弹体支撑运动机构及目标模拟器控制系统设计

第一章概述1．1课题的意义任何零件的质量检测都应有“检测标准或规范”，其中含有判定零件如何检测，及判定是否合格的标准。按照检测标准和规范进行零件的检测和合格与否的判定即可。检测过程中会需要各类量具，如卡尺、千分尺、角规等等。任何的复杂的产品也是有相关的“检测标准或规范”，需要检测校验的方面是比较多的，所使用的器件量具也是复杂的，，多样的，有通用的，也用专用的，还有组合的。本次研究的课题是弹体支撑运动机构及目标模拟器的控制机构设计，研究的主要目的就是设计出一个检测导弹的弹头的跟踪系统的安装位置是否准确的的一个组合型检测系统的机械结构部分。设计这个机构的意义在于在设计出机械结构后，在检测弹体弹头或者就单个弹头的跟踪系统的安装位置时，弹体或者弹头有了一个统一，安全的安装固定支撑运动环境，同时在检测过程中，能够轻松，随意移动弹体或弹头的空间位置，有利于更全面的测定跟踪系统安装位置的准确性，操作灵活方便。而在安装激光检测装置的问题上，所设计的目标模拟器的安装平台的位置的灵活性移动和安装结构的灵活设计，保证了能够安装不同体积大小，不同型号，不同种类的检测装置，能够实现对于不同的弹体或者弹头的跟踪系统安装位置的测定。1.2课题的发展前景目前中国的军事正处于蓬勃发展，欣欣向荣的时期，而导弹在一个国家的国防地位中处于中坚力量。对于导弹的控制又很多方法，通过弹头的跟踪系统来控制改变导弹的速度或者走向或者打击的目标等是一种很基本的方法，而这都是需要跟踪系统系统的安装位置的准确性来保证的，本课题设计的这套机械系统装置就是为了测试导弹弹头或者单个弹头上跟踪系统安装位置的准确性为目的的。有了这套系统，在检测导弹弹头或者单个弹头上跟踪系统安装位置的准确性的检测方法上，在操作性上就有了很大的提高，这样提高了弹头跟踪系统安装时或者检测时的方便性，有利于提高对于导弹的控制性能。同时这套系统在设计上保证了支撑运动机构和目标运动机构的装拆的方便灵活性，使得这套系统有很大的扩展空间，在机构上增加一些外部的设备后，又能起到别的作用。同时，这套系统也能扩展用到其他领域方面，如工厂中利用这套机构来为检测他们产品提供安装条件。1.3课题研究的内容本次设计的内容分为两部分，本课题为弹体体目标模拟器支撑目标运动机构及控制系统设计。其中机械结构主要包括弹体支撑机构与目标运动机构两部分，软件方面主要是一些S7-200PLC软件及其OP320操作界面软件的应用设计。弹体支撑机构与目标运动机构共同构成了测试系统的试验安装台架，为弹体、弹体头和目标模拟器提供安装平台，同时要求它们能够方面分离，以便于进行配置选择。弹体支撑机构可为整个弹体或者单独的弹体头提供安装和固定环境，并可提供手动方式控制的俯仰和滚转运动；目标的运动机构将通过伺服或者步进电机带动轻型转台及可调安装支架来实现，运动控制方式既可通过位置控制也可通过速度控制，安装支架长度可调，并提供目标模拟器的安装平面。目标运动机构将接受测试仿真系统的控制，按其设定的位置和速度运行；同时还需要设计控制目标运动机构的软件方面的S7-200PLC软件及其OP320操作界面软件的应用设计。1.4课题的实现方法弹体支撑机构与目标运动机构共同构成了测试监测系统的试验安装台架，为弹体、弹体头和目标模拟器提供安装平台，同时要求它们能够方面分离，以便于进行配置选择。本课题设计的弹体支撑运动机构及目标模拟器控制系统，总体上要求成本低，操作简单方便，可靠性好。在满足功能要求的前提下，按尽可能使用、操作方便、制造简单、价格低廉的总体要求进行设计。1．4．1弹体支撑弹体支撑机构弹体支撑机构为测试过程中对整弹体或弹体头的安装支撑机构，综合测试和运动仿真过程中用于固定整弹体，弹体头单元测试中用于固定弹体头。弹体支撑机构上配有整弹体或弹体头的俯仰及滚转控制机构，测试过程中可通过手动控制方式控制整弹体及弹体头的滚转及俯仰运动。弹体支撑机构也将为目标运动机构提供安装平台。