雷达天线锁的传动系统设计及运动仿真毕业设计论文.pdf

本科毕业设计（论文）题 目 雷达天线锁的传动系统设计及运动仿真 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名：日 期：指导教师签名：日 期：使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：日 期：学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年 月 日 导师签名：日期：年 月 日 注 意 事 项 1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明 3）中文摘要（300 字左右）、关键词 4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论 7）参考文献 8）致谢 9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于 1 万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于 1.2 万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写 2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画 3）毕业论文须用 A4 单面打印，论文 50 页以上的双面打印 4）图表应绘制于无格子的页面上 5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档 5.装订顺序 1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订 指导教师评阅书 指导教师评价：一、撰写（设计）过程 1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格 2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格 3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格 4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格 5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？优 良 中 及格 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？优 良 中 及格 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 建议成绩：优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师：（签名）单位：（盖章）年 月 日 评阅教师评阅书 评阅教师评价：一、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？优 良 中 及格 不及格 二、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？优 良 中 及格 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 建议成绩：优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师：（签名）单位：（盖章）年 月 日 教研室（或答辩小组）及教学系意见 教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程 1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格 2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格 3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？优 良 中 及格 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？优 良 中 及格 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 评定成绩：优 良 中 及格 不及格 教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）年 月 日 教学系意见：系主任：（签名）年 月 日 雷达天线锁的传动系统设计及运动仿真 摘要：雷达天线锁的设计是雷达工程的一个重要课题。本文对雷达天线锁的设计及要求进行了研究。根据雷达天线锁的主要工作概况，选择并确定了雷达天线锁的最终运动形式和结构，且对雷达天线锁进行了环境适应性设计。最后应用 pro/E 软件对此传动系统进行三维实体建模及运动仿真，进一步理解雷达天线锁的工作原理，加深印象。关键词：雷达天线锁；传动形式；三维实体建模；运动仿真；Design and Motion Simulation of Transmission System of the Radar Antenna Lock Abstract：Design of radar antenna lock is an important topic in radar engineering.The design and requirements of radar antenna lock are studied in this paper.According to the main working status of radar antenna lock，choose and determine the final movement form and structure of radar antenna lock，and the adaptive design of the radar antenna lock is carried out.Finally，application of pro/E software for 3D solid modeling and Motion simulation of the transmission system，to further understand the working principle of radar antenna lock，deepen an impression.Key words：Radar Antenna Lock；Transmission Form；The 3D Solid Modeling；Motion Simulation；目录 目录 第 1 章 绪论.1 1.1 选题的目的与意义.1 1.2 雷达天线在国内外的研究情况及发展趋势.1 第 2 章 雷达天线锁的工作原理.3 2.1 雷达天线锁的工作概况及工作要求.3 2.2 雷达天线锁的传动机构.3 第 3 章 雷达天线锁传动系统的设计.4 3.1 常见的传动系统种类.4 3.2 雷达天线锁传动系统的设计方案.5 3.2.1 凸轮顶杆机构.5 3.2.2 涡轮蜗杆、齿轮齿条机构.6 3.2.3 涡轮蜗杆、丝杠螺母进给构.6 3.2 最优方案的确定.7 第 4 章 雷达天线锁的结构设计.8 4.1 电动机的选取.8 4.2 雷达天线锁各零部件的设计.8 4.3 雷达天线锁的环境适应性设计.12 4.3.1 天线锁常用金属的腐蚀形态.12 4.3.2 密封设计.13 4.3.3 防腐蚀性设计.13 第 5 章 对传动系统的三维实体建模和运动仿真.14 5.1 pro/E 软件的简介.14 5.2 传动系统各部件的的三维实体建模.16 5.3 传动系统的运动学仿真.19 5.3.1 运动仿真过程.19 5.2.2 运动仿真结果.23 结束语.23 致谢.24 参考文献.25 附录一.26 附录二.27 第 1 章 绪论 1.1 选题的目的与意义 雷达用来辐射和接收电磁波并决定其探测方向的设备。雷达在发射时须把能量集中辐射到需要照射的方向；而在接收时又尽可能只接收探测方向的回波，同时分辨出目标的方位和仰角，或二者之一。