支撐目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)技術(shù)設(shè)計(jì)

1、第一章 概述11 課題的意義任何零件的質(zhì)量檢測(cè)都應(yīng)有“檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范”，其中含有判定零件如何檢測(cè)，及判定是否合格的標(biāo)準(zhǔn)。按照檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行零件的檢測(cè)和合格與否的判定即可。檢測(cè)過(guò)程中會(huì)需要各類(lèi)量具，如卡尺、千分尺、角規(guī)等等。任何的復(fù)雜的產(chǎn)品也是有相關(guān)的“檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范”，需要檢測(cè)校驗(yàn)的方面是比較多的，所使用的器件量具也是復(fù)雜的，多樣的，有通用的，也用專(zhuān)用的，還有組合的。本次研究的課題是彈體支撐運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器的控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，研究的主要目的就是設(shè)計(jì)出一個(gè)檢測(cè)導(dǎo)彈的彈頭的跟蹤系統(tǒng)的安裝位置是否準(zhǔn)確的的一個(gè)組合型檢測(cè)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分。設(shè)計(jì)這個(gè)機(jī)構(gòu)的意義在于在設(shè)計(jì)出機(jī)械結(jié)構(gòu)后，在檢測(cè)彈體彈頭或

2、者就單個(gè)彈頭的跟蹤系統(tǒng)的安裝位置時(shí)，彈體或者彈頭有了一個(gè)統(tǒng)一，安全的安裝固定支撐運(yùn)動(dòng)環(huán)境，同時(shí)在檢測(cè)過(guò)程中，能夠輕松，隨意移動(dòng)彈體或彈頭的空間位置，有利于更全面的測(cè)定跟蹤系統(tǒng)安裝位置的準(zhǔn)確性，操作靈活方便。而在安裝激光檢測(cè)裝置的問(wèn)題上，所設(shè)計(jì)的目標(biāo)模擬器的安裝平臺(tái)的位置的靈活性移動(dòng)和安裝結(jié)構(gòu)的靈活設(shè)計(jì)，保證了能夠安裝不同體積大小，不同型號(hào)，不同種類(lèi)的檢測(cè)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于不同的彈體或者彈頭的跟蹤系統(tǒng)安裝位置的測(cè)定。1.2 課題的發(fā)展前景目前中國(guó)的軍事正處于蓬勃發(fā)展，欣欣向榮的時(shí)期，而導(dǎo)彈在一個(gè)國(guó)家的國(guó)防地位中處于中堅(jiān)力量。對(duì)于導(dǎo)彈的控制又很多方法，通過(guò)彈頭的跟蹤系統(tǒng)來(lái)控制改變導(dǎo)彈的速度或者走向

3、或者打擊的目標(biāo)等是一種很基本的方法，而這都是需要跟蹤系統(tǒng)系統(tǒng)的安裝位置的準(zhǔn)確性來(lái)保證的，本課題設(shè)計(jì)的這套機(jī)械系統(tǒng)裝置就是為了測(cè)試導(dǎo)彈彈頭或者單個(gè)彈頭上跟蹤系統(tǒng)安裝位置的準(zhǔn)確性為目的的。有了這套系統(tǒng)，在檢測(cè)導(dǎo)彈彈頭或者單個(gè)彈頭上跟蹤系統(tǒng)安裝位置的準(zhǔn)確性的檢測(cè)方法上，在操作性上就有了很大的提高，這樣提高了彈頭跟蹤系統(tǒng)安裝時(shí)或者檢測(cè)時(shí)的方便性，有利于提高對(duì)于導(dǎo)彈的控制性能。同時(shí)這套系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上保證了支撐運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的裝拆的方便靈活性，使得這套系統(tǒng)有很大的擴(kuò)展空間，在機(jī)構(gòu)上增加一些外部的設(shè)備后，又能起到別的作用。同時(shí)，這套系統(tǒng)也能擴(kuò)展用到其他領(lǐng)域方面，如工廠中利用這套機(jī)構(gòu)來(lái)為檢測(cè)他們產(chǎn)品提供

