CN110637515B - 一种动压气浮动调陀螺装置 - Google Patents

Abstract

一种动压气浮动调陀螺装置，包括陀螺，驱动轴，陀螺转子组件，电机转子组件；所述陀螺转子组件包括陀螺转子，所述电机转子组件包括电机转子和电机定子；所述驱动轴的两端，一端连接所述陀螺转子组件，另一端连接所述电机转子组件，所述装置还包括动压气浮轴承组件，所述轴承组件包括两个半球，一个套管和一个加工有半球形凹面的轴承座，所述轴承的两个半球与所述驱动轴固连，所述轴承座与所述陀螺的壳体固连，所述轴承的两个半球的气动面上加工有旋向相反的螺旋槽。本发明解决了现有滚珠轴承存在的难以长期润滑，磨损，振动和噪声大，寿命短的问题，达到了显著降低轴承磨损，提高陀螺寿命的有益效果。

Description

一种动压气浮动调陀螺装置

技术领域

本发明涉及卫星敏感器领域，尤其涉及一种星载动压气浮动调陀螺装置。

背景技术

现有星载动调陀螺中的轴承采用滚珠轴承，滚珠轴承存在难以长期润滑，磨损，振动和噪声大，寿命短等问题，制约了国内星载动调陀螺的应用与发展。

现代卫星一般都有较高的寿命要求，星载动调陀螺是满足现代卫星长期精度要求的重要部件。轴承是影响动调陀螺寿命的关键部件，我国在研制高转速长寿命滚珠轴承方面还有困难，因此影响了卫星控制技术的发展。为解决卫星上的星载小型高精度动调陀螺寿命问题，有关人员正在设法研制动压气浮动调陀螺。

发明内容

本发明旨在提供一种动压气浮动调陀螺装置，从而解决现有技术中滚珠轴承存在的难以长期润滑，磨损，振动和噪声大，寿命短的问题。

为达成上述目的，本发明提供一种动压气浮动调陀螺装置，包括陀螺，驱动轴，陀螺转子组件，电机转子组件；所述陀螺转子组件包括陀螺转子，所述电机转子组件包括电机转子和电机定子；所述驱动轴的两端，一端连接所述陀螺转子组件，另一端连接所述电机转子组件，所述装置还包括动压气浮轴承组件，所述轴承组件包括两个半球，一个套管和一个加工有半球形凹面的轴承座，所述轴承的两个半球与所述驱动轴固连，所述轴承座与所述陀螺的壳体固连，所述轴承的两个半球的气动面上加工有旋向相反的螺旋槽。

所述动压气浮轴承组件的一端配有防尘盖，所述防尘盖与所述驱动轴固连。

所述半球表面镀有耐磨层，轴承座半球形凹面也镀有耐磨层，且半球与轴承座的镀层硬度不同。

所述陀螺转子组件还包括限动盘，与其固连的挠性接头，所述限动盘通过轴向力压紧在所述驱动轴的轴肩上，所述挠性接头再与所述陀螺转子焊接。

所述陀螺转子，侧面呈球形结构，所述转子一端开有环形槽，槽的内壁装有磁钢，两者相互固定，所述陀螺转子的槽口安装有封闭环。

所述电机转子组件通过螺母压紧在所述驱动轴的轴肩上，所述电机定子通过胶粘固定在所述陀螺的壳体上。

所述陀螺壳体上安装有信号器组件，它由激磁线圈11、U形铁心10和衔铁构成。电感信号器采用差动式接法，固定在陀螺转子上的封闭环便是电感信号器的衔铁。当陀螺转子进动时，衔铁相对信号器出现偏角，信号器电流随之出现相应的变化，即信号器电流的变化反映了衔铁的机械位移。

电机工作时，电机转子通过驱动轴带动两个半球和陀螺转子组件同步旋转，从而使陀螺转子产生动量矩。半球高速旋转时，与轴承座之间产生一定支撑刚度的气膜，使半球处于悬浮状态，实现无磨损旋转。为使动压气浮轴承正常工作，半球旋转速度与陀螺内所充气体压力均需满足一定要求。

本发明的优点在于：

(1)采用动压气浮轴承的结构可以显著降低轴承磨损，稳定运转时可以认为动压气浮轴承无摩擦损耗，从而明显提高陀螺寿命。

(2)与传统的滚珠轴承相比，气浮动压轴承振动和噪声小，可以改善因振动产生的陀螺漂移误差。

(3)动压气浮动调陀螺漂移精度明显优于同体积的滚珠轴承动调陀螺。

(4)所述的动压气浮动调陀螺体积和质量明显小于目前的两浮或三浮陀螺。

(5)所述的动压气浮动调陀螺能满足现代卫星姿轨控分系统的需求。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明气浮动压轴承动调陀螺结构示意图；

图2是动压气浮轴承组件剖视图；

图3是动压气浮轴承的半球外形图；

图4是动压气浮轴承座的剖视图；

图5是陀螺转子组件剖视图；

图6是电机转子组件外形图；

图7是信号器组件结构图。

图中：驱动轴1、防尘盖2、半球3、轴承座4、陀螺转子5、挠性接头6、磁钢7、限动盘8、封闭环9.、U形铁心10、激磁线圈11，信号器底座12。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

下面结合附图进一步阐述本发明。本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明而不用于限制本发明的保护范围。本发明优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