雷达测量目标位置的三个坐标（方位、仰角和距离）中，有两个坐标（方位和仰角）的测量与天线的性能直接有关。因此，天线性能对于雷达设备比对于其他电子设备(如通信设备等)更为重要，然而雷达天线锁对于雷达天线的方向锁定及其角度的控制显得尤为重要。本课题的设计是对于给定的雷达天线机构，首先进行测量，结构数据收集，然后设计自动锁定机构，并绘制出自动锁定机构的工程图，实现该机构的自动运行，同时可以实现手动运行功能。在此基础上，进行各零部件的三维实体建模，进而进行整体装配并进行运动仿真。作为伺服系统的机械结构部分天线锁，是安装在天线座平台上的，要在伺服系统的指令下能够快速的锁定雷达天线的转向，保证雷达天线正常稳定的工作，这就不仅要求天线锁的传动系统具有较高的承载能力和传动精度，而且还要有足够的系统刚度和快速、稳定的动态响应能力。为了满足这些需要，就必须要应运设计理论和分析方法对雷达天线锁的传动系统的动态特性进行动力学运动仿真分析和研究，为今后在实践中合计设计传动系统提供依据，并未最终实现雷达天线锁传动系统的动态优化设计奠定基础。1.2 雷达天线在国内外的研究情况及发展趋势 雷达天线的应用广泛，基本可以应用在各个领域，尤其在军事方面，雷达天线的作用更是举轻若重。在国外，雷达天线比国内发展较早，比国内成熟些许，并且雷达天线的应用也十分广泛，在雷达天线技术中革新最显著的是相控阵天线，20 世纪 60 年代，美国和前苏联相继研制和装备了多部相控阵雷达，多用于弹道导弹防御系统。在国内，经过十年时间，周万幸造就了“海之星”，不仅让中国成为了第三个拥有自主创新舰载多功能雷达的国家，还被美国中情局评价称，该雷达是中国真正自主创新研制的相控阵雷达。它的研制成功标志着中国第一部舰载多功能相控阵雷达的研制已达国际领先水平。该级战舰上装备的相控阵雷达是目前最先进的相控阵雷达之一，不但能扫描探测目标，还能对发出的导弹进行跟踪，对空探测距离、引导能力和同时处理的目标数量，在世界范围内都处于先进行列。在 21 世纪，相控阵雷达随着科技的不断发展和现代战争兵器的特点，其制造和研究更上一层楼。今后的雷达天线将是采用保形和数字波束形成(DBF)技术的阵列天线.美国在 1986 年 就提出了智能蒙皮计划.它要求不仅阵列天线的发射接收单元进一步小型、小质量和薄膜化,而且信号处理和信号分析系统也要多层化并可以埋入飞机蒙皮。另外有人研究了采用数字波束形成技术的保形天线阵。1989 年发表了这种天线最初的试验结果报告.这种天线系统既利用了保形天线扫描角度宽和与周围环境匹配的特性,又发挥了数字波束形成系统易于降低旁瓣和多波束化的特性.目前,包括上述灵巧蒙皮在内的保形天线和数字波束形成系统正朝着 21 世纪达到 实用的目标迅速前进。作为下一代多功能天线,将出现综合运用智能保形天线技术、平面阵天线和相控阵天线的多频共用和极化波共用技木以及数字波束形成技术的新系统。作为天线,除功能和性能外,还要求与周围环境的匹配。今后的任务是开发与周围环境协调的智能化的各种天线系统.1.3 本课题主要内容 雷达天线锁是安装在天线座平台上的，要在伺服系统的指令下能够快速的锁定雷达天线的水平转向，保证雷达天线正常稳定的工作。在雷达天线锁结构中，传动系统是雷达天线锁极其重要的组成部分，直接影响整个结构的动态性能。根据其工作情况，传动系统必然要考虑到各个方面的载荷影响和腐蚀的影响，因此要对关键零部件进行初步的设计，再通过 pro/E 软件对传动系统进行关键部件的建模和对传动系统的仿真合理配置传动机构。因为其工作行程为 20mm，运动时间小于 2 秒/行程，工作精度较高，所以也要对传动系统的传动精度、传动效率进行分析和估算。第 2 章 雷达天线锁的工作原理 2.1 雷达天线锁的工作概况及工作要求 雷达天线锁是稳定平台系统内的锁定装置，安装于稳定平台的外围，由于某些雷达安装位置低，海上风浪大，工作环境恶劣，所以自动锁性能的安全可靠对舰载雷达的正常工作起着至关重要的作用。雷达天线锁是一个机械结构，其传动系统可将旋转运动改变为直线运动，从而应用电机输出的转矩使锁舌伸出将雷达天线固定。作为伺服系统的机械结构部分天线锁，它要在伺服系统的指令下能够可靠的锁定雷达天线的转向。这就不仅要求天线锁的传动系统具有较高的承载能力和传动精度，而且还要有足够的系统刚度和快速、稳定的动态响应能力。