CN103158883A - 一种直流电机驱动的减速减振系统 - Google Patents
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Abstract
一种直流电机驱动的减速减振系统，包括驱动结构部分：电机转子组件、电机定子组件、电机轴组件、电机安装组件；传动结构部分：传动轴组件、传动轴套筒组件；减振结构部分：减震器、减振安装组件。驱动结构实现旋转自由度的控制，根据编程指令实现传动轴角运动的伺服控制。传动结构实现了输出轴的减速增扭，通过不同齿数比可以实现不同级别负载的驱动。减振结构中线形减振器以内嵌方式安装，可以隔离载体的高频振动。该方案适用于惯性稳定平台旋转自由度的驱动，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。该结构还可以有效隔离飞机的角运动及振动，提高平台承载能力及稳定精度，适用于航空遥感、目标跟踪的框架驱动。
Description
技术领域
本发明属于航空光电成像技术领域，涉及一种直流电机驱动的减速减振系统，适用于以直升飞机或轻小型飞机为飞行平台的航空光电成像系统中的减速减振驱动。
背景技术
直流电机驱动的减速减振系统结构是机载对地观测平台的关键设备之一，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，直流电机驱动的减速减振系统结构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要求的前提下进行紧凑性优化设计。
在现有的航空惯性稳定平台设计中，现有减速减振系统结构存在许多不足，典型的国外产品主要有：以色列CONTROP精密技术公司研制的ESP-600C型无人机载光电侦查平台采用两轴平台，其方位转动范围360°×N、俯仰+10°～-10°、最大角速度50°/s、最大角加速度-50°/s2，其稳定精度达到15urad。MSSP-3型海事观察平台主要用于海事巡逻飞机和巡逻船，采用四框架陀螺稳定系统，带有高分辨力前视红外相机、高性能CCD（ChargeCoupled Device，电荷耦合器件）相机和激光测距仪。这两种稳定平台代表了二框架结构和四框架二轴机构形式稳定平台的国际先进水平，但是这些总体表现为在体积大、负载/自重比小、精度差等方面的系统性不足，即难以找到集以上各方面优点为一体的产品。
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
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种直流电机驱动的减速减振系统，该系统稳定精度高、承载/自重比大并可以自主提供姿态基准，适用于直升飞机或轻小型飞机航空成像、侦察作业。
本发明技术方案具体如下：一种直流电机驱动的减速减振系统，包括：电机轴下轴承1、基座2、电机座3、电刷4、电机定子钢环5、电机定子套杯6、绕组环7、线圈绕组8、码盘座9、码盘10、码盘卡子11、电机轴12、电机轴上轴承13、电机定子14、电机转子套杯15、电机转子钢环16、传动齿轮17、键18、轴用弹性挡圈19、齿轮套筒20、圆螺母21、传动轴上轴承22、传动轴套筒23、传动轴套杯24、传动轴25、传动轴下轴承26、减震器盖27、减震器28和连接法兰29；所述电机轴下轴承1、电机座3、电刷4、电机定子钢环5、电机定子套杯6、绕组环7、线圈绕组8、码盘座9、码盘10、码盘卡子11、电机轴12、电机轴上轴承13、电机定子14、电机转子套杯15和电机转子钢环16构成驱动结构部分，电机座3固定安装在基座2上，电机定子14固定安装于电机座3；电机定子钢环5卡在电机定子14的直口上，电刷4嵌入电机定子14在外端阻止电机定子钢环5的滑出，电机定子套杯6通