CN112413343B - 一种用于快速互瞄的蜗轮蜗杆传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于快速互瞄的蜗轮蜗杆传动装置，解决现有光学设备在互瞄操作过程中存在瞄准困难、瞄准效率低、瞄准受外界扰动大等问题。该装置包括底座、旋转单元、光学负载平台、蜗轮、锁紧单元和蜗杆单元；旋转单元设置在底座上，包括轴承座、主轴、主轴轴承和多个阻尼簧片；轴承座设置在底座上；主轴为台阶轴，其小端通过主轴轴承设置在轴承座的内腔内，大端设置在轴承座上方；阻尼簧片的一端固定设置在轴承座的上端面，另一端与主轴大端的下端面相贴紧；蜗轮通过轴孔间隙配合安装在主轴的大端，与蜗杆单元配合传动，从而驱动光学设备旋转；锁紧单元设置在光学负载平台上，用于将蜗轮与主轴进行抱紧，使得蜗轮带动主轴进行旋转。

Description

一种用于快速互瞄的蜗轮蜗杆传动装置
技术领域
本发明属于光电测量技术领域，具体涉及一种用于快速互瞄的蜗轮蜗杆传动装置。
背景技术
在光电测量技术领域，为了进行高精度测量工作，往往需要两台光学设备进行互相瞄准，例如，检测光管互瞄来测量光电经纬仪的二轴差、线阵CCD交汇测试装置互瞄来测量高速连发目标的着靶坐标、着靶密集度等。然而，光学设备在实际互瞄操作过程中，往往会有瞄准困难、瞄准效率低、瞄准受外界扰动大等等问题。尤其当光学设备在外部环境中使用时，光学设备的互瞄受环境温度、风力作用等因素影响，不仅会出现瞄准困难，瞄准后的瞄准状态更是难以得到保证，并造成测量精度差，用户对设备的使用体验效果不佳等一些负面问题。
专利内容
本发明的目的是解决现有光学设备在互瞄操作过程中存在瞄准困难、瞄准效率低、瞄准受外界扰动大等问题，提供一种用于快速互瞄的蜗轮蜗杆传动装置。
为实现以上发明目的，本发明技术方案为：
一种用于快速互瞄的蜗轮蜗杆传动装置，包括底座、旋转单元、光学负载平台、蜗轮、锁紧单元和蜗杆单元；所述旋转单元设置在底座上，包括轴承座、主轴、主轴轴承和多个阻尼簧片；所述轴承座为套筒结构，固定设置在底座上；所述主轴为台阶轴，其小端通过主轴轴承设置在轴承座的内腔内，大端设置在轴承座上方；所述阻尼簧片的一端固定设置在轴承座的上端面，另一端与主轴大端的下端面相贴紧，用于产生均布压紧力，从而保证了光学设备瞄准后的瞄准状态不发生变化；所述光学负载平台安装在主轴大端的上端面，用于安装光学设备；所述蜗轮通过轴孔间隙配合安装在主轴的大端，与蜗杆单元配合传动，从而驱动光学设备旋转；所述锁紧单元设置在光学负载平台上，用于将蜗轮与主轴进行抱紧，使得蜗轮带动主轴进行旋转；所述蜗杆单元设置在底座上，包括驱动电机、蜗杆、蜗杆传动座、蜗杆轴承、传动座垫板、蜗杆单元导引块和导向组件；所述驱动电机设置在蜗杆传动座上，其输出轴与蜗杆连接，所述蜗杆通过蜗杆轴承设置在蜗杆传动座上，与蜗轮配合进行传动；所述蜗杆传动座固定设置在传动座垫板上，所述传动座垫板的两侧分别设置有蜗杆单元导引块，所述蜗杆单元导引块固定设置在底座上，用于限定蜗杆传动座沿主轴轴向的自由度以及沿蜗杆轴向的自由度；所述导向组件设置在底座上，用于调整蜗杆单元沿蜗轮蜗杆啮合线方向的自由度。