2.2 雷达天线锁的传动机构 天线锁的最终运动形式为直线运动，需要用锁舌将雷达天线固定。而其动力来源是电动机，电动机输出的运动形式是旋转运动，而且转速较大。所以需要有涡轮蜗杆传动机构来改变运动方向和降低转速。图 2.1 为雷达天线锁的传动机构示意图：图 2.1 雷达天线锁传动系统示意图 第 3 章 雷达天线锁传动系统的设计 3.1 常见的传动系统种类 在机械传动方面，常见的传动种类：带传动，链传动，轴传动，齿轮传动，蜗杆涡轮传动，摩擦轮传动，螺旋传动，液压传动，气压传动。带传动一般有以下特点：1带有良好的饶性，能吸收震动，缓和冲击，传动平稳噪音小。2当带传动过载时，带在带轮上打滑，防止其他机件损坏，起到过载保护作用。3结构简单，制造，安装和维护方便；4带与带轮之间存在一定的弹性滑动，故不能保证恒定的传动比，传动精度和传动效率较低。5由于带工作时需要张紧，带对带轮轴有很大的压轴力。6带传动装置外廓尺寸大，结构不够紧凑。7带的寿命较短，需经常更换。由于带传动存在上述特点，故通常用与中心距较大的两轴之间的传动传递功率一般不超过50KW。链传动兼有带传动和齿轮传动的特点。主要优点：与摩擦型带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保持准确的传动比（平均传动比），传动效率较高（润滑良好的链传动的效率约为97 98%）；又因链条不需要象带那样张得很紧，所以作用在轴上的压轴力较小；在同样条件下，链传动的结构较紧凑；同时链传动能在温度较高、有水或油等恶劣环境下工作。与齿轮传动相比，链传动易于安装，成本低廉；在远距离传动时，结构更显轻便。主要缺点：运转时不能保持恒定传动比，传动的平稳性差；工作时冲击和噪音较大；磨损后易发生跳齿；只能用于平行轴间的传动。链传动主要用在要求工作可靠,且两轴相距较远,以及其他不宜采用齿轮传动的场合。齿轮传动的特点：1.效率高 在常用的机械传动中，以齿轮传动效率为最高，闭式传动效率为96%99%，这对大功率传动有很大的经济意义。2.结构紧凑 比带、链传动所需的空间尺寸小。3.工作可靠、寿命长 设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达一二十年，这也是其它机械传动所不能比拟的。这对车辆及在矿井内工作的机器尤为重要。4.传动比稳定 传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。齿轮传动获得广泛应用，正是由于其具有这一特点。但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过 大的场合。滚珠丝杆的主要优点有：1.滚动摩擦系数小，传动效率高，其效率可达 90%以上，摩擦系数 f=0.0020.005；2.摩擦系数与速度的关系不大，故起动扭矩接近运转扭矩，工作较平稳；3.磨损小且寿命长，可用调整装置调整间隙，传动精度与刚度均得到提高；4.不具有自锁性，可将直线运动变为回转运动。滚珠丝杆的缺点有：1.结构复杂，制造困难；2.在需要防止逆转的机构中，要加自锁机构；3.承受能力不如滑动螺旋传动大。3.2 雷达天线锁传动系统的设计方案 根据雷达天线锁的工作概况及工作要求，需要通过一些传动形式将电机的旋转运动转化为锁舌的线型运动，并且电机的转速太大，必须要设计出一种可以将电机的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。由以上的一些工作要求，然后经过分析、设计几种传动方案，并在其中选择最优方案作为雷达天线锁传动系统的最终传动形式。3.2.1 凸轮顶杆机构 方案 A，凸轮顶杆机构的特点是结构简单、紧凑、设计方便，可实现从动件任意预期运动。但其缺点也很明显，其最终运动形式为直线往复运动，难以控制其一个方向的行程量。图 3.1 凸轮顶杆机构 3.2.2 涡轮蜗杆、齿轮齿条机构 方案 B 包括涡轮蜗杆机构、齿轮齿条机构，蜗轮与齿轮同轴固定，进而带动齿轮齿条机构运动，齿条通过弹簧的弹性力使锁舌伸出。这种形式具有结构简单、可靠性高、密封效果好等优点。但是此传动系统所需要的空间较大，且最终的运动方向并不符合工作要求。