【无人直升机传功结构设计6600字（论文）】

无人直升机传功结构设计目录TOC\o"1-3"\h\u274591绪论 页摘要：随着科学技术的飞速发展，无人机技术在近几年得到了很大程度的提升，已经达到了一个全新的高度，无人机也被广泛用于各个行业领域，例如、测绘、植保等。民用无人机更是以它的诸多优势被广大的消费者所接受，其中以多旋翼无人机较为广泛，而无人直升机更是众多民用级无人机中应用最为频繁的一类机型。本文对无人直升机其中的关键零部件进行应力分析，同时对无人机进行传动结构装配设计，直观展示了传动结构的总体结构，以及无人直升机各个相关零部件之间的装配关系，对无人直升机的设计与使用具有一定的参考价值。关键字直升机传动结构设计1绪论1.1研究意义无人机是一种由无线遥控器和程控设备控制的无人机。目前，市场上有多种民用无人机，其中固定翼无人机和旋翼无人机是最常见的主要结构。无人机得到了广泛的应用。虽然无人机最初是出于军事目的而诞生的，但随着无人机技术的发展，无人机已经进入民用领域，并应用于各种领域项目，如监测、测绘、植物保护，甚至救援、运输、调查等问题。由于无人机的许多用途都是基于“无人机+摄像头”的模式，因此也被称为“飞行摄像头”。例如，它是公众最熟悉的用法。（1）理论意义：随着科技的飞速发展，无人机传动技术已经达到了一个全新的高度，无人机在许多行业中的应用变得十分广泛，与传统的载人传动相比，传统载人成本高、费用大，且受外界影响大，而无人机传动更加灵活便捷，机动性较强、成本更低、受外界影响较小、适应性更强等诸多优点，使无人机传动比传统载人有着明显的优势。（2）现实意义：无人机的出现，使传动的门槛降低，使用较少的成本即可完成传动结构的动力，充分发挥无人机传动的便捷灵活及适应性强的优势，且使用复合材料，以此来增加其结构强度、减轻重量，并对传统无人机结构进行优化，进一步提高了结构强度，降低了无人机因突发状况坠落时所受到的损伤，延长使用寿命。1.2产品说明无人机的诞生可以追溯到20世纪20年代，它最初是为军事用途而生产的。20世纪80年代，我国开始研究民用无人机。这一时期，民用无人机出现在20世纪90年代。直到2006年一些无人机制造商出现，低门槛无人机和直升机才被人们接受。随着消费者的广泛需求，无人机市场逐渐扩大。目前，市场上的无人机可分为旋翼无人机和固定翼无人机。其中，直升机无人机比固定翼无人机更为常见，因为无人机与单旋翼直升机、三旋翼直升机和六旋翼直升机相比，旋翼直升机在使用成本、结构和机动性方面具有很大的优势，而且大多数旋翼直升机都是结构直升机。该直升机具有结构简单、可靠性高、稳定性好等优点。本文介绍了无人机的总体结构，使无人机的飞行稳定性和结构可靠性高，避免了无人机两个旋翼和三个旋翼结构相似的缺点，并能避免无人机的单旋翼和固定翼等不必要的结构，必须抵抗螺旋桨扭矩，使无人机具有重量轻、结构简单，可靠性高。同时，对无人机的臂架和三脚架结构进行了优化，使无人机的主体得到了更好的保护，有效延长了无人机的使用寿命。直升机驾驶员1.3研究现状随着无人机技术的发展，无人机的功能越来越多样化，机身上安装了各种传感器。然而，无人机结构控制系统的研究一直处于冷门研究阶段。无人机以其诸多优势，尤其是其对新闻和摄影的热情和参与度，受到了人们的青睐。依靠无人直升机。为了获得更好的体验或工作，用户可以选择更好的产品，从而使使用成本更高，设计更稳定。无人机的结构是非常必要的。本实用新型是中国批准的专利——cn208070u，是一种大视距无人机直升机。无人直升机在飞行和工作时，通过伺服电机的作用带动驱动轮旋转，然后带动从动轮和转轴旋转，从而带动支架旋转。无人机着陆时，伺服电机工作，驱动支架恢复到原始状态，太阳能电池板安装在专利无人机的上部，提高了无人机的承载能力。无人机着陆时，无人机支架下部固定气缸中的弹簧与支架座下部的橡胶垫一起工作，以避免地面不平对无人直升机造成损坏。