四軸飛行器的設(shè)計(jì)

《四軸飛行器的設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《四軸飛行器的設(shè)計(jì)（31頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 深 圳 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè)計(jì)） 題目: 四軸飛行器的設(shè)計(jì) 姓名: * * * 專業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)院: 機(jī)電工程學(xué)院 學(xué)號(hào): 12880008 指導(dǎo)教師: * * * 職稱： 2016年 4月 19日  深圳大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)

2、）誠信聲明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)），題目《 》 是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式注明。除此之外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果。 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日

3、 目錄 一．綜 述 7 （一） 產(chǎn)品發(fā)展歷史 7 （二） 項(xiàng)目研究現(xiàn)狀 7 （三） 研究目的 7 （四） 主要研究內(nèi)容 8 二．產(chǎn)品工作原理 9 （一） 產(chǎn)品技術(shù)方案的提出 9 （二） 產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu) 9 （三） 產(chǎn)品工作原理 9 三．產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 （一） 產(chǎn)品性能要求 12 （二） 產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)算 12 1. 參數(shù)選擇 12 2. 估算整機(jī)重量 13 3. 功率計(jì)算 13 4. 上下平板連接使用螺紋連接類型及連接件選擇 14 5. 機(jī)身支架與馬達(dá)底座之間控軸公差與配合 15 （三） 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 1. 產(chǎn)品裝配圖 17 機(jī)架裝配 18 電

4、機(jī)裝配 19 腳架裝配 20 2. 產(chǎn)品零件圖 21 緩沖套 21 腳架 21 馬達(dá)底座 22 下平板 22 橡膠套1 23 橡膠套2 23 四．結(jié)構(gòu)分析與試驗(yàn) 25 結(jié)論 26 【摘要】 Solidworks軟件是美國Solidworks公司開發(fā)的三維CAD軟件，是世界上第一個(gè)基于windows開發(fā)的三維CAD軟件，功能強(qiáng)大、易學(xué)易用與技術(shù)創(chuàng)新是Solidworks軟件的三大特點(diǎn)。通過SolidWorks的三維建模，可以有效減少設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤并提高產(chǎn)品質(zhì)量。，SolidWorks對(duì)于每位工程師和設(shè)計(jì)者來說，操作方便、易學(xué)易用，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一大利器。 本論文是

5、對(duì)四軸飛行器的工作原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析并對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過對(duì)四軸飛行器的設(shè)計(jì)，獲得馬達(dá)底座、上平板、下平板及腳架等零件的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)用Solidworks對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì)，然后生成工程圖，最后再利用Solidworks進(jìn)行裝配和仿真。 【關(guān)鍵詞】SolidWorks、四軸飛行器、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、三維建模、裝配和仿真 前言 四軸飛行器是屬于無人飛行器的一種，通過調(diào)節(jié)四個(gè)電機(jī)來控制四個(gè)螺旋槳升力的變化，從而改變飛行器的飛行姿態(tài)和位置。四軸飛行器最開始的時(shí)候是由軍方研發(fā)的一種新式的飛行器。隨著單片機(jī)、微機(jī)電系統(tǒng)傳感器、電機(jī)和電池技術(shù)的發(fā)展與普及，四軸飛行器現(xiàn)今成為了航模界的

6、新銳力量。到現(xiàn)在，四軸飛行器已經(jīng)應(yīng)用到各個(gè)不同的領(lǐng)域，比如軍事打擊、警用追捕、災(zāi)害救援、農(nóng)林業(yè)的調(diào)查、輸電線巡查、廣告宣傳、航拍、航模玩具等等，已經(jīng)成為非常重要的遙感平臺(tái)。就以農(nóng)業(yè)調(diào)查為例子，傳統(tǒng)的調(diào)查方式是到現(xiàn)場抽樣調(diào)查或者用航空航天遙感。抽樣的方式工作量較大，而且其準(zhǔn)確性會(huì)受主觀因素影響；而使用遙感方式可以同時(shí)在大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)查，時(shí)效性和準(zhǔn)確性相對(duì)于抽樣的方式都有了較大的提升，但只能得到大型農(nóng)作物的宏觀指標(biāo)，而且成本比較高。不連續(xù)的地塊和小種作物等很難運(yùn)用遙感調(diào)查。所以，低空低成本的遙感技術(shù)顯得非常重要，而四軸飛行器正正符合低空低成本的遙感平臺(tái)的要求。 目前應(yīng)用比較廣泛的飛行器有：固定翼