3.2.3 涡轮蜗杆、丝杠螺母进给构 图 3.2涡轮蜗杆、齿轮齿条机构 与方案 B 不同的是方案 C 用丝杠螺母进给机构代替了齿轮齿条机构,明显的改变是空间占用小、传动比大，符合此次设计的要求，并且这样的结构同样具有结构简单、可靠性高、密封效果好等优点。天线锁传动系统主要由蜗轮蜗杆传动机构、丝杠螺母进给机构、限位机构和驱动电机等部分组成。3.2 最优方案的确定 综上所述，方案 C 是最适合本课题研究所需要的传动方案。电机（或手动）带动涡杆、蜗轮（i=35，k=1，m=1）实现变速，自动锁工作时，直流力矩电机通过弹性联轴器驱动蜗杆蜗轮传动机构运动，蜗轮与丝杠同轴固定，进而带动丝杠做旋转运动，使锁舌直线伸出，插入稳定平台的锁孔内，即完成锁定任务，且在断电情况下，又可采用手动实现运动过程。锁舌上固定有凸轮滑块，当锁舌伸出距离 20mm 时，凸轮滑块转动碰触微动开关，对锁头的行程和往返进行控制，实现开锁和闭锁。锁在锁定后能够自锁。机构的设计简单，且涡轮蜗杆的生产技术已经较为成熟，生产成本较低，机构的工作强度也较强，可以满足大多数的民用和工业用情况。同时，该机构便于拆卸，可以大量的简约资源，提高资源的重复利用率。如：展板使用完成后，可以将固定机构拆卸，则两固定杆和固定雷达天线自锁机构都可以重复利用。图 3.3 涡轮蜗杆、丝杠螺母进给机构 第 4 章 雷达天线锁的结构设计 4.1 电动机的选取 电机选择西安徽安电机研究所生产的永磁直流电动机 40-ZY02，电机的额定转矩为 39.2 mNm，额定转速为 3500 r/min，详细参数见表 4-1：表 4-1 40-ZY02 型电机参数：检验项目 外观、外型尺寸 冷态绝缘电阻 额定电压 额定电流 额定转矩 额定转速 输出功率 技术要求 符合技术条件 500v100M 24V 1.1A 39.2mNM 5253503500 r/min 245.143.1-3.14W 电机的外形及安装尺寸图如图 4.1。4.2 雷达天线锁各零部件的设计 本次设计的雷达天线锁的工作环境为海洋潮湿环境，并且在露天环境下工作，为了保证其内部传动系统正常工作，需要设计一些相关的零件来实现辅助和保护功能。主要工作零件（涡轮、蜗杆、丝杠、支架等）的设计在第五章的各零部件的三维实体建模中实现。外壳尺寸图见附录一图1。1.电机罩 图 4.1 40-ZY02型电机 电机防护罩主要用于防止灰尘，雨雪等给电动机的运转带来的损害，确保电动机正常连续工作。防护罩应尽量采用封闭结构，有足够的强度、刚度，因此应采用金属材料制造。电机罩尺寸图，如图 4.2。2.法兰盘 本课题用到的就是减速器法兰，用于电机与减速机的连接，以及减速机与其它设备之间的连接。法兰连接的主要特点是拆卸方便、强度高、密封性能好。法兰盘尺寸图，如图4.3。3.法兰盘处的密封垫 图 4.2 电机罩 其余图 4.3 法兰盘 由于密封面的形式及加工精度等因素的影响，密封面上存在间隙在所难免，这就造成密封面不完全吻合，从而发生泄漏。使用垫片的目的就是利用垫片材料在压紧载荷的作用下较容易产生塑性变形的特性，使之填平法兰密封面的微小凹凸不平，从而实现密封。由法兰盘的尺寸设计出的密封垫尺寸图，如图 4.4。4.大端盖 为了固定涡轮尾部的大轴承，因此根据轴承的尺寸设计大端盖的尺寸，大端盖的尺寸图，如图4.5。5.螺纹端盖 为了固定涡杆尾部的小轴承，因此根据轴承的尺寸设计螺纹端盖的尺图 4.4 法兰盘处的密封垫 图 4.5 大端盖 寸，螺纹端盖的尺寸图，如图 4.6。6.顶盖 根据外壳的尺寸设计得出顶盖的尺寸图，如图 4.7。7.顶盖处的密封垫 同样由于密封面的形式及加工精度等因素的影响，需要使用垫片填顶盖密封 面的微小凹凸不平，从而实现密封。图4.6 螺纹端盖 图4.7 顶盖 由顶盖的尺寸设计出的密封垫尺寸图，如图 4.8。8.支架 为了实现对锁头的行程和往返进行控制和开锁和闭锁，需要在锁舌上设计支架，当锁舌伸出距离 20mm 时，支架在滑动时碰触微动开关，由此设计得出支架的尺寸图，如图 4.9。4.3 雷达天线锁的环境适应性设计 4.3.1 天线锁常用金属的腐蚀形态 常规雷达天线通常工作环境为海洋潮湿环境，多数采用钢、铝及铝蒙皮蜂窝图 4.8 顶盖出的密封垫 图 4.9 支架 夹心复合材料等，因此这里重点讨论这种情形的防腐。