4、安裝條件。1.3 課題研究的內(nèi)容本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容分為兩部分，本課題為彈體體目標(biāo)模擬器支撐目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其中機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括彈體支撐機(jī)構(gòu)與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)兩部分，軟件方面主要是一些S7-200 PLC軟件及其OP320操作界面軟件的應(yīng)用設(shè)計(jì)。彈體支撐機(jī)構(gòu)與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成了測(cè)試系統(tǒng)的試驗(yàn)安裝臺(tái)架，為彈體、彈體頭和目標(biāo)模擬器提供安裝平臺(tái)，同時(shí)要求它們能夠方面分離，以便于進(jìn)行配置選擇。彈體支撐機(jī)構(gòu)可為整個(gè)彈體或者單獨(dú)的彈體頭提供安裝和固定環(huán)境，并可提供手動(dòng)方式控制的 俯仰和滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)將通過(guò)伺服或者步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)輕型轉(zhuǎn)臺(tái)及可調(diào)安裝支架來(lái)實(shí)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)控制方式既可通過(guò)位置控制也可通過(guò)

5、速度控制，安裝支架長(zhǎng)度可調(diào)，并提供目標(biāo)模擬器的安裝平面。目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)將接受測(cè)試仿真系統(tǒng)的控制，按其設(shè)定的位置和速度運(yùn)行；同時(shí)還需要設(shè)計(jì)控制目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的軟件方面的S7-200 PLC軟件及其OP320操作界面軟件的應(yīng)用設(shè)計(jì)。1.4 課題的實(shí)現(xiàn)方法彈體支撐機(jī)構(gòu)與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成了測(cè)試監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的試驗(yàn)安裝臺(tái)架，為彈體、彈體頭和目標(biāo)模擬器提供安裝平臺(tái)，同時(shí)要求它們能夠方面分離，以便于進(jìn)行配置選擇。本課題設(shè)計(jì)的彈體支撐運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)，總體上要求成本低，操作簡(jiǎn)單方便，可靠性好。在滿(mǎn)足功能要求的前提下，按盡可能使用、操作方便、制造簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的總體要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。141 彈體支撐彈體支撐機(jī)

6、構(gòu)彈體支撐機(jī)構(gòu)為測(cè)試過(guò)程中對(duì)整彈體或彈體頭的安裝支撐機(jī)構(gòu)，綜合測(cè)試和運(yùn)動(dòng)仿真過(guò)程中用于固定整彈體，彈體頭單元測(cè)試中用于固定彈體頭。彈體支撐機(jī)構(gòu)上配有整彈體或彈體頭的俯仰及滾轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)，測(cè)試過(guò)程中可通過(guò)手動(dòng)控制方式控制整彈體及彈體頭的滾轉(zhuǎn)及俯仰運(yùn)動(dòng)。彈體支撐機(jī)構(gòu)也將為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供安裝平臺(tái)。其運(yùn)動(dòng)指標(biāo)要求如下：Ø 手動(dòng)俯仰偏轉(zhuǎn)角度范圍：30°30°Ø 手動(dòng)滾轉(zhuǎn)角度范圍：90°90°為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容的運(yùn)動(dòng)要求，初步選定的彈體支撐運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械示意簡(jiǎn)圖如圖1-2圖1-2 彈體支撐運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的示意簡(jiǎn)圖圖中： 1為彈體 、2為滾轉(zhuǎn)手柄、 3為俯仰

7、手輪、4為蝸輪蝸桿減速箱、5為俯仰平臺(tái) 、6為支撐架。彈體的俯仰運(yùn)動(dòng)通過(guò)俯仰手輪帶動(dòng)減速箱的轉(zhuǎn)動(dòng)，再有軸帶動(dòng)俯仰平臺(tái)的俯仰運(yùn)動(dòng)，彈體或者彈體頭在做俯仰運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，重力對(duì)于俯仰軸和減速箱的扭矩通過(guò)減速器的自鎖來(lái)克服。滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方法也簡(jiǎn)單，首先在卡具2上和滾轉(zhuǎn)卡具的接觸面上對(duì)應(yīng)著雕上刻度，然后通過(guò)手掰動(dòng)滾轉(zhuǎn)手柄，通過(guò)使刻度與刻度之間的相互轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)彈體或者彈體頭的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。1.4.2 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由伺服或步進(jìn)電機(jī)控制的小型轉(zhuǎn)臺(tái)和延長(zhǎng)支架組成，是目標(biāo)模擬器的安裝平臺(tái)。在測(cè)試過(guò)程中控制目標(biāo)模擬器延以繞彈體頭中心的弧線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，確保目標(biāo)模擬器一直對(duì)正彈體頭中心。其運(yùn)動(dòng)指標(biāo)要求和運(yùn)動(dòng)示意

