CN104089618B - 无轴自标定捷联惯测组合装置 - Google Patents

无轴自标定捷联惯测组合装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种自标定捷联惯测组合装置，包括惯性测量组合、法兰、轴承、轴向转位机构、径向转位机构和锁紧机构，法兰用于惯性测量组合与飞行器舱段之间的连接，其前后端面设有圆环形轨道；轴承安装于法兰的前后圆环形轨道上，轴向转位机构与法兰上的法兰内齿圈啮合，用于驱动惯性测量组合跟随绕法兰轴向转动；径向转位机构安放于锁紧机构上，用于驱动惯性测量组合绕法兰径向转动；锁紧机构，包括上锁紧单元和下锁紧单元，分别用于将惯性测量组合与法兰的上端和下端锁紧和解锁。本发明实现全部惯组参数的免拆卸自标定，并且结构紧凑、体积小，适用于有武器系统惯组安装空间限制要求的场景。

Description

无轴自标定捷联惯测组合装置
技术领域
本发明涉及飞行器捷联惯性测量技术领域，具体涉及一种小型化无轴自标定捷联惯测组合装置。
背景技术
短程飞行器系统一般使用惯性测量组合(简称惯组)进行导航，它是飞行器控制系统的核心。惯性测量组合是将惯性器件(加速度计和陀螺仪)直接安装在载体上，通过测量飞行器姿态和位置信息完成制导与导航任务的系统。
传统的捷联式惯测组合直接固定安装在飞行器舱段中，由于内部器件参数的变化以及应力释放，会导致整个惯组参数随时间不断变化。为了保证其使用精度，必须采用定期循环测试方案，先从飞行器上拆卸，在地面标定转台上完成标定测试后再安装在飞行器上，即经历从飞行器上拆卸—标定—安装的测试过程。而该周期较短，一般3～6个月就需测试一次。在大批量装备部队的情况下，往往最后一套产品测试完，第一套产品又将过期，频繁的标定使部队疲于应付，并且操作繁琐、工作量大、维护成本高，且反复拆装还会影响飞行器制导精度。
为解决惯组拆卸标定的难题，目前已存在单轴自标定和双轴自标定两种技术解决方案，其中单轴自标定方案可绕一个坐标轴转动标定出惯组部分关键参数，具有体积小、重量轻、简单可靠和成本低等优点，便于用在弹径较小的飞行器上使用。缺点为无法标定出全部惯组参数，未标定的惯组参数漂移同样会影响制导精度。双轴自标定方案可通过绕内框、外框两个正交轴系转动标定出惯组全部参数，但由于存在体积大、结构复杂、可靠性差和成本高等缺点，只能在部分大弹径飞行器上应用，严重制约了自标定技术在全型号飞行器系统推广应用。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种小型化无轴自标定捷联惯测组合装置，其目的在于，实现全部惯组参数的免拆卸自标定，并且结构紧凑、体积小。
一种自标定捷联惯测组合装置，包括惯性测量组合，还包括：
法兰，用于惯性测量组合与飞行器舱段之间的连接，其前后端面设有圆环形轨道，前端面圆形轨道侧面设有内齿圈；
轴承，安装于法兰的前后圆环形轨道上；
轴向转位机构，其固定端安装于轴承上，驱动端与法兰上的法兰内齿圈啮合，用于驱动轴承绕法兰轴向转动从而使得惯性测量组合跟随绕法兰轴向转动；
径向转位机构，安放于锁紧机构上，用于驱动惯性测量组合绕法兰径向转动；
锁紧机构，包括上锁紧单元和下锁紧单元，分别用于将惯性测量组合与法兰的上端和下端锁紧和解锁；
所述上锁紧单元包括上限位框、上锁紧基座、纵向导向销、锁紧电机、齿轮副、蜗轮螺杆、蜗杆、压紧块；上锁紧基座固定于与惯性测量组合上表面，锁紧电机安装于上锁紧基座上，锁紧电机的输出轴连接齿轮副的主动轮，齿轮副的从动轮安装于蜗杆端面，蜗杆与蜗轮螺杆的蜗轮啮合连接，蜗轮螺杆的螺杆旋入压紧块；上锁紧基座上设有纵向导向销，纵向导向销与压紧块底部接触，压紧块的外端面装配在上限位框中，上限位框固定于轴承上部；
