專利名稱：一種三軸慣性穩(wěn)定平臺電機驅(qū)動單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航空遙感技術(shù)領(lǐng)域，涉及三軸慣性穩(wěn)定平臺的橫滾和俯仰動作的驅(qū)動，適用于承載較大而又要求自重較小的航空遙感三軸慣性穩(wěn)定平臺系統(tǒng)，也可用于車載、艦載、雷達(dá)及目標(biāo)監(jiān)視等伺服跟蹤穩(wěn)定平臺系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
航空遙感三軸慣性穩(wěn)定平臺是機載對地觀測的關(guān)鍵設(shè)備之一，其功能是支承成像載荷并隔離飛行載體三個方向姿態(tài)角運動及外部擾動，使成像載荷視軸在慣性空間內(nèi)始終跟蹤并垂直于當(dāng)?shù)厮?，提高成像分辨率。然而由于航空?yīng)用環(huán)境的限制，慣性穩(wěn)定平臺結(jié)構(gòu)上需要同時具有體積小、重量輕和承載比大等特點，因此設(shè)計上需要在滿足動靜態(tài)性能的前提下進行緊湊性優(yōu)化設(shè)計。驅(qū)動單元是慣性穩(wěn)定平臺的一個關(guān)鍵部件，決定著穩(wěn)定平臺的整體性能，包括精度、承載能力、體積、重量、功耗等。在航空慣性穩(wěn)定平臺設(shè)計中，現(xiàn)有的電機驅(qū)動單元一般采用固定式電機底座和雙片齒輪調(diào)整方式消除齒輪嚙合間隙?，F(xiàn)有的電機驅(qū)動單元有以下不足(I)需要依靠加工精度保證嚙合間隙，所以加工精度要求高；(2)由于電機底座固定在框架上，靠定位保證相對位置，帶來了電機裝配和調(diào)整不方便；(3)固定式電機驅(qū)動單元相比模塊化驅(qū)動單元，增加了結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和加工難度；(4)齒輪側(cè)隙采用雙片齒輪調(diào)整時由于需要增加彈簧扭矩，因而既增加了齒輪轉(zhuǎn)動的阻力還會影響響應(yīng)速度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是針對航空遙感三軸慣性穩(wěn)定平臺中現(xiàn)有電機安裝方式和齒輪側(cè)隙消除方式的不足，提出一種精度高、體積小、質(zhì)量輕、安裝和調(diào)整方便的新型三軸慣性穩(wěn)定平臺驅(qū)動電機單元。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明的一種三軸慣性穩(wěn)定平臺電機驅(qū)動單元，該電機驅(qū)動單元由齒輪軸、齒輪軸前軸承、轉(zhuǎn)子支撐軸承機座、電機定子、電機轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子空心軸、齒輪軸后軸承、調(diào)整墊圈、螺母和彈簧墊片組成，該結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了驅(qū)動電機與齒輪(軸)的一體化設(shè)計。機座中部設(shè)置一個空心圓柱凸臺,用于作為齒輪軸的支承座和利用凸臺外圓作導(dǎo)向裝配電機轉(zhuǎn)子；電機定子通過徑向和端面定位與機座連接，機座定位孔深度小于定子寬度，盡量減輕機座重量；機座底部為平面，要求平面與齒輪軸軸線平行、其側(cè)面與齒輪軸軸線垂直，通過底部平面及其側(cè)面的定位及平移來保證齒輪間的正確嚙合及側(cè)隙調(diào)整。電機轉(zhuǎn)子軸采用空心軸結(jié)構(gòu)，先通過徑向過盈連接將電機轉(zhuǎn)子與空心軸裝配在一起，然后通過機座圓柱形凸臺的導(dǎo)向作用將轉(zhuǎn)子裝入定子孔中。轉(zhuǎn)子空心軸內(nèi)孔與機座的圓柱形凸臺之間的間隙較小，為電機轉(zhuǎn)子和電機定子之間的間隙的二分之一至三分之一，這樣是為了在保證在加工誤差和軸承游隙允許范圍內(nèi)盡量減小間隙以增加電機結(jié)構(gòu)剛度，解決了稀土永磁電機裝配過程中轉(zhuǎn)子和定子之間的強磁力吸引問題。
