CN102011918A - 一种高精度直驱式气浮转台 - Google Patents

Abstract

一种高精度直驱式气浮转台，包括：支撑座(1)、吊环螺钉(2)、手柄(3)、密封环(4)、轴向节流器(5)、径向节流器(6)、安装基座(7)、径向轴承外圈(8)、O形橡胶密封圈I(9)、气浮面组件(10)、O形橡胶密封圈II(11)、压块(12)、电机安装座(13)、插头座(14)、插头I(15)、插头II(16)、力矩电机定子(17)、力矩电机转子(18)、小压圈(19)、光栅盘(20)、读数头(21)、读数头支架(22)、压盖(23)、封板(24)和大压圈(25)；该转台分度精度高，端面跳动和径向跳动小，解决了大负载情况下的精确分度问题。

Description

一种高精度直驱式气浮转台

技术领域

本发明涉及一种高精度直驱式气浮转台，可应用于卫星等大型精密系统总装和部装过程中的坐标转移、部件定位、精度测量等，还可应用于航空航天、汽车制造等行业的精密加工和精密测量，通过改变结构尺寸、气路参数、选择合适的驱动电机等方法可形成系列化产品，应用于更广泛的领域，本发明应用的技术涵盖了光、机、电等领域。

背景技术

卫星总装时的精确测量分为结构系统精测、推进和控制系统精测，包括动量轮、陀螺、星敏感器、发动机等的安装精度测量；有效载荷精测，包括天线、相机、光谱仪等观测设备的安装精度测量，测量方法主要是电子经纬仪配合精密转台的测量方法。精测时，卫星安装在精密转台上随转台旋转，通过电子经纬仪对卫星的测量可确定卫星中心轴的位置，从而确定测量基准，建立星上坐标系。星上电子设备的安装精度，直接影响到设备的使用精度，目前使用的精密转台采用蜗轮-蜗杆减速器的驱动方式，使用精密机械轴承作为旋转承载部件，定位精度约为10″，电子经纬仪的误差为0.5″，再加上环境误差、人体的视觉误差等，整个测量系统的误差为30″。这个测量精度不能满足现代高分辨率卫星的总装需求，采用更高定位精度的转台是降低整个测量系统误差的关键。

发明内容

本发明需解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种精密气浮分度转台，该转台分度精度高，端面跳动和径向跳动小，解决了大负载情况下的精确分度问题。

本发明的技术解决方案是：一种高精度直驱式气浮转台，包括：支撑座、吊环螺钉、手柄、密封环、轴向节流器、径向节流器、安装基座、径向轴承外圈、O形橡胶密封圈I、气浮面组件、O形橡胶密封圈II、压块、电机安装座、插头座、插头I、插头II、力矩电机定子、力矩电机转子、小压圈、光栅盘、读数头、读数头支架、压盖、封板和大压圈；支撑座为薄壁圆筒，圆筒底面向外是安装法兰，封板安装在支撑座的底面；吊环螺钉固定在支撑座侧壁上；手柄和安装基座固定在气浮面组件上，其中安装基座的回转中心与气浮面组件的回转中心重合；密封环、轴向节流器和径向轴承外圈固定在电机安装座上，O形橡胶密封圈I卡在电机安装座的沟槽内，力矩电机定子通过大压圈固定在电机安装座上；径向节流器安装在径向轴承外圈的侧壁上；气浮面组件为截面“T”型的柱形结构，气浮面组件套入径向轴承外圈内，运输时通过压块将气浮面组件和电机安装座固定；O形橡胶密封圈II卡在密封环的沟槽内；电机安装座为带有中心空腔的回转体，放置在支撑座内部，与支撑座在上端面连接；插头座固定在支撑座上；插头I和插头II固定在插头座上；力矩电机转子通过小压圈固定在气浮面组件上；光栅盘通过压盖固定在气浮面组件上；读数头固定在读数头支架上；数头支架固定在大压圈上。

所述的轴向节流器孔径范围为0.1-0.2mm。

所述的径向节流器的孔径范围为0.05-0.15mm。

所述的气浮面组件的平面度的数值范围为0.001～0.005mm，圆柱度的数值范围为0.0005～0.002mm。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