进一步地，所述锁紧单元包括锁紧卡箍、锁紧块、锁紧销、锁紧销套和卡箍挡圈；所述蜗轮的上端沿轴向设置有多个锁紧缺口，沿周向设置有环形凹槽，从而形成柔性变形区域；所述锁紧卡箍套装在蜗轮的柔性变形区域，且其与蜗轮配合的面上设置有安装凹槽，所述锁紧块装入锁紧卡箍的安装凹槽内；所述锁紧卡箍的径向设置有贯通的锁紧螺纹孔，所述锁紧销的一端穿过锁紧螺纹孔，末端与设置在安装凹槽内的锁紧块相抵靠，另一端穿过设置在光学负载平台上的锁紧销套，末端安装有锁紧手轮；所述卡箍挡圈套装在主轴上，用于对蜗轮进行轴向限位。
进一步地，所述锁紧卡箍的外侧设置有锁紧凸台，锁紧凸台为条状结构，且锁紧螺纹孔设置在锁紧凸台内；所述锁紧卡箍的内侧设置有抱紧缺口，且抱紧缺口与锁紧凸台的连线通过锁紧卡箍的圆心。
进一步地，所述锁紧销上还套装有限位套，用于对锁紧销的轴向移动进行限位。
进一步地，所述导向组件包括导杆安装座、弹簧导杆和调整弹簧；所述导杆安装座设置在底座上，且其端面设置有螺纹安装孔，所述弹簧导杆的一端通过螺纹配合设置在螺纹安装孔内，另一端穿过调整弹簧，设置在蜗杆传动座的安装孔内，所述调整弹簧的两端面分别贴靠在蜗杆传动座和导杆安装座的端面。
进一步地，还包括调平单元，所述调平单元设置在底座的下端，用于旋转单元的轴线铅垂度调整。
进一步地，所述调平单元包括三个调平腿，三个调平腿以主轴的轴线为圆心均布在底座下端。
进一步地，所述主轴轴承包括一对背对背安装的角接球触轴承，所述角接球触轴承通过设置在轴承座下端的轴承外压圈和设置在主轴下端的轴承内压圈轴向压紧。
进一步地，所述蜗杆通过两组蜗杆轴承设置在蜗杆传动座上，且蜗杆轴承通过设置在蜗杆上的台阶和设置在蜗杆传动座上的蜗杆轴承压圈限位。
进一步地，所述驱动电机与蜗杆通过联轴器连接。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果为：
1.本发明蜗轮蜗杆传动装置可实现光学设备瞄准时的手动和电动切换功能，手动和电动切换操作简单，瞄准耗时大大缩短，且对准精度更高。
2.考虑到光学设备的互瞄受风力作用的影响，本发明蜗轮蜗杆传动装置中设计了多点均布的阻尼簧片，压紧时依靠阻尼簧片贴紧主轴端面产生的均布压紧力，为旋转单元提供足够的阻尼，保证光学设备瞄准后的瞄准状态不受风力的影响。
3.本发明蜗轮蜗杆传动装置保留有沿蜗轮蜗杆啮合线方向的自由度，可解决蜗轮蜗杆传动机构在环境温度变化时运动卡死现象。同时，利用调整弹簧可保证蜗轮蜗杆始终处于稳定的啮合状态，保证传动性能良好。
附图说明
图1为本发明用于快速互瞄的蜗轮蜗杆传动装置与光学设备的安装示意图；
图2为本发明用于快速互瞄的蜗轮蜗杆传动装置的剖视图；
图3为图2的A-A放大图；
图4为本发明锁紧单元的结构示意图；
图5为本发明锁紧卡箍提供的抱紧力示意图；
图6为本发明蜗轮柔性变形区域的结构示意图；
图7为本发明蜗杆单元的结构示意图；
图8为本发明蜗杆单元中导向组件的结构示意图。
