三轴转台台体结构设计说明

1、南通大学本科生毕业设计（论文）开题报告学生姓名朱志俊学号0810012224专业机械工程及自动化课题名称二轴转台台体结构设计阅读文献 情况国内文献 15 篇开题日期2012年3月7日国外文献 9 篇开题地点12#205一 文献综述与调研报告：(阐述课题研究的现状及发展趋势，本课题研究的意义和价值、参考文献)现状及发展趋势三轴仿真转台作为航空、航天等领域中进行半实物仿真和测试的关键设备在飞行 器的研制过程中起着极其重要的作用。三轴仿真转台性能的优劣直接关系到仿真和测 试实验的可靠性和置信度，是保证航空、航天型号产品和武器系统精度及性能的基 础。因此，三轴仿真转台的研究和制造对航空、航天工业和国防

2、建设的发展具有重要 意义。仿真转台性能的优劣直接关系到仿真试验可靠性和置信度，是制导回路精度的关 键。这给兼顾岸舰和舰空导弹导引头仿真的三轴仿真转台高实时、高精度和高频响等 技术指标提出了很高要求，这给仿真转台的总体方案确定和研制提出了新的课题，也给转台测控系统设计与实现提出了更高的要求 。世界上一些军事大国，如美国、俄罗 斯、德国、法国等都特别重视仿真系统的研究开发，投入大量的人力、物力。美国是 世界上最早研制和使用转台的国家，它的第一台转台于1945年诞生于麻省理工学院 (MIT)。至今为止，美国转台的研制和使用，无论在数量、种类，还是在精度和自动 化程度上都居于世界领先地位，代表了当今世

3、界转台的发展水平和方向。英、法、德 等国也从事转台的研制工作，但无论投入的人力和财力，还是所达到的水平都不如美 国。俄罗斯的惯性技术水平也较高，但由于保密性强，对其具体情况了解不多。美国 60年代开始，对转台的主要部件如轴承、驱动元件、角度传感器和检测仪器进行了 系统的改进，研制成功了专用于转台的空气轴承，大调速比、高精度液压马达和高分 辨率的角度传感器，并开发了宇航专用飞行仿真软件，实现了系统仿真由模拟系统向 数字仿真系统的转变，由部分功能仿真向全弹道仿真的转变，代表了目前国际的先进水平。1969年之后，美国的转台设计和制造进入了系列化阶段：位于宾夕法尼亚匹兹 堡的康特维斯-戈尔兹公司（Co

4、nirvs- Goez Cooperatio ，简称CGC）成为美国制造惯性 导航测试设备和运动模拟系统的主要厂商，并一直代表着美国乃至世界惯性设备，尤 其是转台的发展水平。从70年代初开始，CGC着手研制并生产系列多轴陀螺测试转 台，1972年为DraPer实验室的第三代陀螺仪和 Honeywen公司的静电支撑陀螺仪 研制成功了 53D型和53E型转台，1978年为西德航空航天研究试验院研制成功了 53G 一型转台。53系列转台台体的形式均为多轴，其中53B型为四轴惯性制导测试 系统，53D型、53E型、53G型、53W型为三轴转台，普遍采用了气浮轴承，轴系回 转精度和正交精度均达到角秒级，

5、使用感应同步器作测角元件，测角精度和定位精度 均达到1角秒。1984年CGC公司开始研制 高精度三轴测试台ITATT”，ITATT"是超精 密三轴测试设备，其三轴的综合指向精度小于1''0,001200 °下的瞬时速率误差<=10A-6 o ITATT在轴承、台体结构、驱动装置、测角系统、控制方法、电气系统和 信号传输与处理方面都有许多新技术得以应用，比如采用有源磁悬浮轴承。随着寻的 制导半实物仿真的需要，国外还研制出五轴转台。美国卡坷公司生产的5 一 450R.5 型转台，其内面三轴模仿导弹的姿态角运动，外面两轴用于目标仿真。仿真系统进入 了实用化和