过过盈连接于电机定子钢环5上；电机轴下轴承1一端卡在电机座3的下端直口上，另一端和电机转子套杯15接合，电机转子套杯15过盈连接于电机转子钢环16，电机转子钢环16嵌入线圈绕组8的凹壳内部，电机轴12和电机转子套杯15过盈连接并且上下两端分别架在电机轴上轴承13和电机轴下轴承1上，通过电机轴12上的齿轮向外输出扭矩；码盘为转角测试传感器，码盘座9一端紧套在电机定子14上端，码盘座9另一端连接码盘10；码盘卡子11紧固在电机轴12上，防止码盘10滑落；所述传动齿轮17、键18、轴用弹性挡圈19、齿轮套筒20、圆螺母21、传动轴上轴承22、传动轴套筒23、传动轴套杯24、传动轴25和传动轴下轴承26构成传动结构部分，传动齿轮17承接来自电机轴12上齿轮的扭矩，传动齿轮17由键18将该扭矩传递给传动轴25；弹性挡圈19和齿轮套筒20固定在传动轴25上，并且将传动齿轮17箍死，传动轴上轴承22和传动轴下轴承26分布于传动轴25的上下两端，由传动轴套筒23隔开，这种分布增大了整体结构的刚度和负载带动能力；传动轴套杯24用于固定传动轴上轴承22和传动轴下轴承26的外圈，并且通过外端连接固定在基座2上；圆螺母21拧紧在传动轴25的螺纹上，固定了传动轴上轴承22的内圈；所述基座2、减震器盖27、减震器28和连接法兰29构成减振结构部分，减震器盖27底端和基座2的顶端紧定连接，减震器28底端和连接法兰29的顶端紧定连接，减震器28嵌入在减震器盖27内部；所述减震器28和减震器盖27各有三个，分别120°均布在基座2和连接法兰29上。
所述电机轴12为一根齿轮轴，将驱动齿轮和电机轴设计为一体简化了结构，减轻了总体的质量更增加了传动的精度。
所述齿轮电机轴12及传动齿轮17的齿轮精度均为5级齿轮精度，这样才能保证较高的伺服随动性；通过齿轮电机轴12及传动齿轮17间不同的齿数比配对可以实现不同级别的负载驱动。
所述的电机定子14设计为镂空结构，这样齿轮电机轴12及传动齿轮17的齿轮才可以正确啮合。
所述传动轴25采用中空结构，这样对于连接法兰29下侧的信号线缆及电源电缆可以通过该空穿过，节约了空间又减轻了系统结构的质量。
所述传动轴25设计了轴肩302定位结构，传动轴上轴承22和传动轴下轴承26通过该结构定位，在传动轴套筒23传递下由传动轴上轴承22在圆螺母21紧定下受力。
所述采用内嵌式安装，一端嵌入减震器盖27内部，另一端和基座2紧定，可以隔离来自载体的高频振动。
所述电机轴12、传动齿轮17、传动轴套杯24、传动轴25采用钢质材料；码盘座9、码盘卡子11、电机定子14、电机转子套杯15、轴用弹性挡圈19、齿轮套筒20、传动轴套筒23、传动轴套杯24、减震器盖27和连接法兰29均采用超硬铝7050，这样可以减轻总体系统的重量。
所述码盘10为转角测试传感器，将码盘10直接连接在电机轴12轴端，减少了误差传递环节增加了测量的精度。
本发明的原理是：本发明的直流电机驱动的减速减振系统，实现了驱动传动结构一体化、简单化、紧凑化。包括驱动结构部分：电机转子组件、电机定子组件、电机轴组件、电机安装组件；传动结构部分：传动轴组件、传动轴套筒组件；减振结构部分：减震器、减振安装组件。用内六角圆柱头螺钉101通过电机座3将驱动结构部分固定在基座2上；而传动结构部分用内六角圆柱头螺钉102连接在基座2上；驱动结构部分和传动结构部分由电机轴上的齿轮和传动齿轮17传动连接；减震器28上端承接减震器盖27下端由内六角圆柱头螺钉103固定连接在连接法兰29上，这样就可以隔离连接法兰29和基座2的相对振动。驱动结构实现旋转自由度的控制，根据编程指令实现传动轴角运动的伺服控制。传动结构实现了输出轴的减速增扭，通过不同齿数比可以实现不同级别负载的驱动。减振结构中线形减振器以内嵌方式安装，可以隔离载体的高频振动。该方案适用于惯性稳定平台旋转自由度的驱动，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。该结构还可以有效隔离飞机的角运动及振动，提高平台承载能力及稳定精度，适用于航空遥感、目标跟踪的框架驱动。
