CN103294066B - 适用于车载光电转台的方位装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于车载光电转台的方位装置，包括含有方位静轴、方位动轴、方位转接盘和两组轴承的回转轴系，方位壳体，旋转变压器和力矩电机；方位静轴与方位动轴、方位转接盘之间分别采用承受双轴向载荷的第一轴承和直径较大且承受径向和倾覆载荷的第二轴承连接，由此构成内外双轴承支承的转盘式回转轴系；回转轴系与旋转变压器、力矩电机分别位于方位壳体中部环形横板上下两侧且相互独立；此外还采用了迷宫毡圈综合式密封结构。因此本发明不仅具有结构简单、高度低、重量轻、维修性好、扩展性优和环境适应性强等特点，而且有效提高了光电转台的机械特性、抗冲振和抗大角度倾斜的能力，保证了光电跟踪设备的跟踪精度。

Description

适用于车载光电转台的方位装置

技术领域

本发明属于光电跟踪技术领域，主要涉及一种光电转台，尤其涉及一种适用于车载光电转台的方位装置。

背景技术

作为战场信息感知和火力控制系统，光电跟踪设备以其独有的特点得到了越来越广泛的应用。光电转台是光电跟踪设备的核心组成部分，其基本构架是一套双轴精密伺服转台，用于承载电视摄像机、红外热像仪和激光测距机等光电传感器，实现光电跟踪设备在方位和俯仰方向对目标的探测、捕获和跟踪。光电转台大多采用地平式结构模式，即俯仰-方位（E-A）模式，其中方位装置固定在载体上，俯仰装置固定在方位装置上。在车载光电跟踪设备中，光电转台通过方位装置的壳体刚性安装在车体上。方位装置既是光电转台承受车辆颠簸、其他机构运动所产生的强烈的冲击振动的最直接的受力点之一，也是爬坡、大角度倾斜时承受倾覆力矩最直接的受力点之一，在很大程度上决定着光电转台的机械特性、抗冲振能力和抵抗大角度倾斜能力，甚至影响光电跟踪设备对目标的动态跟踪精度。因此，提高方位装置轴向和径向支承刚度，是改善光电转台的机械特性、抗冲振能力和抵抗大角度倾斜能力，保证光电跟踪设备跟踪精度的重要手段。同时由于车辆底盘载重、布局以及运输高度的限制，要求方位装置还必须做到重量轻、体积小、高度低。

对于采用立轴式结构的光电转台方位装置，为了提高轴系精度和支承刚度，需加长上下两组轴承的跨距，导致装置高度增加；同时在该装置中，驱动和测角等机电元件往往安装在两组轴承之间，使回转轴系未能实现独立的模块化组合，这不但给机电元件的维修带来了很大不便，即任何一个机电元件一旦出现故障需要维修，则必须拆卸一组轴承，而且多次拆装会对轴承造成一定程度的损伤，严重时会破坏轴承精度，降低方位装置的回转精度，影响光电跟踪设备的跟踪精度。中国专利申请201110305293.0公开了一种安装于舰炮托架上的光电跟踪仪方位装置，该装置在静止部分和转动部分之间采用了角接触球轴承、深沟球轴承和一个外径较大的外支承轴承，在一定程度上降低了方位装置的高度，提高了支承刚度和抗冲振能力。但是，该装置由多个轴承共同构成了回转轴系，其中外支承轴承处于机电元件（力矩电机和旋转变压器）上端，同样未实现回转轴系的独立配置，存在维修机电元件必须拆卸轴承的问题；此外，该装置中角接触球轴承、深沟球轴承和力矩电机、旋转变压器等机电元件分别安装在方位轴的内外壁，使轴承与机电元件的选型相互关联，即方位装置的负载越大，承载的角接触球轴承尺寸就越大，机电元件的尺寸也就相应的变大，从而导致整个装置的体积变大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有光电转台方位装置存在的不足，为车载光电转台提供一种装配及维修方便、回转轴系为独立模块且重量、体积、高度、精度和刚度等均满足要求的方位装置。