6、商业化阶段，对高精度导航控制系统的研发起了极大的促进作用。由于仿真转台在军事和国防上的敏感性，国外一直对我国进行技术圭寸锁和禁运。我国的转台研制工作起步较晚，开始于七十年代初，较美国晚二十年，与世 界先进水平存在一定的差距。但由于国家的重视及广大科研工作者的努力，使得我国 的在该领域与世界先进水平之间的差距也在一步一步地缩小。我国研制转台的历程大 致如下：1974年，由航天部707所成功研制了 DT-1型低速转台。1975年，航空部 303所研制成功了 SFT-1-1型伺服转台，该转台首次使用光栅作为精密测角元件。1979年，哈尔滨工业大学与原六机部6354所及441厂合作，研制出我国第一台T

7、PCT-I型双轴伺服转台-7191双轴空气轴承转台，该转台内外均采用空气静压轴承支 撑，用同步感应器作为测角元件，交流力矩电机直接驱动。1982年6354所研制成 7191- U型双轴转台，该转台是 TPCT- I型转台的改进型，它在连续工作方面较 TPCT-I型转台有所提高。1983年，航天部一院13所研制成功了 SSFT型双轴伺服转 台，该转台是我国最大的双轴伺服转台。1985年，哈工大研制出我国第一台计算机 控制转台一DPCT- U型单轴转台，该转台通过计算机参与控制提高了控制精度和自动 化水平。1987年哈工大与6354所共同研制成功了 CCGT型测试转台，该转台是我国 第一台计算机控

8、制的双轴测试转台。同年，哈工大研制成功了 GZT型双轴位置台， 采用端齿盘作为角位置测量元件。1990年303所成功研制了 SGT-1型三轴测试转 台，是我国第一台计算机控制的高精度三轴测试转台。近几年来，国内新研制成功 了一些仿真转台，特别是哈工大相继成功研制了一系列电动仿真测试转台，包括GST-1型三轴测试转台，ET201A型二轴测试转台，ET101A型高频响单轴测试台， ET301A型三轴仿真测试转台，同时还有一批高性能的转台仍在研制之中，这些转台 都以高性能计算机作为测控系统的核心，顺应计算机参与转台控制与测试这一发展趋 势，进而大大提高了转台的自动化水平，使我国的转台研制工作在某些方

9、面已经接近 甚至赶上了国际先进水平。意义和价值在毕业设计中，我负责的是三轴转台台体结构的设计。根据用户提出的技术指标 通过对国内外现有转台结构型式的分析比较，首先，根据负载的结构尺寸特点，通过 对比分析确定总体设计方案，选择适当的框架结构和材料等。其次，由内到外对各机 械部分进行详细设计，并根据负载的转动惯量以及角速度、角加速度要求，选择各环电机及测角元件。最后，在设计的过程中进行电机与轴联结处的螺栓的强度校核。通过仿真分析结果，分析结构设计中的薄弱环节，在满足刚度的前提下对转台结构进 行优化。最后通过实验测试了转台的测量精度并对影响精度的主要因素进行分析。预计通过此次毕业设计，将所学的机械设

10、计与机电一体化的相关知识融会贯通，为今后的工作打下基础。参考文献1 美国惯导测试技术的现状及趋势中国惯导技术学会，19875-462 贺小蓉.飞行仿真转台现代控制技术研究南京航空航天大学硕士学位论文，2002: 1页3 邹秀斌.三轴仿真转台关键技术研究合肥工业大学硕士学位论文，2005:2 页4 路周才.三轴转台的原理及控制宝鸡文理学报（自然科学版），1995张先彤、张庆春、陈时锦、梁迎春.OUT型闭式三轴转台的结构设计.中国惯性技术学报1996 刘晓华.全自动三维多功能惯导测试系统机械台体设计与检测.合肥工业大学硕士学位论文7 陈时锦、张龙江、蔡鹤皋.三轴转台框架的形状优化设计.中国惯性技术

11、学报19968 A Louis. Desig n Study for a High Accuracy Three-Axis Test Table. AIAAGuida nee and Con trol Conferen ce, New York, 1985: 50-559 J.P etrolito,B .W .G olley.D yn amicA n alysiso fO rthotropicP latesU si ngFinite Strip-elements. Computational Mechanics, 1991:1127113210 Li, Guozhong; Zu, Wenhui