7、飛行器與單軸的直升機(jī)。和固定翼飛行器相比較，四軸飛行器的機(jī)動(dòng)性好，動(dòng)作靈活，且可以垂直起飛降落和懸停在空中，則缺點(diǎn)是續(xù)航時(shí)間比較短、飛行速度較慢；而與單軸直升機(jī)比較，四軸飛行器的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，不用尾槳抵消反力矩，成本比較低。本文就小型電動(dòng)四軸飛行器，介紹四軸飛行器的一種實(shí)現(xiàn)方案，重點(diǎn)講解四軸飛行器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)幾個(gè)比較重要的零件進(jìn)行講解。 一．綜 述 （一） 產(chǎn)品發(fā)展歷史 四軸飛行器，又稱為四旋翼飛行器，作為當(dāng)下最熱門的其中一種飛行器，已經(jīng)受到了越來越多科學(xué)愛好者和不同商業(yè)公司的關(guān)注。下面我就來簡單講述一下四軸飛行器的發(fā)展歷史。 1907年，在法國，Breguet兄弟制造出了

8、第一架四旋翼直升機(jī)，在這次飛行中沒有用任何的控制，所以飛行的穩(wěn)定性很差。 1921年，Deorge De Bothezat 在位于美國俄亥俄州西南部城市代頓的美國空軍部建造了另外一架大型的四旋翼直升機(jī)，先后進(jìn)行了100多次的飛行試驗(yàn)，但是還是沒有辦法很好的控制直升機(jī)飛行，并且沒有達(dá)到美國空軍的標(biāo)準(zhǔn)。 1924年，出現(xiàn)了一種叫做Oemichen的四旋翼飛行器，四旋翼直升機(jī)首次實(shí)現(xiàn)了1km的垂直飛行。 1956年，Convertawing制造了一架四旋翼直升機(jī)，這架直升機(jī)的螺旋槳直徑超過了19英尺，使用了兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)，并且通過改變各個(gè)螺旋槳提供的升力來控制飛行器。 在之后的幾十年里面，四旋翼

9、直升機(jī)并沒有一些大的進(jìn)展。 在近來十幾年，隨著微機(jī)電系統(tǒng)、傳感器和控制理論等技術(shù)的發(fā)展，四旋翼直升機(jī)又引起了人們極大的興趣。研究集中在小型或者微型四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)、飛行控制以及能源動(dòng)力等方面。 （二） 項(xiàng)目研究現(xiàn)狀 說到四軸飛行器，我們首先要討論的就是DJI大疆創(chuàng)新科技有限公司。DJI在早年專注于研發(fā)直升機(jī)自動(dòng)控制器上。但在2010年，AR.Drone的成功讓大疆公司開始考慮四軸飛行器產(chǎn)品。兩年后，大疆就推出了風(fēng)火輪系列四軸機(jī)架、悟空四軸飛行控制器和S800六軸飛行器。在當(dāng)時(shí)，在全球范圍內(nèi)AR.Drone引領(lǐng)了一股將四旋翼商業(yè)化的熱潮，大疆只是眾多個(gè)小四旋翼公司中稍微出眾的一個(gè)。

10、 隨著2013年DJI Phantom的推出，四軸飛行器的市場形勢發(fā)生了巨大的變化。Phantom具有優(yōu)雅的白色流線型外形；和AR.Drone一樣操控簡便，新手學(xué)習(xí)半個(gè)多小時(shí)就可以飛行。Phantom比AR.Drone尺寸大得多，抗風(fēng)性更好，還有內(nèi)置GPS導(dǎo)航功能，可以在戶外很大的范圍飛行。而更加重要的是，當(dāng)時(shí)使用GoPro拍攝極限運(yùn)動(dòng)成為了許多歐美國家的時(shí)尚，而Phantom提供了GoPro的連接架，讓使用GoPro拍攝極限運(yùn)動(dòng)的人們有了新視角。并且多旋翼系統(tǒng)比起直升機(jī)航拍靈活了不少，能讓拍攝者自由的控制拍攝角度和距離。此后，大疆很快又推出了能精確使相機(jī)小抖的云臺(tái)，使S800的航拍影像質(zhì)量到

