1739_飛行模擬轉臺設計

1739_飛行模擬轉臺設計,飛行,模擬,摹擬,轉臺,設計 南昌航空大學科技學院學士學位論文11. 緒論1.1 選題的依據(jù)及意義隨著飛機和導彈的快速發(fā)展，要求其具有更高的性能和穩(wěn)定性,這就要我們通過對他們的性能參數(shù)進行測量評估進而進行改進，但一架真正的飛機或一枚導彈的成本太高,我們不可能也沒有必要用一架真正的飛機或導彈來進行實驗采集數(shù)據(jù),這就要求我們采用一些比較合理的實驗裝置來實現(xiàn)飛機或導彈的飛行狀態(tài)，這樣飛行模擬實驗轉臺得以發(fā)展。該轉臺可以將重物放在其上面也可以用來對飛行員進行培訓，因為它可以模擬飛機在空中飛行的各種姿態(tài)。該裝置的出現(xiàn)既達到了對飛機或導彈性能參數(shù)的采集，進而改進，在成本上遠遠低于一架飛機或導彈的價格，對飛機和導彈的發(fā)展具有不可估量的價值。1.2 國內外研究概況及發(fā)展趨勢目前,大部分飛行模擬轉臺采用串聯(lián)式機構,而本設計則采用并聯(lián)式機械機構來實現(xiàn)的。采用并聯(lián)機構其承載能力大,機構簡單。本機構由上下兩個工作平臺,下平臺固定在地面上,上平臺用來放待實驗的物品,在上下平臺之間采用三個液壓缸連接,通過液壓缸上聲高度的不同,來實現(xiàn)上平臺的傾斜,而上平臺可由電動機帶動旋轉從而達到模擬飛機在飛行過程中的各種狀態(tài)。飛行模擬器研制及應用被認為是飛行模擬技術發(fā)展的基礎性工程和關鍵環(huán)節(jié)，一直受到世界各國尤其是發(fā)達國家的高度重視。美國是世界上最早開展飛行模擬器研究和應用的國家，在技術和數(shù)量上一直居領先地位。據(jù)統(tǒng)計，美國的飛行模擬器研制和采辦費用每年增長一倍，僅 1995 年～2000 年的費用就高達 36 億美元。俄羅斯同樣是世界上的飛行模擬大國和強國，他們的所有飛機都配備有相應的飛行模擬器，僅空中飛行模擬器就有 20 余種，其中包括先進的空地綜合飛行模擬系統(tǒng)。值得提出的是，俄羅斯在飛行模擬器的基礎理論研究，特別是人-機工效學和飛行員建模與仿真等方面都名列前茅。英、德、法等國的飛行模擬器研制及應用也始終處于世界先進行列。我國在飛行模擬器研制及應用方面雖然起步比美、俄、英法等國較晚，但仍是世界上發(fā)展飛行模擬器較早的國家。于 20 世紀 60 年代開始使用射擊練習器和儀表飛行練習器，并建立了研究用飛機控制系統(tǒng)模擬試驗臺、航空發(fā)動機模擬試驗臺。20世紀 80 年代發(fā)展更快，先后研制成功了一系列研制用飛行模擬器和工程用飛行模擬南昌航空大學科技學院學士學位論文2器，并普及設計、制造和使用了各個機種的飛行模擬訓練器。出此，我國還是世界上少數(shù)能夠設計和建造空中飛行模擬器的國家之一，所以可堪稱為“飛行模擬器大國” 。2 . 單片機控制系統(tǒng)設計飛行模擬實驗轉臺的控制系統(tǒng)可以是微機、單片機、可編程控制器等，考慮到本次設計的飛行模擬實驗轉臺僅有 3 個液壓缸和一個電動機，控制器需要進行的運算量不大，而且本系統(tǒng)提供的功能并不復雜，單片機 MCS-51 足以。所以從節(jié)省成本的角度出發(fā)選擇了單片機控制系統(tǒng)。將本次單片機的控制系統(tǒng)劃分為以下幾個模塊：顯示部分逆變電路單片機位移和轉速檢測電路片外存儲器鍵盤部分光電隔離 驅動電路 電動機圖 2-1 單片機模塊圖2.1 單片機的選用及功能介紹MCS-51 系列單片機是美國 INTEL 公司在 1980 年推出的 8 位單片微型計算機。其典型產(chǎn)品有 8031、8051 和 8751 三種機型，除片內程序存儲器的容量不同外，其內部結構與引腳完全相同。在此我們選用了較為常用的 8051 芯片。其引腳示意圖如圖 3.1-1 所示：MCS-51 系列單片機由微處理器、存儲器、定時器/計數(shù)器、串行和并行的 I/O 接口、中斷系統(tǒng)合振蕩器構成。8051 的 P0.0～P0.7 這 8 根引腳采用分時復用的方法作低 8 位地址線與雙向 8位數(shù)據(jù)線；P2.0～P2.4 這 5 根引腳在訪問片外存儲器或擴展 I/O 接口時，提供高位地址；P2.5～P2.7 和 P1.0 這 4 根引腳接 2 片 74LS138 譯碼器，產(chǎn)生片選信號；引腳 ALE 接地址鎖存器 74LS373、8155、8279 和 SA4828 的使能端；EA/V PP端因不訪問片內存儲器而接地；X1、X2 接 6MHz 的晶振；RESET 端接重啟電路。 [8]南昌航空大學科技學院學士學位論文32.2 片外存儲器功能簡介片外存儲器擴展包括程序存儲器（ROM）擴展和數(shù)據(jù)存儲器（RAM）擴展。MCS-51 系列單片機具有 64KB 的程序存儲空間，其中 8051、8071 片內有 4KB 的程序存儲器，8031 片內無程序存儲器。當采用 8051、8071 型單片機而程序超過4KB，或采用 8031 單片機時，就需對程序存儲器進行外部擴展。外部程序存儲器的擴展原理如圖 2-2 所示： [2]圖 2-2 外部程序存儲器擴展原理圖外部程序存儲器可選用 EPROM、E 2PROM、PAGED EPROM 和 KEPROM 等。紫外線擦除電可編程只讀存儲器 EPROM，典型產(chǎn)品有 Intel 公司的系列芯片 2716（2Kx8 位）、2732A（4Kx8 位）、2764A（8Kx8 位）、27128A（16Kx8 位）、27256（32Kx8 位）和 27512（64Kx8 位）等，在這些芯片上均設有一個玻璃口，在紫外線下照射 20 分鐘左右，存儲中的各位信息均變?yōu)?1。以后通過編程器可將這些程序固化到這些芯片中。如在實時數(shù)據(jù)采集和處理時，僅靠內部的 RAM 是遠遠不夠的，因此必須擴展外部數(shù)據(jù)存儲器。常用的數(shù)據(jù)存儲器有靜態(tài) RAM 和動態(tài) RAM 兩種。