一種五自由度陀螺房結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種五自由度陀螺房結(jié)構(gòu)，主要用于控制力矩陀螺等慣性執(zhí)行機(jī)構(gòu)的高速旋轉(zhuǎn)部件。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航天器任務(wù)的多樣化，航天器的姿態(tài)需要更高精度、更高穩(wěn)定度的控制。雙框架磁懸浮控制力矩陀螺是航天器控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件之一，能夠根據(jù)航天器姿態(tài)控制信號，通過伺服控制系統(tǒng)改變高速轉(zhuǎn)子角動量的方向，從而輸出陀螺力矩控制航天器的姿態(tài)。
[0003]高速轉(zhuǎn)子具有六個剛體自由度，三個X、y、z方向的平動和繞X、y、z軸的轉(zhuǎn)動，五自由度陀螺中z軸轉(zhuǎn)動由電機(jī)控制，其余的五個自由度由磁軸承控制，如專利200710065050.8所述的一種永磁偏置外轉(zhuǎn)子徑向磁軸承和專利200710065049.5所述的一種永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承徑向跨距小，需要成對安裝，現(xiàn)有技術(shù)中，通常徑向磁軸承成對安裝，用于控制高速轉(zhuǎn)子的徑向平動和轉(zhuǎn)動。成對安裝時需要有較高的同軸度、安裝精度，多次裝拆不方便。若采用徑向跨距大、各磁極獨(dú)立控制的徑向磁軸承，通過調(diào)整線圈電流控制轉(zhuǎn)子的徑向平動和轉(zhuǎn)動，則陀螺體積減小、質(zhì)量減輕、功耗降低、安裝誤差減小。
[0004]在航天器發(fā)射階段需要將飛輪鎖緊，航天器在軌運(yùn)行時需要將飛輪解鎖。因此需要一種可重復(fù)式鎖緊機(jī)構(gòu)。如專利200910093150.0所述的一種磁懸浮飛輪用可重復(fù)鎖緊裝置，其主要由飛輪系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和鎖緊機(jī)構(gòu)組成，飛輪系統(tǒng)主要由飛輪定子軸、飛輪轉(zhuǎn)子及底座組成，傳動機(jī)構(gòu)主要由固定板、左軸承壓環(huán)、上軸承壓環(huán)、電機(jī)、蝸桿、聯(lián)軸節(jié)、蝸輪、固定柱、鎖叉、球形螺母、蝸輪蝸桿及軸承組成，鎖緊機(jī)構(gòu)主要由彈片座、彈片、彈片體、小柱、鋼絲繩及連接柱組成，該鎖緊裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要電機(jī)及其控制系統(tǒng)，同時傳動裝置增加了鎖緊機(jī)構(gòu)的體積。
[0005]為了精確控制轉(zhuǎn)子的五個自由度，需要用傳感器檢測出轉(zhuǎn)子的徑向位移和軸向位移。如專利200610011276.5所述的徑向/軸向集成一體化電渦流傳感器，其由徑向位移探頭、軸向位移探頭、前置處理器、電源信號輸出引線組成，其中4個徑向探頭分別探測相互垂直的X和Y方向位移信號，另外兩個軸向探頭探測Z方向位移信號，該傳感器依靠裝配關(guān)系裝在陀螺房內(nèi)部，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。若采用傳感器陀螺房一體化那么便能夠大大簡化結(jié)構(gòu)，減輕重量，同時方便調(diào)試。
[0006]因此，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)采用成對安裝徑向磁軸承，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成對安裝需要較高的安裝精度且多次拆裝不方便，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中采用的可重復(fù)式鎖緊機(jī)構(gòu)需要電機(jī)等動力設(shè)備以及控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中采用的傳感器依靠裝配關(guān)系固定在陀螺房內(nèi)部，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，重量較重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種五自由度陀螺房結(jié)構(gòu)，采用可重復(fù)式鎖緊機(jī)構(gòu)方便地面人員進(jìn)行安裝調(diào)試，采用單徑向磁軸承和陀螺房傳感器一體化結(jié)構(gòu)使得陀螺結(jié)構(gòu)簡化、體積減小、重量減輕、可靠性提高。