11、達(dá)了電影水平。 （三） 三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件solidworks軟件介紹 SolidWorks軟件是達(dá)索系統(tǒng)下的子公司SolidWorks公司推出的一款三維CAD系統(tǒng)，是世界上第一個(gè)基于Windows設(shè)計(jì)的三維CAD軟件。CV公司的副總裁和PTC公司的副總裁于1993年共同發(fā)起、創(chuàng)立了SolidWorks公司，在1995年成功推出了SolidWorks軟件。SolidWorks的技術(shù)創(chuàng)新特點(diǎn)符合CAD的發(fā)展趨勢使SolidWorks公司在兩年間成為CAD/CAM產(chǎn)業(yè)中獲利最高的公司。在一些麻省理工大學(xué)和斯坦福大學(xué)在內(nèi)的名牌大學(xué)里，SolidWorks已經(jīng)被設(shè)為制造專業(yè)的必修課程。 功能強(qiáng)

12、大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks軟件的三大特點(diǎn)。SolidWorks省去了設(shè)計(jì)過程中的三維視圖和二維視圖間的轉(zhuǎn)化過程，直接從三維模型入手。設(shè)計(jì)者可以通過鼠標(biāo)方便的使用旋轉(zhuǎn)、拉伸、抽殼、特征陣列及異型孔向?qū)У裙δ?，不斷修改三維實(shí)體造型，最終完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。SolidWorks的參數(shù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)模式使用戶可以通過修改相關(guān)的參數(shù)，從而動(dòng)態(tài)修改設(shè)計(jì)參數(shù)，最終完善設(shè)計(jì)方案。這種特點(diǎn)可以讓用戶快速的發(fā)現(xiàn)零部件中的機(jī)械缺陷，然后直接修改模型，減少了設(shè)計(jì)中的各種錯(cuò)誤。SolidWorks還有系統(tǒng)自帶的標(biāo)準(zhǔn)件庫，包含螺栓、螺釘、螺母、螺柱和墊圈等常用零部件，在裝配時(shí)可以直接調(diào)用。 （四） 研究目

13、的 （1）培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)課程的知識(shí)去解決機(jī)械工程問題的能力，并使所學(xué)知識(shí)得到鞏固和發(fā)展。 （2）學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)的一般方法和簡單機(jī)械結(jié)構(gòu)裝置的設(shè)計(jì)步驟。 （3）進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)基本技能的訓(xùn)練，如計(jì)算、繪圖和學(xué)習(xí)使用設(shè)計(jì)資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。 （五） 主要研究內(nèi)容 （1）擬定和分析主體結(jié)構(gòu)裝置的設(shè)計(jì)方案。 （2）進(jìn)行機(jī)體的設(shè)計(jì)計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 （3）繪制飛行器總裝圖。 （4）設(shè)計(jì)飛行器非標(biāo)零件。 （5）飛行器的實(shí)體造型。 （6）編寫設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯。 二．產(chǎn)品工作原理 （一） 產(chǎn)品技術(shù)方案的提出 （二） 產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu) 旋翼

14、對(duì)稱分布在機(jī)體的前后、左右四個(gè)方向，四個(gè)旋翼處于同一高度平面，且四個(gè)旋翼的結(jié)構(gòu)和半徑都相同，四個(gè)電機(jī)對(duì)稱的安裝在飛行器的支架端，支架中間空間安放飛行控制計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備。結(jié)構(gòu)形式如圖 2.1所示。? 圖2.1 四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)形式 （三） 產(chǎn)品工作原理 四旋翼飛行器通過調(diào)節(jié)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變旋翼轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。四旋翼飛行器是一種六自由度的垂直升降機(jī)，但只有四個(gè)輸入力，同時(shí)卻有六個(gè)狀態(tài)輸出，所以它又是一種欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。? 四旋翼飛行器的電機(jī) 1和電機(jī) 3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，電機(jī) 2和電機(jī) 4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，因此當(dāng)飛行器平衡飛行時(shí)，陀螺效應(yīng)和空氣動(dòng)力