附图标记：1-光学设备，2-旋转单元，3-底座，4-锁紧单元，5-蜗杆单元，6-锁紧单元，7-锁紧手轮，8-锁紧销，9-锁紧销，10-限位套，11-锁紧卡箍，12-锁紧块，13-卡箍挡圈，14-蜗轮，15-主轴，16-轴承座，17-主轴轴承，18-光学负载平台，19-轴承内压圈，20-轴承外压圈，21-阻尼簧片，22-驱动电机，23-联轴器，24-蜗杆轴承压圈，25-蜗杆轴承，26-蜗杆，27-导向组件，28-蜗杆传动座，29-传动座垫板，30-蜗杆单元导引块，31-弹簧导杆，32-调整弹簧，33-导杆安装座，34-安装凹槽，35-锁紧螺纹孔，36-锁紧凸台，37-柔性变形区域，38-锁紧缺口，39-抱紧缺口，40-环形凹槽。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方法对本发明作进一步详细的说明。
为改善现有互瞄光学设备在应用上的弊端，本发明提供了一种用于快速互瞄的蜗轮蜗杆传动装置。该蜗轮蜗杆传动装置保留有沿蜗轮蜗杆啮合线方向的自由度，可解决蜗轮蜗杆传动机构在环境温度变化时运动卡死现象。同时，利用调整弹簧，可保证蜗轮蜗杆始终处于稳定的啮合状态，保证传动性能良好。此外，该传动装置可实现光学设备瞄准时的手动和电动切换功能，手动和电动切换操作简单，瞄准耗时大大缩短，且对准精度更高。
如图1所示，本发明用于快速互瞄的蜗轮蜗杆传动装置包括底座3、光学负载平台18、旋转单元2、蜗杆单元5、蜗轮14、锁紧单元6和调平单元4。旋转单元2设置在底座3上，光学负载平台18设置在旋转单元2上端面，此时，光学设备1安装在光学负载平台18上。调平单元4包括均布在底座3下端对应位置的三个调平腿，三个调平腿用于旋转单元2的轴线铅垂度调整。在完成旋转单元2的轴线铅垂度调整后，通过旋转单元2的旋转带动光学设备1进行光学测量时的互相瞄准，旋转单元2的旋转可以是手动，同时也可以采用传动机构电动模式。
如图2所示，本发明旋转单元2包括主轴15、轴承座16、阻尼簧片21、轴承外压圈20、轴承内压圈19和主轴轴承17。轴承座16为套筒结构，固定设置在底座3上；主轴15为台阶轴，其小端通过主轴轴承17设置在轴承座16的内腔内，大端设置在轴承座16上方；光学负载平台18安装在主轴15大端的上端面，用于安装光学设备1。阻尼簧片21的一端固定设置在轴承座16的上端面，另一端与主轴15大端的下端面相贴紧，用于产生克服主轴15因风载而旋转时的摩擦力矩，保持旋转单元2不会发生旋转；主轴轴承17包括一对背对背装入轴承座16的角接触球轴承，角接触球轴承在底部利用轴承外压圈20和轴承内压圈19轴向限位。此时，轴承外压圈20利用螺钉设置在轴承座16下端，轴承内压圈19利用螺钉设置在主轴15下端。
如图3所示，本发明在轴承座16对应位置均布安装6个阻尼簧片21，并利用压紧时的阻尼簧片21变形使阻尼簧片21贴紧主轴15端面，产生均布压紧力，进而转换成摩擦力矩，该摩擦力矩可保证风力作用下的旋转单元2不会发生旋转，从而保证了光学设备1瞄准后的瞄准状态不发生变化。阻尼簧片21的安装可根据轴承座16与底座3的安装情况以及旋转摩擦力矩要求进行8点或12点均布。
如图2所示，本发明蜗轮14通过轴孔间隙配合安装在主轴15的大端，与蜗杆单元5配合传动，从而驱动光学设备旋转；锁紧单元6设置在光学负载平台18上，用于将蜗轮14与主轴15进行抱紧，使得蜗轮14带动主轴15进行旋转。