金属常见的腐蚀形态有：均匀腐蚀电偶腐蚀、小孔腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力 腐蚀、腐蚀疲劳及磨损腐蚀等。这些腐蚀形态可能会多个同时出现在一部雷达天线上，以及雷达天线锁，所以从天线锁结构的设计到生产的每一个环节都要综合考虑防腐的应用，以避免或减少上述腐蚀形态的出现。按照腐蚀的原理通常把腐蚀分为化学腐蚀、电化学腐蚀及物理腐蚀。对于工作在大气中的天线来说，发生较多的是电化学腐蚀和物理腐蚀，或者是两者结合。上述腐蚀形态中，前五种形态主要是由于电化学腐蚀引起的，后三种形态主要是由于电化学腐蚀和物理腐蚀共同作用引起的为了保证其内部电器元件正常工作，主要考虑密封设计和防腐蚀设计。4.3.2 密封设计 自动锁的密封分为两种情况:一种为静密封，一种为动密封。静密封可采用一般的 O 型密封圈或密封垫两种方式密封，并在端面涂抹密封胶，其密封等级可以达到防水式密封。动密封存在两种情况:一种是锁舌与套筒之间的直线运动密封;一种是旋转轴与壳体之间的旋转密封。如图4.10 所示锁舌与套筒之间的直线运动密封通过毛毡实现，主要防止液态水和灰尘进入齿轮腔体内。旋转轴与壳体之间的旋转密封采用德氏封的 MA47 旋转密封圈密封。MA47 旋转密封圈是以聚四氟乙烯为材料主体，以金属张力弹簧作为预压力的 U 形密封圈，密封性能好，并具有较低的摩擦力，其密封等级可以达到防水式密封。4.3.3 防腐蚀性设计 防腐蚀性设计主要是对零部件材料的选择，以及对零部件涂镀处理工艺的选择。该自动锁的壳体均采用 5A06 防锈铝机械加工而成，并经化学氧化处理(CtO);锁舌、齿轮和齿条等零件选用 1Cr18Ni9Ti 机械加工而成。旋转密封圈将自动锁内的腔体分为两个腔体，即齿轮腔体和密闭腔体。齿轮腔体内部的图 4.10 密封性设计示意图 零部件均采用 1Cr18Ni9Ti 机械加工而成，防锈蚀性能好，允许进入少量的水汽;密闭腔体为防水式密封，保证了内部蜗轮蜗杆传动机构和电器部分的正常工作。对于雷达天线锁的防腐还可以从以下方面综合考虑：1.切断腐蚀介质与金属的接触，这可以通过表面喷涂来实现；2.提高金属本身的防腐能力，除采用特殊材料外，可以通过提高材料的表面粗糙度、对材料进行热处理改变其晶间结构或消除内应力来实现；3.采用适当的天线结构和连接方式，避免局部应力过大或应力集中，避免缝隙的产生；4.避免不同金属的连接，或采用损失阳极的阴极保护法防止腐蚀。第 5 章 对传动系统的三维实体建模和运动仿真 5.1 pro/E 软件的简介 Pro/E 软件的基本功能介绍 Pro/E 软件是美国 PTC 公司推出的大型 CAD/CAM/CAE 一体化软件。无论是造型设计、工程出图，以及 3D 装配等方面，Pro/E 软件都具 有操作容易、使用方便、可动态修改的特点。Pro/E 更是以其基于特征的参数化设计、单一数据库下的全相关 性等新概念而闻名于世。另外还具有模具设计，动态、静态干涉检查，计算质量特征（如质心、惯性矩）等功能模块。用 Pro/E 创建的三维 参数化零件模型，不但可以在屏幕上自由的翻转动态观察结构形体，更可以进行方便的动态修改和调整。进行力学分析、运动分析、数控 加工等。Pro/E 是在 Windows 环境下开发的，因此已成为目前计算机平台 上的主流三维设计软件之一。1 参数化设计 相对于产品而言，我们可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。2 基于特征建模 Pro/E是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。3 单一数据库（全相关）Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。4.虚拟装配 虚拟装配是产品数字化定义中的一个重要环节，在对部件或整体进行有限元分析或动态分析之 前要先将它们装配起来。其内涵就是在计算机上完成产品零部件的实体造型、装配、干涉分析等设计过程，并通过统一的产品数据管理实现三维设计过程与产品零部件制造、装配过程的高度统 一。虚拟装配时，须定义出各零件之间的关系，系统根据给出的约束函数，实现零件自动装配。虚拟装配的土要目的是根据产品结构图和装配顺序实施对装配结构的分析、评价，可对设计提出改进建议、优化零件结构，以便丁加工、装配，减少加工和装配的时间。