15、扭矩效應(yīng)均被抵消。 在圖2.2中，電機(jī) 1和電機(jī) 3作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，電機(jī) 2和電機(jī) 4作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，規(guī)定沿 x軸正方向運(yùn)動(dòng)稱為向前運(yùn)動(dòng)，箭頭在旋翼的運(yùn)動(dòng)平面上方表示此電機(jī)轉(zhuǎn)速提高，在下方表示此電機(jī)轉(zhuǎn)速下降。 （1）垂直運(yùn)動(dòng)：同時(shí)增加四個(gè)電機(jī)的輸出功率，旋翼轉(zhuǎn)速增加使得總的拉力增大，當(dāng)總拉力足以克服整機(jī)的重量時(shí)，四旋翼飛行器便離地垂直上升；反之，同時(shí)減小四個(gè)電機(jī)的輸出功率，四旋翼飛行器則垂直下降，直至平衡落地，實(shí)現(xiàn)了沿 z軸的垂直運(yùn)動(dòng)。當(dāng)外界擾動(dòng)量為零時(shí)，在旋翼產(chǎn)生的升力等于飛行器的自重時(shí)，飛行器便保持懸停狀態(tài)。 （2）俯仰運(yùn)動(dòng)：在圖（b）中，電機(jī) 1的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī) 3 的轉(zhuǎn)速下降（改變量

16、大小應(yīng)相等），電機(jī) 2、電機(jī) 4 的轉(zhuǎn)速保持不變。由于旋翼1 的升力上升，旋翼 3 的升力下降，產(chǎn)生的不平衡力矩使機(jī)身繞 y 軸旋轉(zhuǎn)，同理，當(dāng)電機(jī) 1 的轉(zhuǎn)速下降，電機(jī) 3的轉(zhuǎn)速上升，機(jī)身便繞y軸向另一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)飛行器的俯仰運(yùn)動(dòng)。? （3）滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：與圖 b 的原理相同，在圖 c 中，改變電機(jī) 2和電機(jī) 4的轉(zhuǎn)速，保持電機(jī)1和電機(jī) 3的轉(zhuǎn)速不變，則可使機(jī)身繞 x 軸旋轉(zhuǎn)（正向和反向），實(shí)現(xiàn)飛行器的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。? （4）偏航運(yùn)動(dòng)：旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)過程中由于空氣阻力作用會(huì)形成與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的反扭矩，為了克服反扭矩影響，可使四個(gè)旋翼中的兩個(gè)正轉(zhuǎn)，兩個(gè)反轉(zhuǎn)，且對(duì)角線上的各個(gè)旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。反扭矩的大

17、小與旋翼轉(zhuǎn)速有關(guān)，當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速相同時(shí)，四個(gè)旋翼產(chǎn)生的反扭矩相互平衡，四旋翼飛行器不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速不完全相同時(shí)，不平衡的反扭矩會(huì)引起四旋翼飛行器轉(zhuǎn)動(dòng)。在圖 d中，當(dāng)電機(jī) 1和電機(jī) 3 的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī) 2 和電機(jī) 4 的轉(zhuǎn)速下降時(shí)，旋翼 1和旋翼3對(duì)機(jī)身的反扭矩大于旋翼2和旋翼4對(duì)機(jī)身的反扭矩，機(jī)身便在富余反扭矩的作用下繞 z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)飛行器的偏航運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向與電機(jī) 1、電機(jī)3的轉(zhuǎn)向相反。? （5）前后運(yùn)動(dòng)：要想實(shí)現(xiàn)飛行器在水平面內(nèi)前后、左右的運(yùn)動(dòng)，必須在水平面內(nèi)對(duì)飛行器施加一定的力。在圖 e中，增加電機(jī) 3轉(zhuǎn)速，使拉力增大，相應(yīng)減小電機(jī) 1轉(zhuǎn)速，使拉力減小，同時(shí)保持其它兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)