然而，这种结构也有一些缺点。当无人直升机在飞行过程中出现回路故障时，支架无法回到原来的位置，容易从高空坠落，直接造成无人直升机的损坏。主题我国授权实用新型专利CN211167397U一种具有缓冲着陆功能的无人机，该实用新型专利包括无人机本体、支撑腿和摄像机，所述无人机本体下方安装支撑腿，且支撑腿设有缓冲槽，通过螺钉连接缓冲槽内的第一缓冲弹簧和缓冲架，使用转轴将所述缓冲架内侧与张紧杆的上端相连，张紧杆的下端与滑动块相连，支撑板内部的偏移槽安装滑动块，所述偏移槽上方有滑动口，所述支撑板下端面有防护条，所述无人机本体的底部有传动结构缓冲器。该实用新型专利所述无人机降落时，该无人机的支撑腿具有减震效果，因此可实现对无人机进行整体减震，进而减轻无人机与地面之间的碰撞力度。但该结构只能用于无人机正常着陆，当无人机发生意外掉落时，支撑腿所无法承受的过大冲击，会传到无人机本体，造成无人机本体因震动而损坏。2总体设计方案动力系统是无人直升机的动力源，为无人直升机提供工作时所需的动力。本设计中的无人直升机动力系统包含了电机、螺旋桨等几个部分。2.1电机无人机使用的电机可分为无刷电机和无刷电机。其中，无刷电机的性能最好，因此无刷电机是无人机的主流。无刷电机是无人直升机的首选电源。无刷电机模型由几个数字组成。前两个数字代表电机的定子直径，后两个数字代表电机的定子高度，例如2212无刷电机。图2.3朗宇2216-KV800无刷电机表示该无刷电机的定子直径为22mm，高度为12mm。电机KV值作为一个性能参数来表示转速/V，即表示无刷电机输入电压每增加1V时，无刷电机空转转速增加多少，如1000KV表示，对无刷电机的输入电压每增加1V，该无刷电机的空转转速增加1000转。本文所述无人直升机参考选用2216-KV800无刷电机作为动力源提供动力。2.2螺旋桨螺旋桨安装在无刷电机的转轴上。无刷电机的旋转驱动螺旋桨旋转，产生张力（升力）。无人机的螺旋桨模型也由几个数字组成，第一个数字代表螺旋桨直径。下面的数字代表了音高。例如，6026螺旋桨，螺旋桨直径为6英寸，螺距为2.6英寸。无人机的螺旋桨分为正向螺旋桨和反向螺旋桨。由于两个无人机的无刷电机轴的旋转方向不同，螺旋桨也不同，通常称为螺旋桨。风扇的顺时针旋转称为逆时针旋转。2.3电调电调的全称为电子调速器，其作用是能够根据飞控所发出的控制信号对无刷电机的转速进行控制调节，有的电调还带有欠压保护、过压保护等保护功能，能够保护电池和无刷电机，延长电池和无刷电机的使用寿命。本文所述无人直升机参考选用40A电调。图2.5好盈XRotor40A电调2.4电池电池可以为无人机提供动力，电池的选择对无人机的承载能力有很大影响。与其他锂离子电池相比，锂离子电池具有功率密度高、重量轻、无记忆、可重复充放电等特点，满足无人直升机的设计要求。本发明公开了一种锂离子电池，包括四个锂离子电池单元，容量4000mAh，放电率25C，电压14.8V。3无人直升机传功结构设计3.1顶板的设计上面板上部布置在无人直升机主机架的中上部，主要用于装载无人直升机的飞机模型电池。一般结构为厚度为2mm的六角形屋顶。倒角45度，边长30毫米。上板中部设有直径为20mm×30mm的通孔。通孔周围分布有六个主槽通孔，其中两个非均匀孔对称排列。中间通孔间距分别为25mm和45mm。在顶板的倒角边上开八个直径为3mm的通孔，两个通孔分布在组合圆周上，用于通过机械臂安装螺栓。在顶板的一侧，有一个槽口，用于穿过无人机天线。切口的圆弧半径为10mm，圆弧中心距侧面20mm。CNC加工的2mm~3K碳纤维板是一种增强复合材料。它的强度是普通钢的数倍，比重很小。该材料具有耐高温、耐腐蚀、耐久性好等优点，可大大延长无人直升机的使用寿命。图3.2上顶板等轴测视图底板位于无人直升机中央主机架下部，用于装载摄像机和三脚架，确保无人直升机的空中成像功能。底板整体形状为X形，圆弧侧半径为50mm，直尺水平侧和垂直侧长度为30mm，角度为45°。