5.运动仿真与分析 机构运动仿真技术就是通过对机构添加运动副、驱动器，使其运动起来，实现机构的运动模拟。机构运动仿真可以在任意时刻查看各个组成部件的位置、速度、加速度、轨迹、位移、运动干涉等参数并加以分析，根据结果调整模型设计，以达到最优的零件机构配置。机构仿真还可分析力 与运动之间的关系，分析运动量以及各运动副之间的相互运动关系，关键部件的受力情况，实时测量指定部分的各种参数并绘制相应曲线、图表，可直观了解运动主体上某点的运动轨迹。5.2 传动系统各部件的的三维实体建模 零部件设计是虚拟装配、运动仿真分析等的基础，具有重要地位。一般零部件设计首先规划出零部件结构，然后建立简单的几何体，如圆柱、长方体等基本结构，然后在其上进行挖切、拉伸等操作。对于旋转体，一般可先建立简单的切面轮廓线，通过旋转等操作完成。对于重复性结构，可使用镜像和阵列的应用技巧，在本次对于各个零件的建模中就大量的使用了旋转、拉伸和阵列的技巧。此传动系统包括对蜗杆、涡轮丝杠和支架等零件的建模，壳体的建模见附录一图 2。1.蜗杆的建模 2.蜗轮的建模 图 5.1 蜗杆的三维实体图 3.丝杠的建模 4.支架的建模 图 5.3 丝杠的三维实体图 5.大轴承的建模 一组大轴承用来固定涡轮的两端，大轴承的三维实体图如图 5.5。6.小轴承的建模 一组小轴承用来固定涡杆的两端，小轴承的三维实体图如图 5.6。图 5.5 大轴承的三维实体图 5.3 传动系统的运动学仿真 5.3.1 运动仿真过程 首先将传动系统各部件进行装配，然后选择“拖动”，再点击“快照”按钮，关闭保存当前快照，此操作时为了记录当前配置，在之后机构分析的时候做初始位置。此过程如图5.7。然后选择“应用程序”菜单，选择“机构”，然后选择“齿轮”，定义齿轮副，将齿轮1 的类型选择为 一般，并将运动轴选择为蜗杆的中心轴,设置节圆直径为 20mm，如图 5-8。图 5-7 传动系统运动仿真过程 1-1 图 5-7 传动系统运动仿真过程 1-1 同理，将齿轮 1 的类型选择为涡轮，并将运动轴选择为蜗轮的中心轴,。如图 5-9。最后选择属性，压力角不做改动，将螺旋角改为“atan（20）”，atan（20）代表反正切 20 的值，即为螺旋角的值，数字 20 代表的是涡轮的节圆直径。如图 5-10。图 5-9 传动系统运动仿真过程 1-3 选择“伺服电机”按钮，然后选择旋转轴为元件添加的动力。如图 5-11。然后在轮廓选项中将“规范”一行的“位置”改为速度，设计电动机的速度为 50，如图 5-12。图 5-11 传动系统运动仿真过程 2-1 然后选择“机构分析”按钮，对机构进行分析，设置终止时间为100，帧频为5，选择“初始配置”中的“快照”，点击“运行”按钮进行运动仿真（如运动方向不正确，在“伺服电动机”里选择“反向”即可），点击“确定”按钮保存当前运动分析。如图 5-13。最后通过“回放”选项，选择“碰撞检测设置”选择默认“无碰撞检测”，确定退出，之后可以选择输出运动仿真视频文件，如图 5-14。图 5-13 传动系统运动仿真过程 2-3 5.2.2 运动仿真结果 在运动仿真的过程中，传动系统的各零部件运动良好，没有发生干涉，设计合理。选择“播放当前结果集”选项，选择“捕获”，修改文件名称、保存地址和输出视频格式，其余选择默认，“频帧”选择为 25 帧/秒如图 5-15。结束语 本文首先提出了在舰载雷达设计过程中一个至关重要的问题稳定问题。针对该问题，本文分别通过选择传动形式、进行三维实体建模和运动仿真几个方面设计了雷达天线自动锁，最终可以让整个传动系统按照工况要求实现稳定传动。并为了解决其工作环境恶劣的问题，对其进行了环境适应性设计。目前该自动锁已经通过了环境试验，各项技术指标均满足设计要求。总结全文，本文所做的工作主要有以下三个方面：1.介绍了雷达天线锁的工作概况及工作要求，并建立在此基础上选择了一些传动方案进行对比、分析优缺点和可行性，最终选择出一个可靠稳定的传动方案。2.进行了对传动方案的实现和对其结构的设计，考虑到各方面的因素对传动系统的结构及个零部件进行了环境适应性设计，保证了此传动系统在工作时，内部电器元件正常运作。图 5-14 输出运动仿真视频 3.