其运动指标要求如下：Ø手动俯仰偏转角度范围：－30°～＋30°Ø手动滚转角度范围：－90°～＋90°为实现设计内容的运动要求，初步选定的弹体支撑运动机构的机械示意简图如图1-2图1-2弹体支撑运动机构的示意简图图中：1为弹体、2为滚转手柄、3为俯仰手轮、4为蜗轮蜗杆减速箱、5为俯仰平台、6为支撑架。弹体的俯仰运动通过俯仰手轮带动减速箱的转动，再有轴带动俯仰平台的俯仰运动，弹体或者弹体头在做俯仰运动的过程中，重力对于俯仰轴和减速箱的扭矩通过减速器的自锁来克服。滚转运动的实现方法也简单，首先在卡具2上和滚转卡具的接触面上对应着雕上刻度，然后通过手掰动滚转手柄，通过使刻度与刻度之间的相互转动来实现弹体或者弹体头的滚转运动。1.4.2目标运动机构目标运动机构主要由伺服或步进电机控制的小型转台和延长支架组成，是目标模拟器的安装平台。在测试过程中控制目标模拟器延以绕弹体头中心的弧线运动，确保目标模拟器一直对正弹体头中心。其运动指标要求和运动示意图如下：Ø目标弧线运动范围：±50°Ø目标模拟器安装位置距目标运动机构中心距离：100mm~300mm可调；Ø目标运动最大运动速度：±25°/sØ目标载荷：≤10kg图1-3目标运动机构示意图在这个机构中运动的实现分为互相独立的两部分来实现的。目标模拟器的安装位置离运动机构中心的距离在精度要求不是很高的情况下，设计的是手动实现的，具体设计为手东手轮带东滑动丝杆的转动，从而带动目标模拟器安装平台的移动，设计的机械示意图为图1-4目标模拟器安装位置实现的示意图目标运动机构的运动弧线范围和运动速度这部分的运动要求是通过软件控制来实现的，具体的设计思想为通过显示屏输入相对应的运动弧线范围和运动速度，然后把信息传递给PLC，PLC经过分析处理，输出脉冲和运动方向驱动电机运动，从而带动小型转台和目标模延长支架转台激光检测装置拟器的安装平台的转动。在编制软件的过程中要考虑到外部的激光检测装置的接口设计和接口程序的编制，设计的实现功能的简易图为图1-4目标运动机构弧线范围和运动速度的实现软件示意图第二章弹体支撑运动机构及目标模拟器控制系统设计2.1总体框架的设计在设计此次机构时，通过任务书要求，现总体上把握设计的框架，任务中要求弹体支撑运动机构和目标运动机构要方面装拆，同时又要求在空间结构上不能互相干涩，本着这样的要求设计图如下：由图知要使弹体支撑运动机构和目标运动机构在空间结构不干涉，就修要保证，当弹体做俯仰运动时，到达最低点时，弹体头不能跟目标运动机构相互干涉，在此次设计中，弹体中心线离机架底座的距离为500mm，假设弹体的旋转中心在它的径向中心线上，当运动到最低点时，弹体头里安装平台的高度为 500725sin30137.5 Hmm°=-´=住体头里机构中心的距离为 725cos30627.85 Lmm°=´=而设计的目标运动机构中安装平台离机架的高度为和离中心线距离分别为 ' ' 167,645 HmmLmm==这样就在空间位置上保证了两个机构在空间上不互相干涩了。而两个机构的装拆灵活性表现在它们的连接进食靠两螺钉连接的，操作性方面。2.2弹体支撑运动机构的设计具体参数如下：弹体长度：1450mm；弹体直径：180mm；弹体重量：50kg手动俯仰偏转角范围：-30°～+30°；手动滚转角度范围：-90°～+90°。在设计这部分机构前，先分析任务要求可知道重点和难点在于当实现俯仰运动时弹体（或者弹体头）不能对机架有相对的滑动或者滑动的趋势，且要保证弹体（或者弹体头）做俯冲运动时弹体头不能碰着机架和目标模拟器。同时在水平状态下要能轻易准确实现弹体（或者弹体头）的滚转运动，而不挪动弹体（或者弹体头）的位置。2。2。1卡具的设计在设计卡具时，要想保证弹体（或者弹体头）俯仰运动时纹丝不动，必须要保证能有足够大的力来克服弹体（或者弹体头）俯仰运动时重力带来的影响，同时又要保证不能对弹体（或者弹体头）有所损坏和磨损。本着这样的目的设计的机构简图如下：图2-1卡具装配示意图图中跟弹体直接接触的是4个小轮，这样可以缓冲压力，减小卡具对弹体的损伤,同时又保证了弹体滚转运动和俯仰运动的独立性。