CN110243392A - 一种用于调整产品质心位置的装置、调整方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于调整产品质心位置的装置、调整方法及应用，该装置包含有底板、基座、转系、转接配重系；两个基座均固装在底板上，转系安装在两个基座之间且只具有一个旋转自由度，转系上安装转接配重系，满足在不夹持产品时，转系和转接配重系的质心在转系的旋转轴线上；待调整产品通过转接配重系夹持并与转系固接，通过调整产品保证产品的弹性中心在转系的旋转轴线上，达到调平的标准为产品可以绕旋转轴任意位置静止，不会因为质心偏差而转动。

Description

一种用于调整产品质心位置的装置、调整方法及应用

技术领域

本发明涉及一种产品质心位置的调整装置，尤其用于调整捷联惯性测量组合质心位置的装置，更特别地说，是指调整消除捷联惯性测量组合的质量中心与弹性中心偏差的结构装置。

背景技术

惯性测量装置在导航、制导与控制系统中主要用于实时测量飞行器(运载体)运动参数，制导与控制系统则根据这些实时测量的运动参数(如三维位置、速度、姿态)计算出相关控制指令，以控制飞行器的姿态变化并引导飞行器沿预定轨道飞行。

捷联惯组(以下称为“惯组”)的工作环境一般非常都是恶劣的，主要是由于导弹弹射冲击、高速飞行激波冲击和火箭级间分离冲击等振源的存在，这类振动源的特点是高频成分丰富，作用时间短但密度大，足以造成局部谐振破坏，需设法增大安装时的振动阻尼，故惯性系统常使用橡胶或金属减振器，来隔离或降低惯组在工作过程中的机械振动或冲击，减少振源与对振动敏感的元器件直接按的动态耦合，从而消除或减少振动对惯组的影响。但产品研制过程中由于其零部件复杂、形状各异、密度分布不均，各种辅料无法精确测量重量，往往存在质心偏心问题。当惯组结构存在偏心，即惯组的质心与减振器安装弹性中心之间存在偏离量时，惯组在振动环境下会存在严重的线角耦合；而线角耦合带来的附加角运动则会严重地影响惯组的角速度测量精度，从而会导致惯组输出六自由度振动导航精度会很差。因此，需要一套惯组质心调平装置，用于调整光纤惯组质心和弹性中心的重合，从而确保产品在复杂环境下的测试精度及使用寿命。

发明内容

本发明的技术解决问题：弥补现有技术的不足，提出了一种用于调整产品质心位置的装置。

本发明进一步解决了实际惯性测量组合产品装配后质量中心与弹性中心偏差过大的问题，保证了捷联惯性测量组合偏心对使用精度的影响。

本发明的技术解决方案：一种用于调整产品质心位置的装置，该装置包含有底板、基座、转系、转接配重系；

两个基座均固装在底板上，转系安装在两个基座之间且只具有一个旋转自由度，转系上安装转接配重系，满足在不夹持产品时，转系和转接配重系的质心在转系的旋转轴线上；待调整产品通过转接配重系夹持并与转系固接，通过调整产品保证产品的弹性中心在转系的旋转轴线上，达到调平的标准为产品可以绕旋转轴任意位置静止，不会因为质心偏差而转动。

优选的，所述的转系包括转框、转轴、轴承、轴端挡圈；

转框的两侧分别固接转轴，或者与转轴一体化设计；两侧转轴上分别套装轴承，轴承通过与转轴固连的轴端挡圈限制轴向运动，以及通过设置在转轴上的限位机构限位；所述的转框为中空的对称结构，转轴的轴线为转系的旋转轴线；转框的中空部分用于安装转接配重系及产品。

优选的，所述的转框两侧设置同轴精度孔面，转轴与转框的连接面加工精度轴面，同轴精度孔面与所述的精度轴面固连后转轴的旋转轴与转框的旋转轴重合，同轴度公差控制在以内。

优选的，所述底板的基准面上开有内螺纹通孔和定位螺纹孔；所述的定位螺纹孔靠近所述基准面的一侧为光孔，其余为螺纹孔；定位螺纹孔用于定位并安装所述的基座；所述的内螺纹通孔用于固定基座；所述的基准面为底板的安装面。

