CN112629559B - 一种用于惯组测试的单自由度动态仿真设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于惯组测试仿真设备领域，特别涉及一种用于惯组测试的单自由度动态仿真设备。所述仿真设备包括支撑组件、电机部件、主轴轴系和信号读取装置；所述电机部件包括电机转子座、电机转子、电机定子和电机定子座；所述电机定子安装在电机定子座的内腔侧壁上；所述电机转子活动安装在电机定子内部；所述电机转子的下端与电机转子座通过螺钉固定连接；所述电机转子的中心轴线处设置有第一通孔，所述第一通孔内设置有胀紧套。本发明提供了一种用于惯组测试的单自由度动态仿真设备解决了振动设备常见的发热问题，功能更复杂、适用性更加广泛、连续工作时间更长；具有一定的实际基础，整体设计完善、可行性高。

Description

一种用于惯组测试的单自由度动态仿真设备

技术领域

本发明属于惯组测试仿真设备领域，特别涉及一种用于惯组测试的单自由度动态仿真设备。

背景技术

惯性测量组件(简称“惯组”)是一个集成加速度、陀螺仪、磁力计的复合传感器，可用于测量物理三轴姿态角以及加速度，被广泛应用于机器人、无人机等领域。为保证惯性测量组件的精度和性能，在投入实际使用前需要预先进行精密严谨的测试与调控。

根据惯性测量组件的工作状态，测试时，需要设备进行往复运动，即振动。惯性测量组件的测试需要较高加速度，此时设备自身的转动惯量对轴系整体扭矩的影响较大，对电机的要求较高。振动运动使电机的发热大，降低电机寿命，同时因为电机发热，无法持续运转，测试效率较低。

现有技术针对本种工作情况，较多处于设计和计算层面。相关专利文献公开数量较少，没有与本专利研究方向完全一致的专利文献。

因此，为了连续进行惯性测量组件测试、试验和调试工作，需要一种优化设计过的设备，且具备连续旋转、振动等功能。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种一种用于惯组测试的单自由度动态仿真设备，所述仿真设备包括支撑组件、电机部件、主轴轴系和信号读取装置；

所述电机部件包括电机转子座、电机转子、电机定子和电机定子座；所述电机定子安装在电机定子座的内腔侧壁上；所述电机转子活动安装在电机定子内部；所述电机转子的下端与电机转子座通过螺钉固定连接；所述电机转子的中心轴线处设置有第一通孔，所述第一通孔内设置有胀紧套；

所述主轴轴系包括主轴、负载安装板和推力角接触轴承；所述负载安装板为圆饼型板材，所述负载安装板的下板面中心位置，通过螺钉与主轴的上端固定连接；所述负载安装板的中心位置设置有线槽孔，所述主轴为一圆管形轴类零件，其内部设置有通腔，所述主轴的内部通腔与线槽孔连通；所述推力角接触轴承套接在主轴上，且所述推力角接触轴承的内圈和主轴通过螺钉固定连接；

所述主轴竖直贯穿所述电机定子座，所述推力角接触轴承的外圈通过螺钉固定安装在电机定子座上；所述胀紧套套接在主轴上；

所述支撑组件包括底座和拨叉座，所述拨叉座安装在所述支撑架的内部空腔中；所述拨叉座上设置有U型槽；

所述电机定子座的底部固定安装在底座的上端；所述底座上通安装有下轴承调整圈，所述主轴的上套接有深沟球轴承，所述深沟球轴承与下轴承调整圈间隙配合；

所述主轴的底端安装有滑环座，所述滑环座上安装有滑环，所述滑环上的拨叉贯穿拨叉座上的U型槽；所述滑环的内芯首端出线与插座板上插接件连接，所述插座板安装在底座上；所述滑环的外筒与穿过负载安装板上线槽孔的线缆连接；

所述信号读取装置包括码盘座、角编码器、读数头和读数头调整垫；所述码盘座安装在主轴上，所述角编码器安装在码盘座上；所述读数头调整垫安装在电机转子座上，所述读数头安装在读数头调整垫上；所述读数头位于所述角编码器的一侧。

进一步的，所述电机定子座内设置有第一空腔，所述第一空腔为圆柱状；所述电机定子座的上端面中心位置设置有第一开口，所述电机定子座的下端面中心位置设置有第二开口，所述第一开口和第二开口分别与第一空腔连通。

