CN112097760A - 用于组合导航系统的锁紧机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于组合导航系统的锁紧机构，该锁紧机构包括：驱动杆；减速器组件，减速器组件包括平行轴式分布的多个减速器以实现多级减速；蜗杆组件和蜗轮，蜗杆组件分别与减速器组件的末级减速器和蜗轮连接；定齿盘组件，定齿盘组件包括定齿盘和至少两个导柱，定齿盘与蜗轮通过螺纹配合连接，定齿盘与至少两个导柱固定连接；至少两个滚珠导套，滚珠导套套设在导柱外以限定定齿盘沿滚珠导套的轴线方向移动；动齿盘，动齿盘与定齿盘相配合以实现组合导航系统的锁紧和解锁。应用本发明的技术方案，能够解决现有技术中用于组合导航系统的锁紧机构整体尺寸和重量较大，结构锁紧力不足导致的无法实现快速化和高精度的重复定位功能的技术问题。

Description

用于组合导航系统的锁紧机构

技术领域

本发明涉及传动机构技术领域，尤其涉及一种用于组合导航系统的锁紧机构。

背景技术

组合导航系统是导弹武器制导控制系统的重要组成部分，是解决导航定位、运动控制和设备标定对准等问题的信息综合系统，以实现对导弹飞行姿态的解算、控制与调整。组合导航系统的零位重复定位精度直接影响整个飞控系统的控制精度，进而影响对飞行器飞行姿态的控制。

近年来，随着火箭、导弹和无人机等飞行器不断向远程化、大功率和高超声速方向发展，对组合导航系统也提出了高动态响应、性能稳定、小型轻质化和解算误差小等严格要求。在远程飞行和高超声速飞行过程中，没有锁紧机构的组合导航系统由于原始零位不断变化，解算误差会不断累积，影响飞行器飞行精度和命中精度。而且飞行过程中复杂严酷的气动环境也对锁紧机构的刚度提出了较高的要求。组合导航内使用的锁紧机构特点为锁紧轴方向尺寸小、结构紧凑，重复定位精度要求极高，同时在保证足够锁紧力的前提下，不能有过大的冲击负载。而现有技术中的锁紧机构整体尺寸和重量较大，结构锁紧力不足，导致锁紧机构无法实现快速化和高精度的重复定位功能。

发明内容

本发明提供了一种用于组合导航系统的锁紧机构，能够解决现有技术中用于组合导航系统的锁紧机构整体尺寸和重量较大，结构锁紧力不足导致的无法实现快速化和高精度的重复定位功能的技术问题。

本发明提供了一种用于组合导航系统的锁紧机构，该锁紧机构包括：驱动杆，驱动杆用于传递锁紧机构锁紧和解锁所需驱动力；减速器组件，减速器组件包括平行轴式分布的多个减速器以实现多级减速，减速器组件的初级减速器与驱动杆连接；蜗杆组件和蜗轮，蜗杆组件分别与减速器组件的末级减速器和蜗轮连接，通过蜗杆组件和蜗轮将减速器组件的旋转运动转换为蜗轮的旋转运动；定齿盘组件，定齿盘组件包括定齿盘和至少两个导柱，定齿盘与蜗轮通过螺纹配合连接，定齿盘与至少两个导柱固定连接；至少两个滚珠导套，至少两个滚珠导套与至少两个导柱一一对应设置，滚珠导套套设在导柱外以限定定齿盘沿滚珠导套的轴线方向移动；动齿盘，动齿盘与组合导航系统的旋转框架连接，动齿盘与定齿盘相配合以实现组合导航系统的锁紧和解锁。

进一步地，导柱与滚珠导套采用过盈配合。

进一步地，导柱与滚珠导套的接触面积不小于导柱的侧面积的2/3。

进一步地，锁紧机构还包括第一壳体和第二壳体，第一壳体和第二壳体均与组合导航系统的固定框架连接，减速器组件位于第一壳体内，蜗杆组件、蜗轮和至少两个滚珠导套均设置在第二壳体内。

