CN108022473B - 一种三轴仿真飞行模拟器执行机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三轴仿真飞行模拟器执行机构。该机构包括：滚转平台、俯仰平台、偏航平台、底座平台，滚转平台包括前舱、后舱、滚转电机、滚转减速器、滚转链轮付小链轮、滚转圆柱孔调心滚子轴承、大直径橡胶滚轮回转轴承内圈；俯仰平台包括回转轴承外圈、U形框架、滚转链轮付大链轮、滚转轴承座、俯仰链轮付大链轮、俯仰右轴、俯仰圆柱孔调心滚子轴承、俯仰左轴；偏航平台包括U型支架、俯仰轴承座、俯仰电机、俯仰减速器、俯仰链轮付小链轮、偏航轴承座；底座平台包括底座、底座支架、大直径回转支承、偏航电机、偏航减速器、开放内齿轮啮合付小付大齿轮、支撑脚。本发明能够模拟单人操控飞行器，进行滚转、俯仰、偏航三自由度运动，实现模拟飞行功能。
Description
技术领域
本发明涉及机械结构及传动技术领域，特别是一种三轴仿真飞行模拟器执行机构。
背景技术
三轴仿真飞行模拟器执行机构是三轴仿真飞行模拟器的主要组成部分，它结合相关飞行软件及数控驱动技术，可模拟单人操控飞行器，进行滚转、俯仰、偏航三自由度运动，实现模拟飞行功能。
目前国内现有的三轴仿真飞行模拟器大多是刚性结构，滚转部分采用大直径回转支承，滚转与俯仰驱动全部采用齿轮减速传动机构等结构形式，使三轴仿真飞行模拟器执行机构的体积庞大、结构重量重、运转噪音大、功耗高，同时对结构件的制造、装配精度要求也比较高，增加了制造成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种重量分布均匀、转动平稳、可靠性高的三轴仿真飞行模拟器执行机构。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种三轴仿真飞行模拟器执行机构，包括滚转平台、俯仰平台、偏航平台、底座平台，其中：
所述滚转平台由前舱、后舱用螺栓连接而成，大直径橡胶滚轮回转轴承内圈焊接在后舱的前部，滚转链轮付小链轮安装在滚转减速器的输出轴上，滚转电机、滚转减速器、滚转圆柱孔调心滚子轴承均安装在后舱后部；
所述俯仰平台由大直径橡胶滚轮回转轴承外圈、U形框架用螺栓连接而成，滚转链轮付大链轮的基盘、滚转轴承座焊接在U形框架上与滚转链轮付小链轮相应的位置，俯仰右轴、俯仰左轴固定在大直径橡胶滚轮回转轴承外圈圆周上，且二者轴线与大直径橡胶滚轮回转轴承外圈的圆心相交，俯仰链轮付大链轮的基盘固定在俯仰右轴上，两个俯仰圆柱孔调心滚子轴承分别安装在俯仰右轴和俯仰左轴上；
所述偏航平台由U型支架、偏航轴承座、两个俯仰轴承座焊接而成，两个俯仰轴承座设置于U型支架两端，其中与俯仰右轴对应的一侧俯仰轴承座上安装俯仰电机、俯仰减速器，与俯仰链轮付大链轮配套的俯仰链轮付小链轮安装在俯仰减速器的输出轴上，偏航轴承座设置于U型支架底部；
所述底座平台由底座、底座支架用螺栓连接而成，大直径回转支承、偏航电机、偏航减速器、开放内齿轮啮合付小齿轮、开放内齿轮啮合付大齿轮、高度可调支撑脚均安装在底座平台上。
