CN104218707A - 一种高精度大尺寸中空轴系 - Google Patents

Abstract

一种高精度大尺寸中空轴系，包括中空主轴，所述中空主轴外表面设有沟槽，沟槽内镶嵌永磁体，沟槽两侧设有左轴承、右轴承，左轴承、右轴承内圈固定在中空主轴外表面上，左轴承、右轴承外圈连接壳体，壳体内与永磁体相对应的位置上设有硅钢片，硅钢片上缠绕线圈，所述左轴承一端设有左端盖、左外罩，右轴承一端设有右端盖、右外罩，左外罩和右外罩分别用螺钉固定在壳体上，所述壳体外表面焊接有上法兰和下法兰。力矩电机转子与中空主轴合为一体，中空主轴为中空结构用来放置用户负载，可极大减轻整个轴系的重量，减小X轴和Y轴的转动惯量，同时又保证了X轴系的精度，与Y向主轴联接，实现整体绕Y轴转动的功能，具有重量轻、成本低、易加工的特点，可应用于航空航天、仪器仪表和惯性导航测试设备的标定和研制。

Description

一种高精度大尺寸中空轴系

技术领域

本发明涉及一种高精度大尺寸中空轴系。

背景技术

    在惯性导航测试设备的研制过程中，高精度大尺寸中空轴系的研制是实现整套设备技术要求的关键，该类轴系的研制难点主要有两方面因素：

1.提高轴系精度，降低轴系倾角回转误差，这就要提高中空主轴和壳体的刚性，因此就导致整个轴系重量增加；

2.作为测试设备的内环轴系，尽可能的减小自身的重量和转动惯量是研制过程中要遵守的原则，尤其是要降低Y向的转动惯量I_y这样做有利于降低后续设计的难度，同时也可节约生产成本。

目前，此类轴系的力矩电机的位置是置于轴承的某一端，并且电机转子和定子分别固定在中空主轴和铸造铝合金壳体上，这样做显然会增加整个轴系的重量和转动惯量，增加外环轴系的设计难度和制造成本。

发明内容

本发明其目的就在于提供一种高精度大尺寸中空轴系，力矩电机转子与中空主轴合为一体，中空主轴为中空结构用来放置用户负载，可极大减轻整个轴系的重量，减小X轴和Y轴的转动惯量，同时又保证了X轴系的精度，与Y向主轴联接，实现整体绕Y轴转动的功能，具有重量轻、成本低、易加工的特点，可应用于航空航天、仪器仪表和惯性导航测试设备的标定和研制。

实现上述目的而采取的技术方案，包括中空主轴，所述中空主轴外表面设有沟槽，沟槽内镶嵌永磁体，沟槽两侧设有左轴承、右轴承，左轴承、右轴承内圈固定在中空主轴外表面上，左轴承、右轴承外圈连接壳体，壳体内与永磁体相对应的位置上设有硅钢片，硅钢片上缠绕线圈，所述左轴承一端设有左端盖、左外罩，右轴承一端设有右端盖、右外罩，左外罩和右外罩分别用螺钉固定在壳体上，所述壳体外表面焊接有上法兰和下法兰。

与现有技术相比本发明具有以下优点。

1）将中空主轴和力矩电机的转子合为一体，在中空主轴外径的固定位置上开槽并嵌入永磁体，完成力矩电机转子的功能；

2）力矩电机的硅钢片以及线圈固定在壳体内作为力矩电机的定子，同时也是轴系正常运转的支撑部分；

3）将一对角接触球轴承分别布置在力矩电机的两端，通过螺钉将端盖固定在壳体上同时将角接触球轴承外圈压紧，以便提高轴系的精度和刚度：

4）在壳体的外径部分焊接有两个法兰，与外环轴系相互连接，并通过螺钉紧固，实现整个中空轴系绕y轴转动。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1为本装置结构示意图；

图2为本装置结构立体示意图。

具体实施方式

    本装置包括中空主轴8，如图1、图2所示，所述中空主轴8外表面设有沟槽，沟槽内镶嵌永磁体6，沟槽两侧设有左轴承3、右轴承9，左轴承3、右轴承9内圈固定在中空主轴8外表面上，左轴承3、右轴承9外圈连接壳体7，壳体7内与永磁体6相对应的位置上设有硅钢片5，硅钢片5上缠绕线圈4，所述左轴承3一端设有左端盖2、左外罩1，右轴承9一端设有右端盖10、右外罩11，左外罩1和右外罩11分别用螺钉固定在壳体7上，所述壳体7外表面焊接有上法兰12和下法兰13。

    所述左轴承3、右轴承9为一对角接触球轴承，面对面安装在中空主轴8两端。

所述左外罩1与左端盖2之间设有空腔，可安装角度编码器，以实时测量X轴系转动的角度值；所述右外罩11与右端盖10之间设有空腔，可安装导电滑环或者限位块和光电传感器，以实现不同类型的技术要求。