以下為靜態(tài) RAM 與MCS-51 的接口外部數(shù)據(jù)存儲器的擴展方法如圖 2-3 所示： [2]指令EPROMOEP0 口EAALEP2 口PSN數(shù)據(jù)輸出鎖存器數(shù)據(jù)輸入D ～ D07地址RAMCEWOP0 口ALEP2 口WRD鎖存器譯 碼南昌航空大學科技學院學士學位論文4圖 2-3 外部數(shù)據(jù)存儲器的擴展原理圖6264 是 8Kx8 位的靜態(tài)隨機存儲芯片，采用 CMOS 工藝制造，單一+5V 供電，額定功率 200mW，典型存儲時間 200ns，為 28 線雙列直插式封裝。6264 的 A0～A 12這13 條地址線與鎖存器的輸出及 P2 口對應線相連，6264 的 D0～D 7這 8 條數(shù)據(jù)線與8031 的 P0 口對應相連，6264 的 和 與 8031 的 和 對應，CS 0接高電平。OEWRW[8]按照這種片選方式，6264 的 8KB 地址范圍不唯一，6000H～7FFFH 是一種地址范圍。當向該片 6000H 單元寫有個數(shù)據(jù) DATA 時，可用如下指令：MOV A，#DATAMOV DPTA，#6000HMOVX @DPTR，A從 7FFFH 單元讀一個數(shù)據(jù)時，可用如下指令：MOV DPTR，#7FFFHMOVX A，@DPTR上面討論的是 8031 擴展一片 EPROM 或 RAM 的方法。在實際應用中，可能需要擴展多片 EPROM 或 RAM。本次設計要擴展 8Kx8 位的 EPROM 和 8Kx8 位的 RAM 各 3 片。當 CPU 通過指令 MOVC A， @A+DPTR 發(fā)出讀 EPROM 操作時，P2、P0 發(fā)出的地址信號應能選擇其中一片的一個存儲單元，即 8 片 2764 不應該同時被選中，這就是所謂的片選。我們采用了地址法譯碼，譯碼芯片為 2 片 74LS138?？偣部商峁?16 個片選信號。2.3 顯示與鍵盤部分設計顯示設備有 CRT、LCD、LED 等，我們選用的是功能簡單的 LED 數(shù)碼管顯示器。LED 顯示器由 7 條發(fā)光二極管組成顯示字段，有的還帶有小數(shù)點 dp。將 7 段發(fā)光二極管陰極連在一起，稱為共陰接法，當某個字段的陽極為高電平時，對應的字段就點亮。LED 要正常工作需要通過 I/O 接口芯片 8155 與 8051 相連。南昌航空大學科技學院學士學位論文58155 芯片內具有 256 個字節(jié)的 RAM，兩個 8 位、一個 6 位的可編程 I/O 和一個14 位計數(shù)器，與 MCS-51 接口簡單，是單片機應用系統(tǒng)中使用最廣泛的芯片。 [8]8155 可以和 MCS-51 直接相連。8155 的 RAM 和各端口地址如下：RAM 的地址：000H～00FFH命令口：0200HA 口：0201HB 口：0202HC 口：0203H定時器低位：0204H定時器高位：0205H設 8051RAM 中有 6 個顯示緩沖單元 79H～7EH，分別存放 6 位顯示器的顯示數(shù)據(jù)。8155 的 A 口掃描輸出總有一位為高電平，8155 的 B 口輸出相應位的顯示數(shù)據(jù)的段數(shù)據(jù)，使每一位顯示出一個字符，其余位為暗，依次改變 A 口輸出的餓高電平位及 B口輸出對應的段數(shù)據(jù)，6 位顯示器就顯示出緩沖器的顯示字符。程序清單如下：DIR： MOV R0，#79H ；顯示緩沖區(qū)首址送 R0MOV R3，#01H ；使顯示器最右邊位亮MOV A，R3LD0： MOV DPTR，#0101H ；掃描值送入 PA 口MOVX @DPTR，AINC DPTR ；指向 PB 口MOV A，@R0 ；取顯示數(shù)據(jù)MOV A，#12H ；加上偏移量MOVX A，@A+PC ；取出字形MOVX @DPTR，A ；送出顯示ACALL DL1 ；延時INC R0 ；緩沖區(qū)地址加 1MOV A，R3 ；JB ACC.5，LD1 ；掃到第 6 個顯示位了嗎？南昌航空大學科技學院學士學位論文6RL A ；沒有，R3 左環(huán)移一位，掃描下一個顯示位MOV R3，AAJMP LD0LD1： RETDSEG： DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH ；顯示段碼表DSEG1： DB 7DH，07H，7FH，6FH，77H，7CHDSEG2： DB 39H，5EH，79H，71H，73H，3EHDSEG3： DB 31H，61H，1CH，23H，40H，03HDSEG4： DB 18H，00H，00H，00HDL1： MOV R7，#02H ；延時子程序DL： MOV R6，#0FFHDL6：DJNZ R6，DL6DJNZ R7，DLRET鍵盤共設有 32 個鍵，由 4 條行線 8 條列線組成開關矩陣。對于開關矩陣的接法大多數(shù)單片機的入門教科書上大多是采用 8155 作為鍵盤 I/O 的接口芯片，但 8155芯片不具備中斷請求輸出端，于是不得不采用鍵盤掃描程序不斷的檢測是否有按鍵被使用，這樣就給單片機造成了很大的運算負擔，運算量較大時有可能造成系統(tǒng)無法響應，所以我們在這里選用了專門用于鍵盤連接的 8279 芯片。8279 采用單一＋5V 電源供電，40 腳封裝。2.4 交流異步電動機變頻調速系統(tǒng)交流異步電動機因為結構簡單、體積小、重量輕、價格便宜、維護方便的特點，在生產(chǎn)和生活中得到廣泛應用。與其他種類電動機相比，交流異步電動機的市場占有量始終第一位。然而，長期以來，交流異步電動機的調速始終是一個不好解決的難題。直到 20世紀 70 年代，由于計算機的產(chǎn)生，以及近 20 年來新型快速的電力電子原件的出現(xiàn)，才使得交流異步電動機調速成為可能，并得到迅速的普及。 [9]目前，交流異步電動機調速系統(tǒng)已廣泛用于數(shù)控機床、風機、泵類、傳帶機、給料系統(tǒng)、空調器等設備的動力源或運動源，并起到節(jié)約電能、提高設備自動化、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質量的良好效果。因此，交流異步電動機調速技術是現(xiàn)代自動控制專業(yè)技術人員必須要掌握南昌航空大學科技學院學士學位論文7的知識?，F(xiàn)代流行的交流異步電動機調速控制方法是變頻變壓法（VVVF） 。