CN111438004A - 一种用于高g值三自由度离心机的滚转框 - Google Patents

Abstract

本发明涉及离心机领域，具体公开了一种用于高g值三自由度离心机的滚转框，包括环形的框体，所述框体为一体成型的结构，所述框体上同轴线设置有两个俯仰轴安装孔和同轴线设置有滚转轴安装孔，且俯仰轴安装孔的轴线与滚转轴安装孔的轴线垂直；所述的框体的外侧沿框体一周还设置有多个开口的腔体，所述腔体与腔体之间形成加强筋。本发明的优点是采用整体式的结构，可以有更好的加工精度，保证滚转框能够适应更严酷、复杂的使用工况以及减小滚转电机承受的偏心力矩。

Description

一种用于高g值三自由度离心机的滚转框

技术领域

本发明涉及离心机领域，特别是一种用于高g值三自由度离心机的滚转框。

背景技术

三自由度离心机由转臂、滚转框、滚转电机、俯仰框、俯仰电机、传动单元、主驱动电机以及仪器舱等组成。三自由度离心机是一类利用转臂的旋转运动、滚转框的滚转运动以及俯仰框的俯仰运动来实现三自由度协调运动以模拟加速度与加加速度环境的重要试验设备，可用于航空、航天、航海、兵器、医疗等相关领域的产品测试与基础研究。

其中，滚转框连接转臂与俯仰框，是三自由度离心机的关键承力部件，除需承受结构自身、俯仰电机、俯仰框以及试件等产生的最大的离心载荷外，还需承受滚转电机与俯仰电机产生的扭转力矩，受力严酷且工况复杂。

目前，箱体式滚转框已在低g值三轴/四轴离心机上成熟的应用，如在三轴转台（一种大负载内中空高精度三轴卧式转台，申请号：201711131877.4；一种三轴转台框架轴系装置，申请号：201621308961.X）、三轴载人离心机以及直升机动态飞行模拟器（用于直升机动态飞行模拟器的三自由度转框系统，申请号：201811044735.9）等设备上。箱体式滚转框多采用闭式箱形结构，由多块薄钢板焊接成形，其力学性能不易保证，实际质量、质心也不易控制，很难在对结构力学性能要求高、偏心要求严的高g值三轴离心机上使用。

传统技术的缺点是：

（1）箱体式滚转框焊缝质量不易控制，且焊缝质量缺陷不易检测，力学性能不易保证；

（2）箱体式滚转框质量与质心不易控制。

导致上述缺点的原因是：

箱体式滚转框是由多块薄钢板焊接成封闭箱体，无论怎样优化施焊顺序，总有焊缝不能做到完全清根以确保焊透，尤其针对狭小腔体内的焊缝，很难进行高质量的施焊，且以目前的无损检测手段，很难对所有焊缝的质量缺陷进行有效的检测并做出准确的判断。也就是说，受焊接工艺与检测手段影响，想要完全确保箱体式滚转框的结构力学性能还比较困难。

此外，箱体式滚转框由多块板材焊接成形，实际工艺很难达到对称施焊的要求，箱体式滚转框理论质量、质心不易保证。

因此，传统滚箱体式转框尚不能在高g值三自由度离心机上应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种用于高g值三自由度离心机的滚转框，其采用一体的结构，具有很好的力学性能，加工精度容易控制。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种用于高g值三自由度离心机的滚转框，包括环形的框体，所述框体为一体成型的结构，所述框体上同轴线设置有两个俯仰轴安装孔和同轴线设置有滚转轴安装孔，且俯仰轴安装孔的轴线与滚转轴安装孔的轴线垂直；所述的框体的外侧沿框体一周还设置有多个开口的腔体，所述腔体与腔体之间形成加强筋。

具体的，所述的框体为八边形结构，且分别关于俯仰轴安装孔轴线和滚转轴安装孔轴线对称。

具体的，所述的腔体的截面为“U”字型。

具体的，所述的框体设置有滚转轴安装孔和俯仰轴安装孔的边为直线设置，且设有滚转轴安装孔和俯仰轴安装孔的边之间相连的边为弧形边，且圆滑过渡。

本发明具有以下优点：

1、整体式滚转框采用整体式结构，由单个锻件毛坯机加而成，相比传统焊接结构箱体式滚转框，更易保证框体的结构力学性能以及控制偏心量，使得滚转框能够适应更严酷、复杂的使用工况以及减小滚转电机承受的偏心力矩。

