩施加处，最大变形量为 1． 743 μm，而所关心的
s． t．
|
δm | δ0
－ 1 ≤ 0，1 －
f f0
≤ 0，rL
＜r
＜ rU
S = 4（ 195 － r） （ 176 － r） + 4（ 195 － r） + 4（ 176 － r） + r2 ≥ S0
式中： I（ r） ——— 外框的转动惯量；
ρ——— 密度；
V（ r） ——— 外框体积；
L——— 惯性半径；
先用随机搜索法获得一组可行解，r = 55 mm。然 后采用 0 阶优化方法进行优化分析。以外框最大变形
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机械设计
第 28 卷第 9 期
量不大于0． 8 μm，转动惯量不大于 1． 5 kg·m2 ，经过优 化迭代，得到最优的倒角半径为 44 mm。优化前后的外 框参数对比如表 2 所示。
表 2 优化前后的外框轴系结构参数
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机械设计
第 28 卷第 9 期
内［6］。若轴承孔的半径为 R，宽度为 t，径向分布载荷的
合力为 F，其最大分布载荷密度为 p0 ，与 F 成 φ 角位置
的载荷密度为 pφ，则：
∫π /3
F = t －π/3 p0 cos（ 1. 5φ） cos φ·R·dφ =
6 5
哈工大《飞行器设计综合实验》高桦实验一
一、实验题目卫星姿态控制物理仿真实验二、实验目的1、掌握飞行器姿态控制系统的光纤陀螺传感器和喷气执行机构、飞行器姿态模拟单轴气浮实验转台、数字信号处理器DSP控制器的功能、性能及应用方法；2、通过演示实验，掌握飞行器姿态控制物理仿真实验原理；3、掌握控制算法和DSP软件开发技术及用C语言在飞行器姿态控制物理仿真专业技术中的应用编程及实验方法。
三、实验任务1、以喷气装置作为执行机构，编写C语言，进行软件设计、编程和实验调试。
2、完成单轴陀螺定姿的转台闭环控制实验，进行姿态角机动20°的控制。
四、实验控制系统原理及框图图1 飞行器姿态控制实验转台系统框图单轴气浮实验转台控制系统原理主要是通过敏感器件（如陀螺，码盘等）测量转台姿态角及角速度等信息，通过DSP控制系统软件计算与理想（设定）状态的误差，并形成控制信息，操纵执行机构（如喷气装置，飞轮等），使转台回到设定位置。
五、控制算法及说明：喷气控制单回路姿态控制动力学方程为：dj T T J +=θ ，()00θθ=t ，()00θθ =t 式中，0θ、0θ 为姿态角、姿态角速度的初值，且00θθ =。
喷气推力器取为理想继电特性，并以线性姿态角θ作为反馈信号，当不计姿态角给定量（0=r θ）时，有控制方程0,0>-θj T()=t T j0,0<+θj T式中，0j T 为()t T j 的幅值。
系统的方框图如图2所示。
图2 喷气推理器取为理想继电特性的单回路姿态稳定系统方框图研究非线性控制系统常用的一种分析方法是相平面法，即在有姿态角θ和姿态角速度θ构成的直角坐标平面（相平面）上，研究θ与θ 间的运动轨迹（相轨迹），进而可获得关于系统过渡过程时间、超调量、极限环等主要姿控指标。
图3 理想喷气推理器的单回路姿态稳定系统的相轨迹图4 相平面法的DSP 实现原理图控制算法为0,≤+s U=U0,>-s U式中，U 为输出的控制量，f θ为角度预期值，M 为气浮转台的力矩，J 为气浮转台的转动惯量。
哈工大综合课程设计――双轴转台设计-图文(精)