进一步地，所述大直径橡胶滚轮回转轴承内圈、大直径橡胶滚轮回转轴承外圈配套形成大直径橡胶滚轮回转轴承，大直径橡胶滚轮回转轴承包括直角V形滚道、直角V形小橡胶滚轮固定架、两组环形小橡胶滚轮阵列，两组环形小橡胶滚轮阵列分别固定在直角V形小橡胶滚轮固定架的二个垂直面上作为回转轴承内圈，V形滚道作为回转轴承的外圈，通过二组小橡胶滚轮在V形滚道二个垂直面上的滚动，实现回转轴承外圈与内圈摩擦转动，并且二组环形小橡胶滚轮阵列限制了回转轴承外圈与回转轴承内圈轴向的移动。
进一步地，所述滚转链轮付大链轮、俯仰链轮付大链轮采用均采用组合式链轮结构，链轮由基盘、四片链轮组件组成，四片链轮组件由螺栓紧固在基盘上形成链轮整体。
进一步地，所述滚转链轮付小链轮、滚转链轮付大链轮配套形成滚转链轮付，俯仰链轮付小链轮、俯仰链轮付大链轮配套形成俯仰链轮付，滚转链轮付和俯仰链轮付采用的均为双链轮传动形式。
进一步地，所述滚转平台的旋转轴支撑采用滚转平台的中端和尾端的双支撑形式：中端采用大直径橡胶滚轮回转轴承内圈、大直径橡胶滚轮回转轴承外圈形成的大直径橡胶滚轮回转轴承，尾端采用滚转圆柱孔调心滚子轴承，滚转平台的旋转轴为大直径橡胶滚轮回转轴承的中心轴。
进一步地，所述俯仰平台采用俯仰圆柱孔调心滚子轴承二端支撑方式，支撑位置位于大直径橡胶滚轮回转轴承外圈的圆周上，支撑轴线与大直径橡胶滚轮回转轴承外圈圆心相交，且俯仰平台的旋转轴与滚转平台的旋转轴垂直相交。
进一步地，所述偏航平台采用的U型支架由长方管型材焊接而成，偏航平台的旋转轴与俯仰平台的旋转轴垂直相交。
进一步地，所述底座平台由底座、底座支架用螺栓连接而成，底座的四角分别设置一个底座支架，每个底座支架底部设有高度可调支撑脚；
大直径回转支承包括旋转部分和固定部分，其中大直径回转支承的旋转部分装配于偏航轴承座上，大直径回转支承的固定部分设置于底座平台的中心位置，且大直径回转支承的固定部分与旋转部分配套，使偏航平台以大直径回转支承的中心轴为轴线旋转；
开放内齿轮啮合付小齿轮安装在偏航减速器输出端，开放内齿轮啮合付大齿轮安装在大直径回转支承的旋转部分，由偏航电机驱动，偏航减速器减速，通过开放内齿轮啮合付小齿轮和开放内齿轮啮合付大齿轮带动大直径回转支承的旋转部分进行旋转，实现偏航功能。
实现本发明目的的技术解决方案为：(1)直径橡胶滚轮回转轴承、链轮传动付、调心滚子轴承及空心型材焊接框架结构的使用，使其具有结构重量轻、重量分布均匀、转动平稳、运转噪音小、可靠性高的特点；(2)结构简单、加工及装配精度要求低、制造成本低，提升了三轴仿真飞行模拟器的产品品质及经济效益。
附图说明
图1为本发明三轴仿真飞行模拟器执行机构的结构示意图。
图2为本发明三轴仿真飞行模拟器执行机构中滚转平台的结构示意图。
图3为本发明三轴仿真飞行模拟器执行机构中俯仰平台的结构示意图。
图4为本发明三轴仿真飞行模拟器执行机构中偏航平台的结构示意图。
图5为本发明三轴仿真飞行模拟器执行机构中底座平台的结构示意图。
图中标号说明：
1滚转平台、2俯仰平台、3偏航平台、4底座平台、5前舱、6后舱、7滚转电机、8滚转减速器、9滚转链轮付小链轮、10滚转圆柱孔调心滚子轴承、11大直径橡胶滚轮回转轴承内圈、12大直径橡胶滚轮回转轴承外圈、13U形框架、14滚转链轮付大链轮、15滚转轴承座、16俯仰链轮付大链轮、17俯仰右轴、18俯仰圆柱孔调心滚子轴承、19俯仰左轴、20U型支架、21俯仰轴承座、22俯仰电机、23俯仰减速器、24俯仰链轮付小链轮、25偏航轴承座、26底座、27底座支架、28大直径回转支承、29偏航电机、30偏航减速器、31开放内齿轮啮合付小齿轮、32开放内齿轮啮合付大齿轮、33高度可调支撑脚。