为解决上述技术问题，本发明提供的方位装置包括回转轴系、旋转变压器、力矩电机、均带有中心通孔的方位壳体和方位底盖；在所述回转轴系中，带有中心通孔的方位静轴为静止件，均带有中心通孔的方位动轴和方位转接盘为转动件，所述方位静轴同轴套在所述方位动轴外部且方位静轴的内轴肩和方位动轴的外轴肩对齐，在方位静轴和方位动轴构成的环形空间上段安装能够承受双轴向载荷的第一轴承，所述第一轴承的外圈下端定位在所述方位静轴的内轴肩处，外圈上端通过固连在所述方位静轴内台阶面上的轴承外压圈压紧，第一轴承的内圈下端定位在所述方位动轴的外轴肩处，内圈上端通过旋合在所述方位动轴上段的锁紧螺母压紧，所述方位转接盘同轴固连在所述方位动轴的上端面，设置在所述方位转接盘内外边缘之间的向下延伸圆筒套在所述方位静轴的外部且在两者构成的环形空间内安装有直径大于第一轴承的第二轴承；所述回转轴系通过所述方位静轴的环形外凸台同轴固连在所述方位壳体内部环形横板的上端面；所述旋转变压器安装在所述方位静轴和所述方位动轴构成的环形空间的下段，旋转变压器的转子与方位动轴固连，定子与方位静轴固连；所述力矩电机同轴套在旋转变压器外侧，力矩电机的转子与方位动轴固连，定子与方位壳体内壁固连；所述方位底盖同轴固连在所述方位壳体下端面。

在本发明中，所述方位壳体上端固连有下端带外突缘的密封环，外突缘的下端面与方位壳体的外台阶面构成横向环形槽；所述方位转接盘的外侧壁固连有下部带有环形定位面的毡圈座且两者的水平和圆周贴合面处均匀涂抹有硅橡胶；所述毡圈座内壁的周向槽内安装有经润滑脂浸煮过的毛毡圈，毡圈座的下部固连有下端带内突缘的护环，护环的上端面定位在毡圈座的环形定位面处，毡圈座的内壁与所述密封环的外壁接触且毡圈座的下端面与密封环外突缘的上端面之间留有间隙，所述护环的内突缘位于所述横向环形槽内；所述密封环与所述方位转接盘的接触端面处沿径向分别设有相互共轭的纵向环形槽和纵向环形齿且纵向环形槽内涂满润滑脂。

在本发明中，沿所述方位转接盘内边缘一周均匀设有8～12个螺纹孔且螺纹孔内装有平端紧定螺钉，所述平端紧定螺钉定位在所述锁紧螺母的上端面。

在本发明中，在所述旋转变压器和所述第一轴承之间设有固连在所述方位静轴上且起阻挡油污作用的防护隔圈。

根据本发明，所述第一轴承是一对背靠背的角接触球轴承，或者是一对背靠背的圆锥滚子轴承，或者是一个双列角接触球轴承，或者是一个双列圆锥滚子轴承。

根据本发明，所述第二轴承是深沟球轴承或角接触球轴承，第二轴承的外圈与所述方位转接盘固连，内圈与所述方位静轴之间为间隙配合且轴向不固定。

根据本发明，所述第二轴承是内圈无挡边或外圈无挡边的圆柱滚子轴承，所述第二轴承的内外圈分别与所述方位静轴和所述方位转接盘固连。

本发明的有益效果体现在以下几个方面：

（1）本发明由方位静轴、方位动轴、方位转接盘和两组轴承构成的回转轴系从方位壳体上部安装在方位壳体内部中间环形横板的上端面，而旋转变压器和力矩电机等机电元件则无需改变回转轴系的状态，即可从方位壳体的下部进行装配和拆卸，实现了回转轴系和机电元件的相互独立以及回转轴系的模块化设计，不但提高了方位装置的可维修性，而且使其具有更强的扩展性，既可在保持机电元件不变的情况下，根据负载状况选用不同轴承类型和尺寸组成的回转轴系，也可在保持回转轴系不变的情况下，根据伺服控制特性要求选用不同型号的机电元件。

（2）本发明的方位静轴内壁和方位动轴通过刚性好、精度高、承载能力大、耐冲振性强且承受双轴向载荷的第一轴承连接，方位静轴外壁和方位转接盘通过直径较大、承受径向与倾覆载荷且可轴向游动的第二轴承连接，构成了内外双轴承支承的转盘式回转轴系。这种支承形式不仅结构简单、装配方便、无装配应力、明显降低了方位装置高度，而且在轴向和径向均具有足够的承载能力和良好的支承刚度，提高了光电转台的机械特性、抗冲振能力和抵抗大角度倾斜的能力，同时通过选用轻型精密轴承以及力矩电机套装在旋转变压器外侧，保证了方位装置的重量、体积、高度、精度和摩擦力矩等满足要求。