在底板中心开一个直径为6mm的通孔，穿过摄像机三脚架和无刷电机三脚架的导线。中心通孔周围分布有8个通孔。4个通孔直径为3mm，中心通孔中心为10mm，沿圆周方向均匀分布。4个通孔直径为2.5mm，中心通孔中心为7.5mm。通孔沿圆周方向均匀分布，用于安装云台的无刷电机。底板直尺附近设有减震球安装孔。安装孔直径8mm，水平方向40mm，中心通孔垂直方向40mm。总共有四个安装孔。沿圆周方向均匀分布在通孔中心周围。选用3mm和3K碳纤维板作为材料，以确保无人机中心主机架的整体结构强度。图3.6下底板等轴测视图3.2圆管机臂部分的设计该部分机臂靠近无刷电机端，连接电机座。圆管机臂部分整体为一根圆管，总长为100mm，外径为16mm，内径为14mm，在两端分别设有2个通孔，共计4个，该通孔直径为3mm，通孔圆心距离端面10mm，同侧通孔对称布置，左右两侧通孔轴线异面垂直。圆管机臂部分整体材料选用外径16mm，内径14mm的3K碳纤维管。图3.9圆管机臂部分3.3机臂连接件的设计机臂连接件用于连接机臂的槽型部分和圆管部分，形成一个完整的机臂，并且还连接着无人直升机的支撑脚架。机臂连接件总体为一个三通接头结构，分为对称的两部分，并且两部分结构对称。连接槽型机臂部分是一个长度为40mm，宽度为30mm，单边高度为15mm，壁厚为2mm的长方形壳体，壳体内部有两个圆弧半径为3mm，圆弧圆心距内壁为3mm的凸台，凸台上设有直径为3mm的通孔，所述两凸台对称布置。连接圆管机臂部分的是外半径为10mm，内半径为8mm，长度为20mm的拱形壳体，两部分机臂连接件扣合后形成一个管型结构。在拱形壳体10mm处设有直径为8mm，高度为3mm的圆柱小凸台，凸台上有M3螺纹通孔。连接支撑脚架部分结构与连接圆管机臂部分结构基本相同，但该部分外半径为12mm，内半径为10mm。所有拱形壳体外圆倒角0.5mm。机臂连接件整体选用尼龙（PA）材质，此种材质属于工程塑料，具有良好的机械性能，并且由于具有耐腐蚀性等优点，能够延长使用寿命。图3.10机臂连接件（半部分）3.4电机座的设计电机底座位于无人直升机的臂端，用于加载无刷电机。电机底座由两部分组成。中心腔用于引导和布置超声波传感器。电机底座的形状大致呈T形，上下对称，结构大致相同，但上面有一个键槽通孔。无刷电机安装部分的最大宽度为50mm，最小宽度为40mm，长度为60mm。扩展部分适用于安装大型超声波传感器。电机底座上表面设有直径为6mm的通孔。通孔圆周沿通孔圆周方向均匀分布有八个键槽通孔，其中四个通孔宽度为3mm，四个通孔宽度为2.5mm，八个键槽通孔长度相同，均为7mm，圆心为8mm，宽度为3mm，电机底座左端面为10mm，开有无刷电机键槽通孔。表面有一个长度为25mm、圆弧半径为8mm的半键槽通孔。电机底座右端设有长20mm、外径9.5mm、内径8mm的弧形外壳。壳体上小凸台的倒角为0.5mm。壳体上小凸台的尺寸与动臂机连接件上的尺寸相同。电机底座外壳的厚度为1.5mm。电机底座内设有直径3mm、高度5mm的凸台，凸台上设有M3通孔，用于穿过电机底座的安装螺栓。发动机底座由尼龙（PA）制成。图3.13电机座（半部分）3.5支撑脚架杆的设计支撑脚架杆与机臂连接件相连接，用于支撑整个无人直升机机体。所述支撑脚架杆整体结构为圆管型，上端连接机臂连接件，下端连接支撑脚架缓冲杆，长度为130mm，外径为20mm，内径为16mm，两端面外圆倒角0.5mm，在距离上端面10mm处设有直径为3mm的通孔，该通孔对称布置，用于穿过支撑脚架安装螺栓用。在支撑脚架杆圆管内部，距离上端面18mm处设有一厚度为2mm的隔板。在支撑脚架杆下端设有M20的螺纹，该螺纹长度为20mm。支撑脚架整体材料选用尼龙（PA）材质。