CN108820482B - 一种轴系组件锁紧定位机构 - Google Patents

Abstract

一种轴系组件锁紧定位机构，包括外箱体(1)、外转动框(2)、内转动框(3)、第一游动轴系组件(4)、约束轴系组件(5)、第三游动轴系组件(7)、锁紧轴系组件(6)、定端齿盘(13)、锁紧机构(14)，通过定端齿盘(13)的设定，实现了同时完成双轴锁紧定位功能的目的，该装置克服了传统机构定位锁紧定位方式过于简单，定位位置应力大的问题，能够满足激光管道的高精度定位要求，结构紧走，稳定性高。

Description

一种轴系组件锁紧定位机构

技术领域

本发明涉及一种轴系组件锁紧定位机构，属于高精度定位领域。

背景技术

传统的激光捷联惯组由于其激光惯导本身特性需定期标定维护，使用维护性要求高，过程复杂，随着各种火箭、船舶等产品对激光捷联惯组使用维护性要求越来越高，对具有“三自”定义，即自标定、自瞄准和自检测功能的激光捷联惯组提出了应用需求。“三自”功能即激光捷联惯组具备双轴转动功能，通内外转动框架的转动调制实现激光惯组的自标定、自瞄准及自检测。而“三自”激光惯组随载体运动过程中又要求内外框架相对载体坐标系绝对静止，因而该新型激光惯组应设计安装具有高可靠性、高定位精度等优异性能的锁紧机构，能够适应载体运动过程中复杂的振动冲击等恶劣环境条件。本双轴转动锁紧机构具备体积小，重量轻，锁紧精度高等优异特点，能够通过一个锁紧动作同时锁紧内外两个转动框架，并进行高精度高可靠性锁紧定位，很好地解决了“三自”激光惯组应用问题。

传统的转动机构定位锁紧一般都是采用销定位、齿轮卡合，锁紧夹片等，诸如以上这些定位方式都是基于某些定位点处的卡紧定位，定位方式简单，但定位后整套转动框架结构力较集中，常常产生较大应力，不能适应复杂振动和冲击环境，且这些定位方式的定位精度随着多次重复定位磨损而逐渐大大降低，远不能满足激光惯导高精度定位要求。某些机构设计中曾提出采用端齿盘定位，但仅仅限制于单轴机构，且不能很好解决端齿盘轴向直线运动精度问题，不能实现一个锁紧机构同时完成双轴锁紧定位功能。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中采用定位点处卡紧定位方式定位处应力较大，不能适应复杂振动环境的问题，提出了一种轴系组件锁紧定位机构，克服了传统转动机构定位精度低、不能同时实现双轴锁紧定位功能的困难。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种轴系组件锁紧定位机构，包括外箱体、外转动框、内转动框、第一游动轴系组件、约束轴系组件、第二游动轴系组件、锁紧轴系组件、定端齿盘、锁紧机构，所述外转动框分别通过能带动外转动框转动的第一游动轴系组件、用于对外转动框进行轴向约束的约束轴系组件连接于外箱体内侧，所述内转动框分别通过能带动内转动框转动的第二游动轴系组件、用于对内转动框进行轴向约束的锁紧轴系组件连接于外转动框内侧，所述定端齿盘安装于外转动框外侧并通过与锁紧机构啮合及对旋转至指定位置的外转动框、内转动框进行锁紧。

所述第一游动轴系组件包括第一滚针轴承、第一主轴、第一轴承座，所述第一滚针轴承内圈、外圈分别与第一主轴、第一轴承座的轴承孔过盈配合，所述第一轴承座安装于外箱体侧壁并与第一滚针轴承相连，所述第一主轴固定于外转动框侧壁并带动外转动框转动。

所述约束轴系组件包括第二滚针轴承、第一端面轴承、端面轴承压紧盖、第二主轴、第二轴承座，所述第二滚针轴承内圈、外圈分别与第二主轴、第二轴承座轴承孔过盈配合，所述第二轴承座安装于外箱体侧壁并与第二滚针轴承相连，所述第二主轴固定于外转动框侧壁，所述第一端面轴承通过端面轴承压紧盖对第二主轴进行轴向约束。