所述下锁紧单元包括动齿盘、定齿盘、锁紧齿盘、下锁紧基座、下齿盘和下限位框；动齿盘固定于与惯性测量组合下表面并连接径向转位机构，定齿盘固定于下锁紧基座上表面，锁紧齿盘固定于下锁紧基座下表面，下锁紧基座位于下限位框内，下限位框固定于轴承下部，法兰底部设有下齿盘，下齿盘正对锁紧齿盘。
进一步地，所述轴向转位机构包括轴向转位电机和齿轮，轴向转位电机安装于轴承上，轴向转位电机的输出轴连接齿轮的中心孔，齿轮与法兰上的法兰内齿圈啮合，轴向转位电机通过齿轮驱动轴承绕法兰轴向0～360度转动。
进一步地，所述径向转位机构包括径向转位电机、径向转位蜗杆、径向转位蜗轮、齿轮轴、齿轮盘和动齿盘限位挡块；径向转位电机安装于下锁紧基座上，其输出轴连接径向转位蜗杆的一端，径向转位蜗杆的另一端连接径向转位蜗轮，径向转位蜗轮连接齿轮轴的下端，齿轮轴的顶部齿轮与齿轮盘啮合，齿轮盘与所述动齿盘固定连接，动齿盘限位挡块固定安装在动齿盘底部轴端面上。
进一步地，所述轴承采用密珠轴承。
本发明的有益效果在于：
本发明通过上下两级双锁紧单元设计，确保飞行过程可靠捷联，提高惯测组合在恶劣力学环境下的输出精度。通过无框架轴系转动设计，大幅缩小产品结构尺寸。本发明通过绕法兰轴向和径向两正交方向转动的自由度，可以标定出全部惯组参数，并在实现现有双轴自标定技术全部功能的基础上大幅缩小产品尺寸，体积与单轴自标定惯组及同等精度普通捷联惯组大小相当。可满足现有绝大多数飞行器控制舱惯组安装空间要求，便于推广自标定技术应用，同时具备更良好的散热、走线和控制方案。
本发明完全摆脱传统捷联惯测组合定期拆卸标定模式，实现弹载惯测组合免拆卸自标定，降低了惯测组合维护和阵地配套测试设施的要求。通过无框架轴系传动设计可大幅缩小产品体积和重量，可适用于绝大部分飞行器推广应用。
附图说明
图1为本发明的小型化无轴自标定捷联惯测组合装置结构示意图。
图2为图1左视图的半剖结构示意图。
图3为图1局部剖结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1～3所示，小型化免拆卸无轴自标定捷联惯测组合装置，包括法兰1、轴承2、轴向转位机构3、锁紧机构4、惯性测量组合5和径向转位机构6。
法兰1，用于惯性测量组合5与飞行器舱段之间的连接。法兰1的四顶角处分别设有一个用于飞行器舱段安装固定的安装孔1.1，前后两端面设有圆形轨道，前端面圆形轨道侧面设有内齿圈1.2。
轴承2安装在法兰1的前后两端面的圆形轨道上。轴承可采用深沟球轴承、圆锥轴承、推力滚珠轴承等，本发明优选采用密珠轴承，这是因为密珠轴承间隙小，具有回转精度高、体积小的优点。
如图1～3所示，锁紧机构4包括上锁紧单元和下锁紧单元，分别用于将惯性测量组合与法兰1的上端和下端锁紧和解锁。
所述上锁紧单元包括上锁紧单元和下锁紧单元，分别用于惯性测量组合与法兰1的上端和下端之间的锁紧和解锁。
限位框11、上基座12、纵向导向销、锁紧电机9、齿轮副10、蜗轮螺杆14、蜗杆15、压紧件压紧块13；上锁紧基座12固定于与惯性测量组合5上表面，锁紧电机9安装于上基座12上。齿轮副10包括主动轮和从动轮，主动轮安装在锁紧电机9的输出端，由锁紧电机9直接驱动并带动从动轮转动，所述的从动轮安装固定在蜗杆15端面，可带动蜗杆15一同实现转动。蜗杆15通过轴承固定安装在上基座12中，可单向驱动特制蜗轮螺杆转动，具有自锁功能。蜗轮螺杆14底部是蜗轮通过轴承安装固定在上基座12中，顶部是加工有螺旋副的螺杆，旋入压紧紧件压紧块13底部的螺纹孔中。蜗杆15与蜗轮螺杆14的蜗轮啮合连接，蜗轮螺杆14的螺杆旋入压紧块13；上基座12上设有纵向导向销，压紧块13底面的导向孔套在锁紧基座的纵向导向销顶端，压紧块13的外表面装配在上限位框11中，上限位框11固定于轴承2上部。压紧块13既可以在锁紧限位框中随惯性测量组合绕法兰径向转动，又可以在锁紧限位框中上下平移，在锁紧时压紧件压紧块13可顶入法兰顶部的孔中实现可靠捷联。所述的锁紧限位框固定在特制密珠轴承上部外端面。