（3）本发明采用了迷宫毡圈综合式密封结构，其中固连在方位转接盘外侧壁的毡圈座选用耐蚀性较好的铸铝材料制作，毛毡圈经润滑脂浸煮且密封环外圆周具有较高的表面光洁度，不但提高了方位装置对砂尘、潮湿、盐雾、降雨等恶劣环境的适应能力，有效保护装置内各零部件和机电元件免受外界侵蚀，而且未造成摩擦力矩的明显增加，确保其具有良好的伺服控制特性和鲁棒特性。因此本发明的方位装置不仅适用于车载光电转台，同样适用于其他载体上的光电转台和其他同类转台。方位转接盘和毡圈座的贴合面均匀涂抹硅橡胶则可以避免不同金属材料长时间接触可能存在的电化学腐蚀现象。

（4）本发明中均匀安装在方位转接盘中的8～12个紧定螺钉既用于防止旋合在方位动轴上的锁紧螺母松动，还用于调整安装俯仰装置的方位转接盘上端面相对于回转轴系的跳动量，从而有效提高了光电转台的方位轴系和俯仰轴系的垂直精度，保证了光电跟踪设备的跟踪精度。

附图说明

图1是本发明方位装置的结构组成示意图。

图2是图1中所示的方位静轴的结构图。

图3是图1中所示的方位动轴的结构图。

图4是图1中所示的方位转接盘的结构图。

图5是图1中所示的方位壳体的结构图。

图6是图1中I处即迷宫毡圈综合式密封结构的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明进行详细描述。

正如图1所示，本发明优选实施例提供的方位装置包括含有方位静轴3、方位动轴5、方位转接盘2、第一轴承4和第二轴承9的回转轴系，方位壳体1，力矩电机16，旋转变压器17和方位底盖15。方位静轴3、方位动轴5、方位转接盘2、方位壳体1和方位底盖15均带有中心通孔，中心通孔用于穿插方位装置上下两端传输信号的线缆或安装导电滑环。方位静轴3（参见图2）内部设有内轴肩3-1和内台阶面3-3，外部中间一圈带有环形外凸台3-2。方位动轴5（参见图3）上端带有外螺纹5-1，中间靠下位置设有外轴肩5-2。方位转接盘2（参见图4）的外边缘设有周向分布的若干与负载连接的安装孔，靠近中心孔的内边缘均匀设有8个螺纹孔2-1，在安装孔与螺纹孔之间设有向下延伸圆筒2-2。方位壳体1（参见图5）外部上端设有外台阶面1-1，内部中间带有环形横板1-2，沿下端外圈一周设有若干与载体连接的通孔。对于回转轴系而言，方位静轴3为静止件，方位动轴5和方位转接盘2为转动件。方位静轴3同轴套在方位动轴5外部且方位静轴3的内轴肩3-1和方位动轴5的外轴肩5-2对齐，在两者构成的环形空间上段安装可承受双轴向载荷的第一轴承4，本优选实施例中，第一轴承4选用一对背靠背的角接触球轴承；第一轴承4的外圈与方位静轴3固连，第一轴承4的外圈下端定位在内轴肩3-1处，外圈上端通过固连在内台阶面3-3上的轴承外压圈8压紧，第一轴承4的内圈下端则定位在外轴肩5-2处，内圈上端通过旋合在方位动轴5外螺纹5-1上的锁紧螺母6压紧。方位转接盘2同轴固连在方位动轴5的上端面，向下延伸圆筒2-2套在方位静轴3外部，两者构成的环形空间内安装直径较大的第二轴承9，本优选实施例中第二轴承9选用深沟球轴承，第二轴承9的外圈与向下延伸圆筒2-2内壁固连，内圈与方位静轴3为间隙配合且轴向不固定，使其拆装简单方便且不存在装配应力。在方位转接盘2的8个螺纹孔2-1中均装有平端紧定螺钉7且平端紧定螺钉7正好定位在锁紧螺母6的上端面。方位转接盘2的外侧壁固连有下部带有环形定位面的毡圈座11（参见图6），方位转接盘2与毡圈座11的水平和圆周贴合面处均匀涂抹有硅橡胶，在毡圈座11内壁的周向槽内安装有经润滑脂浸煮过的毛毡圈12，毡圈座11的下部固连有下端带内突缘的护环13。护环13的上端面定位在毡圈座11的环形定位面处。回转轴系通过方位静轴3的环形外凸台3-2同轴固连在方位壳体1的环形横板1-2的上端面。在方位壳体1上端固连有密封环10，密封环10外圆有较高的表面光洁度且下端带有外突缘，外突缘与方位壳体1的外台阶面1-1构成横向环形槽，护环13的内突缘位于该横向环形槽内。毡圈座11的内壁与密封环10的外壁接触且毡圈座11的下端面与密封环10外突缘的上端面之间留有间隙。密封环10与方位转接盘2的接触端面处沿径向分别设有相互共轭的纵向环形槽和纵向环形齿且纵向环形槽内涂满润滑脂，从而构成迷宫毡圈综合式密封结构。