优选的，所述的定位螺纹孔的形位精度通过控制孔中心到基准面垂直度公差不大于±0.01mm，用于安装同一基座的定位螺纹孔的孔间距尺寸公差不大于±0.01mm和光孔部分直径公差不超出₀ ^+0.07mm保证。

优选的，所述的基座包括轴承座、轴承端盖、轴承盖；

所述的轴承座底面上设置与底板上内螺纹通孔和定位螺纹孔相配合的螺纹孔和定位孔；定位钉穿过所述的定位孔和底板上的定位螺纹孔的光孔部分拧在下侧内螺纹孔部分，以此保证轴承座的安装精度；轴承盖与轴承座固连，轴承端盖与轴承座和轴承盖固连；通过轴承盖、轴承端盖保证转系只有绕旋转轴旋转一个自由度。

优选的，所述的定位孔的数量为两个，两个定位孔的孔间距尺寸公差不大于±0.01mm，孔直径公差不超出₀ ^+0.07mm范围(上公差0.07mm，下公差0mm范围内)。

优选的，所述的转接配重系包括转接板、等效器；

所述的转接板为中空结构用于与转系固连，并通过定位钉保证安装的相对位置和安装重复性；等效器与转接板固连，通过转接板的中空部分与等效器夹持产品；所述的转接板在与等效器连接的部分设计凸台；等效器的上表面设计凸台，通过控制转接板上凸台以及等效器上凸台高度保证在不安装产品时，转系和转接配重系的质心在转系的旋转轴线上，并保证待夹持产品的理论弹性中心在转系的旋转轴线上。

优选的，控制转接板上凸台以及等效器上凸台的高度尺寸公差不大于±0.01mm，等效器对称分布在转接板上且重量相等，重量误差不大于0.1g。

优选的，所述的转接板采取对称设计，即转接板可旋转90°安装，对称位置4个定位孔的设计。

优选的，所述的转接配重系可以根据产品的特点进行配套设计和更改，在保证转系固连的机械接口不变的情况下，对转接配重系进行配套设计加工，以满足不同型号产品质心位置调整的需求。

优选的，所述的轴承座、轴承盖采用黄铜H62制造，定位钉采用1Cr18Ni9Ti制造，底板、转框、转轴采用铝合金2A12-T4制造。

一种利用所述装置进行产品质心调整的方法，包括如下步骤：

调整所述装置，使之满足在不夹持产品时，转系和转接配重系的质心在转系的旋转轴线上的装置上；

将待调整产品夹持在上述装置上，调整产品在正交系X、Z轴方向的质心偏差；

旋转90°第二次安装产品，对剩余方向Y轴的质心偏移进行调整，最终实现产品质量中心与弹性中心偏差量在一定范围内；

所述正交系以转系旋转轴所处方向为Y轴，垂直底板平面方向为Z轴，满足右手定则。

本发明装置适用于惯性测量组合、整弹的质心位置调整。

本发明与现有应用技术相比具有如下优点：

1、本发明中的装置结构简单，易于加工和装配，在结构设计上消除了装置自身质心偏差，使用中能够直观、真实的反应捷联惯性测量组合产品的质心偏差情况。

2、本发明采用转接板通过螺钉和定位钉固定在转系的连接形式，转接板可以任意拆卸，转接板和等效器根据不同型号惯组的结构特点进行配套设计，以此适配多类型的惯组产品质心调平问题，装置使用更加灵活通用；转接板的对称设计可以进行垂直旋转90°的两种安装方式，对惯组质心在正交坐标系三个方向的偏差进行调整，以此实现使产品的质心位置接近弹性中心位置，原理简单，操作方便，适用于大批量产品的质心调平工作。

3、本发明中的装置能够对尺寸重量30kg以内的产品进行质心调平，适用范围广。

4、本发明通过对关键结构件尺寸的公差控制和采用配加工工艺方法，实现不同结构件组成的转轴的同轴度的控制。

5、本发明通过对关键结构件采用定位钉安装，拆装方便的同时，可以保证安装精度和多次安装的一致性，保证调平的可靠性。

6、本发明旨在为调整捷联惯组产品的质量中心位置与弹性中心位置之间的偏移量在一定范围内，确保产品振中精度，避免因偏心导致惯组在振动环境下的线角耦合带来附加角运动，对惯组的角速度测量精度造成影响，最终影响惯组的使用精度和使用寿命。