A)总体结构形式采用力矩电机直接驱动转台主轴，即电机转子与转台主轴直接耦合，省去中间传动环节，缩小了外形尺寸，简化了机械结构；

B)取消中间传动装置，传动链缩短，减小了传动装置的回程间隙，有利于保证转台的分度精度，可以获得优良的动态和静态稳定度；

C)轴向何径向气浮轴承的采用使转台的轴向何径向跳动更小，分度误差和摩擦力矩更小，整体性能优于普通精密机械轴承转台。

附图说明：

图1为本发明的立体外形示意图；

图2为本发明气浮面组件的安装孔布局示意图；

图3为本发明详细结构图；

图4为本发明光栅盘及读数头的安装及调整示意图；

图5为本发明气浮面组件的组成图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的描述：

本发明的精密分度转台的外形如图1所示：

A)运输时需要用压块12通过螺钉固定在电机安装座13上，以压紧气浮面组件10及与之相连的其它部分，使用时需拆除运输用压块12及相应锁紧螺钉；

B)待旋转驱动的对象固定在气浮面组件10的上表面，以安装基座7为定心基准、以气浮面组件10为端面定位基准进行安装，通过螺钉进行连接固定，固定孔的分布见图2，ΦD1、ΦD2和ΦD3分别为各个安装孔的分度圆直径；

C)利用吊环螺钉2进行吊装、转运，正常工作时可用将其拆下并用内六方紧定螺钉封住吊环螺钉孔；

D)使用时需将支撑座1固定在双零及以上级大理石平台上，或相应等级的其它材质的平台上；

E)使用时气浮面组件10的上表面与水平面的夹角不得大于30°；

装置的具体组成结构关系如下：

本发明一种精密分度转台，如图3所示包括：支撑座1、吊环螺钉2、手柄3、密封环4、轴向节流器5、径向节流器6、安装基座7、径向轴承外圈8、O形橡胶密封圈I 9、气浮面组件10、O形橡胶密封圈II 11、压块12、电机安装座13、插头座14、插头I 15、插头II 16、力矩电机定子17、力矩电机转子18、小压圈19、光栅盘20、读数头21、读数头支架22、压盖23、封板24、大压圈25以及连接螺钉等。

支撑座1薄壁圆筒，圆筒底面向外设置安装法兰，封板24安装在支撑座1的底面，起到密封盒防尘的作用；吊环螺钉2固定在支撑座1侧壁上，用于起吊、运送和放置；手柄3的作用是可以手动旋转转台；密封环4的作用是连通轴向节流器5已经对连通性进行了说明，并通过管路与从支撑座1的一侧与外部气源和径向节流器6连接，形成稳定的气路，根据需要，轴向节流器的回路和径向节流器的回路可以连通后再连入气源，也可以分别接不同气源；轴向节流器5和径向节流器6的作用是分别和气浮面组件10在轴向和径向形成气膜，进而形成轴向和径向的气浮轴承；安装基座7的作用是用于待测试件的定心；O形橡胶密封圈I 9和O形橡胶密封圈II 11的作用是进行气体密封，与管路一起组成密闭的气路；气浮面组件10为截面“T”型的柱形结构见附图5，气浮面组件10套入径向轴承外圈8内，径向轴承外圈8与电机安装座13的内环槽形成环形回路，联通径向节流器6；气浮面组件10包括台面10-1、内六角圆柱头螺钉10-2、转轴10-3和销钉10-4；压块12的作用是运输时将气浮面组件10和电机安装座13固定在一起；电机安装座13为带有中心空腔的回转体，为了减重从而降低转动惯量，电机安装座13可以设计成倒“工”型结构，放置在支撑座1内部，与支撑座1在上端面连接，和气浮组件10形成气浮面，还用于固定力矩电机定子17，力矩电机的定子和力矩电机转子18之间形成电磁场，是转台的动力源，驱动气浮面组件10旋转；插头座14的作用是固定插头I 15和插头II 16，与支撑座1固定；力矩电机定子17通过大压圈25固定在电机安装座13上；力矩电机转子18通过小压圈19固定在气浮组件10上；光栅盘20通过压盖23固定在气浮组件10上；读数头21固定在读数头支架22上；数头支架22固定在大压圈25上。光栅盘20与支撑座1之间的相对转动被读数头21感知并显示，即为精密分度台的转动角度。

本发明的精密分度转台的光栅盘读数头的安装及调节示意图如图4所示：

A)读数头21通过螺钉固定在读数头支架22上，通过调整读数头支架22与光栅盘20的位置关系来调整光栅盘20与读数头21的位置关系，以保证可靠读数和较小的测量误差；