所述下锁紧单元包括动齿盘16、定齿盘17、锁紧齿盘19、下基座18、下齿盘和下限位框20；动齿盘16固定于与惯性测量组合5下表面并连接径向转位机构6，定齿盘17固定于下基座18上表面，锁紧齿盘19固定于下基座18下表面，下基座18位于下限位框20内，下限位框20固定于轴承2下部，法兰1底部设有下齿盘，下齿盘正对锁紧齿盘19。
轴向转位机构3，其固定端安装于轴承2上，驱动端与法兰1上的法兰内齿圈1.2啮合，用于驱动轴承2绕法兰轴向转动从而使得惯性测量组合5跟随绕法兰轴向转动。在本发明实施例中，轴向转位机构3包括轴向转位电机7和齿轮8，轴向转位电机7安装于轴承2上，轴向转位电机7的输出轴连接齿轮8的中心孔，齿轮8与法兰1的法兰内齿圈1.2啮合，在轴向转位电机7驱动下，齿轮8带动轴承2实现绕法兰轴向0～360°转动。
径向转位机构6，安放于锁紧机构上，用于驱动惯性测量组合5绕法兰径向转动。在本发明实施例中，所述径向转位机构包括径向转位电机、径向转位蜗杆21、径向转位蜗轮22、齿轮轴23、齿轮盘24和动齿盘限位挡块25；径向转位电机安装于下锁紧基座18上，其输出轴连接径向转位蜗杆21的一端，径向转位蜗杆21的另一端连接径向转位蜗轮22，径向转位蜗轮22连接齿轮轴23的下端，齿轮轴23的顶部齿轮与齿轮盘24啮合，齿轮盘24与所述动齿盘16固定连接，动齿盘限位挡块25固定安装在动齿盘16底部轴端面上。径向转位机构采用蜗轮蜗杆和齿轮副两级传动，第一级为具有自锁功能的蜗轮蜗杆传动副，有效防止惯测组合在径向转动过程中的逆向扰动，可大幅提高传动比并将电机输入扭矩转换90°输出至齿轮副，便于电机安装布局；第二级齿轮副传动进一步提高传动比，确保对惯测组合径向转动提供足够的驱动力。
本发明装置的工作过程如下：
锁紧机构4在飞行器运输及发射时要在零位保持锁紧。锁紧运动分为三个阶段行程：第一阶段，锁紧电机9通过齿轮副10驱动蜗杆15转动，蜗杆15驱动蜗轮螺杆14转动，并具有自锁功能；蜗轮螺杆14顶部的螺杆与压紧块13接触面为带有自锁功能的螺旋副传动，在蜗轮螺杆14转动时，压紧块13在上基座12的导向销作用下，只能相对上基座12进行上下平移，锁紧时压紧块13向上移动至与法兰1顶部凹孔压合；第二阶段，锁紧机构4继续顶升压紧块13，受到法兰1上端的阻挡，压紧块13停止上移，而法兰1的反作用力推动蜗轮螺杆14、蜗杆15下移，从而使得与蜗杆15相接的上基座12在上限位框11导向下下移，并推动惯性测量组合5和动齿盘16下移至与定齿盘17啮合；第三阶段，动齿盘16与定齿盘17啮合后继续推动下基座18在下限位框20导向下向下平移，直至锁紧齿盘19与法兰1底部装配的齿盘啮合；至此实现锁紧功能，增强系统整体刚性。
锁紧机构4在进行转位标定时需要解锁。解锁运动也分为三个阶段行程：第一阶段，锁紧电机9通过齿轮副10驱动蜗杆15反向转动，蜗杆15驱动蜗轮螺杆14反向转动，驱动压紧块13下移与法兰1顶部凹孔脱开压合，直至压紧块13的凸台面与上限位框11压合；第二阶段，锁紧机构4继续收缩压紧块13，受到上限位框11的阻挡，压紧块13停止下移，而上限位框11的反向作用力拉动上基座12上移，并拉动惯性测量组合5和动齿盘16上移与定齿盘17脱开啮合，直至动齿盘限位挡块25与下基座18接触；第三阶段，动齿盘限位挡块25继续拉动转位基座18在限位框20导向下向上平移，直至锁紧齿盘19与法兰1底部装配的齿盘脱开啮合。至此实现解锁功能，可由轴向转位机构3和径向转位机构6驱动惯性测量组合实现绕法兰轴向和径向转动进行位置标定。