18、速不變，反扭矩仍然要保持平衡。按圖 b的理論，飛行器首先發(fā)生一定程度的傾斜，從而使旋翼拉力產(chǎn)生水平分量，因此可以實(shí)現(xiàn)飛行器的前飛運(yùn)動(dòng)。向后飛行與向前飛行正好相反。（在圖 b 圖 c中，飛行器在產(chǎn)生俯仰、翻滾運(yùn)動(dòng)的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生沿 x、y軸的水平運(yùn)動(dòng)。）? （6）傾向運(yùn)動(dòng)：在圖 f 中，由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，所以傾向飛行的工作原理與前后運(yùn)動(dòng)完全一樣。 轉(zhuǎn)自：機(jī)器人世界-人人小站  圖2.2 四旋翼飛行器沿各自由度的運(yùn)動(dòng)  （四） 設(shè)計(jì)前準(zhǔn)備 1. 制造四軸飛行器需要準(zhǔn)備什么零件 無刷電機(jī)（4個(gè)） 電子調(diào)速器（簡稱電調(diào)，4個(gè)） 螺旋槳(4個(gè)，需要2個(gè)正漿，2個(gè)反漿) 飛

19、行控制器 電池（鋰電池） 遙控器（最低四通道遙控器） 充電器（盡量選擇平衡充電器） 機(jī)架 2.3 航模電調(diào) 2. 四軸零件之間接線于簡單說明 如圖2.3為航模電調(diào)，四個(gè)電調(diào)的正負(fù)極并聯(lián)（紅線接一起，黑線接一起），接到電源正負(fù)極； 電調(diào)3根黑色的電機(jī)控制線，連接電機(jī)； 電調(diào)有個(gè)BEC輸出，連接飛行控制器，給飛行控制器輸入5V電壓供電，和接受飛行控制器的控制信號(hào)； 遙控接收器接在飛行控制器上，從飛行控制器得到5V電壓并向飛行控制器輸出遙控信號(hào)。

20、 2.4 零件之間接線 3. 飛行控制器 作用 飛行控制器，簡稱飛控。飛行控制器能迅速調(diào)整飛行狀態(tài)，排除安裝、外界干擾、零件之間的不一致等因素造成的飛行力量不平衡。飛行控制器通過陀螺儀，對(duì)四軸飛行狀態(tài)進(jìn)行快速調(diào)整，若發(fā)現(xiàn)右邊力量大，飛行器向左偏，就會(huì)減弱右邊電流輸出，電機(jī)減速，升力減小，就不會(huì)向左偏。 飛行模式 四軸飛行模式分為x飛行模式和+飛行模式，以下是x模式和+模式的區(qū)別。x模式比較難飛一點(diǎn)，但是動(dòng)作靈活；+模式比較好飛，但是動(dòng)作靈活性較差，適合初學(xué)者。要注意的是，x模式和+模式的飛控安裝是不一樣的，如果飛控安裝錯(cuò)誤，會(huì)發(fā)生劇烈的晃動(dòng)，根本無法

21、飛行。 2.5 x飛行模式和+飛行模式 4. 電調(diào) 為什么需要電調(diào)？ 電調(diào)的作用是將飛行控制器的控制信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯拇笮?，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 因?yàn)殡姍C(jī)的電流是很大的，通常每個(gè)電機(jī)正常工作時(shí)，平均有3a左右的電流，如果沒有電調(diào)的存在，飛行控制器根本無法承受這樣大的電流（另外也沒驅(qū)動(dòng)無刷電機(jī)的功能）。 同時(shí)電調(diào)在四軸當(dāng)中還充當(dāng)了電壓變化器的作用，將鋰電池的電壓變?yōu)?v為飛控板和遙控器供電。 買多大的電調(diào)？ 購買的電調(diào)上面都會(huì)標(biāo)有多少A，如20A，40A這些數(shù)字代表的就是電調(diào)能提供的電流，大電流的電調(diào)可以兼容小電流的地方，但是小電流的電調(diào)則不能過度使用。所以選用的電調(diào)