如图2、图4和图6所示，锁紧单元6包括锁紧卡箍11、锁紧块12、锁紧销8、锁紧销套9、卡箍挡圈13、限位套10和锁紧手轮7；蜗轮14的上端沿轴向设置有多个锁紧缺口38，沿周向设置有环形凹槽40，从而形成柔性变形区域37；卡箍挡圈13套装在主轴15上，并通过卡箍挡圈13的下端面限制蜗轮14的轴向运动。锁紧卡箍11套装在蜗轮14的柔性变形区域37，其与蜗轮14配合的面上设置有安装凹槽34，锁紧块12装入锁紧卡箍11的安装凹槽34内；锁紧卡箍11的径向设置有贯通的锁紧螺纹孔35，且锁紧螺纹孔35与安装凹槽34连通，锁紧销8的一端穿过锁紧螺纹孔35，末端与设置在安装凹槽34内的锁紧块12相抵靠配合，另一端穿过设置在光学负载平台18上的锁紧销套9，末端安装有锁紧手轮7。此外，锁紧销8上还套装有限位套10，用于对锁紧销8的轴向移动进行限位，用来避免锁紧销8在锁紧卡箍11的锁紧螺纹孔35内运动时，过分向前造成对蜗轮14的过分抱紧，同时过分向后造成锁紧销8脱出锁紧销套9。
如图5所示，为了增强锁紧卡箍11的强度，锁紧卡箍11的外侧设置有锁紧凸台36，锁紧凸台36为条状结构，且锁紧螺纹孔35设置在锁紧凸台36内，同时，为了增加预紧力，锁紧卡箍11的内侧设置有抱紧缺口39，且抱紧缺口39与锁紧凸台36的连线通过锁紧卡箍11的圆心。
本发明将蜗轮14、主轴15的端面和圆柱配合面进行加工和装配时的对研，从而保证良好的配合关系。锁紧单元6安装时，将蜗轮14套装在主轴15上，随后将锁紧卡箍11套入蜗轮14，此时锁紧卡箍11套装在在蜗轮14的柔性变形区域37，将锁紧块12装入蜗轮14与锁紧卡箍11之间，之后将卡箍挡圈13安装在主轴15上，卡箍挡圈13在轴向限制蜗轮14的窜动，但蜗轮14仍可绕着主轴15轴线在限定区域自由旋转。最后，将限位套10套装在锁紧销8上，并将锁紧销8利用螺纹配合旋入锁紧卡箍11对应位置。锁紧销套9穿入锁紧销8，并连接在光学负载平台18上，将锁紧手轮7安装在锁紧销8外端面。
如图7所示，本发明蜗杆单元5设置在底座3上，包括驱动电机22、联轴器23、蜗杆26、蜗杆传动座28、蜗杆轴承25、传动座垫板29、蜗杆单元导引块30和导向组件27；驱动电机22设置在蜗杆传动座28上，其输出轴通过联轴器23与蜗杆26连接，蜗杆26通过蜗杆轴承25设置在蜗杆传动座28上，与蜗轮14配合进行传动；蜗杆传动座28固定设置在传动座垫板29上，传动座垫板29的两侧分别设置有蜗杆单元导引块30，蜗杆单元导引块30固定设置在底座3上，用于限定蜗杆传动座28沿主轴轴向的自由度以及沿蜗杆轴向的自由度；导向组件27设置在底座3上，用于调整蜗杆单元5沿蜗轮蜗杆啮合线方向的自由度。
如图8所示，本发明导向组件27的结构具体如下，其包括导杆安装座33、弹簧导杆31和调整弹簧32；导杆安装座33设置在底座3上，其端面设置有螺纹安装孔，弹簧导杆31的一端通过螺纹配合设置在螺纹安装孔内，另一端穿过调整弹簧32，设置在蜗杆传动座28的安装孔内。本发明蜗杆单元导引块30作为限制蜗杆单元5自由度的零件，限制了蜗杆单元5沿旋转单元2的自由度以及沿蜗杆轴向的自由度，只保留蜗杆单元5沿蜗轮蜗杆啮合线方向的自由度(即限制了蜗杆单元5在X向和Z向的自由度，只保留蜗杆单元5沿Y向的自由度)，可保证温度变化时蜗轮蜗杆的啮合不会出现卡死现象。同时，利用调整弹簧32的压紧外弹力，保证蜗轮蜗杆处于稳定的啮合状态，保证传动性能良好。
