CN102664488B - 一种三轴惯性稳定平台驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一种三轴惯性稳定平台驱动装置,该装置适用于三轴惯性稳定平台的横滚框和俯仰框摆动的驱动,与传统的扇形齿轮传动或齿形带传动方式不同,本装置采用连杆机构实现横滚框和俯仰框的摆动。该驱动装置由固定端铰链副、电机-丝杠移动副和摆动端铰链副三部分组成。当电机双向旋转带动丝杠作轴向前后移动时,安装在摆动框上的摆动铰链轴带动摆动框绕其转动中心往复摆动。该结构与传统的扇形齿轮传动或齿形带传动方式相比具有传动比大、传动刚性好、驱动单元体积小重量轻、结构简便等优点。适用于航空遥感、目标跟踪等惯性稳定及光电伺服平台的横滚框和俯仰框驱动。

Description

一种三轴惯性稳定平台驱动装置
技术领域
[0001] 本发明属于航空遥感技术领域,涉及三轴惯性稳定平台的横滚和俯仰动作的驱 动,适用于承载较大而又要求自重较小的航空遥感三轴惯性稳定平台系统,也可用于车载、 舰载、雷达及目标监视等伺服跟踪稳定平台系统。
背景技术
[0002] 航空遥感三轴惯性稳定平台是机载对地观测的关键设备之一,其功能是支承成像 载荷并隔离飞行载体三个方向姿态角运动及外部扰动,使成像载荷视轴在惯性空间内始终 跟踪并垂直于当地水平,提高成像分辨率。然而由于航空应用环境的限制,惯性稳定平台结 构上需要同时具有体积小、重量轻和承载比大等特点,因此设计上需要在满足动静态性能 的前提下进行紧凑性优化设计。驱动装置是惯性稳定平台的一个关键部件,决定着稳定平 台的整体性能,包括精度、承载能力、体积、重量、功耗等。
[0003] 在航空惯性稳定平台设计中,现有驱动方式均是在传动链末端采用齿轮或齿形带 传动来实现横滚框和俯仰框的摆动,如果要实现较大的传动比,需要采取两级减速装置。目 前,第一级减速的理想方案是采用行星齿轮减速器,可以实现较大的减速比和较高传动精 度。这种两级减速传动方式存在以下不足:(I)两级传动既增大了传动间隙又降低了传动 刚性,不利于提高平台控制精度;(2)整个传动环节的零部件总体尺寸和重量较大,不利于 平台轻量化设计;(3)末端传动链的齿轮或齿形带及带轮的加工精度要求很高,由于结构 和尺寸特殊通常无法采购到现成产品而需要定制,零件的加工条件要求高、加工难度大、制 造成本高。本发明所提出的驱动装置可以有效解决这些问题。
发明内容
[0004] 本发明的技术解决问题是:针对航空遥感三轴惯性稳定平台中横滚框和俯仰框现 有驱动方式的不足,提出一种精度高、刚性好、体积小、质量轻、结构简便的新型驱动装置。
[0005] 本发明的技术解决方案是:一种三轴惯性稳定平台驱动装置,该驱动装置主要由 固定端铰链副、电机-丝杠移动副和摆动端铰链副三部分组成。当电机双向旋转带动丝杠 作轴向前后移动时,安装在摆动框上的摆动铰链轴带动摆动框绕其转动中心往复摆动。本 发明中的电机-丝杠移动副主要由摆动端铰链座、前轴承座、螺母、丝杠、壳体、电机转子、 电机定子、固定端铰链座、丝杠锁紧螺母、转子空心轴套和丝杠支撑轴承组成,采用滚珠丝 杠结构,具有摩擦扭矩小、轴向推力大、精度高、反向间隙小等特点;丝杠的支承轴承在螺母 两端,电机转子通过转子空心轴套安装在丝杠后端,方便转子装拆。固定端铰链副和摆动端 铰链副均采用转动铰链副结构,由铰链轴、铰链座、垫圈,铰链副支撑轴承、铰链轴锁紧螺母 组成。其中,铰链轴通过铰链副支撑轴承置于铰链座中。铰链轴通过铰链轴锁紧螺母加垫 圈来紧固于铰链座之中。
[0006] 其中电机-丝杠副的装配顺序为:将定子装入壳体并用螺钉压紧固定;将摆动铰 链座插入前轴承座后与螺母装配在一起,然后将丝杠、轴承、前轴承座等装入壳体并连接好;采用径向过盈连接转子空心轴套压入电机转子孔中,然后将转子从丝杠后端装入丝杠, 由于丝杠的导向作用,转子装入过程中不会发生转子和定子之间因强磁力造成的直接接触 问题。
[0007] 一般情况下三轴惯性稳定平台横滚框和俯仰框的摆动角度在±8°以内,本发明 的驱动方案在工作行程范围内,摆动端铰链副有小角度旋转,因此需要采用滚动轴承,而且 轴承要成对使用以消除径向间隙。