再参见图1，旋转变压器17安装在方位静轴3和方位动轴5构成的环形空间的下段，在旋转变压器17和第一轴承4之间设有固连在方位静轴3上且起阻挡油污作用的防护隔圈14，旋转变压器17的转子与方位动轴5固连，定子与方位静轴3固连。力矩电机16同轴套在旋转变压器17外侧，力矩电机16的转子与方位动轴5下端面固连，定子与方位壳体1内壁固连。方位底盖15同轴固连在方位壳体1的下端面。

在本发明中，第一轴承4用于承受双轴向载荷，通过预紧消隙可实现高的回转精度和高的支承刚度，直径较大的第二轴承9用于承受径向与倾覆载荷，两者可根据方位装置的负载大小、精度要求、使用工况及环境条件等进行选型且不受旋转变压器17以及力矩电机16尺寸的影响，经组合后构成内外双轴承支承的转盘式回转轴系，保证了方位装置在轴向和径向均具有足够的承载能力和良好的支承刚度，提高了光电转台的机械特性、抗冲振能力和抵抗大角度倾斜的能力。方位转接盘2中的螺纹孔2-1及其内部安装的平端紧定螺钉7的数量一般与方位转接盘2和方位动轴5的连接螺钉数量相同，通常为8～12个，平端紧定螺钉7既用于防止锁紧螺母6松动，还用于调整方位转接盘2上端面相对于回转轴系的跳动量，以提高光电转台的方位轴系和俯仰轴系的垂直精度，保证光电跟踪设备的跟踪精度。毡圈座11采用耐蚀性较好的铸铝材料制作，不仅是构成迷宫毡圈综合式密封结构的零件之一，而且也用于保护方位转接盘2不受外界潮湿和盐雾等的侵蚀，同时两者之间涂抹的硅橡胶可有效避免不同金属材料长时间接触可能存在的电化学腐蚀现象。方位底盖15用于防止转动件与外部其他静止件的触碰。

在本优选实施例中，方位壳体1、毡圈座11、护环13和方位底盖15的材料均为铸铝ZL101A，方位转接盘2、锁紧螺母6、方位动轴5和方位静轴3的材料均为40Cr钢，毛毡圈12的材料为毛毡T115-25～31，其余零件的材料均为45钢；平端紧定螺钉7选用GB/T73或GB/T77规定的M8×20螺钉；力矩电机16和旋转变压器17的型号分别为280LYX005和200XFS008；第一轴承4和第二轴承9的型号分别为71930AC/P5和61848/P5。

此外，本发明的第一轴承4亦可采用一对背靠背的圆锥滚子轴承、一个双列角接触球轴承或一个双列圆锥滚子轴承。第二轴承9亦可采用角接触球轴承，其外圈与方位转接盘2固连，内圈与方位静轴3为间隙配合且轴向不固定；或者外圈或内圈无挡边的圆柱滚子轴承，其内外圈分别与方位转接盘2和方位静轴3固连。通过这些轴承的不同组合以及选用不同型号的旋转变压器17和力矩电机16，从而实现本发明的不同实施例。

在使用过程中，本发明的方位装置通过方位壳体1下端外圈的通孔固连在载体上，实现方位壳体和方位静轴等静止件的固定不动；负载通过方位转接盘2外边缘的安装孔固连在方位转接盘2上；当力矩电机16通电后，转子带动方位动轴5和方位转接盘2转动，从而实现负载的转动，旋转变压器17则实时输出转动的角度值。

Claims (6)