8、圖如下：Ø 目標(biāo)弧線(xiàn)運(yùn)動(dòng)范圍：±50°Ø 目標(biāo)模擬器安裝位置距目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中心距離：100mm300mm可調(diào)；Ø 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)最大運(yùn)動(dòng)速度：±25°/sØ 目標(biāo)載荷：10kg激光檢測(cè)裝置延長(zhǎng)支架轉(zhuǎn)臺(tái)圖1-3 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖在這個(gè)機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)分為互相獨(dú)立的兩部分來(lái)實(shí)現(xiàn)的。目標(biāo)模擬器的安裝位置離運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中心的距離在精度要求不是很高的情況下，設(shè)計(jì)的是手動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，具體設(shè)計(jì)為手東手輪帶東滑動(dòng)絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)目標(biāo)模擬器安裝平臺(tái)的移動(dòng)，設(shè)計(jì)的機(jī)械示意圖為圖1-4 目標(biāo)模擬器安裝位置實(shí)現(xiàn)的示意圖目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)弧線(xiàn)范圍和

9、運(yùn)動(dòng)速度這部分的運(yùn)動(dòng)要求是通過(guò)軟件控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具體的設(shè)計(jì)思想為通過(guò)顯示屏輸入相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)弧線(xiàn)范圍和運(yùn)動(dòng)速度，然后把信息傳遞給PLC，PLC經(jīng)過(guò)分析處理，輸出脈沖和運(yùn)動(dòng)方向驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)小型轉(zhuǎn)臺(tái)和目標(biāo)模擬器的安裝平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)。在編制軟件的過(guò)程中要考慮到外部的激光檢測(cè)裝置的接口設(shè)計(jì)和接口程序的編制，設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)功能的簡(jiǎn)易圖為圖1-4 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)弧線(xiàn)范圍和運(yùn)動(dòng)速度的實(shí)現(xiàn)軟件示意圖第二章 彈體支撐運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1總體框架的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)此次機(jī)構(gòu)時(shí)，通過(guò)任務(wù)書(shū)要求，現(xiàn)總體上把握設(shè)計(jì)的框架，任務(wù)中要求彈體支撐運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)要方面裝拆，同時(shí)又要求在空間結(jié)構(gòu)上不能互相干澀，本

10、著這樣的要求設(shè)計(jì)圖如下：由圖知要使彈體支撐運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在空間結(jié)構(gòu)不干涉，就修要保證，當(dāng)彈體做俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)，到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)，彈體頭不能跟目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相互干涉，在此次設(shè)計(jì)中，彈體中心線(xiàn)離機(jī)架底座的距離為500mm，假設(shè)彈體的旋轉(zhuǎn)中心在它的徑向中心線(xiàn)上，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，彈體頭里安裝平臺(tái)的高度為住體頭里機(jī)構(gòu)中心的距離為而設(shè)計(jì)的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中安裝平臺(tái)離機(jī)架的高度為和離中心線(xiàn)距離分別為這樣就在空間位置上保證了兩個(gè)機(jī)構(gòu)在空間上不互相干澀了。而兩個(gè)機(jī)構(gòu)的裝拆靈活性表現(xiàn)在它們的連接進(jìn)食靠?jī)陕葆斶B接的，操作性方面。2.2 彈體支撐運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)具體參數(shù)如下：彈體長(zhǎng)度：1450mm；彈體直徑：180mm；彈