本发明与现有技术相比的优点在于：
（1）本发明的结构实现了大负载惯性稳定平台的高精度、小体积、轻质量设计且集驱动、传动为一体的紧凑设计。
（2）本发明的结构部分采用整体、开放式设计，整体式的一体化设计便于应用及推广，预留的传动轴套杯24、连接法兰29开阔了其应用的范围。以上措施使得本发明相对于现有跟踪稳定平台，克服了载荷体积大带来的不利，具有承载大，承载载荷多、力矩大的特点。
（3）本发明中的直流电机驱动的减速减振系统结构，以较高的五级齿轮加工精度确保传动的精密性，降低了控制的难度。
（4）本发明中的直流电机驱动的减速减振系统结构，传动轴25采用中空结构301，这样对于连接法兰29下侧的信号线缆及电源电缆可以通过该空穿过，节约了空间又减轻了系统结构的质量。此外，除了电机轴12、传动齿轮17、传动轴套杯24、传动轴25采用钢质材料以外其余加工零件均采用超硬铝7050，这样也大大减轻了总体系统的重量。
（5）本发明中精密尺寸及距离采用组合加工的方法，确保了尺寸、距离的精度使设计与实际更加切合；传动轴25的两个轴承传动轴下轴承26通过轴肩302定位在传动轴套筒23传递下由传动轴上轴承22在圆螺母21紧定下受力，这样支撑在预紧力作用下可以消除轴承游隙，提高控制精度。
总之，本发明适用于以直升飞机或轻小型飞机为飞行平台的航空光电成像系统中的减速减振驱动，成像系统一般是承载较大而又要求自重较小的航空遥感大负载三轴惯性稳定平台系统。本发明具有旋转转动的自由、精确调整优点，是一套完整的减速减振驱动一体化结构，可用于航空遥感、基础测绘、军事侦察等领域。
附图说明
图1为本发明的直流电机驱动的减速减振系统结构平面图示；
图2为本发明的直流电机驱动的减速减振系统结构三维图示；
图3为本发明的电机定子结构图示；
图4为本发明的传动轴结构图示。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种直流电机驱动的减速减振系统包括：电机轴下轴承1、基座2、电机座3、电刷4、电机定子钢环5、电机定子套杯6、绕组环7、线圈绕组8、码盘座9、码盘10、码盘卡子11、电机轴12、电机轴上轴承13、电机定子14、电机转子套杯15、电机转子钢环16、传动齿轮17、键18、轴用弹性挡圈19、齿轮套筒20、圆螺母21、传动轴上轴承22、传动轴套筒23、传动轴套杯24、传动轴25、传动轴下轴承26、减震器盖27、减震器28和连接法兰29。
电机轴下轴承1、电机座3、电刷4、电机定子钢环5、电机定子套杯6、绕组环7、线圈绕组8、码盘座9、码盘10、码盘卡子11、电机轴12、电机轴上轴承13、电机定子14、电机转子套杯15和电机转子钢环16构成驱动结构部分，驱动结构实现旋转自由度的控制，根据编程指令实现传动轴角运动的伺服控制：电机座3固定安装在基座2上，电机定子14固定安装于电机座3，电机定子钢环5卡在电机定子14的直口上，电刷4嵌入电机定子14在外端阻止电机定子钢环5的滑出，电机定子14设计为镂空结构201，如图3所示，这样齿轮电机轴12及传动齿轮17的齿轮才可以正确啮合。电机定子套杯6通过过盈连接于电机定子钢环5上；电机轴下轴承1一端卡在电机座3的下端直口上，另一端和电机转子套杯15接合，电机转子套杯15过盈连接于电机转子钢环16，电机转子钢环16嵌入线圈绕组8的凹壳内部，电机轴12和电机转子套杯15过盈连接并且上下两端分别架在电机轴上轴承13和电机轴下轴承1上，通过电机轴12上的齿轮向外输出扭矩。电机轴12为一根齿轮轴，将驱动齿轮和电机轴设计为一体简化了结构，这样减轻了总体的质量更增加了传动的精度。码盘为转角测试传感器，将码盘10直接连接在电机轴12轴端减少了误差传递环节增加了测量的精度，码盘座9一端紧套在电机定子14上端，另一端连接码盘10，码盘卡子11紧固在电机轴12上，防止码盘10滑落。