22、宜大不宜小。 5. 無刷電機(jī)與螺旋槳 無刷電機(jī)和有刷電機(jī) 電機(jī)分為有刷電機(jī)和無刷電機(jī)，區(qū)別在于是否配置有常用電刷-轉(zhuǎn)向器。有刷電機(jī)的轉(zhuǎn)向通過石墨電刷和安裝在轉(zhuǎn)子的環(huán)形轉(zhuǎn)換器相互接觸來實(shí)現(xiàn)的。而無刷電機(jī)通過霍爾傳感器把轉(zhuǎn)子位置反饋給控制電路，使其能夠獲知相位轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確時(shí)間。無刷電機(jī)沒有電刷，所以沒有相關(guān)接口，因此更干凈，噪聲更小，事實(shí)上無需維護(hù)，壽命更長。 無刷電機(jī)是四軸飛行器的主流，具有力氣大和耐用的特點(diǎn)。 電機(jī)型號(hào)的含義 購買電機(jī)的時(shí)候經(jīng)?？吹揭恍?212、2018等數(shù)字，究竟是什么意思呢？這些數(shù)字其實(shí)代表的是電機(jī)的尺寸。不管購買什么牌子的電機(jī)，都會(huì)標(biāo)有這類4位數(shù)字，其中前面的兩

23、位代表的是電機(jī)轉(zhuǎn)子的直徑，后面兩位代表的是電機(jī)轉(zhuǎn)子的高度。簡單的說，前面兩位越大，電機(jī)越寬，后面兩位越大，電機(jī)越高。又高又大的電機(jī)，功率就更大，適合做大型的四軸飛行器。通常使用2212的電機(jī)是最常見的配置了。 螺旋漿的型號(hào)含義 和電機(jī)類似，螺旋槳也有1045、7040等4位數(shù)字，前面兩位數(shù)字代表的是螺旋槳的直徑（單位：英寸），后面兩位代表的是螺旋漿的角度。 什么是正反漿，為什么需要它？ 四軸飛行器為了抵消螺旋槳的自旋，相隔的螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向是不一樣的，所以需要正反漿。正反漿的風(fēng)都向下吹。適合順時(shí)針轉(zhuǎn)的漿叫正漿、適合逆時(shí)針轉(zhuǎn)的叫反漿。安裝的時(shí)候，無論是正漿還是反漿，有字的一面都朝上。 6

24、. 螺旋槳和電機(jī)的搭配 螺旋槳越大，升力就越大，但需要的驅(qū)動(dòng)力量就更大；螺旋槳的轉(zhuǎn)速越高，升力越大；電機(jī)的KV值(KV值在下文中有詳細(xì)注解)越小，驅(qū)動(dòng)力量就越大。所以大的螺旋槳需要KV值小的電機(jī)，小螺旋槳?jiǎng)t需要使用KV值大的電機(jī)，因?yàn)樾枰褂酶咿D(zhuǎn)速來彌補(bǔ)升力不足的缺點(diǎn)。如果使用大KV值的電機(jī)來驅(qū)動(dòng)大螺旋槳，由于力量不足，實(shí)際上還是低速運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)和電調(diào)都很容易燒掉。如果用小KV值的電機(jī)來驅(qū)動(dòng)小螺旋槳，力量沒有問題，但是轉(zhuǎn)速不足，升力不夠，飛行器有可能不能起飛。 【注釋】電機(jī)KV值的含義。KV值是衡量電機(jī)的重要指標(biāo)，KV值越高，電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，電機(jī)約靈敏。KV值代表電壓每增加1V，電機(jī)每分鐘

25、所增加的轉(zhuǎn)速。KV920，即電壓每升高1V,電機(jī)每分鐘增加920轉(zhuǎn)。 三．產(chǎn)品設(shè)計(jì) （一） 產(chǎn)品性能要求 飛行器可執(zhí)行各種不同姿態(tài)的飛行指令，并可以載重約500g的相機(jī)飛行10分鐘。 （二） 產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)算 7. 參數(shù)選擇 首先，我們參考DJI大疆創(chuàng)新科技有限公司的DJI F450的推薦參數(shù)，如圖3.1。 圖3.1 DJI F450推薦參數(shù) 在這里，我們參考F450的對(duì)稱電機(jī)軸距，取450mm；電池取4S Lipo；電調(diào)選擇稍大于15A的20A。 選用10000mAh,25C,14.8V,4S電池。 電池的能量值以毫瓦時(shí)（nWh）表示，即=10000mAh*

