CN106323283A - 一种车载两轴转台及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车载两轴转台，包括底座，底座的上表面安装有U型外框，U型外框的开口处两端安装有俯仰轴，俯仰轴的中部连接有横滚轴组件；U型外框开口处一端的外侧安装有用于控制俯仰轴旋转角度的编码器组件，U型外框开口处另一端的外侧安装有用于驱动俯仰轴旋转的减速机构。本发明还公开了该车载两轴转台的测试方法。本发明的车载两轴转台与目前现有的三轴、两轴转台比较，具有以下优点：1.结构简单，体积小，重量轻，零件少，制造成本低；2.传动链短，可靠性高，机械效率高、能耗低；3.控制精度适中，适合车载使用。
Description
技术领域
本发明属于惯性测试设备技术领域，具体涉及一种车载两轴转台，本发明还涉及该车载两轴转台的测试方法。
背景技术
随着惯性导航技术的不断发展，对惯性测试设备的需求愈来愈多，对其性能指标的要求也越来越高。在惯性系统测试中，除了必要的电子测量仪器、记录仪器、高精度多功能的安装夹具外，还需要一种具有能使惯性系统实现各种位置、安装方法、以及某些运动状态、伺服跟踪等功能的专用设备，即惯性系统测试转台。利用转台可以对惯性系统进行研究，建立数学模型，检定其精度等级，在惯性导航系统中进行补偿，从而提高系统的精度。目前国内主要的惯导测试转台生产厂商大多仅提供大型、三轴多轴、固定安装、多功能、高精度的产品。由于其为满足通用性要求而导致结构复杂、售价很高，极大地限制了转台在惯导测试中的应用。实际上，多样化的市场需求尤其是众多中小型惯导应用单位对轻便易用、精度适中、结构简单、性能可靠、售价低的转台更为急需，然而这类转台在国内市场需求有很大空缺。因此，研制小型化、单轴两轴、车载安装、中等精度、低成本的转台产品就成为转台生产行业的当务之急。
发明内容
本发明的目的是提供一种车载两轴转台，解决现有技术中缺乏小型化、车载安装、多用途、中等精度、低成本的两轴惯导测试转台的问题。本发明的另一个目的是提供该转台的测试方法。
本发明所采用的技术方案是：一种车载两轴转台，包括底座，底座的上表面安装有U型外框，U型外框的开口处两端安装有俯仰轴，俯仰轴的中部连接有横滚轴组件；U型外框开口处一端的外侧安装有用于控制俯仰轴旋转角度的编码器组件，U型外框开口处另一端的外侧安装有用于驱动俯仰轴旋转的减速机构。
本发明的特点还在于：
俯仰轴包括安装在U型外框开口处一端的俯仰半轴组件a、安装在U型外框开口处另一端的俯仰半轴组件b以及俯仰半轴组件a、俯仰半轴组件b之间连接的U型内框，横滚轴组件安装在U型内框的中部。
俯仰半轴组件a包括俯仰半轴a，U型外框开口处的一端设置有套杯a，套杯a中安装有轴承a，俯仰半轴a安装在轴承a内；套杯a的一端依次安装有调整垫a和轴承端盖a，套杯a的另一端安装有端盖a，端盖a内设置有油封a’，轴承端盖a内设置有油封a。
俯仰半轴组件b包括俯仰半轴b，U型外框开口处的另一端设置有套杯b，套杯b中安装有轴承b，俯仰半轴b安装在轴承b内；套杯b的一端依次安装有调整垫b、轴承端盖b和端盖b，端盖b内设置有油封b。
用于控制俯仰轴旋转角度的编码器组件包括编码器护罩a、编码器a及编码器安装盘a，编码器安装盘a安装在U型外框开口处一端的外侧，编码器a的转子套装在俯仰半轴a远离U型内框的一端，编码器a的定子通过编码器安装盘a固定在U型外框上，编码器a外部设置有编码器护罩a。