所述第三游动轴系组件包括第三滚针轴承、第三主轴、第三轴承座，所述第三滚针轴承内圈、外圈分别与第三主轴、第三轴承座过盈配合，所述第三轴承座安装于外转动框侧壁并与第三滚针轴承相连，所述第三主轴固定于内转动框侧壁并带动内转动框相对于外转动框转动。

所述锁紧轴系组件包括第四轴承座、第四滚针轴承、第四主轴、第二端面轴承、所述第四主轴固定于内转动框侧壁，所述第四滚针轴承内圈、外圈分别与第四主轴、第四轴承座过盈配合，所述第四轴承座安装与第四滚针轴承相连，所述第二端面轴承通过安装于外转动框上定端齿盘压紧定位于第四主轴上进行轴向约束。

所述锁紧机构包括锁紧机构主基座、蜗轮、蜗杆、偏心轴、驱动电机、圆柱滚子、圆柱滚子保持架、直线导轨导向架、弹簧、偏心轴锁紧螺母、蜗杆锁紧螺母、深沟球轴承、动端齿盘，所述锁紧机构主基座安装于外箱体外侧，所述驱动电机安装于锁紧机构主基座上，驱动电机通过带动与驱动电机相连的蜗杆及蜗轮带动与蜗轮相连的偏心轴转动，所述偏心轴安装于动端齿盘内，所述动端齿盘与定端齿盘安装位置对应，动端齿盘表面设置滚子保持架，所述滚子安装于滚子保持架内部导槽形成直线导轨，用于固定直线导轨的直线导轨导向架设置于滚子保持架外侧同时与动端齿盘无间隙配合安装，动端齿盘侧面设置弹簧并通过弹簧与偏心轴实现垂直位置的上升下降，所述偏心轴与蜗杆的传动轴轴端均与安装于锁紧机构主基座上的深沟球轴承内圈过渡配合连接，所述深沟球轴承外圈通过与锁紧机构主基座轴承孔过渡配合连接进行固定。

所述锁紧机构还包括蜗杆轴套，蜗杆轴套套装于蜗杆外侧并在传动过程中保护蜗杆。

优选的，所述偏心轴旋转中心与动端齿盘表面存在夹角α，夹角α取值范围为30°到40°。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明提供的一种通过转动轴系一端仅径向约束结合另一端轴向径向约束设计，结合滚针轴承和端面轴承合理选型运用，整体结构设计简洁紧凑，转动轴系具有很好的轴向和径向力学特性，能承受高低温、振动、冲击等一些较恶劣外界环境，具有很好的环境适应性；

(2)本发明通过采用定端齿盘对外转动框进行固定的方式，实现了两个转动框架的锁紧定位，结构紧凑，同时采用直线导轨设计，利用在圆柱滚子保持架内平行运动方向八行排列的圆柱滚子，在保证端齿盘绝对直线运动的同时，能承受复杂外力引起的振动、冲击；

(3)本发明通过采用定端齿盘、动端齿盘，实现了双轴转动锁紧的0.1″的重复定位精度，工作时上下齿盘不断对研，分度精度的重复性和持久性越用越好。且由于所有齿面参加啮合，不论承受的是切向力、径向力或轴向力，整个装置形成一个良好的刚性整体，适应各种复杂外界环境；

(4)本发明在进行机构锁紧后，通过设计优化蜗轮蜗杆自锁角度，并结合动端齿盘下的锁紧辅助弹簧，两种设计方案结合防止振动和冲击引起的锁紧解锁，保证整套装置的高精度锁紧状态，机构解锁和锁定范围在1.5mm左右，解锁和锁紧移动范围很小，从而大大减小整套机构尺寸，且通过试验分析调整该锁紧机构锁紧后偏心轴转动中心到偏心轴和动端齿盘接触点处的接触角度，不仅保证足够锁紧预紧力，也可保证解锁时转动力矩能克服偏心轴摩擦力矩，顺利完成锁紧和解锁一系列动作。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为锁紧机构整体外形示意图；