进一步地，蜗轮和至少两个滚珠导套分别采用螺钉与第二壳体连接。

进一步地，第一壳体采用铝合金材料制备，第二壳体采用钛合金材料制备。

进一步地，任一减速器均包括转轴和多个减速齿轮，多个减速齿轮套设在转轴上。

进一步地，多个减速齿轮、蜗轮、定齿盘和动齿盘均具有多个通孔以实现锁紧机构的轻质化。

进一步地，定齿盘和动齿盘均作齿顶削减处理以减小齿盘厚度。

进一步地，蜗杆组件包括蜗杆和啮合齿轮，啮合齿轮分别与末级减速器的转轴和蜗杆连接。

应用本发明的技术方案，提供了一种用于组合导航系统的锁紧机构，该锁紧机构通过设置平行轴式分布的多个减速器，和蜗杆组件、蜗轮、定齿盘组件、动齿盘以及至少两个滚珠导套能够有效节省锁紧机构的空间，缩短齿盘副啮合行程，有效提高重复定位精度。与现有技术相比，本发明的技术方案能够解决现有技术中用于组合导航系统的锁紧机构整体尺寸和重量较大，结构锁紧力不足导致的无法实现快速化和高精度的重复定位功能的技术问题。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的具体实施例提供的用于组合导航系统的锁紧机构的外观结构示意图；

图2示出了根据本发明的具体实施例提供的用于组合导航系统的锁紧机构的内部结构示意图；

图3示出了图2所示的锁紧机构沿A-A线的剖视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、驱动杆；20、减速器组件；21、转轴；22、减速齿轮；30、蜗杆组件；31、蜗杆；32、啮合齿轮；40、蜗轮；40a、外螺纹；50、定齿盘组件；51、定齿盘；51a、内螺纹；52、导柱；60、滚珠导套；70、动齿盘；80、第一壳体；90、第二壳体。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1至图3所示，根据本发明的具体实施例提供了一种用于组合导航系统的锁紧机构，该锁紧机构包括：驱动杆10、减速器组件20、蜗杆组件30、蜗轮40、定齿盘组件50、至少两个滚珠导套60和动齿盘70。驱动杆10用于传递锁紧机构锁紧和解锁所需驱动力。减速器组件20包括平行轴式分布的多个减速器以实现多级减速，减速器组件20的初级减速器与驱动杆10连接。蜗杆组件30分别与减速器组件20的末级减速器和蜗轮40连接，通过蜗杆组件30和蜗轮40将减速器组件20的旋转运动转换为蜗轮40的旋转运动。定齿盘组件50包括定齿盘51和至少两个导柱52，定齿盘51与蜗轮40通过螺纹配合连接，定齿盘51与至少两个导柱52固定连接。至少两个滚珠导套60与至少两个导柱52一一对应设置，滚珠导套60套设在导柱52外以限定定齿盘51沿滚珠导套60的轴线方向移动。动齿盘70与组合导航系统的旋转框架连接，动齿盘70与定齿盘51相配合以实现组合导航系统的锁紧和解锁。

应用此种配置方式，提供了一种用于组合导航系统的锁紧机构，该锁紧机构通过设置平行轴式分布的多个减速器，和蜗杆组件30、蜗轮40、定齿盘组件50、动齿盘70以及至少两个滚珠导套60能够有效节省锁紧机构的空间，缩短齿盘副啮合行程，有效提高重复定位精度。与现有技术相比，本发明的技术方案能够解决现有技术中用于组合导航系统的锁紧机构整体尺寸和重量较大，结构锁紧力不足导致的无法实现快速化和高精度的重复定位功能的技术问题。

作为本发明的一个具体实施例，为了更为精准的限定定齿盘51沿滚珠导套60的轴线方向移动，即限定定齿盘51的旋转自由度，使得在蜗轮40的旋转带动下，定齿盘51只能沿滚珠导套60的轴线方向往复运动，锁紧机构可配置为包括两个导柱52和两个滚珠导套60，两个导柱52与两个滚珠导套60分别一一对应设置，两个导柱52位于定齿盘51的两端并与定齿盘51固定连接，滚珠导套60套设在导柱52的外侧。在该实施例中，导柱52与定齿盘51的固定连接方式可根据实际需要进行选择，例如可采用螺钉进行刚性连接。