26、14.8V=148000mWh=148Wh。 【注釋】4S電池就是代表這塊電池里面有四小塊鋰電池，一節(jié)鋰電池是3.7V，所以4S的電池電壓是14.8V。一塊電池的終止電壓為2.75V。低于2.75V后繼續(xù)使用稱為過放電，對(duì)電池有損壞，也就是說4S的電池低于2.75*4=11V時(shí)就不要再使用了。 25C是電池的放電率，是電池放電快慢的一種量度。是指電池能以最大25倍的電流放電，即最大放電電流是10000mAh*25C=250000mA=250A。若以10A的電流放電，則可放電1小時(shí)。 計(jì)劃飛行器飛行10分鐘，電池的最大放電電流為10A*6=60A。 序號(hào) 名稱 材料 單位重量/

27、g 數(shù)量 小計(jì) 1 機(jī)架 碳纖維/鋁合金 200 1 200 2 電機(jī) BX2212 28 4 112 3 螺旋槳 9045 10 4 40 4 電調(diào) 好盈20A 19 4 76 5 飛控 Naza V2 96 1 96 6 數(shù)據(jù)線等 30 1 30 7 M3螺絲 50 1 50 8 電池 62 1 62 9 腳架 25 1 25 合計(jì) 691 8. 估算整機(jī)重量 表3.1 整機(jī)重量估算 根據(jù)上面的估算，我們?nèi)≌麢C(jī)700g。 9. 功率計(jì)算

28、 整機(jī)重700g，假設(shè)需要載500g的相機(jī)飛行，則總重量1200g。為了使飛行器有足夠的靈活性，取2.0的系數(shù)，即G=1200g*2=2400g。所以我們需要的升力為2400g，需要每個(gè)電機(jī)產(chǎn)生的升力=2400/4=600g。 圖3.2 BX2212實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 如圖3.2為BX2212-920KV的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)電調(diào)輸出電流為8.5A時(shí)，8045漿可產(chǎn)生的升力為600g，飛行器即可起飛。 10. 上下平板連接使用螺紋連接類型及連接件選擇 由于上下平板連接受力不大，所以選擇螺釘連接，如圖3.3（b）所示。設(shè)選擇Q235的M3螺釘進(jìn)行連接，進(jìn)行校核： 飛行器載相機(jī)時(shí)總重量為1.2kg，

29、設(shè)分別使用4個(gè)螺釘連接上下平板與平板直接的梁。 工作時(shí)，連接所受總載荷F的作用線與各螺釘軸線平行，并通過螺釘組的對(duì)稱中心。 則各螺釘所受工作載荷為 F= FΣ/z=(1.2kg*9.8N/kg)/4=2.94N 注：z為螺釘數(shù)目 螺釘?shù)目偫? 圖3.3 雙頭螺柱連接和螺釘連接 F1=F0+△F=F0+C1(C1+C2)F F1=(K0+KC)F=(3.0+0.2)*2.94N=9.408N 式中 K0——預(yù)緊系數(shù),F0=K0F，查表得3.0； KC—

30、—螺栓的相對(duì)剛度系數(shù)，KC=C1/(C1+C2)，查表得0.2。 螺紋的小徑 d1≥4*1.3F1π[σ]=0.18 式中 [σ]——許用應(yīng)力，查表得460Mpa。 即M3螺釘可行。 螺釘連接中，在有螺紋的被連接件中的螺紋擰入深度H與被連接件的材料有關(guān)。選用45號(hào)鋼為連接上下平板的梁，則為了保證連接的強(qiáng)度，H≈d。在有螺紋的被連接件中的螺紋深度H1=H+l2，所鉆孔深度為H2=H+l3，其中l(wèi)2=（2~2.5）P（P為螺距）；l3=（0.5~1）d。 則梁的螺紋深度為H1= H+l2=2.5+2*0.5=3.5，鉆孔深度為H2=H+l3=2.5+0.5*2.5