现详细说明根据本发明的一种动压气浮动调陀螺装置。

参见图1，是动压气浮动调陀螺的结构，动压气浮轴承的半球3与驱动轴1胶粘固连，轴承座4通过法兰与陀螺壳体焊接固连，轴承组件一端配有防尘盖2，防尘盖与驱动轴通过胶粘固连。驱动轴一端连接陀螺转子组件，另一端连接电机转子组件，与陀螺转子组件的连接方式为：限动盘8通过轴向力压紧在驱动轴轴肩上，限动盘与挠性接头6采用胶粘固连，挠性接头再与陀螺转子5焊接。为改善气动特性，陀螺转子侧面呈球形结构。转子一端开有环形槽，槽的内壁装有磁钢7，两者通过胶粘固定。陀螺转子槽口安装有封闭环9。电机转子组件通过螺母压紧在驱动轴轴肩上，电机定子通过胶粘固定在陀螺壳体上。磁滞同步电机通电时，电机转子带动驱动轴同步旋转，固定在驱动轴上的轴承半球、防尘盖和陀螺转子组件随同驱动轴同步旋转，陀螺转子的高速旋转产生陀螺所需动量矩。

半球旋转速度达到一定值时，根据空气动力学原理，在半球与轴承座之间会形成具有一定承载能力的动压气膜，半球因此处于悬浮状态，与轴承座之间不再接触，实现无磨损旋转。当转速满足一定条件时，动压气膜具有一定的刚度，可以保证陀螺旋转部分稳定运转。轴承组件端部的防尘盖不仅可以防止污染物进入气浮轴承间隙，影响轴承正常工作外，还可以避免轴承端部流出的气流直接冲击陀螺转子，产生有害干扰力矩。

陀螺壳体上安装有信号器组件，它由激磁线圈11、U形铁心10和衔铁构成。电感信号器采用差动式接法，固定在陀螺转子上的封闭环便是电感信号器的衔铁。当陀螺转子进动时，衔铁相对信号器出现偏角，信号器电流随之出现相应的变化，即信号器电流的变化反映了衔铁的机械位移。

来自信号器的信号经陀螺再平衡回路产生电流并流入力矩器线圈，通电线圈在磁钢的磁场中产生电磁力并形成电磁力矩。根据作用与反作用的原理，电磁力矩将作用到磁钢上，从而施加于陀螺转子上，使陀螺转子轴按所需规律进动。通过测量输入到力矩器中的电流，可以计算出动调陀螺的各种误差、漂移和陀螺进动角速度。力矩器组件通过胶粘固定在信号器底座12上，力矩器组件主要由力矩器骨架和力矩器线圈构成。

本发明的优点在于：

(1)采用动压气浮轴承的结构可以显著降低轴承磨损，稳定运转时可以认为动压气浮轴承无摩擦损耗，从而明显提高陀螺寿命。

(2)与传统的滚珠轴承相比，气浮动压轴承振动和噪声小，可以改善因振动产生的陀螺漂移误差。

(3)动压气浮动调陀螺漂移精度明显优于同体积的滚珠轴承动调陀螺。

(4)所述的动压气浮动调陀螺体积和质量明显小于目前的两浮或三浮陀螺。

(5)所述的动压气浮动调陀螺能满足现代卫星姿轨控分系统的需求。

Claims (7)

1.一种动压气浮动调陀螺装置，包括陀螺，驱动轴，陀螺转子组件，电机转子组件；所述陀螺转子组件包括陀螺转子，所述电机转子组件包括电机转子和电机定子；所述驱动轴的两端，一端连接所述陀螺转子组件，另一端连接所述电机转子组件，其特征在于所述装置还包括动压气浮轴承组件，所述轴承组件包括两个半球，一个套管和一个加工有半球形凹面的轴承座，所述轴承的两个半球与所述驱动轴固连，所述轴承座与所述陀螺的壳体固连，所述轴承的两个半球的气动面上加工有旋向相反的螺旋槽。

2.根据权利要求1所述的动压气浮动调陀螺装置，其特征在于所述动压气浮轴承组件的一端配有防尘盖，所述防尘盖与所述驱动轴固连。

3.根据权利要求1所述的动压气浮动调陀螺装置，其特征在于所述半球表面镀有耐磨层，所述轴承座的半球形凹面镀有耐磨层，且所述半球与所述轴承座的镀层硬度不同。

4.根据权利要求1所述的动压气浮动调陀螺装置，其特征在于所述陀螺转子组件包括限动盘，与其固连的挠性接头，所述限动盘通过轴向力压紧在所述驱动轴的轴肩上，所述挠性接头再与所述陀螺转子焊接。

5.根据权利要求1所述的动压气浮动调陀螺装置，其特征在于所述陀螺转子，侧面呈球形结构，所述陀螺转子一端开有环形槽，槽的内壁装有磁钢，两者相互固定，所述陀螺转子的槽口安装有封闭环。

6.根据权利要求1所述的动压气浮动调陀螺装置，其特征在于所述电机转子组件通过螺母压紧在所述驱动轴的轴肩上，所述电机定子通过胶粘固定在所述陀螺的壳体上。

7.根据权利要求5所述的动压气浮动调陀螺装置，其特征在于所述装置还包括安装在所述陀螺壳体上的电感信号器组件，包括激磁线圈、U形铁心和衔铁，所述电感信号器组件采用差动式接法，固定在所述陀螺转子上的封闭环便是所述电感信号器组件的衔铁。