具体实施方式
本发明三轴仿真飞行模拟器执行机构，包括滚转平台1、俯仰平台2、偏航平台3、底座平台4，其中：
所述滚转平台1由前舱5、后舱6用螺栓连接而成，大直径橡胶滚轮回转轴承内圈11焊接在后舱6的前部，滚转链轮付小链轮9安装在滚转减速器8的输出轴上，滚转电机7、滚转减速器8、滚转圆柱孔调心滚子轴承10均安装在后舱6后部；
所述俯仰平台2由大直径橡胶滚轮回转轴承外圈12、U形框架13用螺栓连接而成，滚转链轮付大链轮14的基盘、滚转轴承座15焊接在U形框架13上与滚转链轮付小链轮9相应的位置，俯仰右轴17、俯仰左轴19固定在大直径橡胶滚轮回转轴承外圈12圆周上，且二者轴线与大直径橡胶滚轮回转轴承外圈12的圆心相交，俯仰链轮付大链轮16的基盘固定在俯仰右轴17上，两个俯仰圆柱孔调心滚子轴承18分别安装在俯仰右轴17和俯仰左轴19上；
所述偏航平台3由U型支架20、偏航轴承座25、两个俯仰轴承座21焊接而成，两个俯仰轴承座21设置于U型支架20两端，其中与俯仰右轴17对应的一侧俯仰轴承座21上安装俯仰电机22、俯仰减速器23，与俯仰链轮付大链轮16配套的俯仰链轮付小链轮24安装在俯仰减速器23的输出轴上，偏航轴承座25设置于U型支架20底部；
所述底座平台4由底座26、底座支架27用螺栓连接而成，大直径回转支承28、偏航电机29、偏航减速器30、开放内齿轮啮合付小齿轮31、开放内齿轮啮合付大齿轮32、高度可调支撑脚33均安装在底座平台4上。
作为一种具体示例，所述大直径橡胶滚轮回转轴承内圈11、大直径橡胶滚轮回转轴承外圈12配套形成大直径橡胶滚轮回转轴承，大直径橡胶滚轮回转轴承包括直角V形滚道、直角V形小橡胶滚轮固定架、两组环形小橡胶滚轮阵列，两组环形小橡胶滚轮阵列分别固定在直角V形小橡胶滚轮固定架的二个垂直面上作为回转轴承内圈，V形滚道作为回转轴承的外圈，通过二组小橡胶滚轮在V形滚道二个垂直面上的滚动，实现回转轴承外圈与内圈摩擦转动，并且二组环形小橡胶滚轮阵列限制了回转轴承外圈与回转轴承内圈轴向的移动。
作为一种具体示例，所述滚转链轮付大链轮14、俯仰链轮付大链轮16采用均采用组合式链轮结构，链轮由基盘、四片链轮组件组成，四片链轮组件由螺栓紧固在基盘上形成链轮整体。
作为一种具体示例，所述滚转链轮付小链轮9、滚转链轮付大链轮14配套形成滚转链轮付，俯仰链轮付小链轮24、俯仰链轮付大链轮16配套形成俯仰链轮付，滚转链轮付和俯仰链轮付采用的均为双链轮传动形式。
作为一种具体示例，所述滚转平台1的旋转轴支撑采用滚转平台1的中端和尾端的双支撑形式：中端采用大直径橡胶滚轮回转轴承内圈11、大直径橡胶滚轮回转轴承外圈12形成的大直径橡胶滚轮回转轴承，尾端采用滚转圆柱孔调心滚子轴承10，滚转平台1的旋转轴为大直径橡胶滚轮回转轴承的中心轴。
作为一种具体示例，所述俯仰平台2采用俯仰圆柱孔调心滚子轴承18二端支撑方式，支撑位置位于大直径橡胶滚轮回转轴承外圈12的圆周上，支撑轴线与大直径橡胶滚轮回转轴承外圈12圆心相交，且俯仰平台2的旋转轴与滚转平台1的旋转轴垂直相交。
作为一种具体示例，所述偏航平台3采用的U型支架20由长方管型材焊接而成，偏航平台3的旋转轴与俯仰平台2的旋转轴垂直相交。