进一步地，在本发明中，为了确保锁紧机构拥有足够的刚度，在外形允许的情况下，与定齿盘51连接的导柱52的长度做的尽可能长，直径尽可能大，导柱52与定齿盘51的接触面积也尽可能大，且在运动过程中，导柱52与滚珠导套60的接触面积尽可能大，由此可极大提高锁紧机构运动过程中的刚度，在保证较快运动时间的同时，具有较高的刚度。作为本发明的一个具体实施例，往复运动过程中，导柱52与滚珠导套60实际接触面积始终不小于导柱52侧面圆周表面积的2/3。

此外，在本发明中，为了保证运动过程中定齿盘51运动轨迹足够直，保证一对齿盘合盘后重复定位精度不大于2”，导柱52与滚珠导套60采用过盈配合，导柱52与滚珠导套60之间的过盈量可根据需要进行调整。作为本发明的一个具体实施例，导柱52与滚珠导套60的过盈量可控制在0.01mm～0.013mm。

进一步地，在本发明中，为了保证锁紧机构足够的使用时间和可靠性，应选择硬度较高的材料制备导柱52。作为本发明的一个具体实施，导柱52的硬度可选择为HRC58～62，以确保导柱52不因反复磨损变形或圆柱度变差。

此外，在本发明中，为了对锁紧机构的各个部件起到保护作用，避免安装过程以及应用过程中出现碰撞影响锁紧定位精度，锁紧机构还可配置为包括第一壳体80和第二壳体90，第一壳体80和第二壳体90均与组合导航系统的固定框架连接，减速器组件20位于第一壳体80内，蜗杆组件30、蜗轮40和至少两个滚珠导套60均设置在第二壳体90内。作为本发明的一个具体实施例，为了便于安装和拆卸，可通过螺钉实现各个部件与第一壳体80或第二壳体90的连接。

进一步地，在本发明中，因为第二壳体90的主要承力位置为与蜗轮40接触的上下两端的角接触轴承端面以及至少两个滚珠导套60的两个端面，在设计第二壳体90的上述位置时，对受力面进行强度校核和仿真分析，核算后均选取相应规格的螺钉进行紧固，同时对受力位置处的壳体组件部分进行结构强化设计，以保证结构稳定性。作为本发明的一个具体实施例，可采用12.9级沉头螺钉将蜗轮40和至少两个滚珠导套60与第二壳体90连接。

此外，在本发明中，为了保证材料的力学性能的同时，降低材料密度，第二壳体90可采用钛合金材料制备。而减速器组件20所处的第一壳体80理论上不承受较大的载荷，因此第一壳体80可采用铝合金材料制备。

作为本发明的一个具体实施例，第一壳体80和/或第二壳体90对外安装接口的位置处可进行轻质化设计，例如将第一壳体80和/或第二壳体90对外安装接口处的厚度尺寸设计为4.5mm，通过该壳体的薄化设计减轻锁紧机构的整体重量和结构尺寸。

进一步地，在本发明中，为了提高减速比，降低驱动电机设计时的输出转矩，如图2所示，减速器组件20包括平行轴式分布的多个减速器以实现多级减速，其中，减速器组件20的初级减速器与驱动杆10连接，末级减速器与蜗杆组件30连接。平行轴式的布局方式十分灵活，可以根据锁紧机构壳体的外形空间调整各个减速器的排布位置。

作为本发明的一个具体实施例，任一减速器均包括转轴21和多个减速齿轮22，多个减速齿轮22套设在转轴21上。在该实施例中，任一减速器的减速齿轮22个数可根据实际需要进行选择，例如，各级减速器的齿轮可采用双联式齿轮，以更好的确保同一转轴21上两个齿轮的同轴度。平行轴式的布局也有利于装配的工艺性，减少了单一齿轮装配的环节。

此外，在本发明中，为了进一步实现锁紧机构的轻质化，多个减速齿轮22、蜗轮40、定齿盘51和动齿盘70均可配置为具有多个通孔，以实现锁紧机构的轻质化。通孔的具体位置、大小和个数可根据实际情况进行调整。作为本发明的一个具体实施例，蜗轮40可在其中心加工通孔。

通过本发明的轻质化设计，在保证锁紧机构基本性能的前提下，对锁紧机构的壳体、减速齿轮22、蜗轮40、定齿盘51和动齿盘70等零部件进行减重设计和材料优化，对有承载要求和寿命要求的零部件进行强度校核和寿命校核，确保了减重优化后锁紧机构性能不受任何影响。