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種五自由度陀螺房結(jié)構(gòu)，由以下部分組成:電機(jī)軸、單徑向磁軸承、可重復(fù)式鎖緊機(jī)構(gòu)、軸向磁軸承、電機(jī)、上陀螺房、上保護(hù)軸承蓋、第一深溝球軸承、軸承墊圈、基準(zhǔn)鏡、基準(zhǔn)鏡壓板、上傳感器殼、碼盤軸、下陀螺房、下傳感器殼、徑向電渦流傳感器探頭、轉(zhuǎn)子外輪轂、第二深溝球軸承、定子鎖母、徑向磁軸承安裝套、下保護(hù)軸承蓋、外鎖母、軸向電渦流傳感器探頭、轉(zhuǎn)子內(nèi)輪轂、軸向磁軸承定子螺紋環(huán)組成。上陀螺房與下陀螺房軸向相對，上陀螺房與下陀螺房徑向外側(cè)裝有電機(jī)軸與碼盤軸，電機(jī)軸和碼盤軸安裝在框架上，電機(jī)軸與碼盤軸軸線共線，且軸線與上陀螺房軸線垂直；上陀螺房呈T形狀，上陀螺房的軸上裝有徑向磁軸承安裝套，徑向磁軸承安裝套徑向外側(cè)安裝有單徑向磁軸承；單徑向磁軸承軸向一側(cè)有上保護(hù)軸承蓋、軸承墊圈、軸向磁軸承定子螺紋環(huán)、第一深溝球軸承，其中第一深溝球軸承安裝在上陀螺房上，且第一深溝球軸承外圈與上保護(hù)軸承蓋之間形成徑向保護(hù)間隙，軸承墊圈擋住第一深溝球軸承內(nèi)圈，軸承墊圈內(nèi)側(cè)有軸向磁軸承定子螺紋環(huán)；用于防止第一深溝球軸承軸向竄動，單徑向磁軸承另一側(cè)有外鎖母、下保護(hù)軸承蓋、第二深溝球軸承、定子鎖母，其中外鎖母軸向外側(cè)為下保護(hù)軸承蓋，第二深溝球軸承與下保護(hù)軸承蓋之間形成徑向保護(hù)間隙，定子鎖母擋住第二深溝球軸承內(nèi)圈，用于防止第二深溝球軸承軸向竄動，當(dāng)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)時，上保護(hù)軸承蓋與第一深溝球軸承和下保護(hù)軸承蓋與第二深溝球軸承將會接觸碰撞以此保護(hù)轉(zhuǎn)子不受損傷；單徑向磁軸承沿徑向外側(cè)依次有轉(zhuǎn)子內(nèi)輪轂、電機(jī)、轉(zhuǎn)子外輪轂、可重復(fù)式鎖緊機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)子外輪轂軸向兩側(cè)各有一個軸向磁軸承；軸向磁軸承分為轉(zhuǎn)子和定子部分，兩個軸向磁軸承定子部分與軸向磁軸承轉(zhuǎn)子相對，一個位于上陀螺房上，一個位于下陀螺房上；軸向磁軸承徑向內(nèi)側(cè)有四個軸向電渦流傳感器探頭，四個軸向電渦流傳感器探頭沿圓周方向均勻固定安裝在上陀螺房的±χ、土Y方向上，且與轉(zhuǎn)子外輪轂之間形成軸向探測間隙；一共有八個徑向電渦流傳感器探頭，其中四個徑向電渦流傳感器探頭沿圓周方向均勻固定安裝在上陀螺房的±x、土Y方向上，另外四個徑向電渦流傳感器探頭沿圓周方向均勻固定安裝在下陀螺房的±x、土Y方向上，八個徑向電渦流傳感器探頭徑向位于轉(zhuǎn)子內(nèi)輪轂外側(cè)且與之形成徑向探測間隙；上陀螺房軸向外側(cè)有上傳感器殼，下陀螺房軸向外側(cè)有下傳感器殼，上傳感器殼與下傳感器殼的內(nèi)部空間均用于放置控制電路板；上陀螺房內(nèi)側(cè)有可重復(fù)式鎖緊機(jī)構(gòu)，可重復(fù)式鎖緊機(jī)構(gòu)由以下部分組成:鎖緊彈片體、鎖緊鋼絲、螺紋卡頭、活動螺紋卡頭、固定螺紋卡頭、火工拔銷器，鎖緊鋼絲由鋼絲繞制成一個圓環(huán)，其接頭部分一端固定連接螺紋卡頭，另一端固定連接固定螺紋卡頭，螺紋卡頭與固定螺紋卡頭外側(cè)有活動螺紋卡頭，活動螺紋卡頭與螺紋卡頭形成螺紋配合，鎖緊鋼絲圓環(huán)內(nèi)側(cè)某一位置有火工拔銷器，鎖緊鋼絲上面均勻布置六個鎖緊彈片體，六個鎖緊彈片體沿圓周方向均勻固定于上陀螺房上，當(dāng)活動螺紋卡頭與螺紋卡頭螺紋旋緊時，鎖緊鋼絲收縮，使得鎖緊彈片體緊貼轉(zhuǎn)子外輪轂，此時可重復(fù)式鎖緊機(jī)構(gòu)處于鎖緊狀態(tài)，當(dāng)活動螺紋卡頭與螺紋卡頭螺紋旋松時，鎖緊鋼絲放松，使得鎖緊彈片體遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子外輪轂，此時可重復(fù)式鎖緊機(jī)構(gòu)處于解鎖狀態(tài)?？芍貜?fù)式鎖緊機(jī)構(gòu)可多次在鎖緊與解鎖狀態(tài)之間切換，方便地面人員進(jìn)行安裝調(diào)試。當(dāng)航天器在軌運(yùn)行時，火工拔銷器工作，拔出圓柱銷，解除鎖緊關(guān)系。上陀螺房軸向外側(cè)有基準(zhǔn)鏡、基準(zhǔn)鏡壓板，基準(zhǔn)鏡通過基準(zhǔn)鏡壓板安裝在上陀螺房軸向外側(cè)。
[0009]所述單徑向磁軸承由單徑向磁軸承定子部分和單徑向磁軸承轉(zhuǎn)子部分組成，其中，單徑向磁軸承定子部分由徑向磁軸承定子磁鋼、徑向磁軸承定子導(dǎo)磁環(huán)、徑向磁軸承定子疊層、徑向磁軸承定子線圈組成，徑向磁軸承定子磁鋼兩側(cè)依次有徑向磁軸承定子導(dǎo)磁環(huán)、徑向磁軸承定子疊層，徑向磁軸承定子疊層上纏繞有徑向磁軸承定子線圈；單徑向磁軸承定子部分位于單徑向磁軸承轉(zhuǎn)子部分內(nèi)部，且兩者之間留有軸承間隙。單徑向磁軸承轉(zhuǎn)子部分由徑向磁軸承轉(zhuǎn)子疊層、徑向磁軸承轉(zhuǎn)子磁屏蔽環(huán)、徑向磁軸承轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)