作为一种具体示例，所述底座平台4由底座26、底座支架27用螺栓连接而成，底座26的四角分别设置一个底座支架27，每个底座支架27底部设有高度可调支撑脚33；
大直径回转支承28包括旋转部分和固定部分，其中大直径回转支承28的旋转部分装配于偏航轴承座25上，大直径回转支承28的固定部分设置于底座平台4的中心位置，且大直径回转支承28的固定部分与旋转部分配套，使偏航平台3以大直径回转支承28的中心轴为轴线旋转；
开放内齿轮啮合付小齿轮31安装在偏航减速器30输出端，开放内齿轮啮合付大齿轮32安装在大直径回转支承28的旋转部分，由偏航电机29驱动，偏航减速器30减速，通过开放内齿轮啮合付小齿轮31和开放内齿轮啮合付大齿轮32带动大直径回转支承28的旋转部分进行旋转，实现偏航功能。
下面将结合图1～5对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
结合图1～5，本发明三轴仿真飞行模拟器的执行机构，包括：滚转平台1、俯仰平台2、偏航平台3、底座平台4。
结合图2，滚转平台1包括：前舱5、后舱6、滚转电机7、滚转减速器8、滚转链轮付小链轮9、滚转圆柱孔调心滚子轴承10、大直径橡胶滚轮回转轴承内圈11。
所述滚转平台1由前舱5、后舱6二部分组成，通过螺栓连接，结构采用框架结构由方管及长方管型材焊接而成。滚转链轮付小链轮9安装在滚转减速器8的输出端，滚转电机7、滚转减速器8、安装在滚转平台1的后舱6。滚转平台1的旋转轴支撑采用滚转平台的中端和尾端的双支撑形式：中端采用大直径橡胶滚轮回转轴承，尾端采用圆柱孔调心滚子轴承。滚转平台1的前舱5安装显示器、电脑主机、脚蹬控制器，后舱6安装乘坐座椅、手动控制器、音响设备及控制设备。
结合图3，俯仰平台2包括：大直径橡胶滚轮回转轴承外圈12、U形框架13、滚转链轮付大链轮14、滚转轴承座15、俯仰链轮付大链轮16、俯仰右轴17、俯仰左轴19、俯仰圆柱孔调心滚子轴承18。
所述俯仰平台2由大直径橡胶滚轮回转轴承外圈12及与其连接的U形框架13组成，U形框架13底部装有滚转轴承座15及滚转链轮付大链轮14。俯仰平台2采用圆柱孔调心滚子轴承二端支撑方式，支撑位置位于大直径橡胶滚轮回转轴承外圈12的圆周上，支撑轴线与大直径橡胶滚轮回转轴承外圈12圆心相交。俯仰平台2的旋转轴与滚转平台1的旋转轴垂直相交。
结合图4，偏航平台3包括：U型支架20、俯仰轴承座21、俯仰电机22、俯仰减速器23、俯仰链轮付小链轮24、偏航轴承座25。
所述偏航平台3采用U型支架20结构形式，由长方管型材焊接而成，俯仰链轮付小链轮24安装在俯仰减速器23的输出端，U型支架20顶部装有二个俯仰轴承座21、俯仰电机22、俯仰减速器23。偏航平台3的底部有偏航轴承座25，偏航平台3的旋转轴与俯仰平台2的旋转轴垂直相交。
结合图5，底座平台4包括：底座26、底座支架27、大直径回转支承28、偏航电机29、偏航减速器30、开放内齿轮啮合付小齿轮31、开放内齿轮啮合付大齿轮32、高度可调支撑脚31。
所述底座平台4由底座26、底座支架27螺栓连接而成，都是采用框架结构，由长方管型材焊接而成，平台中心装有大直径回转支承28、偏航电机29、偏航减速器30、开放内齿轮啮合付小齿轮31、开放内齿轮啮合付大齿轮32，底座平台4的四个高度可调支撑脚31，确保底座平台的稳定。