进一步地，在本发明中，为了保证定齿盘51和动齿盘70合盘后重复定位精度在2”以内，同时兼顾轻质化设计，缩短合盘行程，定齿盘51和动齿盘70均作齿顶削减处理以减小齿盘厚度。作为本发明的一个具体实施例，定齿盘51和动齿盘70均可采用60齿标准齿盘，通过齿盘的精密化分度设计，利用齿盘的重复定位精度特点，可以实现极高的重复定位精度。并在该齿盘的基础上，将齿顶削减0.4mm，由此实现定齿盘51和动齿盘70的基体的超薄化设计并增加了定齿盘51与动齿盘70的接触面积，既能保证合盘效果，又节省了锁紧机构锁紧和解锁的时间，在保证较快运动时间的同时具有合适的锁紧力。

此外，在本发明中，为了实现蜗杆31与减速器组件20中末级减速器的稳定运动传递，蜗杆组件30可配置为包括蜗杆31和啮合齿轮32，啮合齿轮32分别与末级减速器的转轴21和蜗杆31连接。如图2所示，通过蜗杆31、啮合齿轮32和蜗轮40将减速器组件20在竖直面内的旋转运动转换为蜗轮40在水平面内的旋转运动。

进一步地，在本发明中，为了通过蜗轮40的旋转运动实现定齿盘51沿滚珠导套60的轴线方向的往复运动，可配置蜗轮40具有外螺纹40a，定齿盘51具有内螺纹51a，所述外螺纹40a与所述内螺纹51a相配合。作为本发明的一个具体实施例，内螺纹51a可采用梯形内螺纹51a，外螺纹40a可采用梯形外螺纹40a，通过梯形内螺纹51a和梯形外螺纹40a的配合实现定齿盘51沿滚珠导套60的轴线方向的往复运动。

本发明的用于组合导航系统的锁紧机构通过平行轴式分布的多个减速器以实现多级减速，通过蜗杆组件30、蜗轮40、定齿盘组件50、动齿盘70以及至少两个滚珠导套60能够有效节省锁紧机构的空间，缩短齿盘副啮合行程，有效提高重复定位精度。本发明的锁紧机构能够在满足产品外形和安装接口的前提下，合理进行部件布局和空间利用，在确保机构高刚度的前提下实现轻质化设计。同时通过合理的布局确保了良好的装配工艺性和稳定的产品可靠性。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1至图3对本发明的用于组合导航系统的锁紧机构进行详细说明。

如图1至图3所示，根据本发明的具体实施例提供了一种用于组合导航系统的锁紧机构，该锁紧机构包括驱动杆10、减速器组件20、蜗杆组件30和蜗轮40、定齿盘组件50、至少两个滚珠导套60、动齿盘70、第一壳体80和第二壳体90。

驱动杆10用于传递锁紧机构锁紧和解锁所需驱动力。

减速器组件20包括平行轴式分布的多个减速器以实现多级减速，减速器组件20的初级减速器与驱动杆10连接。任一减速器均包括转轴21和多个减速齿轮22，多个减速齿轮22套设在转轴21上。

蜗杆组件30分别与减速器组件20的末级减速器和蜗轮40连接，通过蜗杆组件30和蜗轮40将减速器组件20的旋转运动转换为蜗轮40的旋转运动。蜗杆组件30可配置为包括蜗杆31和啮合齿轮32，啮合齿轮32分别与末级减速器的转轴21和蜗杆31连接。蜗轮40具有外螺纹40a，定齿盘51具有内螺纹51a，所述外螺纹40a与所述内螺纹51a相配合。