11、體重量：50kg手動(dòng)俯仰偏轉(zhuǎn)角范圍：-30°+30°；手動(dòng)滾轉(zhuǎn)角度范圍：-90°+90°。在設(shè)計(jì)這部分機(jī)構(gòu)前，先分析任務(wù)要求可知道重點(diǎn)和難點(diǎn)在于當(dāng)實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)彈體（或者彈體頭）不能對(duì)機(jī)架有相對(duì)的滑動(dòng)或者滑動(dòng)的趨勢(shì)，且要保證彈體（或者彈體頭）做俯沖運(yùn)動(dòng)時(shí)彈體頭不能碰著機(jī)架和目標(biāo)模擬器。同時(shí)在水平狀態(tài)下要能輕易準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)彈體（或者彈體頭）的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而不挪動(dòng)彈體（或者彈體頭）的位置。2。2。1卡具的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)卡具時(shí)，要想保證彈體（或者彈體頭）俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)紋絲不動(dòng)，必須要保證能有足夠大的力來(lái)克服彈體（或者彈體頭）俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)重力帶來(lái)的影響，同時(shí)又要保證不能對(duì)彈體（

12、或者彈體頭）有所損壞和磨損。本著這樣的目的設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：圖2-1 卡具裝配示意圖圖中跟彈體直接接觸的是4個(gè)小輪，這樣可以緩沖壓力，減小卡具對(duì)彈體的損傷,同時(shí)又保證了彈體滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和俯仰運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性。螺栓強(qiáng)度的校驗(yàn)：當(dāng)彈體（或者彈體頭）水平放置時(shí)，彈體（或者彈體頭）重力作用在2個(gè)卡具的固定環(huán)的6個(gè)小輪上即6個(gè)螺栓上，假設(shè)彈體（或者彈體頭）是平均作用在2卡具上的，此時(shí)力的分布如下圖：圖2-2 彈體或彈體頭對(duì)卡具的受力示意圖很明顯此時(shí)F2受的力最大，假設(shè)所有的力都作用在F2輪上，力大小為：F2=G/2=m/2g/2=50/210=250N。此時(shí)螺釘桿與卡具壁的接觸表面受擠壓；在聯(lián)接接合面處，螺釘

13、桿受剪切，假設(shè)螺釘桿與孔壁表面上的壓力分布是均勻的，又因這種聯(lián)接所受的預(yù)緊力很小，所以不考慮預(yù)禁力和螺紋摩擦力矩的影響。螺釘桿受力分布圖為圖2-3 螺栓的受力分析圖螺釘桿的剪切強(qiáng)度為所選的螺釘為GB6191-1986六角花形圓彈頭螺釘M6x40,材料為45鋼，查GB/T 38-1976可知45鋼的疲勞極限為259-340MPa，因此所選零件符合要求。2。2。2 RV蝸輪蝸桿減速箱的選擇RV系列蝸輪減速器按Q/MD1-2000技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造。產(chǎn)品在符合按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB10085-88蝸桿輪參數(shù)基礎(chǔ)之上,吸取國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)科技,獨(dú)具新穎一格的“方箱型”外結(jié)構(gòu),箱體外形美觀,以?xún)?yōu)質(zhì)鋁合金壓鑄而成。

14、它具有以下優(yōu)勢(shì)性能：1、 機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊、體積外形輕巧、小型高效；2、 熱交換性好，散熱快；3、 安裝簡(jiǎn)易、靈活輕捷、性能優(yōu)越、易于檢修；4、 運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲小、經(jīng)久耐用；5、 適用性強(qiáng)、安全可靠性大。RV系列減速器目前已廣泛應(yīng)用于各類(lèi)行業(yè)生產(chǎn)工藝裝備的機(jī)械減速裝置，深受用戶(hù)的好評(píng)、是目前現(xiàn)代工業(yè)裝備實(shí)現(xiàn)大扭矩。大速比低噪音。搞穩(wěn)定機(jī)械減速傳動(dòng)控制裝備的最佳選擇。它的一般結(jié)構(gòu)圖如下：圖2-4 RV減速箱的一般結(jié)構(gòu)圖在此次設(shè)計(jì)中選用的是RV 75 60 FB Z型的RV減速器。究原因主要有以下幾點(diǎn)：1、 用減速箱方便美觀，操作性能優(yōu)越；2、 外形美觀，易于安裝維修；3、 彈體（或者彈體頭）放置在俯仰機(jī)架上時(shí)，可以假設(shè)中心就是俯仰中心線(xiàn)所在處，則