用于驱动俯仰轴旋转的减速机构包括减速机安装盘、减速机及电机a，减速机安装盘安装在U型外框开口处另一端的外侧，减速机通过减速机安装盘安装在U型外框上，减速机的空心轴套装在俯仰半轴b远离U型内框的一端，减速机的一端安装有用于驱动减速机的电机a。
横滚轴组件包括横滚外壳、电机b、编码器b，横滚外壳固定在U型内框上，横滚外壳的下方连接有横滚外壳端盖，横滚外壳的内侧安装有轴承c，横滚外壳端盖的内侧安装有轴承d，轴承c与轴承d内安装有横滚轴；横滚轴的上部位于轴承c的上方从上到下依次安装有轴承端盖c和调整垫d，横滚轴的下部位于轴承d的下方从上到下依次安装有调整垫c和轴承端盖d；轴承端盖c和轴承端盖d内分别设置有油封c和油封d；横滚轴的中部与电机b的转子连接，电机b的定子通过电机压环固定在横滚外壳内；横滚轴的上端部连接有转盘，编码器b的定子通过编码器安装盘b固定在横滚外壳内位于轴承端盖c的上方位置处，编码器b的转子套装在横滚轴上，编码器b的外部设置有编码器护罩b；横滚轴的下端位于轴承端盖d的下方设置有导电滑环，导电滑环的定子固定在轴承端盖d上，导电滑环的转子套装在横滚轴上，导电滑环的外部设置有导电滑环护罩。
电机a为大惯量交流伺服电机，减速机为高精度低回差输出自锁型蜗轮蜗杆减速机，电机b为无框盘式高速力矩电机。
底座为圆形，底座上设置有地脚螺栓孔。
本发明的另一个技术方案是：
一种车载两轴转台的测试方法，具体步骤如下：
首先将惯性元件或惯性组件通过夹具安装在转台转盘23上，通过电控系统控制俯仰半轴a12及俯仰半轴b27、横滚轴42转动，驱使惯性元件或惯性组件以预定的角速率运转或运转至预定的角位置；在此过程中，电控系统通过对编码器a13与编码器b22检测到的角位置、角速率信息，以及导电滑环43传递来的惯性元件或惯性组件的角位置、角速率信息进行分析处理，从而实现对惯性元件或惯性组件的测试、标定及模拟。
本发明的有益效果是：本发明的车载两轴转台与目前现有的三轴、两轴转台比较，具有以下优点：1.结构简单，体积小，重量轻，零件少，制造成本低；2.传动链短，可靠性高，机械效率高、能耗低；3.控制精度适中，适合车载使用。
附图说明
图1为本发明一种车载两轴转台的结构示意图。
图中，1.底座，2.U型外框，3.调整垫c，4.挡油环，5.电机压环，6.横滚外壳，7.轴承c，8.油封c，9.调整垫d，10.轴承端盖c，11.编码器护罩a，12.俯仰半轴a，13.编码器a，14.油封a，15.编码器安装盘a，16.轴承端盖a，17.调整垫a，18.套杯a，19.轴承a，20.端盖a，21.油封a’，22.编码器b，23.转盘，24.编码器护罩b，25.编码器安装盘b，26.U型内框，27.俯仰半轴b，28.端盖b，29.轴承端盖b，30.调整垫b，31.套杯b，32.减速机安装盘，33.减速机，34.轴承b，35.油封b，36.电机a，37.电机b，38.横滚外壳端盖，39.轴承d，40.轴承端盖d，41.油封d，42.横滚轴，43.导电滑环，44.导电滑环护罩。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明一种车载两轴转台，如图1所示，包括底座1，底座1为圆形，底座1上设置有地脚螺栓孔。底座1的上表面用内六角螺钉固定安装有U型外框2，U型外框2的开口处两端安装有俯仰轴，俯仰轴的中部连接有横滚轴组件；U型外框2开口处一端的外侧安装有用于控制俯仰轴旋转角度的编码器组件，U型外框2开口处另一端的外侧安装有用于驱动俯仰轴旋转的减速机构。俯仰轴包括安装在U型外框2开口处一端的俯仰半轴组件a、安装在U型外框2开口处另一端的俯仰半轴组件b以及俯仰半轴组件a、俯仰半轴组件b之间连接的U型内框26，横滚轴组件安装在U型内框26的中部。