本发明蜗杆单元5安装时，将驱动电机22、两组蜗杆轴承25安装在蜗杆传动座28上，并在两组蜗杆轴承25之间穿入蜗杆26，在蜗杆轴承25的两端安装蜗杆轴承压圈24。利用联轴器23将驱动电机22和蜗杆26连接，并在蜗杆传动座28的左、右两侧底部安装传动座垫板29。通过修切传动座垫板29，将蜗轮14、蜗杆26的啮合调整至理想状态后，在左、右两侧传动座垫板29的外侧分别贴靠其上端面和侧面安装蜗杆单元导引块30。然后，在底座3对应位置安装两个导杆安装座33，并在两个导杆安装座33上分别安装弹簧导杆31和调整弹簧32，其中弹簧导杆31穿入蜗杆传动座28对应的圆孔，调整弹簧32两端面分别贴靠在蜗杆传动座28和导杆安装座33端面，并具有足够的压紧外弹力。
如图2和图4所示，顺时针旋转锁紧手轮7，带动锁紧销8在锁紧卡箍11内运动，并使锁紧销8前端推动锁紧块12，锁紧块12将蜗轮14一侧压紧的同时，锁紧卡箍11因反作用力被锁紧销8拉紧，并在蜗轮14的另一侧产生反向抱紧力。由于锁紧卡箍11设置有抱紧缺口39，可保证蜗轮14另一侧的反向抱紧力出现在抱紧缺口39的两侧对称位置，从而保证蜗轮14的抱紧力至少发生在蜗轮14一周的3个区域。此时，蜗轮14的抱紧力作用在柔性变形区域37，蜗轮14发生微量弹性变形，并将抱紧力传递至主轴15，蜗轮14与主轴15锁紧，此时可利用驱动电机22带动蜗杆26旋转，并利用蜗轮蜗杆啮合实现主轴15的电动旋转，实现传动机构电动模式。同时，也可逆时针旋转手轮，使蜗轮14与主轴15松开，可手动快速旋转主轴15，实现手动旋转模式。

Claims (9)

1.一种用于快速互瞄的蜗轮蜗杆传动装置，其特征在于：包括底座(3)、旋转单元(2)、光学负载平台(18)、蜗轮(14)、锁紧单元(6)和蜗杆单元(5)；
所述旋转单元(2)设置在底座(3)上，包括轴承座(16)、主轴(15)、主轴轴承(17)和多个阻尼簧片(21)；
所述轴承座(16)为套筒结构，固定设置在底座(3)上；所述主轴(15)为台阶轴，其小端通过主轴轴承(17)设置在轴承座(16)的内腔内，大端设置在轴承座(16)上方；所述阻尼簧片(21)的一端固定设置在轴承座(16)的上端面，另一端与主轴(15)大端的下端面相贴紧，用于产生均布压紧力，从而保证了光学设备(1)瞄准后的瞄准状态不发生变化；
所述光学负载平台(18)安装在主轴(15)的上端面，用于安装光学设备(1)；
所述蜗轮(14)通过轴孔间隙配合安装在主轴(15)的大端，与蜗杆单元(5)配合传动，从而驱动光学设备(1)旋转；所述锁紧单元(6)设置在光学负载平台(18)上，用于将蜗轮(14)与主轴(15)进行抱紧，使得蜗轮(14)带动主轴(15)进行旋转；
所述蜗杆单元(5)设置在底座(3)上，包括驱动电机(22)、蜗杆(26)、蜗杆传动座(28)、蜗杆轴承(25)、传动座垫板(29)、蜗杆单元导引块(30)和导向组件(27)；所述驱动电机(22)设置在蜗杆传动座(28)上，其输出轴与蜗杆(26)连接，所述蜗杆(26)通过蜗杆轴承(25)设置在蜗杆传动座(28)上，与蜗轮(14)配合进行传动；所述蜗杆传动座(28)固定设置在传动座垫板(29)上，所述传动座垫板(29)的两侧分别设置有蜗杆单元导引块(30)，所述蜗杆单元导引块(30)固定设置在底座(3)上，用于限定蜗杆传动座(28)沿主轴轴向的自由度以及沿蜗杆轴向的自由度；所述导向组件(27)设置在底座(3)上，用于调整蜗杆单元(5)沿蜗轮蜗杆啮合线方向的自由度；