電機轉(zhuǎn)子空心軸的一端與齒輪軸之間的連接采用錐孔配合，并在端部采用螺母與彈簧墊片加以固定，可以保證徑向定位精度和扭矩傳遞需要；轉(zhuǎn)子空心軸的另一端采用單個徑向軸承作徑向輔助定位，避免由于重力以及電機轉(zhuǎn)子與定子之間磁吸力造成轉(zhuǎn)子偏心。齒輪軸的后軸承的兩端各有一個調(diào)整墊圈，以消除齒輪軸前軸承和齒輪軸后軸承的軸向游隙。驅(qū)動電機單元采用模塊化結(jié)構(gòu)，單元底座在平臺安裝面上可以沿X向移動(如圖I所示)，從而實現(xiàn)齒輪側(cè)隙調(diào)整，取代雙片齒輪消除齒輪側(cè)隙的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。支承轉(zhuǎn)子的軸承座和定子安裝方式采用一種全新的懸臂結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計具有兩方面的優(yōu)點一是減少了總體尺寸和重量，二是利用圓柱形凸臺的導(dǎo)向作用使電機定子裝卸 非常方便和安全。本發(fā)明的原理是本發(fā)明中的三軸慣性穩(wěn)定平電機驅(qū)動單元，齒輪軸、電機轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子空心軸、調(diào)整墊圈、螺母和彈簧墊片構(gòu)成電機的轉(zhuǎn)動部分，機座、電機定子構(gòu)成電機定子部分。機座定位孔深度小于定子寬度，是一種懸臂結(jié)構(gòu)，減輕了重量。機座的底部為平面，可以方便調(diào)節(jié)齒輪惻隙，并且機座中間部分為圓柱形凸臺，用于作為齒輪軸的支承座和利用凸臺外圓作導(dǎo)向裝配電機轉(zhuǎn)子。該結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了驅(qū)動電機與齒輪(軸)的一體化設(shè)計，使電機驅(qū)動單元體積和重量減小。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于(I)與傳統(tǒng)驅(qū)動電機單元相比，本發(fā)明實現(xiàn)了驅(qū)動電機與齒輪(軸)的一體化設(shè)計，使電機驅(qū)動單元體積和重量減小。(2)本發(fā)明通過齒輪軸的后軸承的兩端放置調(diào)整墊圈，可以方便地消除齒輪軸前軸承和齒輪軸后軸承的軸向游隙。(3)本發(fā)明電機轉(zhuǎn)子空心軸的一端與齒輪軸之間的連接采用錐孔配合，可以保證徑向定位精度和扭矩傳遞需要；轉(zhuǎn)子空心軸的另一端采用單個徑向軸承作徑向輔助定位，避免由于重力以及電機轉(zhuǎn)子與定子之間磁吸力造成轉(zhuǎn)子偏心。(4)與傳統(tǒng)驅(qū)動電機單元相比，本發(fā)明的支承轉(zhuǎn)子的機座和定子安裝方式采用一種全新的懸臂結(jié)構(gòu)簡化了平臺結(jié)構(gòu)，定子大部分外露，是減少了總體尺寸和重量。(5)本發(fā)明的機座中間的圓柱形凸臺的導(dǎo)向作用使電機定子裝卸非常方便和安全。(6)與傳統(tǒng)驅(qū)動電機單元相比，本發(fā)明中的電機底座底部為平面，在平臺安裝面上可以方便的沿X向移動(如圖I所示)，從而比較容易實現(xiàn)齒輪側(cè)隙調(diào)整，來取代雙片齒輪消除齒輪側(cè)隙的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以減小齒輪傳動阻力和提高傳動靈敏度，從而提高了平臺控制精度。(7)轉(zhuǎn)子空心軸內(nèi)孔與機座的圓柱形凸臺之間的間隙較小，為電機轉(zhuǎn)子和電機定子之間的間隙的二分之一至三分之一，在保證在加工誤差和軸承游隙允許范圍內(nèi)盡量減小間隙以增加電機結(jié)構(gòu)剛度，解決了稀土永磁電機裝配過程中轉(zhuǎn)子和定子之間的強磁力吸引問題。