进一步的，所述电机定子安装在第一空腔内，位于第一空腔的侧壁上；所述电机定子的上端与电机定子座内壁上端之间设置有电机调整垫，通过螺钉将电机定子、电机调整垫和电机定子座固定连接；

所述电机定子的下端设置有电机定子压板，所述电机定子压板安装在电机定子座的第二开口处。

进一步的，所述胀紧套为圆柱状结构，且胀紧套的外壁与电机转子的内壁紧密贴合，所述胀紧套的上下端面分别与第一通孔的上下端面齐平。

进一步的，所述负载安装板的上板面线槽孔处安装有台面盖板；所述负载安装板上均布有若干组安装孔，所述负载安装板上还设置有观察孔。

进一步的，所述底座包括支撑架和连接板；所述支撑架为圆柱状结构，其内部设置有圆柱状空腔，所述支撑架的上端面中心位置设置有第三开口，所述支撑架的下端面中心位置设置有第四开口，所述第三开口和第四开口并均与支撑架内部空腔连通；所述连接板为环形板，固定安装在所述支撑架的下端面侧壁上，与支撑架下端面位于同一平面上。

进一步的，所述深沟球轴承被两组下轴承背母压紧固定在主轴上；

所述下轴承背母为圆环形零件，内圈有螺纹，安装在主轴上。

进一步的，所述底座上设置有轴承外压圈，所述深沟球轴承的外圈与轴承外压圈配合。

进一步的，所述仿真设备还包括外壳体，所述外壳体套设在电机部件和信号读取装置的外侧，且所述外壳体和电机定子座的侧壁上均设置有若干组开孔，且各开孔一一对应，构成风道通路。

本发明提供了一种用于惯组测试的单自由度动态仿真设备解决了振动设备常见的发热问题，功能更复杂、适用性更加广泛、连续工作时间更长；具有一定的实际基础，整体设计完善、可行性高。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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示出了根据本发明实施例的仿真设备的结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例的仿真设备的剖视示意图；

图3示出了根据本发明实施例的信号读取装置安装在电机部件上时的结构示意图；

图4示出了根据本发明实施例的电机部件的剖视示意图；

图5示出了根据本发明实施例的外壳体和电机定子座的结构示意图；

图6示出了根据本发明实施例的电机转子座的结构示意图；

图7示出了根据本发明实施例的主轴轴系的结构示意图；

图8示出了根据本发明实施例的负载安装板的结构示意图；

图9示出了根据本发明实施例的信号读取装置的结构示意图；

图10示出了根据本发明实施例的码盘座的结构示意图。

图中：1、电机转子座；2、电机定子压板；3、外壳体；4、电机转子；5、电机定子；6、电机定子座；7、推力角接触轴承；8、码盘座；9、台面盖板；10、主轴；11、角编码器；12、读数头；13、负载安装板；14、读数头调整垫；15、电机调整垫；16、胀紧套；17、下轴承调整圈；18、底座；19、插座板；20、轴承外压圈；21、下轴承背母；22、滑环；23、拨叉座；24、滑环座；25、深沟球轴承；26、底座盖板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明实施例提供了一种用于惯组测试的单自由度动态仿真设备，示例性的，如图1-图10所示，所述仿真设备包括支撑组件、电机部件、主轴轴系和信号读取装置。

所述电机部件包括外壳体3、电机转子座1、电机转子4、电机定子5和电机定子座6。示例性的，如图4所示，所述电机定子座6内设置有第一空腔，所述第一空腔为圆柱状；所述电机定子座6的上端面中心位置设置有第一开口，所述电机定子座6的下端面中心位置设置有第二开口，所述第一开口和第二开口分别与第一空腔连通。所述电机定子5安装在第一空腔内，位于第一空腔的侧壁上；所述电机定子5的上端与电机定子座6内壁上端之间设置有电机调整垫15，通过螺钉将电机定子5、电机调整垫15和电机定子座6固定连接。所述电机定子5的下端设置有电机定子压板2，所述电机定子压板2安装在电机定子座6的第二开口处，用于辅助压紧电机定子5。

所述电机转子座1和电机转子4均位于电机定子5内部。所述电机转子4活动安装在电机定子5内部；所述电机转子4的下端与电机转子座1通过螺钉固定连接，且电机转子4的中心轴线、电机定子5的中心轴线与电机转子座1的中心轴线重合。