所述导向组件(27)包括导杆安装座(33)、弹簧导杆(31)和调整弹簧(32)；所述导杆安装座(33)设置在底座(3)上，且其端面设置有螺纹安装孔，所述弹簧导杆(31)的一端通过螺纹配合设置在螺纹安装孔内，另一端穿过调整弹簧(32)，设置在蜗杆传动座(28)的安装孔内，所述调整弹簧(32)的两端面分别贴靠在蜗杆传动座(28)和导杆安装座(33)的端面。
2.根据权利要求1所述的用于快速互瞄的蜗轮蜗杆传动装置，其特征在于：所述锁紧单元(6)包括锁紧卡箍(11)、锁紧块(12)、锁紧销(8)、锁紧销套(9)和卡箍挡圈(13)；所述蜗轮(14)的上端沿轴向设置有多个锁紧缺口(38)，沿周向设置有环形凹槽(40)，从而形成柔性变形区域(37)；所述锁紧卡箍(11)套装在蜗轮(14)的柔性变形区域(37)，且与蜗轮(14)配合的面上设置有安装凹槽(34)，所述锁紧块(12)装入锁紧卡箍(11)的安装凹槽(34)内；所述锁紧卡箍(11)的径向设置有贯通的锁紧螺纹孔(35)，所述锁紧销(8)的一端穿过锁紧螺纹孔(35)，末端与设置在安装凹槽(34)内的锁紧块(12)相抵靠，另一端穿过设置在光学负载平台(18)上的锁紧销套(9)，末端安装有锁紧手轮(7)；所述卡箍挡圈(13)套装在主轴(15)上，用于对蜗轮(14)进行轴向限位。
3.根据权利要求2所述的用于快速互瞄的蜗轮蜗杆传动装置，其特征在于：所述锁紧卡箍(11)的外侧设置有锁紧凸台(36)，所述锁紧凸台(36)为条状结构，且锁紧螺纹孔(35)设置在锁紧凸台(36)内；所述锁紧卡箍(11)的内侧设置有抱紧缺口(39)，且抱紧缺口(39)与锁紧凸台(36)的连线通过锁紧卡箍(11)的圆心。
4.根据权利要求3所述的用于快速互瞄的蜗轮蜗杆传动装置，其特征在于：所述锁紧销(8)上还套装有限位套(10)，用于对锁紧销(8)的轴向移动进行限位。
5.根据权利要求1至4任一所述的用于快速互瞄的蜗轮蜗杆传动装置，其特征在于：还包括调平单元(4)，所述调平单元(4)设置在底座(3)的下端，用于旋转单元(2)的轴线铅垂度调整。
6.根据权利要求5所述的用于快速互瞄的蜗轮蜗杆传动装置，其特征在于：所述调平单元(4)包括三个调平腿，三个调平腿以主轴(15)的轴线为圆心均布在底座(3)下端。
7.根据权利要求6所述的用于快速互瞄的蜗轮蜗杆传动装置，其特征在于：所述主轴轴承(17)包括一对背对背安装的角接球触轴承，所述角接球触轴承通过设置在轴承座(16)下端的轴承外压圈(20)和设置在主轴(15)下端的轴承内压圈(19)轴向压紧。
8.根据权利要求7所述的用于快速互瞄的蜗轮蜗杆传动装置，其特征在于：所述蜗杆(26)通过两组蜗杆轴承(25)设置在蜗杆传动座(28)上，且蜗杆轴承(25)通过设置在蜗杆(26)上的台阶和设置在蜗杆传动座(28)上的蜗杆轴承压圈(24)限位。
9.根据权利要求8所述的用于快速互瞄的蜗轮蜗杆传动装置，其特征在于：所述驱动电机(22)与蜗杆(26)通过联轴器(23)连接。
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