圖I為本發(fā)明的電機驅(qū)動單元裝配主視圖及XYZ坐標(biāo)圖示；圖2為本發(fā)明的電機驅(qū)動單元機座剖視圖。
具體實施例方式如圖I所示，本發(fā)明驅(qū)動單元由齒輪軸I、齒輪軸前軸承2、轉(zhuǎn)子支撐軸承3、機座
4、電機定子5、電機轉(zhuǎn)子6、轉(zhuǎn)子空心軸7、齒輪軸后軸承8、調(diào)整墊圈9、螺母10和彈簧墊片11組成；所述齒輪軸I、電機轉(zhuǎn)子6、轉(zhuǎn)子空心軸7、調(diào)整墊圈9、螺母10和彈簧墊片11構(gòu)成電機的轉(zhuǎn)動部分；機座4、電機定子5構(gòu)成電機定子部分；其中齒輪軸I前端通過齒輪軸前軸承2固定支撐,齒輪軸I后端通過齒輪軸后軸承8固定支撐在機座4內(nèi)孔；轉(zhuǎn)子空心軸7前端通過轉(zhuǎn)子支撐軸承3支撐在機座4內(nèi)孔；轉(zhuǎn)子空心軸7后端與齒輪軸I后端過盈配合連接(采用的是錐孔配合)，并且轉(zhuǎn)子空心軸7后端通過螺母10和彈簧墊片11加以緊固，以保證徑向定位精度和扭矩傳遞需要；齒輪軸后軸承8兩端與齒輪軸I和轉(zhuǎn)子空心軸7之間分別裝有調(diào)整墊圈9 ;過盈連接將電機轉(zhuǎn)子6與空心軸7裝配在一起，然后通過機座4圓柱形凸臺的導(dǎo)向作用將轉(zhuǎn)子6裝入定子孔中，電機定子5通過螺釘與機座4連接；機座4定位孔深度小于電機定子5寬度，是一種懸臂結(jié)構(gòu)；機座4的底部為平面，機座4中間部分為圓柱形凸臺，轉(zhuǎn)子空心軸7內(nèi)孔與機座4的圓柱形凸臺之間及電機轉(zhuǎn)子6和電機定子5之間存在間隙。如圖I和2所示，本發(fā)明中的機座4之特征在于中部設(shè)置一個空心圓柱凸臺，用于作為齒輪軸I的支承座和利用凸臺外圓作導(dǎo)向裝配電機轉(zhuǎn)子6 ;電機定子5通過徑向和端面定位與機座4連接,機座4定位孔深度小于定子5寬度，電機定子5與機座4配合軸向深度為定子5寬度的五分之二，其余部分外露，目的是盡量減輕機座4重量。如圖2所示，本發(fā)明中的機座4的底部為平面，要求機座底部的平面與齒輪軸I軸線平行，機座4的側(cè)面與齒輪軸I軸線垂直，通過所述底部的平面及側(cè)面的定位及平移來保證齒輪軸I的齒輪和外部連接齒輪之間的正確嚙合及兩個齒輪之間的側(cè)隙調(diào)整。如圖I所示，所述的電機轉(zhuǎn)子6裝配順序為先通過徑向過盈連接將電機轉(zhuǎn)子6與轉(zhuǎn)子空心軸7裝配在一起，然后通過機座4圓柱形凸臺的導(dǎo)向作用將電機轉(zhuǎn)子6裝入電機定子5孔中，轉(zhuǎn)子空心軸7內(nèi)孔與機座4的圓柱形凸臺之間的間隙較小，為電機轉(zhuǎn)子6和電機定子5之間的間隙的二分之一至三分之一，目的在保證在加工誤差和軸承游隙允許范圍內(nèi)盡量減小間隙以增加電機結(jié)構(gòu)剛度，解決了稀土永磁電機裝配過程中轉(zhuǎn)子和定子之間的強磁力吸引問題。如圖I所示，本發(fā)明中的電機轉(zhuǎn)子空心軸7的一端與齒輪軸I之間的連接采用的是錐孔配合，并在端部采用螺母10與彈簧墊片11加以固定，可以保證徑向定位精度和扭矩傳遞需要；轉(zhuǎn)子空心軸7的另一端的單個徑向軸承3作徑向輔助定位，可以避免由于重力以及電機轉(zhuǎn)子6與電機定子5之間磁吸力造成電機轉(zhuǎn)子6偏心。如圖I所示，齒輪軸后軸承8的兩端的調(diào)整墊圈9，可以方便地消除齒輪軸前軸承2和齒輪軸后軸承8的軸向游隙。總之，本發(fā)明實現(xiàn)了驅(qū)動電機與齒輪(軸)的一體化設(shè)計，使電機驅(qū)動單元體積和 重量減小，并且便于調(diào)整齒輪副的側(cè)隙以提高平臺響應(yīng)速度和控制頻率，適用于航空遙感、目標(biāo)跟蹤等慣性穩(wěn)定及光電伺服平臺系統(tǒng)。