轴向转动时，轴向转位机构3的轴向转位电机7通过齿轮8带动轴承2以及锁紧机构4、惯性测量组合5和径向转位机构6一同在法兰1的圆形轨道中绕轴向实现0～360°转动。
径向转动时，由转位蜗杆21驱动转位蜗轮22转动，齿轮轴23的底部与转位蜗轮22固连并随之转动，齿轮轴23顶部的齿轮与齿轮盘24啮合传动，由于齿轮盘24与动齿盘16固连，从而带动动齿盘16、惯性测量组合5和上锁紧单元一同实现径向0～360°转动。
通过驱动惯性测量组合5绕法兰轴向和径向两正交方向实现0～360°转动，可以标定出惯性测量组合全部参数。
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种自标定捷联惯测组合装置，包括惯性测量组合(5)，其特征在于，还包括：
法兰(1)，用于惯性测量组合(5)与飞行器舱段之间的连接，其前后端面设有圆环形轨道，前端面圆形轨道侧面设有内齿圈(1.2)；
轴承(2)，安装于法兰(1)的前后圆环形轨道上；
轴向转位机构，其固定端安装于轴承(2)上，驱动端与法兰(1)上的法兰内齿圈(1.2)啮合，用于驱动轴承(2)绕法兰轴向转动从而使得惯性测量组合(5)跟随绕法兰轴向转动；
径向转位机构(6)，安放于锁紧机构上，用于驱动惯性测量组合(5)绕法兰径向转动；
锁紧机构，包括上锁紧单元和下锁紧单元，分别用于将惯性测量组合与法兰(1)的上端和下端锁紧和解锁；
所述上锁紧单元包括上限位框(11)、上锁紧基座(12)、纵向导向销、锁紧电机(9)、齿轮副(10)、蜗轮螺杆(14)、蜗杆(15)、压紧块(13)；上锁紧基座(12)固定于与惯性测量组合(5)上表面，锁紧电机(9)安装于上锁紧基座(12)上，锁紧电机(9)的输出轴连接齿轮副(10)的主动轮，齿轮副(10)的从动轮安装于蜗杆(15)端面，蜗杆(15)与蜗轮螺杆(14)的蜗轮啮合连接，蜗轮螺杆(14)的螺杆旋入压紧块(13)；上锁紧基座(12)上设有纵向导向销，纵向导向销与压紧块(13)底部接触，压紧块(13)的外端面装配在上限位框(11)中，上限位框(11)固定于轴承(2)上部；
所述下锁紧单元包括动齿盘(16)、定齿盘(17)、锁紧齿盘(19)、下锁紧基座(18)、下齿盘和下限位框(20)；动齿盘(16)固定于与惯性测量组合(5)下表面并连接径向转位机构(6)，定齿盘(17)固定于下锁紧基座(18)上表面，锁紧齿盘(19)固定于下锁紧基座(18)下表面，下锁紧基座(18)位于下限位框(20)内，下限位框(20)固定于轴承(2)下部，法兰(1)底部设有下齿盘，下齿盘正对锁紧齿盘(19)。
2.根据权利要求1所述的自标定捷联惯测组合装置，其特征在于，所述轴向转位机构包括轴向转位电机(7)和齿轮(8)，轴向转位电机(7)安装于轴承(2)上，轴向转位电机(7)的输出轴连接齿轮(8)的中心孔，齿轮(8)与法兰(1)上的法兰内齿圈(1.2)啮合，轴向转位电机(7)通过齿轮(8)驱动轴承(2)绕法兰轴向0～360度转动。
3.根据权利要求1所述的自标定捷联惯测组合装置，其特征在于，所述径向转位机构包括径向转位电机、径向转位蜗杆(21)、径向转位蜗轮(22)、齿轮轴(23)、齿轮盘(24)和动齿盘限位挡块(25)；径向转位电机安装于下锁紧基座(18)上，其输出轴连接径向转位蜗杆(21)的一端，径向转位蜗杆(21)的另一端连接径向转位蜗轮(22)，径向转位蜗轮(22)连接齿轮轴(23)的下端，齿轮轴(23)的顶部齿轮与齿轮盘(24)啮合，齿轮盘(24)与所述动齿盘(16)固定连接，动齿盘限位挡块(25)固定安装在动齿盘(16)底部轴端面上。
4.根据权利要求1或2或3所述的自标定捷联惯测组合装置，其特征在于，所述轴承(2)采用密珠轴承。
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