這種調速方法的原理比較簡單，而且有 20 多年比較成熟的發(fā)展經(jīng)驗，因此應用得較多，市場上也有較多的相關產(chǎn)品。2.4.1 交流異步電動機變頻調速原理根據(jù)電機學理論，交流異步電動機的轉速可由式(2-1)表示：…………………………………………………………………………(2-1)[9]s)-1(pf60n=式中: n--電動機轉速p--電動機磁極對數(shù)f--電源頻率s--轉差率由上式可知，影響電動機轉速的因素有：電動機的磁極對數(shù) p、轉差率 s 和電源頻率 f。其中，改變電源頻率來實現(xiàn)交流異步電動機調速的方法效果最理想，這就是所謂變頻調速。2.4.2 主電路和逆變電路工作原理變頻調速實質上是向交流異步電動機提供一個頻率可控的電源。能實現(xiàn)這一功能的裝置稱為變頻器。變頻器由兩部分組成：主電路和控制電路，其中主電路通常采用交-直-交方式，即先將交流電轉變成直流電（整流、濾波） ，再將直流電轉變成頻率可調的矩形波交流電（逆變） 。圖 2-4[2]是主電路的原理圖，它是變頻器常用的最基本的格式。圖 2-4 電壓型交-直-交變頻調速主電路（1）.主電路中各元件的功能主電路中各元件的功能如下。交-直電路南昌航空大學科技學院學士學位論文8整流管 D1～D6 組成三相整流橋，對三相交流電進行全波整流。整流后的直流電壓U=1.35 x 380V = 513V[2]濾波電容 Cr 濾除整流后的電壓波紋，并在負載變化時保持電壓平穩(wěn)。當變頻器通電時，瞬時沖擊電流較大，為了保護電路元件，加限流電阻 Ra。延時一段時間后，通過控制電路使開關 JK 閉合，將限流電阻短路。電源指示燈 LP 除了指示電源通斷外，還可以在電源斷開時，作為濾波電容 Cr放電通路和指示。濾波電容 Cr 容量通常很大；所以放電的時間較長（數(shù)分鐘） ，幾百伏的高電壓會威脅人員安全，因此，在維修時要等指示燈熄滅后進行。Rc 是制動電阻。電動機在制動過程中處于發(fā)電狀態(tài)，由于電路是處在斷開情況下，增加的電能無處釋放，使電路電壓不斷升高，將會損壞電路元件。所以，應給一個放電通路，使這部分再生電流耗在電阻 Rc 上。制動時，通過控制電路使開關管Tc 導通，形成放電通路。直-交電路 [2]逆變開關管 T1～T6 組成三相逆變橋，將直流電逆變成頻率可調的矩形波交流電。逆變管可以選擇絕緣柵雙極晶體管 IGBT、功率效應管 MOSFET。續(xù)流二極管 D7～D12 的作用是：當逆變開關管由導通狀態(tài)變?yōu)榻刂箷r，雖然電壓突變將為 0，但由于電動機線圈的電感作用，儲存在線圈中的電能開始釋放，續(xù)流二級管提供通道，維持電流繼續(xù)在線圈中流動。另外，當電動機制動時，續(xù)流二級管為再生電流提供通道，使其回流到直流電源。電阻 R1～R6、電容 C1～C6、二極管 D13～D18 組成緩沖電路，來保護逆變開關管。由于開關管在開通和關斷時，要受集電極電流 Ic 和集電極與發(fā)射極間電壓 VCE的沖擊，如圖所示，因此要通過緩沖電路進行緩解。當逆變開關管關斷時，VCE 迅速升高，Ic 迅速降低，過高增長率的電壓對逆變開關管造成危害，所以通過在逆變開關管兩端并聯(lián)電容（C1～C6）來減少電壓增長率；當逆變開關管開通時，VCE 迅速降低，而 Ic 則迅速升高，并聯(lián)在逆變開光管兩端的電容（C1～C6)由于電壓降低，將通過逆變開關管放電，這將加速電流 Ic 的增長率，造成逆變開光管的損壞。所以增加電阻（R1～R6） ，限制電容的放電電流?？墒钱斈孀冮_光管關斷時，該電阻又會阻止電容的充電。為了解決這個矛盾，在電子兩端并聯(lián)二極管（D13～D18） ，使電容在充電時，避開電阻，通過二極管充電，在放電時，通過電子放電，實現(xiàn)緩沖功能。南昌航空大學科技學院學士學位論文9（2） 三相逆變橋的工作原理三相逆變橋的電路簡圖如圖 2-5（a） [9]所示，圖中 R、Y、B 為逆變橋的輸出。圖 2-5（b） [9]是各逆變管導通的時序，其中深色部分表示逆變導管。圖 2-5（b）可以看出，每一時刻總能有 3 只逆變管導通，另 3 只逆變管關斷；并且 T1 與 T4、T2與 T5、T3 與 T6 每對逆變管不能同時導通。在 t1 時間段,T1、T3、T5 這 3 只逆變管導通，電機線圈電流的方向是從 R 到 Y和從 B 到 Y（設從 R 到 Y、從 Y 到 B、從 B 到 R 為正方向） ，得到線電壓為 URY 和-UYB。在 t2 時間段，T1、T5、T6 這 3 只逆變管導通，電機線圈電流的方向是從 R 到Y 和從 R 到 B，得到的線電壓為 URY 和-UBR。在 t3 時間段，T1、T2、T6 這 3 只逆變管導通，電機線圈電流的方向是從 R 到B 和從 Y 到 B，得到的線電壓為-UBR 和 UYB。在 t4 時間段，T2、T4、T6 這 3 只逆變管導通，電機線圈電流的方向是從 Y 到R 和從 Y 到 B，得到的線電壓為-URY 和 UYB。 [9]圖 2-5 電路簡圖和逆變管通斷時序在 t5 時間段，T2、T3、T4 這 3 只逆變管導通，電機線圈電流的方向是從 Y 到R 和從 B 到 R，得到的線電壓為-URY 和 UBR。在 t6 時間段，T3、T4、T5 這 3 只逆變管導通，電機線圈電流的方向是從 B 到R 和從 B 到 Y，得到的線電壓為 UBR 和-UYB。線電壓 URY、UYB、UBR 的波形見圖 2-6[9]。從圖中可以看出，三者之間互差120，它們的幅值是 U。南昌航空大學科技學院學士學位論文10圖 2-6 逆變輸出線電壓波形因此，只要按圖的規(guī)律控制 6 只逆變管的導通和關斷，就可以把直流電逆變成矩形波三相交流電；而絕、形波三相交流電的頻率可在逆變是受到控制。然而，矩形波不是正弦波，含有許多高次諧波成分，將使交流異步電動機產(chǎn)生發(fā)熱、力矩下降、振動噪聲等不利結果。為了使輸出的波形接近正弦波，可采用正弦脈寬調制波。2.4.3 變頻與變壓由前面的敘述可知改變電源頻率可達到改變電動機轉速的目的，但實際上當交流異步電動機進行變頻調速時，必定會造成通過電動機鐵芯的磁通量的改變。由于電動機的磁通容量與電動機的鐵芯大小有關，通常在設計時與達到最大容量，因此，當磁通量增加時，將產(chǎn)生磁飽和，造成實際磁通量增加不上去，產(chǎn)生電流波形畸變，削弱電磁力矩，影響機械特性。