B)通过调整倾角调节紧定螺钉(旋入/旋出)来调整光栅盘20与读数头21的相对距离的远、近；

C)通过调整两个倾角调节紧定螺钉27(旋入/旋出)的不同旋入长度来调整光栅盘20与读数头21的一个方向的角度，保证产品技术要求；

D)通过配合调整4个锁紧和调节螺钉26来调整光栅盘20与读数头21另一个方向的角度，从而保证光栅盘20与读数头21之间的相对位置满足产品技术要求。

支撑座1采用HT300材料，铸造后需进行消除应力处理，表面需清理并喷漆防锈；轴向节流器5和径向节流器6采用在铜套上镶嵌红宝石件的结构实现，以保证整体的工艺可实现性和寿命；安装基座7是安装的基准，对实际使用效果有很大影响，因此选用淬火后的耐磨和耐腐蚀的9Cr18不锈钢；淬火后硬度不小于HRC58；径向轴承外圈8相当于径向轴承的外圈，考虑耐腐蚀性和硬度，选用9Cr18不锈钢淬火，保证寿命和加工精度；气浮面组件10结构见图5，包括台面10-1、内六角圆柱头螺钉10-2、转轴10-3和销钉10-4，相当于径向轴承的内圈河端面轴承的下压面的组合体，考虑工艺实现性，采用分体加工后组合配磨的方式实现，不但可以降低成本，还可以降低工艺实现难度；考虑耐腐蚀性和硬度，台面10-1和转轴10-3都选用9Cr18不锈钢淬火，保证寿命和加工精度；运输用压块12的用途是防止运输时气浮面组件的损伤，用LY12铝材，不至于对台面10-1造成伤害；电机安装座13是关主件，起到连接电机定子的作用，同时也是端面轴承的支撑面，考虑耐腐蚀性和硬度，选用9Cr18不锈钢淬火，用棒材锻造后静加工，保证寿命和加工精度；节流器的孔径对气浮轴承的性能有很重要的影响，因此需严加控制；而气浮面组件的平面度和圆柱度直接影响分度台的运动精度，是重要技术指标。轴向节流器5孔径范围为0.1-0.2mm。径向节流器6的孔径范围为0.05-0.15mm。气浮面组件10的平面度的数值范围为0.001～0.005mm，圆柱度的数值范围为0.0005～0.002mm。插头座14、小压圈19、读数头支架22、压盖23、封板24和大压圈25都是结构件，选材时保证读够的强度和刚度即可，没有特别要求。

本发明可在大承载的情况下实现旋转精确定位，定位精度可达±2″。应用于高分辨率卫星总装和部装过程中的坐标转移、部件定位和精度测量，是现代化卫星装配过程中不可缺少的设备之一。

本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (4)

1.一种高精度直驱式气浮转台，其特征在于包括：支撑座(1)、吊环螺钉(2)、手柄(3)、密封环(4)、轴向节流器(5)、径向节流器(6)、安装基座(7)、径向轴承外圈(8)、O形橡胶密封圈I(9)、气浮面组件(10)、O形橡胶密封圈II(11)、压块(12)、电机安装座(13)、插头座(14)、插头I(15)、插头II(16)、力矩电机定子(17)、力矩电机转子(18)、小压圈(19)、光栅盘(20)、读数头(21)、读数头支架(22)、压盖(23)、封板(24)和大压圈(25)；支撑座(1)为薄壁圆筒，圆筒底面向外是安装法兰，封板(24)安装在支撑座(1)的底面；吊环螺钉(2)固定在支撑座(1)侧壁上；手柄(3)和安装基座(7)固定在气浮面组件(10)上，其中安装基座(7)的回转中心与气浮面组件(10)的回转中心重合；密封环(4)、轴向节流器(5)和径向轴承外圈(8)固定在电机安装座(13)上，O形橡胶密封圈I(9)卡在电机安装座(13)的沟槽内，力矩电机定子(17)通过大压圈(25)固定在电机安装座(13)上；径向节流器(6)安装在径向轴承外圈(8)的侧壁上；气浮面组件(10)为截面“T”型的柱形结构，气浮面组件(10)套入径向轴承外圈(8)内，运输时通过压块(12)将气浮面组件(10)和电机安装座(13)固定；O形橡胶密封圈II(11)卡在密封环(4)的沟槽内；电机安装座(13)为带有中心空腔的回转体，放置在支撑座(1)内部，与支撑座(1)在上端面连接；插头座(14)固定在支撑座(1)上；插头I(15)和插头II(16)固定在插头座(14)上；力矩电机转子(18)通过小压圈(19)固定在气浮面组件(10)上；光栅盘(20)通过压盖(23)固定在气浮面组件(10)上；读数头(21)固定在读数头支架(22)上；数头支架(22)固定在大压圈(25)上。

2.根据权利要求1所述的一种高精度直驱式气浮转台，其特征在于：所述的轴向节流器(5)孔径范围为0.1-0.2mm。

3.根据权利要求1所述的一种高精度直驱式气浮转台，其特征在于：所述的径向节流器(6)的孔径范围为0.05-0.15mm。

4.根据权利要求1所述的一种高精度直驱式气浮转台，其特征在于：所述的气浮面组件(10)的平面度的数值范围为0.001～0.005mm，圆柱度的数值范围为0.0005～0.002mm。

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