CN105932794A - 一种大尺寸低惯量带限位的中空精密轴系 - Google Patents

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Abstract

一种大尺寸低惯量带限位的中空精密轴系，包括中空主轴、壳体，所述壳体内一端设有电机定子，电机定子内设有永磁体，永磁体连接中空主轴，电机定子一端连接右外罩，右外罩内设有限位块、光电盘、光电开关、光电传感器支架；所述壳体内另一端设有角接触球轴承对，角接触球轴承对连接中空主轴，角接触球轴承对一端设有锁紧螺母、轴承端盖，轴承端盖外侧设有左外罩，左外罩内设有读数头座、读数头、光栅尺。力矩电机转子与中空主轴合为一体，以减小轴系旋转部分（X轴方向）转动惯量，中空主轴为两个端面放置用户负载，采用这种布局可减轻整个轴系的重量，进一步减小Y轴方向的转动惯量，同时又保证了中空轴系的旋转精度，壳体的外表面焊接有上法兰和下法兰，用于与Y向主轴联接，实现整体绕Y轴转动的功能。

Description

一种大尺寸低惯量带限位的中空精密轴系
技术领域
本发明涉及一种大尺寸低惯量带限位的中空精密轴系。
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Iy（如图2）；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；因此如何将上述两点都兼顾起来就变的尤为重要了。
现有带限位中空轴系无刷电机定子和转子分别为独立的部件，电机转子需要通过螺钉或胀套的形式与主轴固联，采用这种布局会增加整个轴系径向的径向尺寸，并增加转轴的转动惯量，增加了轴系频响指标实现的成本；另一方面，径向尺寸增加还会导致外部壳体尺寸增大，从而增加整个组件的重量和转动惯量，同样会增加轴系频响指标实现的成本和设计难度。
发明内容
本发明其目的就在于提供一种大尺寸低惯量带限位的中空精密轴系，力矩电机转子与中空主轴合为一体，以减小轴系旋转部分（X轴方向）转动惯量，中空主轴为两个端面放置用户负载，采用这种布局可减轻整个轴系的重量，进一步减小Y轴方向的转动惯量，同时又保证了中空轴系的旋转精度，壳体的外表面焊接有上法兰和下法兰，用于与Y向主轴联接，实现整体绕Y轴转动的功能，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、壳体，所述壳体内一端设有电机定子，电机定子内设有永磁体，永磁体连接中空主轴，电机定子一端连接右外罩，右外罩内设有限位块、光电盘、光电开关、光电传感器支架；所述壳体内另一端设有角接触球轴承对，角接触球轴承对连接中空主轴，角接触球轴承对一端设有锁紧螺母、轴承端盖，轴承端盖外侧设有左外罩，左外罩内设有读数头座、读数头、光栅尺。
有益效果
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，构成力矩电机转子的功能；
2．力矩电机的定子外壳采用硬铝合金，固定硅钢片和线圈部分，同时也是其他元器件安装的支撑部分；
3．将一对角接触球轴承分别布置在力矩电机的另一端，通过轴承端盖和锁紧螺母分别压紧角接触球轴承外圈和内圈，以便提高轴系的精度和刚度；
4．在壳体的外圆部分焊接有两个法兰，通过螺钉与外环轴系相互连接，实现整个中空轴系组件绕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为本装置结构剖面示意图；
图2为本装置结构立体示意图；
图3为本装置结构中立体示意图。
具体实施方式
本装置包括中空主轴4、壳体5，如图1所示，所述壳体5内一端设有电机定子2，电机定子2内设有永磁体3，永磁体3连接中空主轴4，电机定子2一端连接右外罩1，右外罩1内设有限位块13、光电盘14、光电开关15、光电传感器支架16；所述壳体5内另一端设有角接触球轴承对6，角接触球轴承对6连接中空主轴4，角接触球轴承对6一端设有锁紧螺母7、轴承端盖8，轴承端盖8外侧设有左外罩9，左外罩9内设有读数头座10、读数头11、光栅尺12。
所述电机定子2与壳体5间隙配合，并用螺钉在法兰处固定，电机定子2的外壳以及法兰部分采用硬铝合金，以减轻电机组件的重量。
所述光栅尺12安装在中空主轴4外表面，读数头11通过读数头座10转接，用螺钉固定在轴承端盖8端面上，读数头座10、读数头11和光栅尺12三个零件构成角度编码器组件，以实时测量轴系转动的角度值。
所述限位块13安装在中空主轴4端面处，并与电机定子2组成机械限位组件；光电盘14固联在限位块13端面上，光电开关15通过光电传感器支架16固联在电机定子2法兰处以上零件构成电气限位组件。
所述壳体5外表面焊接有上法兰17和下法兰18，如图2所示，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4的内部，直径的大小和中空主轴4的长度可根据负载大小和轴系精度稍作调整。
实施例
本装置包括：右外罩1、电机定子2、永磁体3、中空主轴4、壳
体5、角接触球轴承对6、锁紧螺母7、轴承端盖8、左外罩9、读数头座10、读数头11、光栅尺12、限位块13、光电盘14、光电开关15、光电传感器支架16共同组成一个带限位轴系组件，如图1所示。
壳体5内部固定电机定子2和角接触球轴承对6，并用轴承端盖8压紧轴承外圈；角接触球轴承对6内圈套在中空主轴4左端，并用锁紧螺母7压紧轴承内圈，共同组成中空轴系。
中空主轴4右端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3，构成无刷力矩电机的转子部分，驱动中空主轴4旋转，中空主轴4的另外一端放置在角接触球轴承对6。
电机定子2与壳体5间隙配合，并用螺钉在电机定子法兰处固定，电机定子2的外壳以及电机定子法兰部分采用硬铝合金，以减轻电机组件的重量，如图3所示。
左外罩9和右外罩1分别用螺钉固定在壳体5上，以保护各种传感器和支撑配重块。
光栅尺12安装在中空主轴4外表面，读数头11通过读数头座10转接，用螺钉固定在轴承端盖8端面上；读数头座10、读数头11和光栅尺12三个零件构成角度编码器组件，以实时测量轴系转动的角度值；
限位块13安装在中空主轴4端面处，并与电机定子2组成机械限位组件；光电盘14固联在限位块13端面上，光电开关15通过光电传感器支架16固联在电机定子2法兰处以上零件构成电气限位组件。
壳体5外表面焊接有上法兰17和下法兰18，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4的内部，直径的大小和中空主轴4的长度可根据负载大小和轴系精度稍作调整，如图2所示。