為了解決機械特性下降的問題，一種解決方案是設法維持磁通量恒定不變，即設法使E / f = KΦ = 常數(shù)這就要求，當電動機改變電源頻率 f 時，E 與應該作相應的變化，來維持它們的比值不變。由于阻抗上產(chǎn)生的壓降相對于加在繞組端的電源電壓 U 很小，可略去。則：U ≈ E這就說明可以通過調節(jié)電壓 U，使其跟隨頻率 f 的變化的方法達到使磁通恒定不變的目的，從而調整電動機的轉速。怎樣實現(xiàn)變頻的同時也變壓？我們采用的方法是脈寬調制（PWM） 。將圖 3-6 所示的一個周期的輸出波形用一組等寬脈沖波來表示，如圖 2-7[10]所示。南昌航空大學科技學院學士學位論文11圖 2-7 含有等寬載波的脈寬調制波形如圖 2-8 所示，買個脈沖的寬度為 t1,相鄰脈沖的間隔為 t2，t1+t2=Tz(脈沖周期)。則等寬脈沖的占空比 α 為α=t1/（t1+t2）調節(jié)占空比 α，就可以調節(jié)輸出的平均電壓；調節(jié) PWM 波的頻率 1/T，就可以改變電源頻率，實現(xiàn)調速。通過控制電路，可以容易的實現(xiàn)對脈沖波的占空比和PWM 波的頻率分別進行調整。 [10]但是，雖然實現(xiàn)了變頻與變壓，可是逆變電路輸出的電壓波形仍然是一組矩形波，而不是正弦波，仍然存在許多高次諧波的成分，因此還要進行改變。一種方法是將等寬的脈沖波變成寬度漸變的脈沖波，其寬度變化規(guī)律應符合正弦波的變化規(guī)律，如圖所示。我們把這樣的波稱為正弦脈寬調制波，簡稱 SPWM 波。SPWM 波大大地減少了諧波成分，可以得到基本滿意的效果。產(chǎn)生正弦脈寬調制波 SPWM 的方法是：用一組等腰三角形波與一個正弦波進行比較，如圖所示，其相等的時刻（即交點）作為開關管“開”或“關”的時刻。南昌航空大學科技學院學士學位論文12圖 2-8 SPWM 波形生成方法將這組等腰三角形波稱為載波，而正弦波則稱為調制波。正弦波的頻率和扶植時刻控制的，如圖 2-8[11]所示，改變正弦波的頻率，就可以改變輸出電源的頻率，從而改變電動機的轉速；改變正弦波的幅值，也就改變了正弦波與載波的交點，使輸出脈沖系列的寬度發(fā)生變化，從而改變了輸出電壓。 [11]2.4.4 電動機與單片機的接口在調制波的頻率、幅值和載波的頻率這 3 項參數(shù)中，不論哪一項發(fā)生變化時，都使得載波與調制波的交點發(fā)生變化。因此，在每一次調整時，都要重新計算交點的坐標。顯然，單片機的計算能力和速度不足以勝任這項任務。過去通常的作法是：對計算做一些簡化，并事先計算出交點坐標，將其制成表格，使用時進行查表調用。但即使這樣，單片機的負擔也很重。為了使單片機從這一沉重的負擔中解脫出來，近些年來，一些廠商推出了專用于生成三相或單項 SPWM 波控制信號的大規(guī)模集成電路芯片，如HEF4752、SLE4520、SA4828 等。采用這樣的集成電路芯片，可以大大地減輕單片機的負擔，使單片機可以空出大量的時間用于檢測和監(jiān)控。在本次設計中，我們采用的便是 SA4828 三相 SPWM 波控制芯片。SA4828 時 MITEL 公司推出的一種專用于三相 SPWM 信號發(fā)生和控制的集成芯片。它既可以單獨使用，也可以與大多數(shù)型號的單片機接口。該芯片的主要特點為：全數(shù)字控制；兼容 INTEL 系列和 MOTOROLA 系列單片機；輸出調制波頻率范圍0～4kHz；16 位調速分辨率；載波頻率最高可達 24kHz；內部 ROM 固化 3 種可選波形；可選最小脈寬和延遲時間（死區(qū)） ；可單獨調整各相輸出以適應不平衡負載；看門狗定時器。SA4828 采用 28 腳的 DIP 和 SOIC 封裝。來自單片機的數(shù)據(jù)通過總線控制和譯碼進入初始化寄存器或控制寄存器。它們對相控邏輯電路進行控制。外部時鐘輸入經(jīng)分頻器分成設定的頻率，并生成三角形載波，三角載波與所選定的片內 ROM 中的調制波形進行比較，自動生成 SPWM 輸出脈沖。通過脈沖刪除電路，刪去比較窄的脈沖（如圖所示） ，因為這樣的脈沖不起任何作用，只會增加開關管的損耗。通過脈沖延遲電路生成死區(qū)，保證任何橋臂上的兩個開關管不會在狀態(tài)轉換期間短路?？撮T狗定時器用來防止程序跑飛，當時間條件滿足時快速封鎖輸出。片內 ROM 存有 3 種可供選擇的波形，它們是純正弦波、增強型波形和高效波形。如圖所示。每一種波形各 1536 個采樣值。增強型波形又稱三次諧波，它可以使輸出南昌航空大學科技學院學士學位論文13提高 20%，三相諧波互相抵消，防止電動機發(fā)熱。高效型波形又稱帶死區(qū)的三次諧波，它是進一步優(yōu)化的三次諧波，可以減小逆變開關管的損耗，提高功率利用率。寄存器列陣包含 8 個 8 位寄存器 R0～R5 和 R14、R15。其中 R0～R5 用來暫存來自單片機的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)可能是初始化數(shù)據(jù),或者是控制數(shù)據(jù)；而 R14、R15 是兩個虛擬的寄存器，物理上不存在。當向 R14 寫操作時，實際是將 R0～R5 中存放的 48位數(shù)據(jù)送入初始化寄存器。當向 R15 寫操作時，是將 R0～R5 中存放的 48 位數(shù)據(jù)送入控制寄存器。SA4828 芯片可以與多種不同種類單片機接口，這次我們選用的是 INTEL 公司的8051 單片機。8051 的地址與數(shù)據(jù)總線，因此，SA4828 芯片的 MUX 引腳接高電平或者懸空不接。通過 8051 的 P0 口與 SA4828 的 AD 口相連，提供 8 位數(shù)據(jù)和低 8 位地址，SA4828 芯片中的地址鎖存器可以鎖存來自 8051 的低 8 位地址，從而將 AD 口輸入的地址與數(shù)據(jù)分開。SA4828 的地址鎖存器由 8051 的 ALE 信號控制。同時，連接的控制信號還有讀、寫信號 RD 和 WR。SA4828 的片選信號 CS 用譯碼器 74LS138 的控制信號 SASEL 控制。 [8]SA4828 的 8 個寄存器的地址為,寄存器 R0～R5 的地址：0000H～0005H;虛擬寄存器 R14,R15 的地址:000EH,000FH。