传动齿轮17、键18、轴用弹性挡圈19、齿轮套筒20、圆螺母21、传动轴上轴承22、传动轴套筒23、传动轴套杯24、传动轴25、传动轴下轴承26构成传动结构部分，传动结构实现了输出轴的减速增扭，通过不同齿数比可以实现不同级别负载的驱动：传动齿轮17承接来自电机轴12上齿轮的扭矩，齿轮电机轴12及传动齿轮17的齿轮精度均为5级齿轮精度，这样才能保证较高的伺服随动性；通过齿轮电机轴12及传动齿轮17间不同的齿数比配对可以实现不同级别的负载驱动。动齿轮17由键18将该扭矩传递给传动轴25。弹性挡圈19和齿轮套筒20固定在传动轴25上，并且将传动齿轮17箍死。传动轴上轴承22和传动轴下轴承26分布于传动轴25的上下两端，由传动轴套筒23隔开，这种分布增大了整体结构的刚度和负载带动能力。传动轴套杯24用于固定传动轴上轴承22和传动轴下轴承26的外圈，并且通过外端连接固定在基座2上。圆螺母21拧紧在传动轴25的螺纹上，固定了传动轴上轴承22的内圈。传动轴25采用中空结构301，如图4所示，这样对于连接法兰29下侧的信号线缆及电源电缆可以通过该空穿过，节约了空间又减轻了系统结构的质量。传动轴25的传动轴上轴承22和传动轴下轴承26通过轴肩302定位，如附图4所示，在传动轴套筒23传递下由传动轴上轴承22在圆螺母21紧定下受力。
所述基座2、减震器盖27、减震器28、连接法兰29构成减振结构部分，减振结构中线形减振器以内嵌方式安装，可以隔离载体的高频振动：减震器盖27底端和基座2的顶端紧定连接，减震器28底端和连接法兰29的顶端紧定连接，减振器28在连接法兰29上圆周以120°三等均布，如附图2所示，减振器28采用内嵌式安装：一端嵌入减震器盖27内部，一端和基座2紧定可以隔离来自载体的高频振动。
此外对于材质：电机轴12、传动齿轮17、传动轴套杯24、传动轴25采用钢质材料，码盘座9、码盘卡子11、电机定子14、电机转子套杯15、轴用弹性挡圈19、齿轮套筒20、传动轴套筒23、传动轴套杯24、减震器盖27和连接法兰29均采用超硬铝7050，这样可以减轻总体系统的重量、节约系统的空间。
总之，本发明的一种直流电机驱动的减速减振系统结构用于惯性稳定平台旋转自由度的驱动，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。该结构还可以有效隔离飞机的角运动及振动，提高平台承载能力及稳定精度，适用于航空遥感、目标跟踪的框架驱动。
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 (9)
1.一种直流电机驱动的减速减振系统，其特征在于包括：电机轴下轴承（1）、基座（2）、电机座（3）、电刷（4）、电机定子钢环（5）、电机定子套杯（6）、绕组环（7）、线圈绕组（8）、码盘座（9）、码盘（10）、码盘卡子（11）、电机轴（12）、电机轴上轴承（13）、电机定子（14）、电机转子套杯（15）、电机转子钢环（16）、传动齿轮（17）、键（18）、轴用弹性挡圈（19）、齿轮套筒（20）、圆螺母（21）、传动轴上轴承（22）、传动轴套筒（23）、传动轴套杯（24）、传动轴（25）、传动轴下轴承（26）、减震器盖（27）、减震器（28）和连接法兰（29）；所述电机轴下轴承（1）、电机座（3）、电刷（4）、电机定子钢环（5）、电机定子套杯（6）、绕组环（7）、线圈绕组（8）、码盘座（9）、码盘（10）、码盘卡子（11）、电机轴（12）、电机轴上轴承（13）、电机定子（14）、电机转子套杯（15）和电机转子钢环（16）构成驱动结构部分，电机座（3）固定安装在基座（2）上，电机