图3为锁紧机构蜗轮蜗杆剖视图；

图4为锁紧机构动端齿盘及直线导轨剖视图；

图5为锁紧机构偏心轴剖视图；

图6为偏心轴与动端齿盘接触受力分析图。

具体实施方式

一种轴系组件锁紧定位机构，如图1所示，包括外箱体1、外转动框2、内转动框3、第一游动轴系组件4、约束轴系组件5、第三游动轴系组件6、锁紧轴系组件7、定端齿盘13、锁紧机构14，所述外转动框2分别通过第一游动轴系组件4、约束轴系组件5连接于外箱体1内侧，所述内转动框3通过分别通过第三游动轴系组件6、锁紧轴系组件7连接于外转动框2内侧，如图2所示，所述定端齿盘13安装于外转动框2外侧并通过与锁紧机构14啮合对旋转至指定位置的外转动框2、内转动框3进行锁紧，其中：

所述第一游动轴系组件4包括第一滚针轴承401、第一主轴402、第一轴承座403，所述第一滚针轴承401内圈、外圈分别与第一主轴402、外箱体1轴承孔过盈配合，所述第一轴承座403安装于外箱体1侧壁并通过外箱体1轴承孔与第一滚针轴承401相连，所述第一主轴402通过螺钉固定于外转动框2侧壁；

所述约束轴系组件5包括第二滚针轴承505、第一端面轴承501、端面轴承压紧盖502、第二主轴503、第二轴承座504，所述第二滚针轴承505内圈、外圈分别与第二主轴503、外箱体1轴承孔过盈配合，所述第二轴承座504安装于外箱体1侧壁并通过外箱体1轴承孔与第二滚针轴承505相连，所述第二主轴503通过螺钉固定于外转动框2侧壁，所述第一端面轴承501通过端面轴承压紧盖502对第二主轴503进行径向约束；

所述第三游动轴系组件6包括第三滚针轴承601、第三主轴602、第三轴承座603，所述第三滚针轴承601内圈、外圈分别与第三主轴602、外转动框2轴承孔过盈配合，所述第三轴承座603安装于外转动框2侧壁并通过外转动框2轴承孔与第三滚针轴承601相连，所述第三主轴602通过螺钉固定于内转动框3侧壁；

所述锁紧轴系组件7包括第四轴承座701、第四滚针轴承702、第四主轴703、第二端面轴承704、所述第四主轴703通过螺钉固定于内转动框3侧壁，所述第四滚针轴承701内圈、外圈分别与第四主轴703、外框2轴承孔过盈配合，所述第四轴承座701安装于外箱体1侧壁并通过外箱体1轴承孔与第四滚针轴承702相连，所述第二端面轴承704通过紧固螺钉及安装于外转动框2上定端齿盘13压紧定位于第四主轴703上进行径向约束；

所述锁紧机构14包括锁紧机构主基座15、蜗轮16、蜗杆17、偏心轴18，驱动电机19、圆柱滚子20、圆柱滚子保持架21、直线导轨导向架22、弹簧23、偏心轴锁紧螺母24、蜗杆锁紧螺母25、蜗杆轴套26、深沟球轴承28、动端齿盘29，所述锁紧机构14主基座15安装于外箱体1外侧，如图3所示，所述驱动电机19安装于紧机构主基座15上，驱动电机19通过带动与驱动电机19相连的蜗杆17及蜗轮16带动与蜗轮16相连的偏心轴18转动，所述蜗杆轴套26套装于蜗杆17上，所述偏心轴18与蜗杆17的传动轴轴端均与安装于锁紧机构主基座15上的深沟球轴承28内圈过渡配合连接，所述深沟球轴承28外圈通过与锁紧机构主基座15轴承孔过渡配合连接进行固定，偏心轴18与蜗杆17分别通过锁紧螺母进行轴向约束，如图4、图5所示，所述动端齿盘29与定端齿盘13安装位置对应，并通过与动端齿盘29内部的偏心轴18进行上升与下降，直线导轨设置于动端齿盘29四周，所述滚子保持架21安装于动端齿盘29表面，所述滚子20安装于滚子保持架21内部导槽形成直线导轨，所述直线导轨导向架22设置于滚子保持架21外侧同时与动端齿盘29无间隙配合安装，所述弹簧23设置于动端齿盘29并通过压缩还原实现动端齿盘29上升和下降。