SA4828 的 SETTRIP 引腳接 8051 的 P1.1，使單片機能夠在異常情況下封鎖SA4828 的輸出。ZPPR 引腳接 8051 的 P3.2（INT0） ，測量調制波的頻率，用于顯示。SA4828 的 TRIP 引腳接一只發(fā)光二極管，當 SA4828 的輸出被封鎖時，發(fā)光二極管燈亮報警。SA4828 的 6 個輸出引腳 RPHT、YPHT、BPHT、RPHB、YPHB、BPHB 分別通過各自的驅動電路，來驅動逆變橋的 6 只開關管。2.5 位移和轉速檢測部分的設計2.5.1 位移檢測傳感器和轉速檢測傳感器的選用由于轉臺控制量的要求精度較高，必須采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，又由設計要求可知所設計的液壓飛行模擬實驗轉臺統(tǒng)必須具備位置檢測功能。所以必須通過高精度的位移傳感器對位移量進行檢測和絕對式編碼器對轉速進行檢測，將檢測結果轉換成數(shù)字量，反饋給單片機，通過單片機對這些數(shù)據(jù)進行處理，處理的結果作為控制量對電動機進行控制，從而實現(xiàn)對各個液壓缸升降速度的精確和工作臺轉速的控制，也就是對位移量的精確控制。在此我們選用光柵位移檢測傳感器。原因有如下幾點：南昌航空大學科技學院學士學位論文14（1）輸出數(shù)字信號。光柵傳感器輸出的是數(shù)字信號，這使得它易于與數(shù)字電路，特別是單片機接口。這樣就省去了模-數(shù)之間的轉換，簡化了電路。（2）高精度。由于在某些使用場合下對轉臺的工作精度要求較高，所以應選用具有較高精度的位移檢測傳感器。而光柵尺完全符合這種需求，由于精密的光刻技術和電子細分技術，以及莫爾條紋所具有的對局部誤差的消除作用，光柵傳感器可以得到很高的測量精度。目前，用于長度測量的光柵，其測量誤差可控制在0.2～0.4μm/m 以內，精度為 0.5～3μm/1500mm，分辨率可做到 0.1μm，允許計數(shù)速度為 200mm/s。（3）具備大量程。這次我們設計的同步頂升系統(tǒng)，其每個液壓缸的最大行程為400mm，所以需要傳感器具有較大的量程。但是一般的大量程的傳感器其分辨率都不高，但光柵尺卻可以很好的克服這個缺點。（4）性價比高。在測量精度方面，光柵傳感器和絕對式編碼器僅次于激光測量，而成本卻低的多。 [10]但是由于光柵傳感器的光柵片一般是用玻璃制作的，而且移動光柵片與固定光柵片之間的間隙很小，因此對環(huán)境條件如濕度、溫度、振動、沖擊等較為敏感。環(huán)境的變化會影響光柵傳感器的性能和可靠性。所以設計液壓缸的結構時我們將光柵尺密封在活塞內腔中，但不與活塞一起上下運動，活塞升降時應盡量避免油液滲透進內腔污染光柵尺和電子原件。千斤頂?shù)牡鬃赏ㄟ^螺釘與固定支架相連，可提高千斤頂?shù)姆€(wěn)定性，減少振動，亦可保護光柵傳感器。2.5.2 光柵位移和轉速傳感器與單片機的接口設計單片機與光柵傳感器的接口電路如圖 2-9 所示。它有 3 個部分組成，包括光柵信號檢測電路、辨向電路、位置計數(shù)電路。光柵信號檢測電路由光敏三極管和兩個比較器 LM339 組成。來自光柵的莫爾條紋照到光敏三極管 Ta 和 Tb 上，它們所輸出的電信號加到兩個比較器的鎮(zhèn)輸入端上，而在這 2 個比較器的負輸入端分別由 2 個 5.1kΩ 的電阻和 2 個 5.1kΩ 的可調電阻形成一定的參考電壓，該參考電壓應使光柵輸出的 Ua、Ub 的高、低電平寬度一樣（即整形） 。從 LM339 輸出的整形后的電壓信號 Ua、Ub 送到辨向電路中去，辨向電路是由與門 Y1、Y2、異或門 E1E2E3 和 4 位寄存器 95 組成。95 的數(shù)據(jù)輸入端 D1 接收 Ua，D0 接收 Ub，接收脈沖由單片機的 ALE 和 T0 端提供。因此，當 95 的接收脈沖端 LD 有脈沖下降沿產(chǎn)生時，則 Ua、Ub 的電平分別由 D1 和 D0 端輸入到 Q1、Q0 去。南昌航空大學科技學院學士學位論文15當莫爾條紋上移時，電偏平變化序列為 00011110；但當莫爾條紋下移時，電平變化序列為 00101101。在考慮的現(xiàn)新行狀態(tài)和上次狀態(tài)時，則有邏輯信號如表所列。從表中可以看出，但把上次與本次的狀態(tài)組合成一個數(shù)碼時，對于莫爾條紋上移的情況，兩端的位總是不等，中間兩位總是相等，對于莫爾條紋下移的情況，兩端的位總是相等，中間兩位總是不等。利用這種明顯相反的特點，通過邏輯電平辨別光柵移動方向。因此，在 4 位寄存器 95 中，把 Q0 輸出接到 D2 輸入端，把 Q1 輸出接到 D3 輸入端，其意義也就是 Q3、Q2 寄存 Ua、Ub 原來的電平，用 Q1、Q0 寄存 Ua、Ub 現(xiàn)在的電平。這樣在 95 中就形成了表 3-1[10]中所列的代碼。從單片機送來的脈沖信號是 95 接收數(shù)據(jù)的時鐘信號，這個時鐘信號的頻率較高，但這個信號從 95 的 LD 段輸入時，就產(chǎn)生了這種情況：只有當現(xiàn)行的 Ua、Ub 電平變化時，才會產(chǎn)生表所列的編碼；如果 Ua、Ub 電平不變，在 95 中的 Q3Q2 的數(shù)碼和Q1Q0 中的數(shù)碼會完全一樣。例如，UaUb=01，而且不變，則接收數(shù)據(jù)信號從 LD 輸入時，95 接收的結果為 0101,當 UaUb=00 時，在 95 接收后為 0000。這些情況有利于判別 Ua、Ub 電平變化。很明顯，有如下結論：（1）當 Ua、Ub 不變時，95 的 Q3Q2 和 Q1Q0 相同。所以，只有當 Q2Q1 不等時，南昌航空大學科技學院學士學位論文16南昌航空大學科技學院學士學位論文17Q3Q0 也不等；當 Q2Q1 相等時，Q3Q0 也相同。（2）當 Ua、Ub 變化時，95 的 Q3Q2 寄存 Q1Q0 上次的數(shù)據(jù)，Q1Q0 寄存當前的數(shù)據(jù)，即 Ua、Ub 電平。表中有，Q3Q0 相同，Q2Q1 不同時，莫爾條紋下移；Q3Q0 不同，Q2Q1 相同時，莫爾條紋上移。為了實現(xiàn)上面 2 點結論，在圖中采用了 Y1、Y2、E1、E2、E3 組成的邏輯電路。當 Ua、Ub 不變時，Y1、Y2 不應產(chǎn)生任何計數(shù)信號。