2、整体式滚转框采用框架结构，局部刚度更高，具有更好的加工工艺性，更易控制加工精度，保证滚转电机与俯仰电机的安装接口精度以及控制俯仰轴与滚转轴垂直相交性的精度。

附图说明

图1 为本发明的整体结构示意图；

图2 为本发明的剖视结构示意图；

图3 为本发明的四分之一视图；

图4 为本发明的腔体的截面图；

图中：1-框体，2-俯仰轴安装孔，3-滚转轴安装孔，4-腔体，5-加强筋。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1～4所示，一种用于高g值三自由度离心机的滚转框，包括环形的框体1，所述框体1为一体成型的结构，所述框体1上同轴线设置有两个俯仰轴安装孔2和同轴线设置有滚转轴安装孔3，且俯仰轴安装孔2的轴线与滚转轴安装孔3的轴线垂直；所述的框体1的外侧沿框体1一周还设置有多个开口的腔体4，所述腔体4与腔体4之间形成加强筋5。滚转框作为离心机的承力部件，需要有很好的力学形成，现有技术中滚转框多为采用多块钢板焊接换成封闭的箱体的结构，这样的结构多焊接有很高的要求，容易造成质量缺陷，这样的结构用于低速的离心机时能满足使用的需求，但是在运用于高速离心机时就达不到使用的要求，高速离心机要求滚转框有很好的结构力学性能，由于传统焊接的滚转框采用焊接的工艺，在焊接时会对滚转框加热，这样在焊接完成滚转框冷却后会产生变形，使滚转框的加工精度变低，特别是对滚转轴安装孔3和俯仰轴安装孔2的精度产生较大的影响，在使用时，框体1通过滚转轴安装孔3和俯仰轴安装孔2分别安装在滚转轴和俯仰轴上，需要滚转轴安装孔3和俯仰轴安装孔2均有很好的同轴度，已经保证滚转轴安装孔3和俯仰轴安装孔2的轴线垂直度，而采用焊接的工艺制造出来的滚转框会对其产生影响，故采用焊接的结构不适用于高速离心机中，为了解决这一问题，本方案中的滚转框采用整体式结构，由单个锻件毛坯机加而成，采用锻件机加工的方式制造出的滚转框的精度更高，更容易控制滚转轴安装孔3和俯仰轴安装孔2的同轴度，锻件毛坯与半精加工后材质的质量缺陷也可通过传统的超声波无损检测与磁粉无损检测等检测手段进行有效的检验，综合来说，整体式滚转框关键尺寸的加工精度、重量、质心以及结构力学性能更易保证。

如图1和图2所示，所述的框体1为八边形结构，且分别关于俯仰轴安装孔2的轴线和滚转轴安装孔3的轴线对称，本方案中的框体1为八边形结构，且是对称结构，这样的结构能保证滚转框理论质心与其中心重合，中心为滚转轴安装孔3和俯仰轴安装孔2的轴心线交点，且滚转轴安装孔3和俯仰轴安装孔2的轴心线相垂直，以减小偏心量，减小滚转电机承受的偏心力矩，滚转框在重力场下或低g值加速度场下使用时，偏心力矩相对驱动力矩来说往往可以忽略，而当滚转框在高g值加速度场下使用时，由偏心产生的偏心力矩将成为影响电机力矩设计的主要因素，控制滚转框偏心量对滚转电机设计非常重要。

如图4所示，所述的腔体4的截面为“U”字型，整体式滚转框框架采用具备良好的抗拉、压、弯、扭综合力学性能以及加工工艺的“U”字型截面结构形式，“U”字型截面底部留有大圆角，以改善受力状况，本方案中圆角半径为30mm，本方案中的腔体4位于滚转轴安装孔3和俯仰轴安装孔2之间过渡的边上，腔体4与腔体4之间的加强筋5可以提高滚转框的局部刚度和强度。

进一步的，所述的框体1设置有滚转轴安装孔3和俯仰轴安装孔2的边为直线设置，且设有滚转轴安装孔3和俯仰轴安装孔2的边之间相连的边为弧形边，且圆滑过渡，本方案中弧形边的外周的半径优选为600mm，滚转轴安装孔3为大孔，俯仰轴安装孔2为小孔，且滚转轴安装孔3和俯仰轴安装的孔径均大于框体1的厚度，本方案中框体1的顶面与滚转轴安装孔3过渡的弧形半径优选为400mm，框体1的顶面与俯仰轴安装孔2过渡的弧形半径优选为200mm，整体式滚转框转角区域采用大圆角结构，改善该关键承力部位的受力状况。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于高g值三自由度离心机的滚转框，其特征在于：包括环形的框体（1），所述框体（1）为一体成型的结构，所述框体（1）上同轴线设置有两个俯仰轴安装孔（2）和同轴线设置有滚转轴安装孔（3），且俯仰轴安装孔（2）的轴线与滚转轴安装孔（3）的轴线垂直；所述的框体（1）的外侧沿框体（1）一周还设置有多个开口的腔体（4），所述腔体（4）与腔体（4）之间形成加强筋（5）。

2.根据权利要求1所述的一种用于高g值三自由度离心机的滚转框，其特征在于：所述的框体（1）为八边形结构，且分别关于俯仰轴安装孔（2）的轴线和滚转轴安装孔（3）的轴线对称。

3.根据权利要求1所述的一种用于高g值三自由度离心机的滚转框，其特征在于：所述的腔体（4）的截面为“U”字型。

4.根据权利要求2所述的一种用于高g值三自由度离心机的滚转框，其特征在于：所述的框体（1）设置有滚转轴安装孔（3）和俯仰轴安装孔（2）的边为直线设置，且设有滚转轴安装孔（3）和俯仰轴安装孔（2）的边之间相连的边为弧形边，且圆滑过渡。

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