精密机械设计课程设计1.doc

精密机械设计课程设计 一、设计任务 红外跟踪仿真系统传动机构设计 “仿真”，顾名思义就是模仿某种实物的真实运动，用以测试它的真实性能。红外跟踪仿真就是利用计算机创建一个虚拟环境来模拟红外制导空空导弹对目标实行精确的跟踪打击，从而测试出它的打击特性。由于导弹飞行实验技术复杂、规模大、成本高等实际因素制约了打靶次数，无法进行实际的实物仿真，只能用计算机和物理模型相结合，来模拟一个与导弹使用情况类似的环境，进而得到它的比较确切的实际特性。 二、设计原理与方案 由于导弹跟踪是根据目标在跟踪器上光斑大小和光能量大小，可依据此原理来设计红外跟踪仿真系统。 2.1方案 飞行目标尾喷口喷出红外光波（等效于一个黑体光源），物高为尾喷口大小。物距为尾喷口到接收透镜的距离。像高为尾喷口通过接收透镜后在接收面上的高度。像距’可由成像公式计算得出。如图1所示。图中为焦点到像点的距离。 图1 导弹跟踪光学系统简图 这里物方介质和象方介质都为空气，折射率均为1。 2.1.1成像位置 设接收透镜的焦距为=50mm， 高斯物距 l = - (40000～2×107 )mm 由于焦距相对于物距很小，≈x,牛顿物距亦为x = - (60000～2×107 )mm 根据牛顿公式： = 牛顿象距 代入焦距和物距得： =0.05～0.000125mm 也是象点的离焦量。 不论目标距是20000m还是40m，离焦量是很小的，它们的象距差是很小的。实际上我们把CCD接收面置在接收透镜的焦面上，CCD定位精度也只是0.05mm。 因此，可以认为目标距在20000m- 40m变化时，象面不变，都位于接收透镜的焦面。 从上面分析可知，目标距变化时，物距变化，但象距不变。 由象高公式： 可得： 因为物高和象距都为常数 由此可知象高与物距成反比。即目标距变化时，接收面上的像光斑大小与目标距成反比。可以用光斑大小来反映目标距。 已知物距（目标距）和物高（尾喷口直径），而探测器在透镜焦面上，因此可以计算物面对孔径光阑的张角，即视场角。视场角2(和目标距离的关系为： 光斑大小也反应了视场角大小。如图2。 图2红外目标的视场角 2.2仿真原理 目标仿真要求在接收物镜的像面上光斑大小和能量与实际跟踪系统相符。它实际是让一光源照明一物体，该物通过光学系统成像在接收镜的焦面上，其光斑大小和能量与实际相符，而且能够控制光斑大小及能量发生变化，反映目标距的变化。 物体成像在接收物镜焦面上，则物体在无限远，位于一个准直透镜的物方焦面上。 仿真器的光学系统如图3。由电机控制视场光阑的大小变化。 图3仿真器光学系统图 1 光源 2聚光镜 3视场光阑 4准直物镜 5接收镜 6光敏面 三、系统设计 动力源 电动机是比较传统但也是最常用的传递动力的装置，一般分为同步电机、异步电机、三相电机等。这里用的是同步电机，它将电能转化为机械能，通过传递装置传递给齿轮，从而带动齿条的直线运动，进而实现光阑大小的变化 。 由于此仿真系统受体积、重量、价格等因素的限制，在此只能选小型电动机来提供动力。 减速装置 因为齿轮传递的转动范围比较大，而光阑的缩进范围较小，故需要减速装置来减小齿轮的传动，这里的减速装置就是减速箱，它能达到确定的减速比，较精确的实现光阑的开合大小。减速箱还有改变运动方向，实现不同转速比的作用。此仿真系统中需要的减速比是42：1。 齿轮减速箱装配图 齿轮减速箱实物图 齿轮齿条 其实有很多不同的机构都能实现光阑视场大小的变化，但每种都有它的优劣点，最终选择齿轮齿条机构是由于它首先能满足功能要求，其次也能达到一定的精度要求，原理简单易懂，实现起来方便，另外它的缺点可通过改进装置来减小和避免。 一个齿轮，上下各一条齿条。齿轮转动时，上下齿条等速的相对移动，带动两个有开口的光阑片相对移动，开口大小变化，实现了视场光阑大小变化 。 其他的传动机构： 3.1 彩虹光阑传动机构 优点：外形美观，结构较简单，易于操纵。 缺点：精度低，易卡死，能量损耗大。 彩虹光阑由很多光阑片组成，若其中任一片有损坏，则光阑片就不能正常工作，也就失去了它的作用。 3.2 螺旋传动机构 由滚珠丝杆驱动的两个有一定开口形状的金属叶片组成的,两段螺纹旋向相反. 螺旋传动以其精度高、操作方便等优点被很多人纳入考虑范围之内，但它一个致命的缺点就是它的起燃时间，由于在起燃时间内光阑进给量太小，达不到要求，故就被排除在外了。它的工作原理其实很简单，首先固定其中一个螺母，然后通过调节另一个螺母就能达到改变光阑范围的功能。 四、零件图