俯仰半轴组件a包括俯仰半轴a12，U型外框2开口处的一端设置有套杯a18，套杯a18中安装有轴承a19，具体地说，是在套杯a18中安装两组面对面布置的角接触球轴承a19，俯仰半轴a12安装在轴承a19内；套杯a18的一端用内六角螺钉依次安装有调整垫a17和轴承端盖a16，套杯a18的另一端用内六角螺钉安装有端盖a20，端盖a20内设置有油封a’21，轴承端盖a16内设置有油封a14。
俯仰半轴组件b包括俯仰半轴b27，U型外框2开口处的另一端设置有套杯b31，套杯b31中安装有轴承b34，具体地说，是在套杯b31中安装两组面对面布置的角接触球轴承b34，俯仰半轴b27安装在轴承b34内；套杯b31的一端用内六角螺钉依次安装有调整垫b30、轴承端盖b29和端盖b28，端盖b28内设置有油封b35。
用于控制俯仰轴旋转角度的编码器组件包括编码器护罩a11、编码器a13及编码器安装盘a15，编码器安装盘a15安装在U型外框2开口处一端的外侧，编码器a13的转子套装在俯仰半轴a12远离U型内框26的一端，编码器a13的定子通过编码器安装盘a15固定在U型外框2上，编码器a13外部设置有编码器护罩a11。
用于驱动俯仰轴旋转的减速机构包括减速机安装盘32、减速机33及电机a36，减速机安装盘32安装在U型外框2开口处另一端的外侧，减速机33通过减速机安装盘32用外六角螺栓安装在U型外框2上，减速机33的空心轴套装在俯仰半轴b27远离U型内框26的一端，减速机33的一端通过内六角螺钉安装有用于驱动减速机33的电机a36。
横滚轴组件包括横滚外壳6、电机b37、编码器b22，横滚外壳6固定在U型内框26上，横滚外壳6的下方连接有横滚外壳端盖38，横滚外壳6的内侧安装有轴承c7，横滚外壳端盖38的内侧安装有轴承d39，轴承c7与轴承d39内安装有横滚轴42；横滚轴42的上部位于轴承c7的上方从上到下依次安装有轴承端盖c10和调整垫d9，横滚轴42的下部位于轴承d39的下方从上到下依次安装有调整垫c3和轴承端盖d40；轴承端盖c10和轴承端盖d40内分别设置有油封c8和油封d41；横滚轴42的中部与电机b37的转子连接，电机b37的定子通过电机压环5固定在横滚外壳6内；横滚轴42的上端部连接有转盘23，编码器b22的定子通过编码器安装盘b25固定在横滚外壳6内位于轴承端盖c10的上方位置处，编码器b22的转子套装在横滚轴42上，编码器b22的外部设置有编码器护罩b24；横滚轴42的下端位于轴承端盖d40的下方设置有导电滑环43，导电滑环43的定子固定在轴承端盖d40上，导电滑环43的转子套装在横滚轴42上，导电滑环43的外部设置有导电滑环护罩44。
本发明的圆形底座1、电机压环5用碳素结构钢材料制成，俯仰半轴a12、俯仰半轴b27、横滚轴42用合金结构钢材料制成，转盘23用不锈钢制成，U型外框2、U型内框26用铸铝毛坯制成，套杯a18、套杯b31用合金结构钢材料制成，调整垫c3、调整垫d9、调整垫a17、调整垫b30用纯铜材料制成，其余零件都用铝合金材料制成。因此，所述的转台质量较轻，适合车载使用。