Claims (5)

1.一种大尺寸低惯量带限位的中空精密轴系，包括中空主轴（4）、壳体（5），其特征在于，所述壳体（5）内一端设有电机定子（2），电机定子（2）内设有永磁体（3），永磁体（3）连接中空主轴（4），电机定子（2）一端连接右外罩（1），右外罩（1）内设有限位块（13）、光电盘（14）、光电开关（15）、光电传感器支架（16）；所述壳体（5）内另一端设有角接触球轴承对（6），角接触球轴承对（6）连接中空主轴（4），角接触球轴承对（6）一端设有锁紧螺母（7）、轴承端盖（8），轴承端盖（8）外侧设有左外罩（9），左外罩（9）内设有读数头座（10）、读数头（11）、光栅尺（12）。
2.根据权利要求1所述的一种大尺寸低惯量带限位的中空精密轴系, 其特征在于，所述电机定子（2）与壳体（5）间隙配合，并用螺钉在法兰处固定，电机定子（2）的外壳以及法兰部分采用硬铝合金，以减轻电机组件的重量。
3.根据权利要求1所述的一种大尺寸低惯量带限位的中空精密轴系, 其特征在于，所述光栅尺（12）安装在中空主轴（4）外表面，读数头（11）通过读数头座（10）转接，用螺钉固定在轴承端盖（8）端面上，读数头座（10）、读数头（11）和光栅尺（12）三个零件构成角度编码器组件，以实时测量轴系转动的角度值。
4.根据权利要求1所述的一种大尺寸低惯量带限位的中空精密轴系, 其特征在于，所述限位块（13）安装在中空主轴（4）端面处，并与电机定子（2）组成机械限位组件；光电盘（14）固联在限位块（13）端面上，光电开关（15）通过光电传感器支架（16）固联在电机定子（2）法兰处以上零件构成电气限位组件。
5.根据权利要求1所述的一种大尺寸低惯量带限位的中空精密轴系, 其特征在于，所述壳体（5）外表面焊接有上法兰（17）和下法兰（18），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（4）的内部，直径的大小和中空主轴（4）的长度可根据负载大小和轴系精度稍作调整。
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