這時，由于 Ua、Ub 不變，則有Q2Q1 不等，Q3Q0 也不等；或者 Q2Q1 相同，Q3Q0 也相同。當 Q2Q1 不等時，就輸出1，同時 Q3Q0 也不等，E3 也輸出 1，這樣，E1 就會輸出 0。所以 Y1、Y2 也就輸出0，它們都不會產(chǎn)生計數(shù)信號。當 Q2Q1 相同，Q3Q0 也相同時，E2 輸出 0,E3 輸出 0,故 E1 也輸出 0,使 Y1、Y2 必定輸出 0，也不會產(chǎn)生計數(shù)信號。在 Ua、Ub 變化的情況下，當莫爾條紋上移時，則必有 Q2Q1 相同，Q3Q0 不同。這時，E2 輸出 0，E3 輸出 1,使 E1 輸出 1。因此,Y1 輸出 0,Y2 輸出 1.Y2 輸出的上升沿使 4 位加/減同步計數(shù)器 193 進行加法計數(shù)。當莫爾條紋下移時，必有 Q2Q1 不同，Q3Q0 相同。這時 E2 輸出 1，E3 輸出 0，使 E1 輸出 1。因此，Y 輸出 1，Y2 輸出 0。Y1 輸出的上升沿使 4 位加/減同步計數(shù)器193 進行減法計數(shù)。位置計數(shù)電路由 2 片 93 串聯(lián)組成，形成 8 位計數(shù)器。193 是 4 位加/減計數(shù)器，加法計數(shù)時，計數(shù)信號由 CU 端輸入，進位信號從 CY 端輸出；減法計數(shù)時，計數(shù)信號由 CD 端輸入，借位信號從 BW 端輸出。193 可以預置數(shù)據(jù)，預置數(shù)據(jù)從 D0～D3 輸入，接收預置數(shù)據(jù)的脈沖信號從 LD 端輸入。當 LD=0 時，193 接收 D0～D3 輸入的數(shù)據(jù)。CLR 是清 0 端，CLR=1 時 193 清 0。在預置和計數(shù)時，要求 CLR=0。在圖 3-9 中，2 個 193 的 LD 端連在一起，通過電阻 R1 接+5V，并經(jīng)電容 C0 接地。所以，愛接通電源的瞬間有 CLR=0，LD=0，使 193 接收 D0～D3 輸入的數(shù)據(jù)，即193 清 0。然后，193 的內容由 CU 和 CD 端的計數(shù)脈沖信號確定。單片機通過 P1 口接收 193 輸出的 8 位數(shù)據(jù)，從而得到光柵的現(xiàn)行位置。3． 機械結構與液壓傳動系統(tǒng)設計該液壓飛行模擬實驗轉臺由升降系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分組成，可以通過升降系統(tǒng)來實現(xiàn)上工作平臺的傾斜角度、通過傳動系統(tǒng)來實現(xiàn)上工作平臺的旋轉，從而達到模擬飛機或導彈在空中飛行時的各種姿態(tài)，而控制系統(tǒng)則用來控制升降系統(tǒng)中各個液壓缸上升的高度和傳動系統(tǒng)中的電動機的轉速從而達到工作平臺要南昌航空大學科技學院學士學位論文18求的工作角度和旋轉速度。升降系統(tǒng)有液壓式、氣電式、氣壓式、汽液兩用式等，考慮到成本、實用性、使用舒適度等因素，我們最終選用了技術比較成熟的液壓系統(tǒng)。傳動系統(tǒng)有齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動、螺紋傳動、帶輪傳動，考慮到有沖擊則采用帶輪傳動，同時采用離合器從而減少對電動機的慣性沖擊?？刂葡到y(tǒng)可以是微機、單片機、可編程控制器等，考慮到本次設計的飛行模擬實驗轉臺僅有 3 個液壓缸和一個電動機，控制器需要進行的運算量不大，而且本系統(tǒng)提供的功能并不復雜，單片機 MCS-51 足以。所以從節(jié)省成本的角度出發(fā)選擇了單片機控制系統(tǒng)。該液壓飛行模擬實驗轉臺機械結構如圖 3-1 所示。3.1 升降系統(tǒng)結構分析升降系統(tǒng)有液壓式、氣電式、汽液兩用式等，考慮到成本、實用性、使用舒適度等因素，我們最終選用了技術比較成熟的液壓系統(tǒng)。該升降系統(tǒng)由三個液壓缸組成。我們所設計的液壓飛行模擬轉臺的主要參數(shù)是總高約 1500mm，最大行程為400mm，最大載荷為 1t。因液壓飛行模擬轉臺載荷較大，位置精度要求較高，故上升速度不宜過大，最大上升速度應控制在 50mm/min 以內。3.1.1 液壓缸結構由于液壓缸的外形尺寸較大，需承受的較大的沖擊載荷，所以初步擬定采用了法蘭型液壓缸的結構原型，并在此基礎上針對液壓缸的使用特性進行調整其總體結構如圖 2-2 所示。為了實現(xiàn)工作平臺的傾斜角度，液壓缸的工作臺與活塞桿應采用轉動連接副相連。當液壓缸工作時，液壓缸的工作臺自由轉動，所以設計時將活塞桿頂部插入球頭，與工作臺形成轉動副。如圖 3-3 所示。球頭與活塞桿采用緊固螺釘固定。由于光柵尺尺寸較長，只能將活塞和活塞桿做成中空狀來放置光柵傳感器。這樣活塞與活塞桿之間不宜采用螺母緊固，方便起見，我們將活塞和活塞桿合為一體，材料同為 45 號鋼。工作時發(fā)光元件與光敏元件隨活塞作同步運動，光柵尺下端固定在底蓋上不動，光源與光柵尺的相對位移量通過讀數(shù)頭轉化為數(shù)字信號傳遞給單片機。南昌航空大學科技學院學士學位論文19南昌航空大學科技學院學士學位論文20圖 3-2 液壓缸總體結構圖圖 3-3 液壓缸的工作臺與活塞之間的連接由于液壓缸的行程較長，達 400mm，當工作臺旋轉一個角度去承載重物時容易產(chǎn)生較大的彎曲力矩使活塞桿折斷。所以有必要設計一個支撐套進行保護。支撐套與油缸壁之間采用通孔螺釘緊固。南昌航空大學科技學院學士學位論文21由于光柵傳感器放在液壓缸內部，考慮到其信號線的連接問題，我們將油缸底蓋與液壓缸底座之間留有一定空間。為了方便裝卸，不宜將底蓋與油缸焊接。經(jīng)過多方面的考慮，比較了多種方案后，采用了如圖 3-4 所示的方法固定底蓋。圖 3-4 中液壓缸底座處轉有 4 個螺紋孔，用 4 個型號為 M16x44 的六角頭螺栓將底蓋頂起至油缸卡槽處。螺桿長度比實際所需的長 3～5mm，可通過增加墊片的方法達到使 4 個螺栓平均分配載荷的目的。底蓋上套有密封圈，防止漏油。液壓缸底座與油缸通過 4個內六角螺釘緊固。在底座和油缸兩側各開一個通孔用于連接光柵傳感器的信號線。