定子（14）固定安装于电机座（3）；电机定子钢环（5）卡在电机定子（14）的直口上，电刷（4）嵌入电机定子（14）在外端阻止电机定子钢环（5）的滑出，电机定子套杯（6）通过过盈连接于电机定子钢环（5）上；电机轴下轴承（1）一端卡在电机座（3）的下端直口上，另一端和电机转子套杯（15）接合，电机转子套杯（15）过盈连接于电机转子钢环（16），电机转子钢环（16）嵌入线圈绕组（8）的凹壳内部，电机轴（12）和电机转子套杯（15）过盈连接并且上下两端分别架在电机轴上轴承（13）和电机轴下轴承（1）上，通过电机轴（12）上的齿轮向外输出扭矩；码盘为转角测试传感器，码盘座（9）一端紧套在电机定子（14）上端，码盘座（9）另一端连接码盘（10）；码盘卡子（11）紧固在电机轴（12）上，防止码盘（10）滑落；所述传动齿轮（17）、键（18）、轴用弹性挡圈（19）、齿轮套筒（20）、圆螺母（21）、传动轴上轴承（22）、传动轴套筒（23）、传动轴套杯（24）、传动轴（25）和传动轴下轴承（26）构成传动结构部分，传动齿轮（17）承接来自电机轴（12）上齿轮的扭矩，传动齿轮（17）由键（18）将该扭矩传递给传动轴（25）；弹性挡圈（19）和齿轮套筒（20）固定在传动轴（25）上，并且将传动齿轮（17）箍死，传动轴上轴承（22）和传动轴下轴承（26）分布于传动轴（25）的上下两端，由传动轴套筒（23）隔开，这种分布增大了整体结构的刚度和负载带动能力；传动轴套杯（24）用于固定传动轴上轴承（22）和传动轴下轴承（26）的外圈，并且通过外端连接固定在基座（2）上；圆螺母（21）拧紧在传动轴（25）的螺纹上，固定了传动轴上轴承（22）的内圈；所述基座（2）、减震器盖（27）、减震器（28）和连接法兰（29）构成减振结构部分，减震器盖（27）底端和基座（2）的顶端紧定连接，减震器（28）底端和连接法兰（29）的顶端紧定连接，减震器（28）嵌入在减震器盖（27）内部；所述减震器（28）和减震器盖（27）各有三个，分别120°均布在基座（2）和连接法兰（29）上。
2.根据权利要求1所述的一种直流电机驱动的减速减振系统，其特征在于：所述电机轴（12）为一根齿轮轴，将驱动齿轮和电机轴设计为一体简化了结构。
3.根据权利要求1所述的一种直流电机驱动的减速减振系统，其特征在于：所述齿轮电机轴（12）及传动齿轮（17）的齿轮精度均为5级齿轮精度。
4.根据权利要求1所述的一种直流电机驱动的减速减振系统，其特征在于：所述的电机定子（14）设计为镂空结构。
5.根据权利要求1所述的一种直流电机驱动的减速减振系统，其特征在于：所述传动轴（25）采用中空结构（301）。
6.根据权利要求1所述的一种直流电机驱动的减速减振系统，其特征在于：所述传动轴（25）设计了轴肩（302）定位结构，传动轴上轴承（22）和传动轴下轴承（26）通过该结构定位，在传动轴套筒（23）传递下由传动轴上轴承（22）在圆螺母（21）紧定下受力。
7.根据权利要求1所述的一种直流电机驱动的减速减振系统，其特征在于：所述采用内嵌式安装，一端嵌入减震器盖（27）内部，另一端和基座（2）紧定。
8.根据权利要求1所述的一种直流电机驱动的减速减振系统，其特征在于：所述电机轴（12）、传动齿轮（17）、传动轴套杯（24）、传动轴（25）采用钢质材料；码盘座（9）、码盘卡子（11）、电机定子（14）、电机转子套杯（15）、轴用弹性挡圈（19）、齿轮套筒（20）、传动轴套筒（23）、传动轴套杯（24）、减震器盖（27）和连接法兰（29）均采用超硬铝7050。
9.根据权利要求1所述的一种直流电机驱动的减速减振系统，其特征在于：所述码盘（10）为转角测试传感器，将码盘（10）直接连接在电机轴（12）轴端。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |