專利名稱：一種三軸慣性穩(wěn)定平臺驅(qū)動裝置的制作方法
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、雷達及目標監(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?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)動裝置是慣性穩(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)有驅(qū)動方式均是在傳動鏈末端采用齒輪或齒形帶傳動來實現(xiàn)橫滾框和俯仰框的擺動，如果要實現(xiàn)較大的傳動比，需要采取兩級減速裝置。目前，第一級減速的理想方案是采用行星齒輪減速器，可以實現(xiàn)較大的減速比和較高傳動精度。這種兩級減速傳動方式存在以下不足(I)兩級傳動既増大了傳動間隙又降低了傳動剛性，不利于提高平臺控制精度；(2)整個傳動環(huán)節(jié)的零部件總體尺寸和重量較大，不利于平臺輕量化設(shè)計；(3)末端傳動鏈的齒輪或齒形帶及帶輪的加工精度要求很高，由于結(jié)構(gòu)和尺寸特殊通常無法采購到現(xiàn)成產(chǎn)品而需要定制，零件的加工條件要求高、加工難度大、制造成本高。本發(fā)明所提出的驅(qū)動裝置可以有效解決這些問題。

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)定平臺中橫滾框和俯仰框現(xiàn)有驅(qū)動方式的不足，提出ー種精度高、剛性好、體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡便的新型驅(qū)動裝置。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是ー種三軸慣性穩(wěn)定平臺驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置主要由固定端鉸鏈副、電機-絲杠移動副和擺動端鉸鏈副三部分組成。當電機雙向旋轉(zhuǎn)帶動絲杠作軸向前后移動時，安裝在擺動框上的擺動鉸鏈軸帶動擺動框繞其轉(zhuǎn)動中心往復(fù)擺動。本發(fā)明中的電機-絲杠移動副主要由擺動端鉸鏈座、前軸承座、螺母、絲杠、殼體、電機轉(zhuǎn)子、電機定子、固定端鉸鏈座、絲杠鎖緊螺母、轉(zhuǎn)子空心軸套和絲杠支撐軸承組成，采用滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，具有摩擦扭矩小、軸向推力大、精度高、反向間隙小等特點；絲杠的支承軸承在螺母兩端，電機轉(zhuǎn)子通過轉(zhuǎn)子空心軸套安裝在絲杠后端，方便轉(zhuǎn)子裝拆。固定端鉸鏈副和擺動端鉸鏈副均采用轉(zhuǎn)動鉸鏈副結(jié)構(gòu)，由鉸鏈軸、鉸鏈座、墊圏，鉸鏈副支撐軸承、鉸鏈軸鎖緊螺母組成。其中，鉸鏈軸通過鉸鏈副支撐軸承置于鉸鏈座中。鉸鏈軸通過鉸鏈軸鎖緊螺母加墊圈來緊固于鉸鏈座之中。其中電機-絲杠副的裝配順序為將定子裝入殼體并用螺釘壓緊固定；將擺動鉸鏈座插入前軸承座后與螺母裝配在一起，然后將絲杠、軸承、前軸承座等裝入殼體并連接好；采用徑向過盈連接轉(zhuǎn)子空心軸套壓入電機轉(zhuǎn)子孔中，然后將轉(zhuǎn)子從絲杠后端裝入絲杠，由于絲杠的導(dǎo)向作用，轉(zhuǎn)子裝入過程中不會發(fā)生轉(zhuǎn)子和定子之間因強磁力造成的直接接觸問題。一般情況下三軸慣性穩(wěn)定平臺橫滾框和俯仰框的擺動角度在±8°以內(nèi)，本發(fā)明的驅(qū)動方案在工作行程范圍內(nèi)，擺動端鉸鏈副有小角度旋轉(zhuǎn)，因此需要采用滾動軸承，而且軸承要成對使用以消除徑向間隙。由于固定端鉸鏈副的旋轉(zhuǎn)角度很小，因此既可以采用上述的轉(zhuǎn)動鉸鏈副，還可以采取結(jié)構(gòu)更簡單的方式，將固定端設(shè)計成無鉸鏈形式，利用固定端的一段薄壁的彈性變形 實現(xiàn)絲杠副的微小擺動。本發(fā)明的原理是一種三軸慣性穩(wěn)定平臺驅(qū)動方案，提出一種全新的方法來實現(xiàn)三軸慣性穩(wěn)定平臺的橫滾框和俯仰框擺動的驅(qū)動；該驅(qū)動裝置由固定端鉸鏈副、電機-絲杠移動副和擺動端鉸鏈副三部分組成。由于采用了連桿機構(gòu)，當電機雙向旋轉(zhuǎn)帶動絲杠作軸向前后移動時，安裝在擺動框上的擺動鉸鏈軸帶動擺動框就繞其轉(zhuǎn)動中心往復(fù)擺動。本發(fā)明中的電機-絲杠移動副采用滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，具有摩擦扭矩小、軸向推力大、精度高、反向間隙小等特點；固定端鉸鏈副和擺動端鉸鏈副均采用轉(zhuǎn)動鉸鏈副結(jié)構(gòu)。由于固定端鉸鏈副的旋轉(zhuǎn)角度很小，因此既可以采用上述的轉(zhuǎn)動鉸鏈副，還可以采取結(jié)構(gòu)更簡單的方式，將固定端鉸鏈副設(shè)計成無鉸鏈形式，利用固定端的一段薄壁的彈性變形來實現(xiàn)絲杠副的微小擺動。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于(I)采用了連桿機構(gòu)與采用齒輪或齒形帶的傳動方式相比實現(xiàn)大減速比傳動，簡化了三軸慣性穩(wěn)定平臺中橫滾框和俯仰框的驅(qū)動結(jié)構(gòu)，而且具有結(jié)構(gòu)尺寸小、質(zhì)量輕、傳動剛性好等優(yōu)點。(2)采用了連桿機構(gòu)使傳動鏈的總側(cè)隙與采用齒輪或齒形帶的傳動方式相比顯著減小，有利于提聞平臺的控制精度。(3)采用滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，具有摩擦扭矩小、軸向推力大、精度高、反向間隙小等優(yōu)點。(4)本發(fā)明中絲杠的支承軸承在螺母兩端，電機轉(zhuǎn)子通過轉(zhuǎn)子空心軸套轉(zhuǎn)換后安裝在絲杠后端,方便轉(zhuǎn)子裝拆。(5)本發(fā)明中的固定端無鉸鏈形式，利用固定端彈性變形來實現(xiàn)絲杠副的微小擺動，使固定端鉸鏈副結(jié)構(gòu)簡單而且無間隙，有利于提高本驅(qū)動裝置的整體精度。


圖I為本發(fā)明的三軸慣性穩(wěn)定平臺驅(qū)動裝置原理示意圖；圖2為本發(fā)明中的電機-絲杠移動副結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明中的轉(zhuǎn)動鉸鏈副結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明中的固定端無轉(zhuǎn)動鉸鏈副設(shè)計結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式如圖I所示，本發(fā)明中ー種三軸慣性穩(wěn)定平臺驅(qū)動裝置由固定端鉸鏈副I、電機-絲杠移動副II和擺動端鉸鏈副III三部分組成。固定端鉸鏈副I固定于平臺底座102之上，擺動鉸鏈副III與擺動框架103相連，電機-絲杠移動副II置于固定端鉸鏈副I與擺動端鉸鏈副III之間。當電機雙向旋轉(zhuǎn)帶動絲杠4作軸向前后移動時，安裝在擺動框架103上的擺動鉸鏈副III帶動擺動框架103繞擺動轉(zhuǎn)動中心101往復(fù)擺動。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的扇形齒輪傳動或齒形帶傳動方式相比具有傳動比大、傳動剛性好、驅(qū)動單元體積小重量輕、結(jié)構(gòu)簡便等優(yōu)點。如圖2所示，電機-絲杠移動副II主要由擺動端鉸鏈座I、前軸承座2、螺母3、絲杠4、殼體5、電機轉(zhuǎn)子6、電機定子7、固定端鉸鏈座8、絲杠鎖緊螺母9、轉(zhuǎn)子空心軸套10和絲杠支撐軸承11組成；絲杠4兩端通過絲杠支撐軸承11來支撐，電機轉(zhuǎn)子6通過過盈固定裝在轉(zhuǎn)子空心軸套10上；轉(zhuǎn)子空心軸套10通過絲杠鎖緊螺母9固定與絲杠4連接；擺動端鉸鏈座I與螺母3通過螺釘緊固，螺母3則與絲杠4通過螺紋連接；電機定子7通過螺釘緊固在固定端鉸鏈座8 ;移動副的殼體5則與固定端鉸鏈座8和前軸承座2緊固連接。電機-絲杠移動副II其特點(a)采用滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，具有摩擦扭矩小、軸向推力大、精度高、反向間隙小等特點；(b)采用絲杠4固定，螺母3移動的方式，絲杠4轉(zhuǎn)動時螺母3和擺動 端鉸鏈座I沿絲杠4軸向移動；(c)絲杠支承軸承11在螺母兩端，電機轉(zhuǎn)子6安裝在絲杠4后端，方便電機轉(zhuǎn)子6裝拆。如圖2所示，電機-絲杠副II的裝配順序為將電機定子7裝入殼體5并用螺釘壓緊固定；將擺動鉸鏈座I插入前軸承座2后與螺母3裝配在一起，然后將絲杠4、絲杠支撐軸承11、前軸承座2等裝入殼體5并連接好；采用徑向過盈連接轉(zhuǎn)子空心軸套10壓入電機轉(zhuǎn)子6的孔中，然后將電機轉(zhuǎn)子6從絲杠4后端裝入絲杠4，由于絲杠4的導(dǎo)向作用，電機轉(zhuǎn)子6裝入過程中不會發(fā)生電機轉(zhuǎn)子6和電機定子7之間因強磁力造成的直接接觸問題。如圖3所示，固定端鉸鏈副I和擺動端鉸鏈副III均采用轉(zhuǎn)動鉸鏈副結(jié)構(gòu)，由鉸鏈軸305、鉸鏈座304、墊圈303，鉸鏈副支撐軸承302、鉸鏈軸鎖緊螺母301組成。其中，鉸鏈軸305通過鉸鏈副支撐軸承302置于鉸鏈座304中。鉸鏈軸305通過鉸鏈軸鎖緊螺母301加墊圈303來緊固于鉸鏈座304之中。如圖3所示，由于一般情況下三軸慣性穩(wěn)定平臺橫滾框和俯仰框的擺動角度在±8°以內(nèi)，本發(fā)明的驅(qū)動裝置在工作行程范圍內(nèi)，由于驅(qū)動裝置功能需要，擺動端鉸鏈副III有8°以內(nèi)的小角度旋轉(zhuǎn)，需要安裝滾動軸承來實現(xiàn)，本發(fā)明中采用鉸鏈副支撐軸承302，并且成對使用，通過軸承的軸向預(yù)緊來消除徑向間隙，從而有利于本驅(qū)動裝置中傳動精度的提聞。如圖4所示，由于本發(fā)明中的固定端鉸鏈副I的旋轉(zhuǎn)角度小于0.5°，角度很小，因此既可以采用上述的轉(zhuǎn)動鉸鏈副結(jié)構(gòu)，還可以采取結(jié)構(gòu)更簡單的方式，將固定端鉸鏈副I設(shè)計成無鉸鏈的柔性形式，而是借助固定端401的一段薄壁402的彈性變形實現(xiàn)電機-絲杠移動副II的0. 5°以內(nèi)的微小擺動，使固定端鉸鏈副I結(jié)構(gòu)簡單而且無間隙，有利于提高本驅(qū)動裝置的整體精度。本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技木。
權(quán)利要求
1.ー種三軸慣性穩(wěn)定平臺驅(qū)動裝置，其特征在干包括固定端鉸鏈副(I)、電機-絲杠移動副(II)和擺動端鉸鏈副(III);所述固定端鉸鏈副(I)固定于平臺底座(102)之上，所述擺動鉸鏈副(III)與擺動框架(103)相連，所述電機-絲杠移動副(II)置于固定端鉸鏈副⑴與擺動端鉸鏈副(III)之間；當電機雙向旋轉(zhuǎn)帶動絲杠⑷作軸向前后移動時，安裝在擺動框架(103)上的擺動鉸鏈副(III)帶動擺動框架(103)繞其轉(zhuǎn)動中心(101)往復(fù)擺動；電機-絲杠移動副(II)由擺動端鉸鏈座(I)、前軸承座(2)、螺母(3)、絲杠(4)、殼體(5)、電機轉(zhuǎn)子￠)、電機定子(7)、固定端鉸鏈座(8)、絲杠鎖緊螺母(