[0008] 由于固定端铰链副的旋转角度很小,因此既可以采用上述的转动铰链副,还可以 采取结构更简单的方式,将固定端设计成无铰链形式,利用固定端的一段薄壁的弹性变形 实现丝杠副的微小摆动。
[0009] 本发明的原理是:一种三轴惯性稳定平台驱动方案,提出一种全新的方法来实现 三轴惯性稳定平台的横滚框和俯仰框摆动的驱动;该驱动装置由固定端铰链副、电机-丝 杠移动副和摆动端铰链副三部分组成。由于采用了连杆机构,当电机双向旋转带动丝杠作 轴向前后移动时,安装在摆动框上的摆动铰链轴带动摆动框就绕其转动中心往复摆动。本 发明中的电机-丝杠移动副采用滚珠丝杠结构,具有摩擦扭矩小、轴向推力大、精度高、反 向间隙小等特点;固定端铰链副和摆动端铰链副均采用转动铰链副结构。由于固定端铰链 副的旋转角度很小,因此既可以采用上述的转动铰链副,还可以采取结构更简单的方式,将 固定端铰链副设计成无铰链形式,利用固定端的一段薄壁的弹性变形来实现丝杠副的微小 摆动。
[0010] 本发明与现有技术相比的优点在于:
[0011] (I)采用了连杆机构与采用齿轮或齿形带的传动方式相比实现大减速比传动,简 化了三轴惯性稳定平台中横滚框和俯仰框的驱动结构,而且具有结构尺寸小、质量轻、传动 刚性好等优点。
[0012] (2)采用了连杆机构使传动链的总侧隙与采用齿轮或齿形带的传动方式相比显著 减小,有利于提闻平台的控制精度。
[0013] (3)采用滚珠丝杠结构,具有摩擦扭矩小、轴向推力大、精度高、反向间隙小等优 点。
[0014] (4)本发明中丝杠的支承轴承在螺母两端,电机转子通过转子空心轴套转换后安 装在丝杠后端,方便转子装拆。
[0015] (5)本发明中的固定端无铰链形式,利用固定端弹性变形来实现丝杠副的微小摆 动,使固定端铰链副结构简单而且无间隙,有利于提高本驱动装置的整体精度。
附图说明
[0016] 图1为本发明的三轴惯性稳定平台驱动装置原理示意图;
[0017] 图2为本发明中的电机-丝杠移动副结构图;
[0018] 图3为本发明中的转动铰链副结构图;
[0019] 图4为本发明中的固定端无转动铰链副设计结构图。
具体实施方式
[0020] 如图1所示,本发明中一种三轴惯性稳定平台驱动装置由固定端铰链副1、电机-丝杠移动副II和摆动端铰链副III三部分组成。固定端铰链副I固定于平台底座102 之上,摆动铰链副III与摆动框架103相连,电机-丝杠移动副II置于固定端铰链副I与 摆动端铰链副III之间。当电机双向旋转带动丝杠4作轴向前后移动时,安装在摆动框架 103上的摆动铰链副III带动摆动框架103绕摆动转动中心101往复摆动。本发明的结构 与传统的扇形齿轮传动或齿形带传动方式相比具有传动比大、传动刚性好、驱动单元体积 小重量轻、结构简便等优点。
[0021] 如图2所示,电机-丝杠移动副II主要由摆动端铰链座1、前轴承座2、螺母3、丝 杠4、壳体5、电机转子6、电机定子7、固定端铰链座8、丝杠锁紧螺母9、转子空心轴套10和 丝杠支撑轴承11组成;丝杠4两端通过丝杠支撑轴承11来支撑,电机转子6通过过盈固定 装在转子空心轴套10上;转子空心轴套10通过丝杠锁紧螺母9固定与丝杠4连接;摆动 端铰链座I与螺母3通过螺钉紧固,螺母3则与丝杠4通过螺纹连接;电机定子7通过螺钉 紧固在固定端铰链座8 ;移动副的壳体5则与固定端铰链座8和前轴承座2紧固连接。电 机-丝杠移动副II其特点:(a)采用滚珠丝杠结构,具有摩擦扭矩小、轴向推力大、精度高、 反向间隙小等特点;(b)采用丝杠4固定,螺母3移动的方式,丝杠4转动时螺母3和摆动 端铰链座I沿丝杠4轴向移动;(c)丝杠支承轴承11在螺母两端,电机转子6安装在丝杠4 后端,方便电机转子6装拆。
[0022] 如图2所示,电机-丝杠副II的装配顺序为:将电机定子7装入壳体5并用螺钉 压紧固定;将摆动铰链座I插入前轴承座2后与螺母3装配在一起,然后将丝杠4、丝杠支 撑轴承11、前轴承座2等装入壳体5并连接好;采用径向过盈连接转子空心轴套10压入电 机转子6的孔中,然后将电机转子6从丝杠4后端装入丝杠4,由于丝杠4的导向作用,电机 转子6装入过程中不会发生电机转子6和电机定子7之间因强磁力造成的直接接触问题。