本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種三軸慣性穩(wěn)定平臺電機驅(qū)動單元，其特征在于包括齒輪軸(I)、齒輪軸前軸承(2)、轉(zhuǎn)子支撐軸承(3)、機座(4)、電機定子(5)、電機轉(zhuǎn)子￠)、轉(zhuǎn)子空心軸(7)、齒輪軸后軸承(8)、調(diào)整墊圈(9)、螺母(10)和彈簧墊片(11);所述齒輪軸(I)、電機轉(zhuǎn)子￠)、轉(zhuǎn)子空心軸(7)、調(diào)整墊圈(9)、螺母(10)和彈簧墊片(11)構(gòu)成電機的轉(zhuǎn)動部分；機座(4)、電機定子(5)構(gòu)成電機定子部分；其中齒輪軸(I)前端通過齒輪軸前軸承(2)固定支撐,齒輪軸(I)后端通過齒輪軸后軸承(8)固定支撐在機座(4)內(nèi)孔；轉(zhuǎn)子空心軸(7)前端通過轉(zhuǎn)子支撐軸承(3)支撐在機座(4)內(nèi)孔；轉(zhuǎn)子空心軸(7)后端與齒輪軸(I)后端過盈配合連接，并且轉(zhuǎn)子空心軸(7)后端通過螺母(10)和彈簧墊片(11)加以緊固，以保證徑向定位精度和扭矩傳遞需要；齒輪軸后軸承(8)兩端與齒輪軸(I)和轉(zhuǎn)子空心軸(7)之間分別裝有調(diào)整墊圈(9);過盈連接將電機轉(zhuǎn)子(6)與轉(zhuǎn)子空心軸(7)裝配在一起，然后通過機座(4)圓柱形凸臺的導(dǎo)向作用將電機轉(zhuǎn)子(6)裝入定子孔中，電機定子(5)通過螺釘與機座(4)連接；機座⑷定位孔深度小于電機定子(5)寬度，是一種懸臂結(jié)構(gòu)；機座⑷的底部為平面，機座⑷中間部分為圓柱形凸臺，轉(zhuǎn)子空心軸(7)內(nèi)孔與機座⑷的圓柱形凸臺之間及電機轉(zhuǎn)子(6)和電機定子(5)之間存在間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的三軸慣性穩(wěn)定平臺電機驅(qū)動單元，其特征在于所述轉(zhuǎn)子空心軸(7)內(nèi)孔與機座(4)的圓柱形凸臺之間的間隙為電機轉(zhuǎn)子(6)和電機定子(5)之間的間隙的二分之一至三分之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的電機驅(qū)動單元，其特征在于所述轉(zhuǎn)子空心軸(7)后端與齒輪軸(I)后端過盈配合連接采用的是錐孔配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的電機驅(qū)動單元，其特征在于所述機座(4)定位孔深度為電機定子(5)寬度的五分之二。
5.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的電機驅(qū)動單元，其特征在于所述機座(4)底部的平面與齒輪軸(I)軸線平行，機座(4)的側(cè)面與齒輪軸(I)軸線垂直，通過所述機座(4)底部的平面及側(cè)面的定位及平移來保證齒輪間的正確嚙合及側(cè)隙調(diào)整。
全文摘要
一種三軸慣性穩(wěn)定平臺電機驅(qū)動單元，由齒輪軸、齒輪軸前軸承、轉(zhuǎn)子支撐軸承、機座、電機定子、電機轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子空心軸、齒輪軸后軸承、調(diào)整墊圈、螺母和彈簧墊片組成；本發(fā)明實現(xiàn)了驅(qū)動電機與齒輪(軸)的一體化設(shè)計，使電機驅(qū)動單元體積和重量減小，并且便于調(diào)整齒輪副的側(cè)隙以提高平臺響應(yīng)速度和控制頻率，適用于航空遙感、目標(biāo)跟蹤等慣性穩(wěn)定及光電伺服平臺系統(tǒng)。
文檔編號H02K7/116GK102638130SQ20121011345
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者周向陽, 張建斌, 張鈺, 房建成, 趙巖, 鐘麥英 申請人:北京航空航天大學(xué)