所述滚转平台1、俯仰平台2、偏航平台3、底座平台4、大直径橡胶滚轮回转轴承内圈11、大直径橡胶滚轮回转轴承外圈12、U形框架13、U型支架20、底座26、底座支架27的结构为轻型框架结构，采用标准型材焊接形式。
滚转平台1能环绕自己的轴线作360°旋转；俯仰平台2能带动滚转平台1一起环绕自己的轴线作360°旋转；偏航平台3能带动滚转平台1、俯仰平台2一起环绕自己的轴线作360°旋转。
具体操作如下：
(1)滚转运行流程
依据操控者的操控指令，结合飞行软件及数控驱动器，驱动滚转电机7，经滚转减速器8、滚转链轮付(小链轮9、大链轮14)的多级减速，使滚转平台1环绕由滚转圆柱孔调心滚子轴承10、大直径橡胶滚轮回转轴承内圈11组成的轴线作相应角度及速度的转动，模拟飞行的滚转动作功能。
(2)俯仰运行流程
依据操控者的操控指令，结合飞行软件及数控驱动器，驱动俯仰电机22，经俯仰减速器23、俯仰链轮付(小链轮24、大链轮16)的多级减速，使俯仰平台2带动滚转平台1一起环绕由二个俯仰圆柱孔调心滚子轴承18组成的轴线作相应角度及速度的转动，模拟飞行的俯仰动作功能。
(3)偏航运行流程
依据操控者的操控指令，结合飞行软件及数控驱动器，驱动偏航电机29，经偏航减速器30、开放内齿轮啮合付(小齿轮31、大齿轮32)的多级减速，使偏航平台3带动滚转平台1、俯仰平台2一起环绕由大直径回转支承28组成的轴线作相应角度及速度的转动，模拟飞行的偏航动作功能。
本发明三轴仿真飞行模拟器执行机构中，大直径橡胶滚轮回转轴承、链轮传动付、调心滚子轴承及空心型材焊接框架结构的使用，减轻了结构的重量及运转噪音，提高了转动的平稳性和可靠性，降低了对设备零件加工及装配的精度要求，从而提升了三轴仿真飞行模拟器的产品品质及经济效益。
Claims (6)
1.一种三轴仿真飞行模拟器执行机构，其特征在于，包括滚转平台（1）、俯仰平台（2）、偏航平台（3）、底座平台（4），其中：
所述滚转平台（1）由前舱（5）、后舱（6）用螺栓连接而成，大直径橡胶滚轮回转轴承内圈（11）焊接在后舱（6）的前部，滚转链轮付小链轮（9）安装在滚转减速器（8）的输出轴上，滚转电机（7）、滚转减速器（8）、滚转圆柱孔调心滚子轴承（10）均安装在后舱（6）后部；
所述俯仰平台（2）由大直径橡胶滚轮回转轴承外圈（12）、U形框架（13）用螺栓连接而成，滚转链轮付大链轮（14）的基盘、滚转轴承座（15）焊接在U形框架（13）上与滚转链轮付小链轮（9）相应的位置，俯仰右轴（17）、俯仰左轴（19）固定在大直径橡胶滚轮回转轴承外圈（12）圆周上，且二者轴线与大直径橡胶滚轮回转轴承外圈（12）的圆心相交，俯仰链轮付大链轮（16）的基盘固定在俯仰右轴（17）上，两个俯仰圆柱孔调心滚子轴承（18）分别安装在俯仰右轴（17）和俯仰左轴（19）上；
所述偏航平台（3）由U型支架（20）、偏航轴承座（25）、两个俯仰轴承座（21）焊接而成，两个俯仰轴承座（21）设置于U型支架（20）两端，其中与俯仰右轴（17）对应的一侧俯仰轴承座（21）上安装俯仰电机（22）、俯仰减速器（23），与俯仰链轮付大链轮（16）配套的俯仰链轮付小链轮（24）安装在俯仰减速器（23）的输出轴上，偏航轴承座（25）设置于U型支架（20）底部；