螺栓强度的校验：当弹体（或者弹体头）水平放置时，弹体（或者弹体头）重力作用在2个卡具的固定环的6个小轮上即6个螺栓上，假设弹体（或者弹体头）是平均作用在2卡具上的，此时力的分布如下图：图2-2弹体或弹体头对卡具的受力示意图很明显此时F2受的力最大，假设所有的力都作用在F2轮上，力大小为：F2=G/2=m/2ⅹg/2=50/2ⅹ10=250N。此时螺钉杆与卡具壁的接触表面受挤压；在联接接合面处，螺钉杆受剪切，假设螺钉杆与孔壁表面上的压力分布是均匀的，又因这种联接所受的预紧力很小，所以不考虑预禁力和螺纹摩擦力矩的影响。螺钉杆受力分布图为图2-3螺栓的受力分析图螺钉杆的剪切强度为 2 222 00 250 22 4.23 444 6 a f M F P ddtppp====´所选的螺钉为GB6191-1986六角花形圆弹头螺钉M6x40,材料为45钢，查GB/T38-1976可知45钢的疲劳极限为259-340MPa，因此所选零件符合要求。2。2。2RV蜗轮蜗杆减速箱的选择RV系列蜗轮减速器按Q/MD1-2000技术质量标准设计制造。产品在符合按国家标准GB10085-88蜗杆轮参数基础之上,吸取国内外最先进科技,独具新颖一格的“方箱型”外结构,箱体外形美观,以优质铝合金压铸而成。它具有以下优势性能：1、机械结构紧凑、体积外形轻巧、小型高效；2、热交换性好，散热快；3、安装简易、灵活轻捷、性能优越、易于检修；4、运行平稳、噪声小、经久耐用；5、适用性强、安全可靠性大。RV系列减速器目前已广泛应用于各类行业生产工艺装备的机械减速装置，深受用户的好评、是目前现代工业装备实现大扭矩。大速比低噪音。搞稳定机械减速传动控制装备的最佳选择。它的一般结构图如下：图2-4RV减速箱的一般结构图在此次设计中选用的是RV7560FBZ型的RV减速器。究原因主要有以下几点：1、用减速箱方便美观，操作性能优越；2、外形美观，易于安装维修；3、弹体（或者弹体头）放置在俯仰机架上时，可以假设中心就是俯仰中心线所在处，则此时弹体对于蜗轮蜗杆几乎没有扭矩。4、采用涡轮蜗杆的自锁功能防止弹体放置不均时摆动；强度校正：假设弹体的重量都集中在减速器输出轴的径向方向上，则输出受到的扭矩为T=500N×0.725M=36.25NM即输入轴上受的扭矩也为36.25NM，查资料可得输入轴的直径为24mm，因此输入轴上受到的力为F=36.25/0.24=151N有下表可知，RV7060的输出轴许用最大径向加载力为5599N，远大于实际所受的力，应此符合要求。表2-1减速机出力轴的许可径向加载力选择RV75型的原因在于RV75减速箱的体积大小跟所设计的机架的体积大小相配合，以美观为基础来选择的。2。2。3轴的设计校核轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于以下因素：1、轴在及其中的安装位置及形式；2、轴上安装的零件的类型、尺寸，数量以及和轴的联接的方法；3、载荷的性质、大小。放心啊个及分布情况；4、轴的加工工艺等。影响轴的因素很多，因此轴的结构形式也是多样的，但不论在什么情况下，轴的结构都应满足：1、轴和装在轴上的零件要又转却的工作位置；2、轴上的零件应便于装拆和调整；3、轴应具有良好的制造工艺性等。（1）、轴的结构和轴上零件的装配方案：首先拟定轴上零件的装配方案，这是进行轴的结构设计的前提，它决定这轴的基本形式。本次设计中设计了两个短轴，俯仰主动轴和俯仰从动轴。以主动轴为例分析计算校核：减速箱，机架，轴承，俯仰平台依次从轴的右端向左安装，左端最后用螺钉跟俯仰平台联接在一起。图2-5俯仰主动轴结构示意图（2）、根据轴向定位要求确定各段轴的直径和长度。轴承的选择：因为在设计的课题中轴承主要受径向力的作用，故选用角接触轴承。参照工作要求，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度等级的GB/T276-1994深沟球轴承60000型18