所述电机转子4的中心轴线处设置有第一通孔，所述第一通孔内设置有胀紧套16，所述胀紧套16为圆柱状结构，且胀紧套16的外壁与电机转子4的内壁紧密贴合，所述胀紧套16的上下端面分别与第一通孔的上下端面齐平。

优选的，所述电机转子座1采用镂空加工的设计，如图6所示，所述电机转子座1上均布有若干组通孔，可以减少自身质量，从而降低自身旋转惯量和扭矩，降低对电机的力矩要求，延长设备连续工作时间。

如图5所示，所述外壳体3套设在电机定子座6的外侧，且所述外壳体3和电机定子座6的侧壁上均设置有若干组开孔，且各开孔一一对应，构成风道通路，用于增大电机定子座6内部的电机定子5与空气的接触面积，从而提高电机部件的散热效率。

所述主轴轴系包括主轴10、负载安装板13和推力角接触轴承7。示例性的，如图7和图8所示，所述负载安装板13为圆饼型板材，其板面上均布有若干组安装孔，例如，若干组安装孔可按照米字型分布，用于安装用户产品。并且所述负载安装板13的中心位置设置有线槽孔，用于安装电控接插件，所述负载安装板13上还设置有观察孔，所述观察孔用于观察电控接插件的电缆走线情况。所述负载安装板13的上板面线槽孔处安装有台面盖板9。

优选的，所述负载安装板13使用铝合金材料，其下端面还带有筋板，在保证负载安装板13表面精度的同时，还能降低自身质量，减小安装平面的惯量，减小对电机扭矩的需求，从而降低成本。

进一步的，所述负载安装板13的一侧板面中心位置，通过螺钉与主轴10的一端固定连接。所述主轴10为一圆管形轴类零件，其内部设置有通腔；所述主轴10的内部通腔与线槽孔连通；设备线缆可穿过负载安装板13的线槽孔，进入主轴10内部，并连接到主轴10底端的滑环22上。所述主轴10贯穿所述电机定子座6的第一开口，位于所述电机定子座6内部，所述推力角接触轴承7套接在主轴10上，且所述推力角接触轴承7的内圈和主轴10通过螺钉固定连接，所述推力角接触轴承7的外圈通过螺钉固定安装在电机定子座6的第一开口处。

在实际安装过程中，将负载安装板13安装在主轴10上时，用千分表进行调整，保证负载安装板3端面跳动符合精度要求。

将推力角接触轴承7安装在电机定子座6的第一开口处，用螺钉将推力角接触轴承7外圈和电机定子座6固定。然后将主轴10穿过推力角接触轴承7的中心，用螺钉将主轴10和推力角接触轴承7内圈固定。主轴10可绕其中心轴线旋转，从而带动负载安装板13进行旋转。推力角接触轴承7保证负载安装板13的主要精度，包括回转精度、端面跳动、位置精度。

所述胀紧套16套接在主轴10上。在实际安装过程中，先将胀紧套16安装在主轴10上，调节胀紧套16的螺钉，使胀紧套16与主轴10间既不锁紧、也不易滑动。将电机转子4和电机转子座1沿主轴10缓慢装入电机定子座6中；通过螺杆调节电机转子座1高度，使电机转子4平面符合电机使用要求；同时调节胀紧套16高度，使胀紧套16上下端面与电机转子座1齐平；并使胀紧套16胀紧，与主轴10固定连接。

所述主轴10的另一端贯穿电机定子座6的第二开口，所述主轴10的另一端上安装有深沟球轴承25，并通过下轴承背母21进行压紧固定，所述深沟球轴承25对主轴10的下端位置起到限制作用。所述下轴承背母21为圆环形零件，内圈有螺纹，安装在主轴10上，用于固定深沟球轴承25内圈。在实际安装过程中，可通过两组下轴承背母21对固定深沟球轴承25进行压紧固定。

所述支撑组件包括底座18和拨叉座23；所述底座18包括支撑架和连接板；如图3所示，所述支撑架为圆柱状结构，其内部设置有圆柱状空腔，所述支撑架的上端面中心位置设置有第三开口，所述支撑架的下端面中心位置设置有第四开口，所述第三开口和第四开口并均与支撑架内部空腔连通；所述连接板为环形板，固定安装在所述支撑架的下端面侧壁上，与支撑架下端面位于同一平面上。