所述底座平台（4）由底座（26）、底座支架（27）用螺栓连接而成，大直径回转支承（28）、偏航电机（29）、偏航减速器（30）、开放内齿轮啮合付小齿轮（31）、开放内齿轮啮合付大齿轮（32）、高度可调支撑脚（33）均安装在底座平台（4）上；
所述大直径橡胶滚轮回转轴承内圈（11）、大直径橡胶滚轮回转轴承外圈（12）配套形成大直径橡胶滚轮回转轴承，大直径橡胶滚轮回转轴承包括直角V形滚道、直角V形小橡胶滚轮固定架、两组环形小橡胶滚轮阵列，两组环形小橡胶滚轮阵列分别固定在直角V形小橡胶滚轮固定架的二个垂直面上作为回转轴承内圈，V形滚道作为回转轴承的外圈，通过二组小橡胶滚轮在V形滚道二个垂直面上的滚动，实现回转轴承外圈与内圈摩擦转动，并且二组环形小橡胶滚轮阵列限制了回转轴承外圈与回转轴承内圈轴向的移动；
所述滚转链轮付大链轮（14）、俯仰链轮付大链轮（16）采用均采用组合式链轮结构，链轮由基盘、四片链轮组件组成，四片链轮组件由螺栓紧固在基盘上形成链轮整体。
2.根据权利要求1所述的三轴仿真飞行模拟器执行机构，其特征在于：所述滚转链轮付小链轮（9）、滚转链轮付大链轮（14）配套形成滚转链轮付，俯仰链轮付小链轮（24）、俯仰链轮付大链轮（16）配套形成俯仰链轮付，滚转链轮付和俯仰链轮付采用的均为双链轮传动形式。
3.根据权利要求1所述的三轴仿真飞行模拟器执行机构，其特征在于：所述滚转平台（1）的旋转轴支撑采用滚转平台（1）的中端和尾端的双支撑形式：中端采用大直径橡胶滚轮回转轴承内圈（11）、大直径橡胶滚轮回转轴承外圈（12）形成的大直径橡胶滚轮回转轴承，尾端采用滚转圆柱孔调心滚子轴承（10），滚转平台（1）的旋转轴为大直径橡胶滚轮回转轴承的中心轴。
4.根据权利要求1所述的三轴仿真飞行模拟器执行机构，其特征在于：所述俯仰平台（2）采用俯仰圆柱孔调心滚子轴承（18）二端支撑方式，支撑位置位于大直径橡胶滚轮回转轴承外圈（12）的圆周上，支撑轴线与大直径橡胶滚轮回转轴承外圈（12）圆心相交，且俯仰平台（2）的旋转轴与滚转平台（1）的旋转轴垂直相交。
5.根据权利要求1所述的三轴仿真飞行模拟器执行机构，其特征在于：所述偏航平台（3）采用的U型支架（20）由长方管型材焊接而成，偏航平台（3）的旋转轴与俯仰平台（2）的旋转轴垂直相交。
6.根据权利要求1所述的三轴仿真飞行模拟器执行机构，其特征在于：所述底座（26）的四角分别设置一个底座支架（27），每个底座支架（27）底部设有高度可调支撑脚（33）；
大直径回转支承（28）包括旋转部分和固定部分，其中大直径回转支承（28）的旋转部分装配于偏航轴承座（25）上，大直径回转支承（28）的固定部分设置于底座平台（4）的中心位置，且大直径回转支承（28）的固定部分与旋转部分配套，使偏航平台（3）以大直径回转支承（28）的中心轴为轴线旋转；
开放内齿轮啮合付小齿轮（31）安装在偏航减速器（30）输出端，开放内齿轮啮合付大齿轮（32）安装在大直径回转支承（28）的旋转部分，由偏航电机（29）驱动，偏航减速器（30）减速，通过开放内齿轮啮合付小齿轮（31）和开放内齿轮啮合付大齿轮（32）带动大直径回转支承（28）的旋转部分进行旋转，实现偏航功能。
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