9)、轉(zhuǎn)子空心軸套(10)和絲杠支撐軸承(11)組成；絲杠(4)兩端通過絲杠支撐軸承(11)來支撐，電機轉(zhuǎn)子(6)通過過盈固定裝在轉(zhuǎn)子空心軸套(10)上；轉(zhuǎn)子空心軸套(10)通過絲杠鎖緊螺母(9)固定與絲杠⑷連接；擺動端鉸鏈座⑴與螺母⑶通過螺釘緊固，螺母⑶則與絲杠⑷通過螺紋連接；電機定子(7)通過螺釘緊固在固定端鉸鏈座(8);移動副的殼體(5)與固定端鉸鏈座⑶和前軸承座⑵緊固連接，固定端鉸鏈副⑴和擺動端鉸鏈副(III)均采用轉(zhuǎn)動鉸鏈副結(jié)構(gòu)，由鉸鏈軸(305)、鉸鏈座(304)、墊圈(303)，鉸鏈副支撐軸承(302)和鉸鏈軸鎖緊螺母(301)組成，其中鉸鏈軸(305)通過鉸鏈副支撐軸承(302)置于鉸鏈座(304)中，鉸鏈軸(305)通過鉸鏈軸鎖緊螺母(301)加墊圈(303)來緊固于鉸鏈座(304)之中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種三軸慣性穩(wěn)定平臺驅(qū)動裝置，其特征在于所述電機-絲杠移動副(II)結(jié)構(gòu)采用滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，其中絲杠(4)固定，螺母(3)移動，絲杠(4)轉(zhuǎn)動時螺母(3)和擺動端鉸鏈座(I)沿絲杠(4)軸向移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的ー種三軸慣性穩(wěn)定平臺驅(qū)動裝置，其特征在于所述擺動端鉸鏈副(III)能夠進行8°以內(nèi)的小角度旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的ー種三軸慣性穩(wěn)定平臺驅(qū)動裝置，其特征在于所述擺動端鉸鏈副(III)采用的鉸鏈副支撐軸承(302)為滾動軸承，成對使用以消除軸承徑向間隙。
5.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的ー種三軸慣性穩(wěn)定平臺驅(qū)動裝置，其特征在于所述固定端鉸鏈副(I)的旋轉(zhuǎn)角度小于0.5°。
6.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的ー種三軸慣性穩(wěn)定平臺驅(qū)動裝置，其特征在于所述固定端鉸鏈副(I)也可以設(shè)計成無鉸鏈結(jié)構(gòu)形式，通過固定端(401)的一段薄壁(402)的弾性變形實現(xiàn)電機-絲杠移動副(II)的0.5°以內(nèi)的微小擺動。
全文摘要
一種三軸慣性穩(wěn)定平臺驅(qū)動裝置，該裝置適用于三軸慣性穩(wěn)定平臺的橫滾框和俯仰框擺動的驅(qū)動，與傳統(tǒng)的扇形齒輪傳動或齒形帶傳動方式不同，本裝置采用連桿機構(gòu)實現(xiàn)橫滾框和俯仰框的擺動。該驅(qū)動裝置由固定端鉸鏈副、電機-絲杠移動副和擺動端鉸鏈副三部分組成。當電機雙向旋轉(zhuǎn)帶動絲杠作軸向前后移動時，安裝在擺動框上的擺動鉸鏈軸帶動擺動框繞其轉(zhuǎn)動中心往復(fù)擺動。該結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的扇形齒輪傳動或齒形帶傳動方式相比具有傳動比大、傳動剛性好、驅(qū)動單元體積小重量輕、結(jié)構(gòu)簡便等優(yōu)點。適用于航空遙感、目標跟蹤等慣性穩(wěn)定及光電伺服平臺的橫滾框和俯仰框驅(qū)動。
文檔編號H02K5/04GK102664488SQ201210135190
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月3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)