附图说明

图1是本发明设计的装置的结构图；

图2是本发明设计的装置的分解图；

图3是本发明中底板的结构图；

图4是本发明中基座Ⅰ的结构图；

图5是本发明中基座Ⅱ的结构图；

图6是本发明中基座安装的示意图；

图7是本发明中转系安装的示意图；

图8是本发明中转接板的结构图；

图9是本发明中等效器的结构图。

具体实施方式

本发明的基本思路为：根据捷联惯性测量组合实际产品的质量中心与弹性中心存在偏差，影响产品使用精度的问题，提出一种用于调整捷联惯性测量组合质心位置的装置，该结构的对称设计和部分零部件的配做方式，能够保证装置转动部分的质心在转动轴线上，确保其能够真实反映待测产品的质心偏差情况。产品会在重力的作用下进行转动，最终停止在质心垂直的位置。在第一次安装后对质心在垂直旋转轴的产品在其X、Z轴方向上的偏差进行调整，调整质心至装置旋转轴上，达到调平的标准为产品可以绕旋转轴任意位置静止，不会因为质心偏差而转动；旋转90°进行第二次安装，对质心在产品Y轴上的偏差进行调整，最终实现质量中心与弹性中心的重合，此时，产品可以绕旋转轴静止在任意角度位置。

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：如图1、图2所示，一种用于调节捷联惯性测量组合质心位置的装置，底板1、基座Ⅰ2、基座Ⅱ3、转系4、转接配重系5。

本发明设计的捷联惯性测量组合质心调平装置的装配过程为：

底板1上设有内螺纹通孔101、定位螺纹孔102、定位螺纹孔103、基准面104、基准面105，底板1的基准面104上开有内螺纹通孔101、定位螺纹孔102和定位螺纹孔103，定位螺纹孔102和人定位螺纹孔103为半螺纹半光孔设计，上侧，即靠近基准面103侧为有精度要求的光孔，下侧为螺纹孔；基座Ⅰ2包含有螺钉201、定位钉202、轴承座Ⅰ203、轴承盖Ⅰ204、轴承端盖Ⅰ205、螺钉206、螺钉207；基座Ⅱ3包含螺钉301、定位钉302、轴承座Ⅱ303、轴承盖Ⅱ304、轴承端盖Ⅱ305、螺钉306、螺钉307；基座Ⅰ2、基座Ⅱ3分别通过螺钉201、定位钉202和螺钉301、定位钉302固定于底板1上，定位钉202穿过轴承座Ⅰ203上的定位孔2033和底板1上的定位螺纹孔102的光孔部分拧在定位螺纹孔102的下侧内螺纹孔上，轴承盖Ⅰ204通过螺钉207与轴承座Ⅰ203固连，轴承端盖Ⅰ205通过螺钉206与轴承座Ⅰ203和轴承盖Ⅰ204固连；定位钉302穿过轴承座Ⅱ303上的定位孔3033和底板1上的定位螺纹孔103的光孔部分拧在定位螺纹孔102的下侧内螺纹上，轴承盖Ⅱ304通过螺钉307与轴承座Ⅱ303固连，轴承端盖Ⅱ305通过螺钉306与轴承座Ⅱ303和轴承盖Ⅱ304固连；转系4包含有转框401、转轴Ⅰ402、轴承403、轴端挡圈404、螺钉405、销钉406、螺钉407、转轴Ⅱ408、轴承409、轴端挡圈410、螺钉411、销钉412、螺钉413；转轴Ⅰ402通过螺钉407与转框401固连，轴承403套在转轴Ⅰ402上，通过轴端挡圈404限制轴向运动，轴端挡圈404通过螺钉405与转轴Ⅰ402固连，销钉406限位；转轴Ⅱ408通过螺钉413与转框401固连，轴承409套在转轴Ⅱ408上，通过轴端挡圈410限制轴向运动，轴端挡圈410通过螺钉411与转轴Ⅰ408固连，销钉412限位；转系4的轴承403、轴承409分别放在基座Ⅰ2的轴承座Ⅰ203和基座Ⅱ3的轴承座Ⅱ303上，通过轴承盖Ⅰ204、轴承端盖Ⅰ205、轴承盖Ⅱ304、轴承端盖Ⅱ305保证转系4只有绕旋转轴旋转一个自由度；转接配重系5包含有转接板501、定位钉502、螺钉503、等效器504、螺钉505；转接板501通过螺钉503与转框401固连，通过定位钉502保证相对位置和安装重复性，等效器504通过螺钉505与转接板501固连，转接板501在与等效器504连接的部分有凸台5011设计，等效器504同样有凸台5041设计，保证在不安装产品时，转系4和转接配重系5的质心在旋转轴上，同时保证转接板501在与等效器504夹持的产品的理论弹性中心在质心调节装置的旋转轴线上。