31、=3.75。 11. 機(jī)身支架與馬達(dá)底座之間控軸公差與配合 如圖1.6為馬達(dá)底座的零件圖，機(jī)身支架穿過R6孔中，在Φ3.40孔中扭入螺釘，通過螺紋鎖緊支架。 由于在設(shè)計(jì)中選擇使用具有一定精度的碳纖維管作為支架，不必切削加工而直接做軸來與其他零件進(jìn)行孔配合，因此采用基軸制同級(jí)配合。 在支架與馬達(dá)底座之間的孔軸配合中，要求拆裝方便而無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以選擇使用間隙配合。 由于支架與馬達(dá)底座的松緊可以通過使用螺釘來調(diào)節(jié)，所以屬于中等精度。在滿足使用要求的前提下，應(yīng)盡可能選擇較低的公差等級(jí)，以降低加工成本，所以公差等級(jí)選擇IT10。 圖3.4 馬達(dá)底座零件圖 【注釋】基軸制配合是以基本

32、偏差一定的軸的公差帶為基準(zhǔn)，和各種不同基本偏差的孔作配合的一種制度。 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)有20級(jí)，基本偏差有28個(gè)，所以可以組成很多種公差帶；孔和軸公差帶的組合又能組成30萬以上種配合。為了盡可能減少零件、定值刀具、定值量具和工藝準(zhǔn)備的品種、規(guī)格，所以國家標(biāo)準(zhǔn)在滿足我國生產(chǎn)加工的現(xiàn)實(shí)需要和發(fā)展的前提下，對(duì)孔和軸公差帶與配合的選用作了必要的限制。 根據(jù)生產(chǎn)加工的實(shí)際情況，國標(biāo)對(duì)常用尺寸段（公稱尺寸低于500mm）規(guī)定了孔、軸的一般、常用、優(yōu)先三類公差帶。在實(shí)際應(yīng)用中，選用公差帶的順序是：首先為優(yōu)先公差帶，其次是常用公差帶，最后為一般公差帶。在此基礎(chǔ)上，還規(guī)定了孔、軸公差帶的組合。對(duì)基孔

33、制規(guī)定了59中常用配合，如表3.3所示。對(duì)基軸制規(guī)定了47中常用配合，如表3.2所示。在常用配合中，有對(duì)基孔制、基軸制各規(guī)定了13種優(yōu)先配合，用實(shí)心三角符號(hào)標(biāo)記。 表3.2 基軸制優(yōu)先、常用配合 在滿足公差等級(jí)IT10的要求的同時(shí)，選用國標(biāo)規(guī)定的優(yōu)先配合。同時(shí)為了使馬達(dá)底座能較輕易的安裝到軸的中間部分，所以需要間隙稍大的配合，所以選擇D9/h9。在公差代號(hào)中D9代表孔的公差帶代號(hào)，h9代表軸的公差帶代號(hào)。 表3.3 基孔制優(yōu)先、常用配合  （三） 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1. 產(chǎn)品裝配圖 裝配體分為三部分：機(jī)架、腳架和馬達(dá)裝配

34、機(jī)架裝配 機(jī)架是飛行器的主體結(jié)構(gòu)，為飛行提供堅(jiān)固穩(wěn)定的平臺(tái)。同時(shí)，給電機(jī)、飛行控制器、電調(diào)和傳感器提供安裝與固定的接口。下圖是機(jī)架的3D模型與裝配工程圖，祥看附錄。 電機(jī)裝配 電機(jī)為飛行器飛行提供機(jī)械能，通過控制輸入電流改變各個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而使飛行器可執(zhí)行不同指令。下圖是電機(jī)裝配的3D模型與裝配工程圖，祥看附錄。 腳架裝配 腳架是飛行器的保護(hù)設(shè)備，在飛行器中起到緩沖的作用。可以為飛行器起飛和降落提供安全的條件，避免損壞其他設(shè)備。下圖是腳架的3D模型與裝配工程圖，祥看附錄。  2. 產(chǎn)品零件圖 緩沖套 安裝在腳架桿上，主要起到緩沖的作用。 腳架 為飛行器起飛和降落提供安全的平臺(tái) 腳架連接件 馬達(dá)底座 下平板 上平板 橡膠套1 橡膠套2 四．結(jié)構(gòu)分析與試驗(yàn) 結(jié)論 致謝