如图1所示，所述拨叉座23安装在所述支撑架的内部空腔中；所述拨叉座23上设置有U型槽，所述U型槽的中心轴线与支撑架上下端面上的开口中心点位于同一直线上。

所述外壳体3和电机定子座6的底部均固定安装在底座18的支撑架上端；所述支撑架的第三开口处通过螺钉安装有下轴承调整圈17，所述主轴10远离负载安装板13的一端贯穿下轴承调整圈17，所述深沟球轴承25与下轴承调整圈17间隙配合。所述支撑架上还设置有轴承外压圈20，所述轴承外压圈与深沟球轴承25配合。所述支撑架的第四开口处安装有底座盖板26。

在实际安装过程中，先倒置底座18，将下轴承调整圈17通过螺钉安装在底座18上；用热风枪对下轴承调整圈17位置进行加热；将底座18缓缓落在电机定子座6上，使主轴10上安装的深沟球轴承25从下轴承调整圈17中穿过，深沟球轴承25与下轴承调整圈17为间隙配合；将电子定子座6与底座18之间用螺钉固定。

所述深沟球轴承25的内圈通过下轴承背母21、下轴承调整圈17压紧在主轴10上，深沟球轴承25外圈与轴承外压圈20配合，轴承外压圈20通过螺钉固定在底座18上，起到辅助保证设备精度的作用。

所述主轴10上远离负载安装板13的一端安装有滑环座24，所述滑环座24上安装有滑环22，所述滑环22由外筒、内芯组成，外筒转动套接在内芯上，所述内芯首端上有两组圆柱型拨叉，所述滑环22上的拨叉贯穿拨叉座23上的U型槽；滑环22用于连接负载安装板13与插座板19之间的接线；滑环22的外筒末端出线与负载安装板13上接插件相连，滑环22的内芯首端出线与插座板19上接插件相连；所述滑环22的外筒跟随主轴10绕轴线进行运动，滑环22的内芯因拨叉穿过拨叉座23上的U型槽，受拨叉座23限制不跟随运动。所述插座板19安装在底座18上。

所述信号读取装置包括码盘座8、角编码器11、读数头12和读数头调整垫14。所述码盘座8安装在主轴10上，所述角编码器11安装在码盘座8上，能够跟随主轴10进行旋转、振动。所述读数头调整垫14安装在电机转子座1上，所述读数头12安装在读数头调整垫14上，所述读数头12位于角编码器11的一侧，读数头12通过角编码器11可以读取到单自由度动态仿真设备的回转运动中角度、速率、位置参数，并通过数据线输入到工控机中。

优选的，如图10所示，所述码盘座8上均设有若干组减重孔，降低自身质量，减小安装平面的惯量，减小对电机扭矩的需求，从而降低成本。

在实际安装过程中，先将码盘座8安装在主轴10上，用千分表进行微调，保证码盘座8和主轴10间的同轴度；再将角编码器11安装在码盘座8上，用千分表对角编码器11上端面、侧面进行校准，保证角编码器11和主轴10之间的垂直度、同轴度；将读数头12安装在读数头调整垫14上，将读数头调整垫14安装在电子转子座1上，待调整；将读数头12接通电源，调整读数头12指示灯为蓝色或绿色后拧紧螺丝；将外壳体3安装在底座18上。

所述电机定子座6安装在底座18上，外壳体3安装在底座18上，对电机定子座6、角编码器11、读数头12和电控线缆起到保护作用，同时降低电机磁场对负载安装板13上方的磁场干扰。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种用于惯组测试的单自由度动态仿真设备，其特征在于，所述仿真设备包括支撑组件、电机部件、主轴轴系和信号读取装置；

所述电机部件包括电机转子座（1）、电机转子（4）、电机定子（5）和电机定子座（6）；所述电机定子（5）安装在电机定子座（6）的内腔侧壁上；所述电机转子（4）活动安装在电机定子（5）内部；所述电机转子（4）的下端与电机转子座（1）通过螺钉固定连接；所述电机转子（4）的中心轴线处设置有第一通孔，所述第一通孔内设置有胀紧套（16）；

所述主轴轴系包括主轴（10）、负载安装板（13）和推力角接触轴承（7）；所述负载安装板（13）为圆饼型板材，所述负载安装板（13）的下板面中心位置，通过螺钉与主轴（10）的上端固定连接；所述负载安装板（13）的中心位置设置有线槽孔，所述主轴（10）为一圆管形轴类零件，其内部设置有通腔，所述主轴（10）的内部通腔与线槽孔连通；所述推力角接触轴承（7）套接在主轴（10）上，且所述推力角接触轴承（7）的内圈和主轴（10）通过螺钉固定连接；