基于 pro/E 软件对传动系统的主要部件及辅助零件的三维实体建模，并在装配工作后实现机构的运动仿真，达到最优的零件机构配置，直观了解力与运动之间的关系、运动量与运动副之间的相互运动关系。做此次毕设的收获和体会 毕业设计是对大学四年学业成果的一次大检阅，同时又是面向社会、面向工作、面向实际工程出发，在培养学生从事工程设计工作正确思想方法的同时，培养学生勇于探索、敢于创新、实事求是、用实践来检验理论，全方位考虑问题等设计人员应该具有的素质。毕业设计忙了两个多月，深深地体会到：毕业设计其实就是一个连接学习和工作的桥梁。我相信自己的实力，也相信这次毕业设计对于我以后工作的益处，在即踏入社会的时候，有信心把凭自己的能力把工作做好、作出色。致谢 科研训练是大学中必不可少的一个环节，很多大学都有这方面的安排，以为科研训练确实能训练学生的科研能力，创新意识和创新能力。通过科研训练可以激发学生的专业激情和学习兴趣，并能培养学 生的科研组织能力和对专业知识的综合运用能力，提高综合素质。我做的是自锁机构的创新设计。通过这次科研训练，我对雷达天线自锁机构的使用及运用范围有了初步的了解，并在此基础上做出了一个简单的自锁机构。历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最衷心的感谢！由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师的批评和指正！感谢学院的精心安排与导师的不辞辛苦！参考文献 1 濮良贵，纪明刚 等编著.机械设计M 北京：高等教育出版社，2006.2 孙江宏.Pro/ENGINEER Wildfire3.0中文版 企业应用与工程实践.清华大学出版社，2007 年 6 月.3 詹友刚.Pro/ENGINEER Wildfire 中文野火版 3.0 数控加工精解M.机械工业出版社，2008 年 4 月.4 温建民等.Pro/E 野火中文版产品设计应用范例.清华大学出版社，2006年 5 月.5 老虎工作室，谭雪松 等编著.Pro/ENGINEER 2001中文版典型实例M.人民邮电出版社，2002.6 孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理M.北京：高等教育出版社，2006.7 孙进平 编著.Pro/ENGINEER 基础建模与运动仿真教程M.北京：清华大学出版社，2007.附录一 附录二 英文原文：The development of radar The basic concept of radar formed in the early 20th century.But it was not until,before and after the second world war LeiDaCai get rapid development.As early as the beginning of the 20th century,European and American scientists already know that electromagnetic waves are reflected by the object.In 1922,Italy g.Marconi radio waves may detect objects of papers published.U.S.navy lab found in double base continuous wave radar can be found in it by ship.In 1925,the United States can start work on ranging radar pulse modulation,and first use it to measure the height of the ionosphere.The early 30 s,Europe and the United States some countries began to develop detection radar pulse modulation of the plane.In 1936,the United States developed the role