3.1.2 液壓缸零部件分析由于液壓缸可能會在比較惡劣的條件下使用，而且在裝載和卸載重物時，可能會因操作不當而對千斤頂?shù)鬃斐奢^大沖擊，導致整個系統(tǒng)遭到破壞。所以底座采用具有較高強度和韌性的球墨鑄鐵 QT600－３。圖 3-4 液壓缸底蓋的固定方式油缸是液壓系統(tǒng)的主要零件，它與底座、底蓋、油口、導向套等零件構成密封的容器，用于容納壓力油液，同時還是活塞的運動軌道。所以設計油缸時，應該正確的確定各部分的尺寸，保證液壓缸有足夠的輸出力、運動速度和有效行程，同時還必須具有一定的強度，能足以承受液壓力、負載力和意外的沖擊力；缸筒的內表南昌航空大學科技學院學士學位論文22面應具有合適的公差等級、表面粗糙度和形位公差等級，以保證液壓缸的密封性、運動平穩(wěn)性和耐用性。對油缸材料的可選空間很大，對其進行篩選需要有足夠的耐心。對油缸的要求：1．要有足夠的強度，能長期承受最高工作壓力及短期動態(tài)壓力而不致產(chǎn)生永久變形；2．要有足夠的剛度，能承受活塞側向力和安裝時的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲；3．內表面與活塞密封件及導向套的摩擦作用下，能長期工作而磨損很少，尺寸公差等級和形位公差等級足以保證活塞密封件的密封性；4．最好還需要有良好的可焊性，以防在需要焊接的時候不致產(chǎn)生裂紋或過大變形。 [4]最后我們選定各方面性能良好的 45 號鋼。油缸毛坯普遍采用退火的冷拔或熱軋無縫鋼管，現(xiàn)在國內市場上已有內孔經(jīng)珩磨或內孔精加工的無縫鋼管賣，只需按所要求的長度切割即可。本次設計雖然活塞與活塞桿采用了一體式設計，采用相同的材料，但對他們的工藝要求很不相同，所以分開來介紹。由于活塞在液體壓力的作用下沿缸筒往復滑動，因此，它與缸筒的配合應適當，既不能過緊，也不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動壓力增大，降低機械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的滑動配合表面；間隙過大，會引起液壓缸內部泄露，降低容積效率，使液壓缸達不到要求的設計性能?；钊牧衔覀冞x用的是 45 號鋼?；钊鈴降呐浜弦话悴捎?f9 的公差等級，外徑對內孔的同軸度公差不大于0.02mm，端面與軸線的垂直度公差不大于 0.04mm/100mm，外表面的圓度和圓柱度一般不大于外徑公差之半，內孔的工作表面粗糙度 Ra 值選用 0.16μm?；钊麠U要在導向套中滑動，一般采用 H8/f7 的配合。太緊了，摩擦力大，太松了，容易引起卡滯現(xiàn)象和單邊磨損。其圓度和圓柱度公差不大于直徑公差之半。安裝活塞的軸徑與外圓的同軸度公差不大于 0.01mm，是為了保證活塞缸外圓與活塞外圓的同軸度，以避免活塞與缸筒、活塞桿與導向套的卡滯現(xiàn)象。安裝活塞的軸肩端面與活塞桿軸線的垂直度公差不大于 0.04mm/100mm，以保證活塞安裝不產(chǎn)生歪斜?；钊麠U的外圓粗糙度 Ra 值取 0.16μm。太光滑了，表面無法形成油膜，反而不利于潤滑。為了提高耐磨性和防銹性，活塞桿表面需進行鍍鉻處理，鍍層厚0.03～0.05mm，并進行拋光或磨削加工?；钊麠U導向套裝在缸筒和支撐套的內側，被限制在缸筒和支撐套的卡槽之內，但不固定死。用以對活塞桿進行導向，內裝有密封裝置以保證缸筒的密封。上方裝有防塵圈，以防止活塞桿在后退時把雜質、灰塵及水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置。如圖 3-5 所示：南昌航空大學科技學院學士學位論文23導向套的材料我們選用的是摩擦系數(shù)較小、耐磨性好的青銅 ZQSn-1。導向套外圓與缸筒內孔工作表面的配合多為 H8/f7，內孔與活塞桿外圓的配合也可采用H8/f7。外圓與內孔的同軸度公差不大于 0.03mm，圓度和圓柱度公差 0.05mm。本次設計中所有的密封裝置都采用的是 O 型密封圈。O 型密封圈在往復運動過程中，除了自密封作用外，由于壓力的作用和液體分子與金屬表面相互作用的結果，又業(yè)中所含的“極性分子”便在金屬便表面形成一個堅固的邊界層油膜，且對軸產(chǎn)生很大的附著力。該油膜始終存在于密封件與往復運動軸之間，從泄露的角度看，這是有害的，長時間的使用后會造成油液的泄露；但它對運動密封面的再潤滑卻起到異常重要的作用。所用材料是橡膠。符合 GB3452.1-82 的標準。 [4]圖 3-5 導向套的設計液壓缸底座與油缸之間的連接、光柵尺密封層與活塞之間的連接還有支撐套與油缸壁之間的連接件采用的都是沉頭內六角螺釘。符合 GB70-85 的標準。工作臺與蓋板之間的連接和對油缸底蓋的頂升都采用了六角頭螺栓，并符合 GB5783-86 的標準。3.1.3 油缸的壁厚校驗油缸的額定壓力 Pn應低于一定極限：………………………………………………………（3-1） [4]21snD)-(σ35.0≤P式中：P n－額定工作壓力；南昌航空大學科技學院學士學位論文24D1－油缸外徑，本次為 116mm；D－油缸內徑，本次為 86mm；σ S－油缸材料屈服強度。油缸的材料為 45 號鋼，查表可得 σ S=360MPa；由此可知上式 右邊=50.745 MPa液壓缸最大工作載荷為 1t，面積為 4757.1mm2…………………………(3-2) [4]MP745.0≤12.)D-(πw4sP aa21maxaxn==其中：Wmax 為最大工作載荷，本次為 10000N。經(jīng)校驗，油缸壁所受壓力在許可范圍之內。3.2 傳動系統(tǒng)結構分析與計算傳動系統(tǒng)是由電動機提供動力，為了防止在啟動和關閉是電動機受到?jīng)_擊，在電動機與軸連接處采用離合器，然后通過皮帶輪將動力傳到工作臺帶動工作臺旋轉，從而達到模擬飛行的轉動。由于工作時平臺上將放重物為了減少軸承所承受的稠向力,所以在工作臺下用滾球與支撐臺接觸,既減少了對軸承的力而且采用滾珠是滾動摩檫使得摩檫力不是很大從而所需要的轉距不大。該系統(tǒng)由電動機、離合器、皮帶輪以及軸和軸承組成。其結構圖如圖 3-6 所示。南昌航空大學科技學院學士學位論文25圖 3-6 傳動機構圖3.2.1 電動機的選擇電動機是已經(jīng)系列化了的標準產(chǎn)品。