图3.16支撑脚架杆4相关计算及说明4.1槽型机臂部分的受力分析无人直升机着地时，由支撑脚架与地面直接接触，而支撑脚架通过机臂连接件与机臂相连接，此时的槽型机臂部分相当于一个悬臂梁，因此，槽型机臂部分会承受主要载荷，需对其进行受力分析并校核。通过上一章的三维设计可以得出本文所述无人直升机的总质量在1.6～2.0KG，现取大值2.0KG。图4.1无人直升机槽型机臂部分现对槽型机臂部分进行受力分析，现假设支撑脚架对槽型机臂部分施加40N的力。可作出下图4.2槽型机臂部分受力简图：图4.2槽型机臂受力简图其中FA=40N，现已槽型机臂部分为研究对象列平衡方程，如下：ΣFiy代入数据求解得：FB=40N该支反力由机臂安装螺栓提供，则：[σ]≥5.2Fπd连接螺栓使用12.9级M3螺栓，该螺栓抗拉强度为1220MPa，螺纹小径为2.45mm，代入上式可得：F≤σπ现对整体列剪力方程和弯矩方程可得：FS=FAM=对方程4-2进行求解可得：FS=40N，M=40x（0<x≤87.25）根据求解所得可绘制出下图4.3剪力图和弯矩图：图4.3剪力图（a）和弯矩图（b）现在对槽型机臂部分进行强度校核。忽略槽型机臂部分的加宽处理和加强肋板，根据该零件的三维模型可得出图4.4的横截面图：图4.4槽型机臂部分截面图由截面图可知，槽型机臂部分横截面为288mm2。对其进行强度校核：σmax由上一章可知，槽型机臂部分采用碳纤维材质，而通用型碳纤维的强度为780MPa，高于σmax4.2装配体说明装配体用于表达无人直升机整体外形结构，及个各零部件之间的装配关系。本文所述无人直升机整体结构为无人机，上顶板与中间板通过机臂连接在一起，使用12.9级M3内六角圆柱头全牙螺栓，螺栓长度为45mm，共计8个；中间板与下底板之间通过减震球连接，共计4个；槽型机臂部分与机臂连接件使用长度为40mm的12.9级M3内六角圆柱头半牙螺栓，共计8个；支撑脚架杆与机臂连接件相连接，使用长度为35mm的12.9级M3内六角圆柱头半牙螺栓，共计4个；圆管机臂部分两端分别与电机座和机臂连接件相连接，使用长度为30mm的10.9级M3内六角圆柱头半牙螺栓，共计8个；电机座的上下两部分通过螺栓形成一个整体，使用的螺栓为10.9级M3内六角圆柱头半牙螺栓，长度为35mm，共计8个。无人直升机整体使用的螺栓均配合M3尼龙防松螺母使用。总结经历了几个月的时间，在指导老师的悉心指导下，终于顺利的完成了本毕业设计。由最开始选题时心中的焦虑和忐忑，再到现在内心的成就感，整个毕业设计的完成过程对于我来说收获颇丰。在做此毕业设计之前，本人对无人直升机领域几乎没有了解，于是通过网络渠道查阅了大量的资料文献，浏览无人机制造商的官网，查看目前市面上的无人直升机，通过比对各种无人机的结构形式以及优缺点，理解各种形式的无人直升机飞行原理，才确定了本设计中的无人直升机传动结构，通过观察发现目前的无人直升机脚架在着地时会对飞控产生影响，因此决定将支撑脚架做出改变，但又不能将其移到机臂末端，因为容易损坏无刷电机，于是想办法优化其传动结构。在对零部件的材料选取上，最开始拟定使用塑料，但其强度不够，后考虑对关键部件使用金属材料，但其重量是个弊病，因此反复查找其他无人机的选材，最后确定了航拍无人机整体使用复合材料，在保证了强度的情况下，还最大限度的减轻了结构质量。无人机作为现在的一个热门话题，使得无人机的用途被逐渐的多元化。而此次无人机的结构设计仍有很大的发展空间，参考文献[1]周尧明,蒙志君,何维,等.某型无人直升机带传动离合器控制系统[J].航空动力学报,2013.[2]赵少魁,许欣宇,贾良现.基于MATLAB的轻型无人直升机V带传动张紧机构分析[J].科学技术与工程,2020,20(7):5.[3]李鑫,孟志刚.无人直升机尾旋翼传动结构:,CN210364376U[P].2020.[4]LuLinhua,路林华,JiangNianzhao,等.基于初应力方法的某无人直升机传动部件动力学设计[C]//中国航空学会.中国航空学会,2016.[5]Li