如图3所示，在本发明中，底板1的基准面103上开有内螺纹通孔101、定位螺纹孔102和定位螺纹孔103；定位螺纹孔102和定位螺纹孔103为半螺纹半光孔设计，上侧，即靠近基准面103侧为有精度要求的光孔，下侧为螺纹孔，4个定位螺纹孔102的形位精度通过控制孔中心到基准面104距离公差±0.01mm，2个定位螺纹孔102的孔间距和2个定位螺纹孔103的孔间距尺寸公差±0.01mm和光孔部分直径公差₀ ^+0.07mm保证。

如图4、5、6所示，基座Ⅰ2、基座Ⅱ3分别通过螺钉201、定位钉202和螺钉301、定位钉302固定于底板1；定位钉202穿过轴承座Ⅰ203上的定位孔2033和底板1上的定位螺纹孔102的光孔部分拧在定位螺纹孔102的下侧内螺纹孔部分，以此保证轴承座Ⅰ203的安装精度，定位钉302穿过轴承座Ⅱ303上的定位孔3033和底板1上的定位螺纹孔102的光孔部分拧在定位螺纹孔102的下侧内螺纹部分，以此保证轴承座Ⅱ303的安装精度；2个定位孔2033的孔间距和2个定位孔3033的孔间距尺寸公差±0.01mm，孔直径公差^+0.07 ₀。

如图7所示，转系4的转轴Ⅰ402通过螺钉407与转框401固连，轴承403套在转轴Ⅰ402上，通过轴端挡圈404限制轴向运动，轴端挡圈404通过螺钉405与转轴Ⅰ402固连，销钉406限位；转轴Ⅱ408通过螺钉413与转框401固连，轴承409套在转轴Ⅱ408上，通过轴端挡圈410限制轴向运动，轴端挡圈410通过螺钉411与转轴Ⅰ408固连，销钉412限位。

如图2、8、9所示，转接配重系5的转接板501通过螺钉503与转框401固连，通过定位钉502保证相对位置和安装重复性，等效器504通过螺钉505与转接板501固连，转接板501在与等效器504连接的部分有凸台5011设计，等效器504有凸台5041设计，保证转接板501在与等效器504夹持的产品的弹性中心在质心调节装置的旋转轴线上，同时保证在不安装产品时，转系4和转接配重系5的质心在旋转轴上。

本发明通过对关键结构件尺寸的控制，即确定尺寸的公差范围，和配加工的加工工艺方法，实现了装置的转动部分的质心处于旋转轴线上，消除了装置本身的质心偏差的影响，确保使用中能够直观、真实的反应捷联惯性测量组合产品的质心偏差情况。通过两处定位钉的设计，拆装方便的同时，可以保证安装精度和多次安装的一致性，保证调平的可靠性。通过转接板和等效器的配做来保证不同型号产品均能用此装置进行质心位置的调整，通用性和实用性更强。

结构的对称性和可替换性设计，保证了待测产品拆装方便，通过调整配重的方式调节质心位置使得操作简单便捷，易于大批量产品的质心调整。

本发明装置因捷联惯组的质心调整问题而设计，但是不局限于捷联惯组产品，还可以应用于其他惯组以及整弹(一般小型弹)的质心调整。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (14)