在設計中，主要根據(jù)所需電動機的輸出功率、工作條件及經(jīng)濟要求，從產(chǎn)品目錄中選擇其類型、結構形式、容量（功率）和轉速、并確定其型號。（1）電動機類型的選擇因為三相交流異步電動機（特別是鼠籠式感應電動機）具有結構簡單，工作可靠，價格便宜和維護方便等優(yōu)點，所以應用廣泛。尤其在中小功率，無須調速而又長期帶動穩(wěn)定或變動載荷的設備中用得較多。在選擇電動機的類型時，主要考慮的是：靜載荷或慣性載荷的大小，工作機械長期連續(xù)工作還是重復短時工作，工作環(huán)境是否多灰塵或水土飛濺等方面。對于一般用途，無特殊要求的工作機械（如機床，鼓風機，水泵等）通常選用J2 或 JO2 型電動機。對于灰塵較多或水土飛濺的地方（如磨粉機，碾米機，農(nóng)用機械，礦山機械等）則必須選用 JO2 型封閉自冷式電動機。對于起動載荷或慣性載荷較大的機械（如連續(xù)運輸機械，壓縮機，錘擊機，柱塞式泵等） ，則宜選用 JO3 或 JO2 型電動機。對于各種型式的起重機，牽引機和冶金機械設備等，必須選用 JZ，JZR 型起重及冶金用三相異步電動機。（2）電動機轉速的選擇同一功率的異步電動機有每分鐘轉速為 3000、1500、1000、750 的幾種。當工作機械（如鼓風機，壓縮機等）轉速較高時，一般選用同步轉速為 3000 轉/分的電動機較為經(jīng)濟。如果工作機械的轉速太低（即傳動裝置的總傳動比太大） ，將導致傳動裝置機構復雜，價格較高，所以需要全面考慮。在一般機械中 1500 和 1000 轉/分的電動機用得最多。它們適應性大，供應普遍。同步轉速為 750 轉/分的電動機，只有要求低轉速，在功率較大，起動次數(shù)頻繁等情況下才使用。（3）電動機功率的選擇電動機功率的選擇與電動機本身發(fā)熱，載荷大小，工作時間的長短有關，因此應根據(jù)不同的工作情況考慮。對于長期連續(xù)工作，載荷穩(wěn)定或很少變化的工作機械，一般應根據(jù)電動機的額定功率約大于所需功率 10%來選擇電動機?？梢酝ㄟ^以下幾種方法確定電動機的功率：南昌航空大學科技學院學士學位論文261. 可以在測定和估算出工作機構的有用功率，查表得到有關機械傳動的效率之后，運用公式計算2. 看看功率相仿的同類型機械所用的電動機，進行類比選擇。3. 假如根據(jù)同類機器進行仿造，需要重新考慮電動機功率，則可先用鉗型電流表測定機器的滿載電流，然后按“2.5 安約需 1 千瓦”的經(jīng)驗數(shù)據(jù)估算出來。 [5]（4）電動機的計算和具體選擇由于工作臺最大載荷為1t,約為10000N。由f=u*F,T=f*L………………（3-3） [5]式中：f-摩檫力 ,單位N;u-摩檫系數(shù) ,單位1;F-物體重力,單位N;T-扭距,單位N m;?L-力臂長度,單位 m。在額定狀態(tài)下運行時有： 式中:n-轉速,單位r/min。可估算出nP5.9T=P 1.2kW≈考慮到V帶傳動、離合器和設計余量取該電動機的額定功率P為1.5kw。據(jù)以上計算所得電動機參數(shù)以及考慮到電機工作的環(huán)境選擇砂輪電動機的型號為：Y100L-6。其功率為1.5kw，同步轉速為1000r/min，滿載轉速為9400r/min、電流3.97A、效率77.5%、功率因數(shù)（cos?）0.74，堵轉電流為額定電流的6倍，堵轉轉矩為額定轉矩的2倍。 [5]Y2系例三相異步電動機完全封閉，外扇冷式、鼠籠型結構。具有設計新穎、造型美觀、噪聲低、效率和轉矩較高、起動性能好、結構緊湊、使用維護方便等優(yōu)點。整機采用F級絕緣，且按國際慣例的絕緣結構評定方法設計，從而大大提高了整機安全可靠性。3.2.2 計算各軸的轉距及尺寸設計與校核 3.2.2.1 軸轉距計算 取軸的離合器的傳動效率為 0.991軸：……………………………………………（3-kw458.190.ηp=×=4） ………………………………………（3-mN095T1?5） [6]南昌航空大學科技學院學士學位論文272軸：kw41.950.1ηp=×=mN78950T由于設計的方案中，與軸進行裝配的零件只有離合器，重量都比較輕，故所受的彎矩很小，可以忽略不計。因此下面將主要校核軸徑尺寸、軸的剛度以及軸的扭轉變形。3.2.2.2 軸尺寸設計根據(jù)軸的扭轉強度條件為：………………………………………………（3-6） [6]]τ[≤d2.0np95WTτT3t=其中： 為扭轉切應力，單位為 MpaTτT 為軸所受的扭矩，單位為 N.mm為軸的抗扭截面系數(shù)，單位為tw3mn 為軸的轉速，單位為 r/minp 為軸傳遞的功率，單位為 kwd 為計算截面處的直徑，單位為 mm由上式可得的直徑 [6]303T3TnPA]τ[2.095n].τ[2095≥=×=其中 30]τ[.A根據(jù)所選軸的材料為45號鋼，查表15—3，取 [6]10=A則對于 1 軸：m76.12940.51≥d3×所以取與離合器配合段的軸徑為 50mm， 則另一端安裝皮帶輪處的直徑為40mm。對于 2 軸：南昌航空大學科技學院學士學位論文28m9.1805..≥d3=×初所以取與皮帶輪配合段的軸徑為 45mm， 則另一端安裝工作臺處的直徑為 60mm并采用花鍵形式。3.2.2.3 校核各軸的扭轉剛度根據(jù)下面公式進行校荷各軸…………………………………………………………………（3-7）tmaxwTτ=[6]設計時，各軸選材都為 45 號鋼，其 ，在這里取 30mpa，由于MPaT45~2]τ[=各軸的結構形式基本相同，故它們的扭距圖也相同。如下圖 2-7 所示：圖 3-7 各軸的扭矩示意圖對于 1 軸: MPa302.1)04(π6.156D.wTτ 3-3tmax ×°式中: -包角, 單位度。1所以主動輪上的包角合適。（6） 計算窄 V 帶的根數(shù) z[6]…………………………………………………………(3-15)la0ck)pΔ(z+=式中:Ka-包角系數(shù)，單位 1；KL-長度系數(shù), 單位 1；P0-單根皮帶的基本額定功率,單位 kW；-額定功率增量,單位 kWΔpZ-皮帶根數(shù)。由 i=2 ，查表 8—5a 和表 8—5b 得min/r940n1=10d2=kw4.pkw19.0pΔ=查表 8—8 得： 96a查表 8—2 得： 3.0l則：