本发明的俯仰半轴a12、U型内框26、俯仰半轴b27、轴承a19、轴承b34、套杯a18、套杯b31、U型外框2构成高精度轴系。电机a36为大惯量交流伺服电机，减速机33为高精度、低回差、输出自锁型蜗轮蜗杆减速机。电机a36通过减速机33驱动俯仰轴旋转；编码器a13为光学测角敏感元件，提供俯仰轴的转角信号作为位置反馈和速度反馈，构成闭环控制系统，保证俯仰轴旋转的角位置以及角速率精度。蜗轮蜗杆减速机33的降速增力作用减小了俯仰轴电机a36的驱动力矩，蜗轮蜗杆减速机33输出轴的自锁性能使俯仰轴在系统掉电时仍可以平稳地停止在任意角位置。
本发明的横滚轴42、轴承c7、轴承d39、横滚外壳6、横滚外壳端盖38构成高精度轴系。电机b37为无框盘式高速力矩电机，与横滚轴42、编码器b22直连驱动，减少了驱动环节，减小了传动误差。编码器b22为光学测角敏感元件，提供横滚轴42的转角信号作为位置反馈和速度反馈，构成闭环控制系统，保证横滚轴42旋转的角位置、角速率精度。导电滑环43实现了转盘23上安装的测试件信号、电流的输出传递。
本发明的车载两轴转台，与目前现有的三轴、两轴转台比较，具有以下优点：1.结构简单，体积小，重量轻，零件少，制造成本低；2.传动链短，可靠性高，机械效率高、能耗低；3.控制精度适中，适合车载使用。通过底座1上设置的地脚螺栓孔可以轻易地将该转台安装到运载车辆上或实验室地面上，以实现车载动态测试或室内静态测试。
本发明进行惯性测试的具体工作过程如下：
首先将惯性元件或惯性组件通过夹具安装在转台转盘23上，通过电控系统控制俯仰半轴a12及俯仰半轴b27、横滚轴42转动，驱使惯性元件或惯性组件以预定的角速率运转或运转至预定的角位置。在此过程中，电控系统通过对编码器a13与编码器b22检测到的角位置、角速率信息，以及导电滑环43传递来的惯性元件或惯性组件的角位置、角速率信息进行分析处理，从而实现对惯性元件或惯性组件的测试、标定及模拟。
Claims (10)
1.一种车载两轴转台，其特征在于，包括底座(1)，底座(1)的上表面安装有U型外框(2)，U型外框(2)的开口处两端安装有俯仰轴，俯仰轴的中部连接有横滚轴组件；U型外框(2)开口处一端的外侧安装有用于控制所述俯仰轴旋转角度的编码器组件，U型外框(2)开口处另一端的外侧安装有用于驱动俯仰轴旋转的减速机构。
2.根据权利要求1所述的一种车载两轴转台，其特征在于，所述俯仰轴包括安装在U型外框(2)开口处一端的俯仰半轴组件a、安装在U型外框(2)开口处另一端的俯仰半轴组件b以及俯仰半轴组件a、俯仰半轴组件b之间连接的U型内框(26)，所述的横滚轴组件安装在U型内框(26)的中部。
3.根据权利要求2所述的一种车载两轴转台，其特征在于，所述俯仰半轴组件a包括俯仰半轴a(12)，所述U型外框(2)开口处的一端设置有套杯a(18)，套杯a(18)中安装有轴承a(19)，所述俯仰半轴a(12)安装在轴承a(19)内；所述套杯a(18)的一端依次安装有调整垫a(17)和轴承端盖a(16)，套杯a(18)的另一端安装有端盖a(20)，端盖a(20)内设置有油封a’(21)，轴承端盖a(16)内设置有油封a(14)。
4.根据权利要求3所述的一种车载两轴转台，其特征在于，所述俯仰半轴组件b包括俯仰半轴b(27)，所述U型外框(2)开口处的另一端设置有套杯b(31)，套杯b(31)中安装有轴承b(34)，所述俯仰半轴b(27)安装在轴承b(34)内；所述套杯b(31)的一端依次安装有调整垫b(30)、轴承端盖b(29)和端盖b(28)，端盖b(28)内设置有油封b(35)。