所述主轴（10）竖直贯穿所述电机定子座（6），所述推力角接触轴承（7）的外圈通过螺钉固定安装在电机定子座（6）上；所述胀紧套（16）套接在主轴（10）上；

所述支撑组件包括底座（18）和拨叉座（23），所述拨叉座（23）安装在所述支撑组件的内部空腔中；所述拨叉座（23）上设置有U型槽；

所述电机定子座（6）的底部固定安装在底座（18）的上端；所述底座（18）上通安装有下轴承调整圈（17），所述主轴（10）的上套接有深沟球轴承（25），所述深沟球轴承（25）与下轴承调整圈（17）间隙配合；

所述主轴（10）的底端安装有滑环座（24），所述滑环座（24）上安装有滑环（22），所述滑环（22）上的拨叉贯穿拨叉座（23）上的U型槽；所述滑环（22）的内芯首端出线与插座板（19）上插接件连接，所述插座板（19）安装在底座（18）上；所述滑环（22）的外筒与穿过负载安装板（13）上线槽孔的线缆连接；

所述信号读取装置包括码盘座（8）、角编码器（11）、读数头（12）和读数头调整垫（14）；所述码盘座（8）安装在主轴（10）上，所述角编码器（11）安装在码盘座（8）上；所述读数头调整垫（14）安装在电机转子座（1）上，所述读数头（12）安装在读数头调整垫（14）上；所述读数头（12）位于所述角编码器（11）的一侧。

2.根据权利要求1所述的一种用于惯组测试的单自由度动态仿真设备，其特征在于，所述电机定子座（6）内设置有第一空腔，所述第一空腔为圆柱状；所述电机定子座（6）的上端面中心位置设置有第一开口，所述电机定子座（6）的下端面中心位置设置有第二开口，所述第一开口和第二开口分别与第一空腔连通。

3.根据权利要求2所述的一种用于惯组测试的单自由度动态仿真设备，其特征在于，所述电机定子（5）安装在第一空腔内，位于第一空腔的侧壁上；所述电机定子（5）的上端与电机定子座（6）内壁上端之间设置有电机调整垫（15），通过螺钉将电机定子（5）、电机调整垫（15）和电机定子座（6）固定连接；

所述电机定子（5）的下端设置有电机定子压板（2），所述电机定子压板（2）安装在电机定子座（6）的第二开口处。

4.根据权利要求1所述的一种用于惯组测试的单自由度动态仿真设备，其特征在于，所述胀紧套（16）为圆柱状结构，且胀紧套（16）的外壁与电机转子（4）的内壁紧密贴合，所述胀紧套（16）的上下端面分别与第一通孔的上下端面齐平。

5.根据权利要求1所述的一种用于惯组测试的单自由度动态仿真设备，其特征在于，所述负载安装板（13）的上板面线槽孔处安装有台面盖板（9）；

所述负载安装板（13）上均布有若干组安装孔，所述负载安装板（13）上还设置有观察孔。

6.根据权利要求1所述的一种用于惯组测试的单自由度动态仿真设备，其特征在于，所述底座（18）包括支撑架和连接板；所述支撑架为圆柱状结构，其内部设置有圆柱状空腔，所述支撑架的上端面中心位置设置有第三开口，所述支撑架的下端面中心位置设置有第四开口，所述第三开口和第四开口并均与支撑架内部空腔连通；所述连接板为环形板，固定安装在所述支撑架的下端面侧壁上，与支撑架下端面位于同一平面上。

7.根据权利要求1所述的一种用于惯组测试的单自由度动态仿真设备，其特征在于，所述深沟球轴承（25）被两组下轴承背母（21）压紧固定在主轴（10）上；

所述下轴承背母（21）为圆环形零件，内圈有螺纹，安装在主轴（10）上。

8.根据权利要求1所述的一种用于惯组测试的单自由度动态仿真设备，其特征在于，所述底座（18）上设置有轴承外压圈（20），所述深沟球轴承（25）的外圈与轴承外压圈（20）配合。

9.根据权利要求1-8中任一所述的一种用于惯组测试的单自由度动态仿真设备，其特征在于，所述仿真设备还包括外壳体（3），所述外壳体（3）套设在电机部件和信号读取装置的外侧，且所述外壳体（3）和电机定子座（6）的侧壁上均设置有若干组开孔，且各开孔一一对应，构成风道通路。

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