本装置创新的直线导轨及双轴旋转结构设计，实现双轴转动机构的高精度锁紧定位，且锁紧后可经受较高振动、冲击等恶劣环境的影响。锁紧机构14和外转动框3、内转动框2组合运动方式及工作流程如下：外转动框2和内转动框3转动到相应位置后，通过控制转动精度，安装于外箱体1的双轴转动锁紧机构14内部的动端齿盘29和安装于外转动框2的定端齿盘13对齐，蜗杆17在驱动电机19带动下转动，带动蜗轮16转动，进而传动偏心轴18转动，偏心轴18转动后带动动端齿盘29沿直线导轨运动，同时呈压缩状态弹簧23也推动动端齿盘29运动，运动到一定位置后同定端齿盘13啮合，实现对内转动框3和外转动框2的定位锁紧。

由于该装置内部动端齿盘29和定端齿盘13的啮合锁紧和脱离解锁均通过动端齿盘29和偏心轴18接触受力后引起动端齿盘29运动完成。因此合理选择偏心轴18与动端齿盘29锁紧后的接触角度，是该装置锁紧定位及解锁脱离的一关键参数。

如图6所示，偏心轴18驱动动端齿盘29运动与定端齿盘13锁紧定位后受力示意图，其中α为偏心轴18旋转中心与动端齿盘29接触摩擦点方向同偏心轴18所受正压力方向的夹角，F为偏心轴18带动动端齿盘29运动时产生的反作用力，F1为锁紧时偏心轴18所受摩擦力，F2为偏心轴18所受正压力，其大小为偏心轴18驱动动端齿盘29锁紧后所受摩擦力的正压力，F1与α余弦成正比，F2与α正弦成正比，由于偏心轴18转动力矩固定，因而随着α角度的减小，F变小，同时F2和F1也相应减小，但F2的减小量更大，因此导致动端齿盘29受到的压力减小，进而减小了动端齿盘29和定端齿盘13的啮合压力，不利于锁紧。同时如果α角度过大，F1所产生的摩擦力会更大，在动端齿盘29和定端齿盘13脱离解锁过程中，不利于锁定的解除，因此α角度的设置需要认真考虑各因素，包括使用中振动、冲击、温变对整套机构的影响。本发明经地面试验验证一般取值范围为30°到40°。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (8)

1.一种轴系组件锁紧定位机构，其特征在于包括：包括外箱体(1)、外转动框(2)、内转动框(3)、第一游动轴系组件(4)、约束轴系组件(5)、第三游动轴系组件(6)、锁紧轴系组件(7)、定端齿盘(13)、锁紧机构(14)，所述外转动框(2)分别通过能带动外转动框(2)转动的第一游动轴系组件(4)、用于对外转动框(2)进行轴向约束的约束轴系组件(5)连接于外箱体(1)内侧，所述内转动框(3)分别通过能带动内转动框(3)转动的第三游动轴系组件(6)、用于对内转动框(3)进行轴向约束的锁紧轴系组件(7)连接于外转动框(2)内侧，所述定端齿盘(13)安装于外转动框(2)外侧并通过与锁紧机构(14)啮合及对旋转至指定位置的外转动框(2)、内转动框(3)进行锁紧。

2.根据权利要求1所述的一种轴系组件锁紧定位机构，其特征在于：所述第一游动轴系组件(4)包括第一滚针轴承(401)、第一主轴(402)、第一轴承座(403)，所述第一滚针轴承(401)内圈、外圈分别与第一主轴(402)、第一轴承座(403)的轴承孔过盈配合，所述第一轴承座(403)安装于外箱体(1)侧壁并与第一滚针轴承(401)相连，所述第一主轴(402)固定于外转动框(2)侧壁并带动外转动框(2)转动。