[0023] 如图3所示,固定端铰链副I和摆动端铰链副III均采用转动铰链副结构,由铰链 轴305、铰链座304、垫圈303,铰链副支撑轴承302、铰链轴锁紧螺母301组成。其中,铰链 轴305通过铰链副支撑轴承302置于铰链座304中。铰链轴305通过铰链轴锁紧螺母301 加垫圈303来紧固于铰链座304之中。
[0024] 如图3所示,由于一般情况下三轴惯性稳定平台横滚框和俯仰框的摆动角度在 ±8°以内,本发明的驱动装置在工作行程范围内,由于驱动装置功能需要,摆动端铰链副 III有8°以内的小角度旋转,需要安装滚动轴承来实现,本发明中采用铰链副支撑轴承 302,并且成对使用,通过轴承的轴向预紧来消除径向间隙,从而有利于本驱动装置中传动 精度的提闻。
[0025] 如图4所示,由于本发明中的固定端铰链副I的旋转角度小于0.5°,角度很小, 因此既可以采用上述的转动铰链副结构,还可以采取结构更简单的方式,将固定端铰链副I 设计成无铰链的柔性形式,而是借助固定端401的一段薄壁402的弹性变形实现电机-丝 杠移动副II的0.5°以内的微小摆动,使固定端铰链副I结构简单而且无间隙,有利于提高 本驱动装置的整体精度。
[0026] 本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种三轴惯性稳定平台驱动装置,其特征在于:包括固定端铰链副(I )、电机-丝杠 移动副(II)和摆动端铰链副(III);所述固定端铰链副(I )固定于平台底座(102)之上,所 述摆动铰链副(III)与摆动框架(103)相连,所述电机-丝杠移动副(II )置于固定端铰链副 (I )与摆动端铰链副(III)之间;当电机双向旋转带动丝杠(4)作轴向前后移动时,安装在摆 动框架(103)上的摆动铰链副(III)带动摆动框架(103)绕其转动中心(101)往复摆动;电 机-丝杠移动副(II )由摆动端铰链座(I)、前轴承座(2 )、螺母(3 )、丝杠(4 )、壳体(5 )、电机 转子(6)、电机定子(7)、固定端铰链座(8)、丝杠锁紧螺母(9)、转子空心轴套(10)和丝杠支 撑轴承(11)组成;丝杠(4)两端通过丝杠支撑轴承(11)来支撑,电机转子(6)通过过盈固 定装在转子空心轴套(10)上;转子空心轴套(10)通过丝杠锁紧螺母(9)固定与丝杠(4)连 接;摆动端铰链座(I)与螺母(3)通过螺钉紧固,螺母(3)则与丝杠(4)通过螺纹连接;电机 定子(7)通过螺钉紧固在固定端铰链座(8);移动副的壳体(5)与固定端铰链座(8)和前轴 承座(2)紧固连接,固定端铰链副(I )和摆动端铰链副(III)均采用转动铰链副结构,由铰链 轴(305 )、铰链座(304 )、垫圈(303 )、铰链副支撑轴承(302 )和铰链轴锁紧螺母(301)组成, 其中铰链轴(305 )通过铰链副支撑轴承(302 )置于铰链座(304)中,铰链轴(305 )通过铰链 轴锁紧螺母(301)加垫圈(303 )来紧固于铰链座(304)之中。
2.根据权利要求1所述的一种三轴惯性稳定平台驱动装置,其特征在于:所述电 机-丝杠移动副(II)结构采用滚珠丝杠结构,其中丝杠(4)固定,螺母(3)移动,丝杠(4)转 动时螺母(3 )和摆动端铰链座(I)沿丝杠(4 )轴向移动。
3.根据权利要求1中所述的一种三轴惯性稳定平台驱动装置,其特征在于:所述摆动 端铰链副(III)能够进行8°以内的小角度旋转。
4.根据权利要求1中所述的一种三轴惯性稳定平台驱动装置,其特征在于:所述摆动 端铰链副(III)采用的铰链副支撑轴承(302)为滚动轴承,铰链副支撑轴承(302)成对使用 以消除轴承径向间隙。
5.根据权利要求1中所述的一种三轴惯性稳定平台驱动装置,其特征在于:所述固定 端铰链副(I)的旋转角度小于0.5°。
6.根据权利要求1中所述的一种三轴惯性稳定平台驱动装置,其特征在于:所述固定 端铰链副(I )也可以设计成无铰链结构形式,通过固定端(401)的一段薄壁(402)的弹性 变形实现电机-丝杠移动副(II )的0.5°以内的微小摆动。
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