12、; Li, Pude; Huang, Jun SourceTurnplate locationhydraulic servo motor with the full-hydraulic steeringgearFluidPower Transmission and Control - Proceedings of the 2nd International Conferen ce, 198911 Desig n Study of High Accuracy Three Axis Test Table Louis A.DemoreCGCIn terim report 198512 曾庆双，王茂，

13、刘升才.三轴转台框架动力学耦合及解耦研究科学出版社199313 姜复兴、庞志成.惯性测试设备原理与设计哈尔滨工业大学出版社，199814 李尚义等.三轴飞行仿真转台总体设计及其关键技术.宇航学报,1995, 2.15 李国洪.三轴仿真转台结构分析及优化设计D:哈尔滨工业大学硕士学位论文,1997.7.16 M.J. D. Powell. Algorithm for non li near con stra ins that use lagra ngia n functionJ. Math. Prog., V . 14, 1980.17 陈兴林.三轴飞行仿真转台控制系统设计与研究 D.哈尔滨：哈

14、尔滨工业大学， 199418 Louis. A. Demove. Design Study for High Accuracy Three-axis Test Table.AIAA. Guida nee and Control Co nferen ce, 1985.19 郎需英.三轴惯导测试台.系统仿真学报,2001,3, vol 13, No2.20 H. Jonsson, G. Malmberg Optimal Trust Vestor Control for Vertical Launch ofTactical Missibles, J. Guida nce 1982, 5(6)21 C

15、GC In terim Report on Improved Three Axis Test Table: Program Status andRecomme ndati on for Completi on, August, 1990.22 Lim R J et.al, A Survey of Multi-sensor data fusion systems. SPIE. 1991,1470:13-29.23 曾鸣，王忠山，苏宝库.精密测试转台测角系统研究.哈尔滨工业大学学报2006,2: 167-169.24 张建华,三轴转台外框的建模和应力分析.西安工业学院学报.2002, 3:11-1

16、5二 本课题的基本内容，预计解决的难题本课题主要进行三轴仿真转台台体的设计工作 ：（1） 了解三轴仿真转台的工作 原理、整体结构；（2）了解其应用的动态与进展情况。（3）三轴仿真转台台体设 计。经过毕业设计的培训，我能够得到工程设计能力的提高，全面地、系统地锻炼独 立科研的能力。三个月的毕业设计工作后，提交规定的设计图纸和撰写相关毕业论 文。关键问题：主要技术要求：1.转轴定义：内轴为横滚，中轴为俯仰，外轴为航向。2负载尺寸及重量：外形尺寸520 X520 X500mm,重量不大于40Kg。3. 转角范围：无限转角4. 最大加速度:内框:4000 °,中框3000 °，外框

17、2000 °。5. 频率响应：双十指标，输入信号峰一峰1 °时，内框：12Hz,中框：10Hz,外框：8Hz。6. 静态位置伺服精度：小于10 "。7. 三轴倾角回转误差：不大于±5 。8. 三轴垂直度：不大于±10 。9. 三轴不相交度：不大于0.5mm.10. 导电滑环 50 环，3A,其中 40 环带屏蔽。三课题的研究方法、技术路线通过文献检索和查阅有关的文献资料，了解并掌握三轴仿真转台的国内外研究现 状及其应用前景，撰写有关的论文。基于对国内外三轴转台台体结构的分析，需要完 成以下工作：根据负载的特点确定转台的总体结构方案，根据基本的结构及系统的动 态参数确定电机的类型，选择所需的传感器。用Autocad作出转台结构图以及三维实 体造型。四研究工作条件和基础1、 通过前期各环节的学习和设计环节的培养已具备机构设计的能力；2、具有掌握新技术和独立学习的能力；3、 指导教师具有从事机械制造方面的科研背景，能在指导过程中通过理论知识的讲 授，结构设计的指导，达到完成毕业设计的要求。五、进度计划起讫日期工作内容3.5 - 3.20文献检索，阅读资料，了解基本工作原理、设计现状和进展情况。 小组讨论3.21 - 4.2整理收集有关资料，提出设计方案小组讨论