3.根据权利要求2所述的一种轴系组件锁紧定位机构，其特征在于：所述约束轴系组件(5)包括第二滚针轴承(505)、第一端面轴承(501)、端面轴承压紧盖(502)、第二主轴(503)、第二轴承座(504)，所述第二滚针轴承(505)内圈、外圈分别与第二主轴(503)、第二轴承座(504)轴承孔过盈配合，所述第二轴承座(504)安装于外箱体(1)侧壁并与第二滚针轴承(505)相连，所述第二主轴(503)固定于外转动框(2)侧壁，所述第一端面轴承(501)通过端面轴承压紧盖(502)对第二主轴(503)进行轴向约束。

4.根据权利要求3所述的一种轴系组件锁紧定位机构，其特征在于：所述第三游动轴系组件(6)包括第三滚针轴承(601)、第三主轴(602)、第三轴承座(603)，所述第三滚针轴承(601)内圈、外圈分别与第三主轴(602)、第三轴承座(603)过盈配合，所述第三轴承座(603)安装于外转动框(2)侧壁并与第三滚针轴承(601)相连，所述第三主轴(602)固定于内转动框(3)侧壁并带动内转动框(3)相对于外转动框(2)转动。

5.根据权利要求4所述的一种轴系组件锁紧定位机构，其特征在于：所述锁紧轴系组件(7)包括第四轴承座(701)、第四滚针轴承(702)、第四主轴(703)、第二端面轴承(704)、所述第四主轴(703)固定于内转动框(3)侧壁，所述第四滚针轴承(701)内圈、外圈分别与第四主轴(703)、第四轴承座(701)过盈配合，所述第四轴承座(701)与第四滚针轴承(702)相连，所述第二端面轴承(704)通过安装于外转动框(2)上定端齿盘(13)压紧定位于第四主轴(703)上进行轴向约束。

6.根据权利要求1～5任一所述的一种轴系组件锁紧定位机构，其特征在于：所述锁紧机构(14)包括锁紧机构主基座(15)、蜗轮(16)、蜗杆(17)、偏心轴(18)、驱动电机(19)、圆柱滚子(20)、圆柱滚子保持架(21)、直线导轨导向架(22)、弹簧(23)、偏心轴锁紧螺母(24)、蜗杆锁紧螺母(25)、深沟球轴承(28)、动端齿盘(29)，所述锁紧机构主基座(15)安装于外箱体(1)外侧，所述驱动电机(19)安装于锁紧机构主基座(15)上，驱动电机(19)通过带动与驱动电机(19)相连的蜗杆(17)及蜗轮(16)带动与蜗轮(16)相连的偏心轴(18)转动，所述偏心轴(18)安装于动端齿盘(29)内，所述动端齿盘(29)与定端齿盘(13)安装位置对应，动端齿盘(29)表面设置滚子保持架(21)，所述滚子(20)安装于滚子保持架(21)内部导槽形成直线导轨，用于固定直线导轨的直线导轨导向架(22)设置于滚子保持架(21)外侧同时与动端齿盘(29)无间隙配合安装，动端齿盘(29)侧面设置弹簧(23)并通过弹簧(23)与偏心轴(18)实现垂直位置的上升下降，所述偏心轴(18)与蜗杆(17)的传动轴轴端均与安装于锁紧机构主基座(15)上的深沟球轴承(28)内圈过渡配合连接，所述深沟球轴承(28)外圈通过与锁紧机构主基座(15)轴承孔过渡配合连接进行固定。

7.根据权利要求6所述的一种轴系组件锁紧定位机构，其特征在于：所述锁紧机构(14)还包括蜗杆轴套(26)，蜗杆轴套(26)套装于蜗杆(17)外侧并在传动过程中保护蜗杆(17)。

8.根据权利要求6所述的一种轴系组件锁紧定位机构，其特征在于：所述偏心轴(18)旋转中心与动端齿盘(29)表面存在夹角α，夹角α取值范围为30°到40°。

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