定齿盘组件50包括定齿盘51和至少两个导柱52，定齿盘51与蜗轮40通过螺纹配合连接，定齿盘51与至少两个导柱52固定连接。

至少两个滚珠导套60与至少两个导柱52一一对应设置，滚珠导套60套设在导柱52外以限定定齿盘51沿滚珠导套60的轴线方向移动。

动齿盘70与组合导航系统的旋转框架连接，动齿盘70与定齿盘51相配合以实现组合导航系统的锁紧和解锁。

综上所述，本发明提供了一种用于组合导航系统的锁紧机构，该锁紧机构通过设置平行轴式分布的多个减速器，和蜗杆组件30、蜗轮40、定齿盘组件50、动齿盘70以及至少两个滚珠导套60能够有效节省锁紧机构的空间，缩短齿盘副啮合行程，有效提高重复定位精度。与现有技术相比，本发明的技术方案能够解决现有技术中用于组合导航系统的锁紧机构整体尺寸和重量较大，结构锁紧力不足导致的无法实现快速化和高精度的重复定位功能的技术问题。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于组合导航系统的锁紧机构，其特征在于，所述锁紧机构包括：

驱动杆(10)，所述驱动杆(10)用于传递所述锁紧机构锁紧和解锁所需驱动力；

减速器组件(20)，所述减速器组件(20)包括平行轴式分布的多个减速器以实现多级减速，所述减速器组件(20)的初级减速器与所述驱动杆(10)连接；

蜗杆组件(30)和蜗轮(40)，所述蜗杆组件(30)分别与所述减速器组件(20)的末级减速器和所述蜗轮(40)连接，通过所述蜗杆组件(30)和所述蜗轮(40)将所述减速器组件(20)的旋转运动转换为所述蜗轮(40)的旋转运动；

定齿盘组件(50)，所述定齿盘组件(50)包括定齿盘(51)和至少两个导柱(52)，所述定齿盘(51)与所述蜗轮(40)通过螺纹配合连接，所述定齿盘(51)与至少两个所述导柱(52)固定连接；

至少两个滚珠导套(60)，至少两个所述滚珠导套(60)与至少两个所述导柱(52)一一对应设置，所述滚珠导套(60)套设在所述导柱(52)外以限定所述定齿盘(51)沿所述滚珠导套(60)的轴线方向移动；

动齿盘(70)，所述动齿盘(70)与组合导航系统的旋转框架连接，所述动齿盘(70)与所述定齿盘(51)相配合以实现所述组合导航系统的锁紧和解锁。

2.根据权利要求1所述的用于组合导航系统的锁紧机构，其特征在于，所述导柱(52)与所述滚珠导套(60)采用过盈配合。

3.根据权利要求1或2所述的用于组合导航系统的锁紧机构，其特征在于，所述导柱(52)与所述滚珠导套(60)的接触面积不小于所述导柱(52)的侧面积的2/3。

4.根据权利要求1所述的用于组合导航系统的锁紧机构，其特征在于，所述锁紧机构还包括第一壳体(80)和第二壳体(90)，所述第一壳体(80)和所述第二壳体(90)均与组合导航系统的固定框架连接，所述减速器组件(20)位于所述第一壳体(80)内，所述蜗杆组件(30)、所述蜗轮(40)和至少两个所述滚珠导套(60)均设置在所述第二壳体(90)内。

5.根据权利要求4所述的用于组合导航系统的锁紧机构，其特征在于，所述蜗轮(40)和至少两个所述滚珠导套(60)分别采用螺钉与所述第二壳体(90)连接。

6.根据权利要求4或5所述的用于组合导航系统的锁紧机构，其特征在于，所述第一壳体(80)采用铝合金材料制备，所述第二壳体(90)采用钛合金材料制备。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于组合导航系统的锁紧机构，其特征在于，任一所述减速器均包括转轴(21)和多个减速齿轮(22)，多个所述减速齿轮(22)套设在所述转轴(21)上。

8.根据权利要求7所述的用于组合导航系统的锁紧机构，其特征在于，多个所述减速齿轮(22)、所述蜗轮(40)、所述定齿盘(51)和所述动齿盘(70)均具有多个通孔以实现所述锁紧机构的轻质化。

9.根据权利要求1所述的用于组合导航系统的锁紧机构，其特征在于，所述定齿盘(51)和所述动齿盘(70)均作齿顶削减处理以减小齿盘厚度。

10.根据权利要求7所述的用于组合导航系统的锁紧机构，其特征在于，所述蜗杆组件(30)包括蜗杆(31)和啮合齿轮(32)，所述啮合齿轮(32)分别与所述末级减速器的转轴(21)和所述蜗杆(31)连接。

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