5.根据权利要求4所述的一种车载两轴转台，其特征在于，所述用于控制俯仰轴旋转角度的编码器组件包括编码器护罩a(11)、编码器a(13)及编码器安装盘a(15)，编码器安装盘a(15)安装在U型外框(2)开口处一端的外侧，编码器a(13)的转子套装在俯仰半轴a(12)远离所述U型内框(26)的一端，编码器a(13)的定子通过编码器安装盘a(15)固定在U型外框(2)上，编码器a(13)外部设置有编码器护罩a(11)。
6.根据权利要求4所述的一种车载两轴转台，其特征在于，所述用于驱动俯仰轴旋转的减速机构包括减速机安装盘(32)、减速机(33)及电机a(36)，所述减速机安装盘(32)安装在U型外框(2)开口处另一端的外侧，减速机(33)通过减速机安装盘(32)安装在U型外框(2)上，减速机(33)的空心轴套装在俯仰半轴b(27)远离U型内框(26)的一端，减速机(33)的一端安装有用于驱动减速机(33)的电机a(36)。
7.根据权利要求5所述的一种车载两轴转台，其特征在于，所述横滚轴组件包括横滚轴组件包括横滚外壳(6)、电机b(37)、编码器b(22)，横滚外壳(6)固定在所述U型内框(26)上，横滚外壳(6)的下方连接有横滚外壳端盖(38)，横滚外壳(6)的内侧安装有轴承c(7)，横滚外壳端盖(38)的内侧安装有轴承d(39)，轴承c(7)与轴承d(39)内安装有横滚轴(42)；横滚轴(42)的上部位于轴承c(7)的上方从上到下依次安装有轴承端盖c(10)和调整垫d(9)，横滚轴(42)的下部位于轴承d(39)的下方从上到下依次安装有调整垫c(3)和轴承端盖d(40)；轴承端盖c(10)和轴承端盖d(40)内分别设置有油封c(8)和油封d(41)；横滚轴(42)的中部与电机b(37)的转子连接，电机b(37)的定子通过电机压环(5)固定在横滚外壳(6)内；横滚轴(42)的上端部连接有转盘(23)，所述编码器b(22)的定子通过编码器安装盘b(25)固定在横滚外壳(6)内位于轴承端盖c(10)的上方位置处，编码器b(22)的转子套装在横滚轴(42)上，编码器b(22)的外部设置有编码器护罩b(24)；横滚轴(42)的下端位于轴承端盖d(40)的下方设置有导电滑环(43)，导电滑环(43)的定子固定在轴承端盖d(40)上，导电滑环(43)的转子套装在横滚轴(42)上，导电滑环(43)的外部设置有导电滑环护罩(44)。
8.根据权利要求7所述的一种车载两轴转台，其特征在于，所述电机a(36)为大惯量交流伺服电机，所述减速机(33)为高精度低回差输出自锁型蜗轮蜗杆减速机，所述电机b(37)为无框盘式高速力矩电机。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种车载两轴转台，其特征在于，所述底座(1)为圆形，底座(1)上设置有地脚螺栓孔。
10.一种权利要求7所述车载两轴转台的测试方法，其特征在于，具体步骤如下：
首先将惯性元件或惯性组件通过夹具安装在转台转盘(23)上，通过电控系统控制俯仰半轴a(12)及俯仰半轴b(27)、横滚轴(42)转动，驱使惯性元件或惯性组件以预定的角速率运转或运转至预定的角位置；在此过程中，电控系统通过对编码器a(13)与编码器b(22)检测到的角位置、角速率信息，以及导电滑环(43)传递来的惯性元件或惯性组件的角位置、角速率信息进行分析处理，从而实现对惯性元件或惯性组件的测试、标定及模拟。
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