实施例

中空轴系包括线圈4、硅钢片5、永磁体7、中空主轴8、左轴承3、右轴承9和壳体7，并实现绕X轴转动的功能，力矩电机转子与中空主轴合为一体，中空主轴为中空结构用来放置用户负载，力矩电机的定子与壳体7固联，在两端布置有一对角接触球轴承，并使用左端盖2和右端盖10将角接触球轴承压紧，采用这种布局可极大减轻整个轴系的重量，减小X轴和Y轴的转动惯量，同时又保证了X轴系的精度，壳体7的外表面焊接有上法兰12和下法兰13，用于与Y向主轴联接，实现整体绕Y轴转动的功能。

中空轴系包括左外罩1、左端盖2、左轴承3、线圈4、硅钢片5、永磁体6、壳体7、中空主轴8、右轴承9、右端盖10、右外罩11、上法兰12、下法兰13，中空主轴8、左轴承3、右轴承9、壳体7、左端盖2和右端盖10共同组成一个旋转轴系。

壳体7内部固定电机定子，固定左轴承3和右轴承9的外圈，并用左端盖2和右端盖10压紧轴承外圈，两个轴承内圈固定在中空主轴8的外圆上，共同组成中空轴系。

在中空主轴8外表面加工出大小相等的沟槽，并在沟槽内镶嵌相应大小及数量的永磁体6，构成力矩电机的转子，驱动中空主轴8转动。

线圈4缠绕在硅钢片5上，共同构成力矩电机定子，并将其与壳体7固联，作为旋转轴系的支撑部分。

线圈4、硅钢片5和永磁体7组成的力矩电机布置在中空轴系两个轴承之间。

左外罩1和右外罩11分别用螺钉固定在壳体7上，以保护各种传感器和支撑配重块。

左外罩1和左端盖2之间的空间可安装角度编码器，以实时测量X轴系转动的角度值，在右外罩11和右端盖10之间的空间内，可安装导电滑环，或者限位块和光电传感器，以实现不同类型的技术要求。

壳体7外表面焊接有上法兰12和下法兰13，用于联接Y向轴系主轴，实现绕Y轴旋转，用螺钉将用户负载固定在中空主轴8的内部，直径φD的大小和中空主轴8的长度L可根据负载大小和轴系精度稍作调整。

本实施例用于高精度气浮轴系供气机构，如图1、图2所示，包括左外罩1、左端盖2、左轴承3、线圈4、硅钢片5、永磁体6、壳体7、中空主轴8、右轴承9、右端盖10、右外罩11、上法兰12、下法兰13。

中空主轴8外表面加工有沟槽，用于镶嵌永磁体6，以实现力矩电机转子的功能；同时中空主轴8两端装有一对角接触球轴承（面对面安装），以实现轴系转动功能。

力矩电机的定子由硅钢片5和线圈4共同组成，并固定在壳体7上，同时，壳体7用来固定一对角接触球轴承的外圈，以支撑整个中空轴系。

用左端盖2和右端盖10同时将一对角接触球轴承外圈压紧，通过合理的配置轴承的预紧量，以降低轴系的倾角回转误差，最终保证提高轴系的精度。

在轴系的两端分别安装有外罩，以保护内部的各种传感器；同时也可用作绕Y轴系转动时配重块的支撑部分，壳体7外径的两个法兰与外部轴系相互连接，以实现Y轴系的旋转功能。

在左外罩1和左端盖2之间的空间内，可安装角度编码器，以实时测量X轴系转动的角度值，在右外罩11和右端盖10之间的空间内，可配置导电滑环或者限位块和光电传感器，以实现不同类型的技术要求。

用户负载放置在中空轴系的内部，并使用工装固定在中空主轴轴端法兰处，直径φD的大小和中空主轴的长度L可根据负载大小和轴系精度稍作调整。

Claims (3)

1.一种高精度大尺寸中空轴系，包括中空主轴（8），其特征在于，所述中空主轴（8）外表面设有沟槽，沟槽内镶嵌永磁体（6），沟槽两侧设有左轴承（3）、右轴承（9），左轴承（3）、右轴承（9）内圈固定在中空主轴（8）外表面上，左轴承（3）、右轴承（9）外圈连接壳体（7），壳体（7）内与永磁体（6）相对应的位置上设有硅钢片（5），硅钢片（5）上缠绕线圈（4），所述左轴承（3）一端设有左端盖（2）、左外罩（1），右轴承（9）一端设有右端盖（10）、右外罩（11），左外罩（1）和右外罩（11）分别用螺钉固定在壳体（7）上，所述壳体（7）外表面焊接有上法兰（12）和下法兰（13）。

2.根据权利要求1所述的一种高精度大尺寸中空轴系，其特征在于，所述左轴承（3）、右轴承（9）为一对角接触球轴承，面对面安装在中空主轴（8）两端。

3.根据权利要求1或2所述的一种一种高精度大尺寸中空轴系，其特征在于，所述左外罩（1）与左端盖（2）之间设有空腔，可安装角度编码器，以实时测量X轴系转动的角度值；所述右外罩（11）与右端盖（10）之间设有空腔，可安装导电滑环或者限位块和光电传感器，以实现不同类型的技术要求。