1.一种用于调整产品质心位置的装置，其特征在于：该装置包含有底板、基座、转系、转接配重系；

两个基座均固装在底板上，转系安装在两个基座之间且只具有一个旋转自由度，转系上安装转接配重系，满足在不夹持产品时，转系和转接配重系的质心在转系的旋转轴线上；待调整产品通过转接配重系夹持并与转系固接，通过调整产品保证产品的弹性中心在转系的旋转轴线上，达到调平的标准为产品可以绕旋转轴任意位置静止，不会因为质心偏差而转动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的转系包括转框、转轴、轴承、轴端挡圈；

转框的两侧分别固接转轴，或者与转轴一体化设计；两侧转轴上分别套装轴承，轴承通过与转轴固连的轴端挡圈限制轴向运动，以及通过设置在转轴上的限位机构限位；所述的转框为中空的对称结构，转轴的轴线为转系的旋转轴线；转框的中空部分用于安装转接配重系及产品。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的转框两侧设置同轴精度孔面，转轴与转框的连接面加工精度轴面，同轴精度孔面与所述的精度轴面固连后转轴的旋转轴与转框的旋转轴重合，同轴度公差控制在以内。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述底板的基准面上开有内螺纹通孔和定位螺纹孔；所述的定位螺纹孔靠近所述基准面的一侧为光孔，其余为螺纹孔；定位螺纹孔用于定位并安装所述的基座；所述的内螺纹通孔用于固定基座；所述的基准面为底板的安装面。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述的定位螺纹孔的形位精度通过控制孔中心到基准面垂直度公差不大于±0.01mm，用于安装同一基座的定位螺纹孔的孔间距尺寸公差不大于±0.01mm和光孔部分直径公差不超出₀ ^+0.07mm保证。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述的基座包括轴承座、轴承端盖、轴承盖；

所述的轴承座底面上设置与底板上内螺纹通孔和定位螺纹孔相配合的螺纹孔和定位孔；定位钉穿过所述的定位孔和底板上的定位螺纹孔的光孔部分拧在下侧内螺纹孔部分，以此保证轴承座的安装精度；轴承盖与轴承座固连，轴承端盖与轴承座和轴承盖固连；通过轴承盖、轴承端盖保证转系只有绕旋转轴旋转一个自由度。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述的定位孔的数量为两个，两个定位孔的孔间距尺寸公差不大于±0.01mm，孔直径公差不超出₀ ^+0.07mm范围。

8.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述的转接配重系包括转接板、等效器；

所述的转接板为中空结构用于与转系固连，并通过定位钉保证安装的相对位置和安装重复性；等效器与转接板固连，通过转接板的中空部分与等效器夹持产品；所述的转接板在与等效器连接的部分设计凸台；等效器的上表面设计凸台，通过控制转接板上凸台以及等效器上凸台高度保证在不安装产品时，转系和转接配重系的质心在转系的旋转轴线上，并保证待夹持产品的理论弹性中心在转系的旋转轴线上。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：控制转接板上凸台以及等效器上凸台的高度尺寸公差不大于±0.01mm，等效器对称分布在转接板上且重量相等，重量误差不大于0.1g。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述的转接板采取对称设计，即转接板可旋转90°安装，对称位置4个定位孔的设计。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的转接配重系可以根据产品的特点进行配套设计和更改，在保证转系固连的机械接口不变的情况下，对转接配重系进行配套设计加工，以满足不同型号产品质心位置调整的需求。

12.根据权利要求8所述的一种用于捷联惯性测量组合质心调平的装置，其特征在于：所述的轴承座、轴承盖采用黄铜H62制造，定位钉采用1Cr18Ni9Ti制造，底板、转框、转轴采用铝合金2A12-T4制造。

13.一种利用权利要求1-12之一所述装置进行产品质心调整的方法，其特征在于：

调整权利要求1-12之一所述装置，使之满足在不夹持产品时，转系和转接配重系的质心在转系的旋转轴线上的装置上；

将待调整产品夹持在上述装置上，调整产品在正交系X、Z轴方向的质心偏差；

旋转90°第二次安装产品，对剩余方向Y轴的质心偏移进行调整，最终实现产品质量中心与弹性中心偏差量在一定范围内；

所述正交系以转系旋转轴所处方向为Y轴，垂直底板平面方向为Z轴，满足右手定则。

14.根据权利要求1-12之一所述的装置，其特征在于：适用于惯性测量组合、整弹的质心位置调整。