1.一种适用于车载光电转台的方位装置，包括回转轴系、旋转变压器(17)、力矩电机(16)、均带有中心通孔的方位壳体(1)和方位底盖(15)；其特征在于：在所述回转轴系中，带有中心通孔的方位静轴(3)为静止件，均带有中心通孔的方位动轴(5)和方位转接盘(2)为转动件，所述方位静轴(3)同轴套在所述方位动轴(5)外部且方位静轴(3)的内轴肩(3-1)和方位动轴(5)的外轴肩(5-1)对齐，在方位静轴(3)和方位动轴(5)构成的环形空间上段安装能够承受双轴向载荷的第一轴承(4)，所述第一轴承(4)的外圈下端定位在所述方位静轴(3)的内轴肩(3-1)处，外圈上端通过固连在所述方位静轴(3)内台阶面(3-3)上的轴承外压圈(8)压紧，第一轴承(4)的内圈下端定位在所述方位动轴(5)的外轴肩(5-1)处，内圈上端通过旋合在所述方位动轴(5)上段的锁紧螺母(6)压紧；所述方位壳体(1)上端固连有下端带外突缘的密封环(10)，外突缘的下端面与方位壳体(1)的外台阶面(1-1)构成横向环形槽；所述方位转接盘(2)的外侧壁固连有下部带有环形定位面的毡圈座(11)，且方位转接盘(2)与毡圈座(11)的水平和圆周贴合面处均匀涂抹有硅橡胶；所述方位转接盘(2)同轴固连在所述方位动轴(5)的上端面，设置在所述方位转接盘(2)内外边缘之间的向下延伸圆筒(2-2)套在所述方位静轴(3)的外部且在两者构成的环形空间内安装有直径大于第一轴承(4)的第二轴承(9)，所述毡圈座(11)内壁的周向槽内安装有经润滑脂浸煮过的毛毡圈(12)，毡圈座(11)的下部固连有下端带内突缘的护环(13)，护环(13)的上端面定位在毡圈座(11)的环形定位面处，毡圈座(11)的内壁与所述密封环(10)的外壁接触且毡圈座(11)的下端面与密封环(10)外突缘的上端面之间留有间隙，所述护环(13)的内突缘位于所述横向环形槽内；所述密封环(10)与所述方位转接盘(2)的接触端面处沿径向分别设有相互共轭的纵向环形槽和纵向环形齿且纵向环形槽内涂满润滑脂；所述回转轴系通过所述方位静轴(3)的环形外凸台(3-2)同轴固连在所述方位壳体(1)内部环形横板(1-2)的上端面；所述旋转变压器(17)安装在所述方位静轴(3)和所述方位动轴(5)构成的环形空间的下段，旋转变压器(17)的转子与方位动轴(5)固连，定子与方位静轴(3)固连；所述力矩电机(16)同轴套在旋转变压器(17)外侧，力矩电机(16)的转子与方位动轴(5)固连，定子与方位壳体(1)内壁固连；所述方位底盖(15)同轴固连在所述方位壳体(1)下端面。

2.根据权利要求1所述的适用于车载光电转台的方位装置，其特征在于：沿所述方位转接盘(2)内边缘一周均匀设有8～12个螺纹孔且螺纹孔内装有平端紧定螺钉(7)，所述平端紧定螺钉(7)定位在所述锁紧螺母(6)的上端面。

3.根据权利要求1所述的适用于车载光电转台的方位装置，其特征在于：在所述旋转变压器(17)和所述第一轴承(4)之间设有固连在所述方位静轴(3)上且起阻挡油污作用的防护隔圈(14)。

4.根据权利要求1或2或3所述的适用于车载光电转台的方位装置，其特征在于：所述第一轴承(4)是一对背靠背的角接触球轴承，或者是一对背靠背的圆锥滚子轴承，或者是一个双列角接触球轴承，或者是一个双列圆锥滚子轴承。

5.根据权利要求1或2或3所述的适用于车载光电转台的方位装置，其特征在于：所述第二轴承(9)是深沟球轴承或角接触球轴承，第二轴承(9)的外圈与所述方位转接盘(2)固连，内圈与所述方位静轴(3)之间为间隙配合且轴向不固定。

6.根据权利要求1或2或3所述的适用于车载光电转台的方位装置，其特征在于：所述第二轴承(9)是内圈无挡边或外圈无挡边的圆柱滚子轴承，所述第二轴承(9)的内外圈分别与所述方位静轴(3)和所述方位转接盘(2)固连。