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书(论文课程名称:综合课程设计设计题目:双轴测试转台设计院系:机电工程学院班级:1108110班设计者:崔晓蒙学号:1110811005指导教师:陈志刚设计时间:2014年12月哈尔滨工业大学目录第1 章概述 (21.1 课程设计的目的 (21.2 课程设计的内容 (21.3 课程设计的方法和步骤 (2 1.4 转台课程设计的要求 (3 第2 章转台总体设计 (42.1 转台结构类型选择 (42.2 转台驱动元件选择 (82.3 转台测量元件选择 (9第3 章转台机械结构设计 (10 3.1 轴系设计 (103.2 轴与框架的连接 (123.3 框架设计 (153.4 配重设计 (163.5 限位与锁紧装置设计 (17 第4 章转台驱动元件设计 (194.1 传动部件设计 (194.2 转动惯量计算 (194.3 电机力矩计算 (26第5 章转台测量元件设计 (285.1 角度传感器设计 (285.2 角速度传感器设计 (315.3 限位开关设计 (325.4 走线与滑环 (33第6 章转台装配工作图设计 (346.1 装配工作图绘制要求 (346.2 装配工作图尺寸标注 (346.3 装配工作图上零件序号、明细栏和标题栏的编写 (34 第7 章转台零件工作图设计 (357.1 对零件工作图的绘制要求 (357.2 转台主要零件工作图 (35第8 章编写设计计算说明书 (368.1 设计计算说明书的内容 (368.2 设计计算说明书格式要求 (36第9 章课程设计的总结和答辩 (39参考文献 (4第1章转台功能分析1.1 功能分解转台是一种重要的地面测试设备,用于惯性导航系统和惯性元件检定、标定,以及模拟飞行器姿态运动。
转台根据用途可分为仿真转台和惯性测试转台。
按机械台体结构分类转台分为立式转台和卧式转台两种。
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二轴转台方案设计
1.设计简图（草图）
2.
对于多轴转台，各框架的设计顺序是：由内到外
转台的框架断面为空心矩形，其重量轻、惯性大刚度好。
材料选用优质铸转台的框架断面为空心矩形，其重量轻、惯性大刚度好。
转台的设计应按照从内到外的顺序设计，最内层受到载荷和尺寸的限制，因而应该从里面开始设计。
但是本设计给出了最外一层的设计，因为外层的结构相对复杂，内外的原件使用相似。
3.轴系的设计
2.1轴系1的设计
轴系1上需要有驱动原件、测角原件、支撑原件、连接原件等部件。
2.1.1驱动原件选择
转台的驱动元件主要有两大类：一类是电动机；一类是液压马达。
电动机驱动的主要优点是：
（1）实现连续回转，而摆动式液压马达则不能。
（2）液压马达必须设置液压油源，而电动机不需要。
对于小转矩、低频响的转台宜采用电动机驱动，而对于那些大转矩、高频响的转台，采用液压驱动方案为佳。
电机驱动常见的电动机为力矩电动机和直流伺服电动机。
力矩电动机允许转速低，可直接与转台主轴连接形成直接驱动。
所以对于该设计方案中可以按如下方式进行：
驱动元件：采用直流力矩电机驱动，控制方便，既可开环控制，又可闭环控制；
驱动方式：采用直接驱动方式，即将电机输出轴、转台主轴以及码盘轴直接相连。
主要是确定载荷，作用在机械装置上的载荷主要有：摩擦载荷、惯性载荷以及各种环境载荷等。
M⋅
f
N
R
=
⋅
摩擦载荷：由于传动部件之间存在摩擦摩擦引起的。
大小与所受压力和材料的摩擦系数有关。
摩擦力与其力臂的乘积即为摩擦力矩。
惯性载荷：计算回转运动时的惯性载荷，需要知道转动惯量和角加速度，具有传动链装置的，通常将负载的转动惯量折算到电机轴上。
环境载荷：例如风载荷、温差载荷（热变形）等，外载荷的确定，要是具体情况而定，有的可从理论上进行推导，有的需要借助试验来测定。
分析载荷的目的，是为了选择合适的电动机，使之满足要求。
对于转台来说，一般在室内应用，它的载荷主要考虑摩擦载荷和惯性载荷。
经查得，北京京仪敬业电工科技有限公司北微微电机厂的资料可以得出LYX 系列稀土永磁式直流力矩电动机的相关参数如下表所示
