一、設(shè)計構(gòu)想
由于干燥箱不同噴嘴結(jié)構(gòu)方向不同，且不在同一平面上，而測試需要得到不同噴嘴不同點氣體溫度和流速的準(zhǔn)確值。同時由于風(fēng)速傳感器的工作原理特點，在測試干燥氣體風(fēng)速時傳感器探頭需要正對風(fēng)速方向即正對噴嘴。設(shè)計機(jī)械部分時首先需要考慮如何使得測試平臺具有針對不同方向噴嘴的準(zhǔn)確定位的能力。本方案硬件部分設(shè)計思路擬采用龍門架的結(jié)構(gòu)模式來實現(xiàn)，通過控制X、Y、Z方向的電機(jī)運動來帶動執(zhí)行結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)測試傳感器在X、Y、Z方向的定位要求，同時再配合舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)來對不同角度的噴嘴實現(xiàn)四自由度準(zhǔn)確定位，以保證實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性。
舵機(jī)是一種角位置伺服機(jī)構(gòu)，它集成減速器與內(nèi)部閉環(huán)電路于一體，主要包括電動機(jī)、齒輪組、控制電路和線性電位器。減速齒輪通過電動機(jī)來帶動，它的終端帶動一個用來檢測轉(zhuǎn)過角度的比例電位器，此比例電位器把角度轉(zhuǎn)換為電信號后反饋給控制電路，然后控制電路通過控制電動機(jī)的正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，進(jìn)而使得齒輪組輸出位置和控制期望值相符合，其控制原理如圖2-3所示。舵機(jī)一般會有三根引線，分別為電源線、控制線和地線。脈寬調(diào)制信號(PWM)來作為控制信號，舵機(jī)所輸出的轉(zhuǎn)角和控制脈沖的寬度有著對應(yīng)關(guān)系，舵機(jī)PWM控制波的周期通常為20ms，脈沖寬度為0.5~2.5 ms和舵機(jī)轉(zhuǎn)角的0~180相對應(yīng)。伺服舵機(jī)作為基本的輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于遙控航模以及機(jī)器人控制。
本方案中干燥箱放在支撐架上面，支撐架安放在龍門架的內(nèi)，在測試過程中保持不動；用滾珠絲桿作為X、Y、Z方向的傳動機(jī)構(gòu)，傳動的動力通過X、Y、Z三個方向所安裝的相應(yīng)步進(jìn)電機(jī)來提供[13-29]；傳感器安裝在舵機(jī)上面，通過舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度的控制來調(diào)整傳感器的角度，進(jìn)而實現(xiàn)傳感器探頭在測試過程中針對不同方向噴嘴進(jìn)行準(zhǔn)確的調(diào)整。同時為了保證傳動機(jī)構(gòu)工作時盡量小的承重性以及良好的導(dǎo)向性，在和絲桿平行的方向加裝圓柱形導(dǎo)軌來充當(dāng)主要承重和導(dǎo)向部件，圖2-4為本方案結(jié)構(gòu)三維示意圖。
二、方案可行性分析
雖然方案在構(gòu)思設(shè)計過程中整體上能滿足功能實現(xiàn)性，但是對一些主要結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的分析中，我們發(fā)現(xiàn)了一些部件的可行性存在不足：如果只針對現(xiàn)有凹版印刷機(jī)尺寸1000mm來說，此方案中考慮到干燥箱進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的寬度以及在測試時保證移動框架部分不會和測試過程通入熱風(fēng)管子相接觸，Y方向橫梁實際設(shè)計寬度會超過1500mm。雖然方案結(jié)構(gòu)調(diào)整后有可行地方，但是如果按照最初設(shè)計思想使得測試平臺具有良好的通用性，以便同時適用于大尺寸干燥箱平臺測試的話，則行程擴(kuò)展至2000mm，隨著滾珠絲桿長度的增加隨之會產(chǎn)生一系列問題：
（1）絲桿太長在傳動過程中振動會較大，由于測量噴嘴的寬度為3mm左右在震動較大的測試環(huán)境中很難保證傳感器的定位精度，同時重復(fù)定位傳動精度也難以達(dá)到要求；
（2）由于橫梁跨度比較大，在運動中與絲桿傳動的相對端由于沒有傳動動力，在運行過中很可能會處卡死在導(dǎo)軌上；
（3）由于舵機(jī)的外殼大部分是塑料，很難承受高溫干燥氣體的工作條件；同時初選風(fēng)溫、風(fēng)速傳感器的探頭在使用過程中扭矩比較大，一般的舵機(jī)很難滿足要求。http://petgroup.cn
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