表一
ε⋅=J M
对于轴一上的原件较多，驱动力矩较大，所以应选取具有较大的驱动力矩的电机拟选用如下所示的型号
支撑元件
支撑元件多用轴承，轴承采用两段固定的安装方式。
一般精度的转台多用角接触轴承，在较高精度的转台中可以选用气动轴承，但是其造价高，结构复杂，配套设备繁多。
所以在本设计方案中采用角接触轴承。
轴承型号按轴径大小确定。
图二 两段固定式的安装图
2.1.3连接元件
轴1和轴2的支撑结构的连接可以用胀紧套连接。
胀紧套具有高精度，可调节的优点，是过盈连接和键连接所不能达到的。
胀紧套的选用：
根据所需要传递的扭矩和轴向力计算胀紧套的额定扭矩根据胀紧套的额定扭矩确定尺寸 。
Mt -胀套的额定扭矩；M -需传送的扭矩；
D -传动轴直径；F -轴向力。
经查得，洛阳精达传动有限公司生产的胀紧套可以满足一般的连接要求。
拟选用Z3型胀紧连接套，其外形和零件图如下所示
图3 Z3型胀紧连接套
（/Html/ProductView.asp?ID=24&SortID=126）
这种胀紧套的数据和尺寸如下表所示：
表2
2.1.4测量元件
转台角位置测量系统的精度主要由传感器的精度及测角线路决定，角位置传感器有许多种，如圆光栅、旋转变压器、感应同步器、光电码盘、磁码盘等。
转台常用的是旋转变压器、感应同步器、光电码盘。
本系统选取德国Heidenhain 公司RON886C 增量式光电编码器。
选取依据如下：
（1）RON886C 增量式光电编码器的刻线线数为36000 线，系统分辨力可达±36″，经过DSP 正交编码电路4 倍频后，可以满足位置精度不大于10″的设计目标。
（2）RON886C 增量式光电编码器可以同时形成位置和速率信号的检测，其精度可以达到系统的设计要求，这样可以省掉测速机环节，有利于转台的结构紧凑，成本的降低，有利于系统的数字化。
2.2 轴系2的设计方案
轴系2的原件的选择和确定可以按照轴系1的方式确定。
但是在轴系2上的载荷要相对于1小很多，所以可以选择较小的电机和轴承。
但是测量原件依然要求很高的精度，所以可以和轴系1的测量元件保持一致。
在轴系2的装配图大致如下所示，对于下面的轴承要承受较大的压力，所以对于下面额轴承要进行校核，选择较高的强度和刚度的轴承型号。
图4
3．支撑结构
支撑结构既机架多用中空结构，这样即可以保证刚度和强度，又可以减轻重量。
图5内框结构图6外框结构
4．限位与锁紧装置
有的转台转动角度范围是有限的，为了防止转过范围，造成线路缠绕甚至扯断，要有限位装置，起保护作用。
转台在运输过程中，为防止转台转动，需要锁定装置。
下图是三轴转台结构图，在图中，外框转角范围小于3600，因此在外框与支座上安装限位装置，具体结构如图2-11所示，当转角范围超出设定范围时，外框与支座上的限位装置接触在一起，从而起到限制转角范围的作用。
在限位装置上常安装橡胶套，可起到缓冲撞击力的作用，避免损坏限位装置。
锁紧装置如图所示，通过带有锥度的手柄插入中框与外框中，从而起到锁定中框的所用，其他框架上的锁紧装置相同。
图7
5. 校核与计算
需要对轴，轴承以及外壳进行刚度，强度等相关参数进行校核，以保证运行的精度和使用寿命。
在转台中，轴类零件多是中空结构。
关于轴的强度、刚度、安全系数等参数的校核可以参考参考文献【1】中的式（9.3）~（9.14）。
轴承的校核可以参考参考文献【1】中的式（10.1a）~（10.4）
6. 设计简图
参考文献
【1】宋宝玉，王黎钦，机械设计北京：高等教育出版社，2010
【2】迟关心，张勇，航天机电一体化概论哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012【3】课程设计指导书
【4】洛阳精达传动有限公司资料
【5】北京京仪敬业电工科技有限公司北微微电机厂资料。