CN112924777B - 一种应用于大角度运动的高精度两轴转台 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械技术领域，涉及一种应用于大角度运动的高精度两轴转台。包括：负载平台、俯仰驱动电机、方位框、方位驱动电机、安装座，其中，负载平台安装在俯仰轴的两端，俯仰轴与在方位框的一组竖直侧面转动连接，俯仰驱动电机通过俯仰驱动机构带动俯仰轴的转动从而带动负载平台的俯仰运动；安装座包括底面和设置在底面上的双耳，方位轴与方位框的另一组竖直侧面固定连接，方位轴与安装座的双耳上端转动连接，方位驱动电机固定在安装座的底面上并且方位驱动电机的输出轴经过方位驱动机构后带动方位框转动进而带动负载平台的方位运动。整体结构紧凑，承载能力强，定位精度高，特别适合大角度运动范围需求的高精度结构中应用。

Description

一种应用于大角度运动的高精度两轴转台

技术领域

本发明属于机械技术领域，涉及一种应用于大角度运动的高精度两轴转台。

背景技术

天线罩电性能测试时，内部需要有天线反射信号，天线安装在天线转台上。天线转台的方位轴和俯仰轴具体一定旋转角度范围，并且需要实现高精度控制。由于天线转台是在天线罩内带动天线做旋转运动，因此就天线转台的尺寸要尽量小型化。另外随着天线罩测试技术的发展和天线工作频率的不断升高，对天线罩电性能测试用的天线转台也提出了更高的适应性要求，要求天线转台有更大的旋转范围和输出扭矩、更小的重量和尺寸以及更高的定位精度。现有的天线转台大多采用电机直接驱动，这样就造成电机功率要求比较大，电机的体积大，导致天线转台的整体体积庞大，重量偏重，不易实现大角度回转。

发明内容

发明目的：提供一种应用于大角度运动的高精度两轴转台，以解决现有转台整体体积庞大，重量偏重，不易实现大角度回转的问题。

技术方案：

第一方面，提供了一种应用于大角度运动的高精度两轴转台，包括：负载平台1、俯仰驱动电机3、方位框7、方位驱动电机11、安装座12，其中，负载平台1安装在俯仰轴的两端，俯仰轴与在方位框7的一组竖直侧面转动连接，俯仰驱动电机3通过俯仰驱动机构带动俯仰轴的转动从而带动负载平台1的俯仰运动；安装座12包括底面和设置在底面上的双耳，方位轴与方位框7的另一组竖直侧面固定连接，方位轴与安装座12的双耳上端转动连接，方位驱动电机11固定在安装座12的底面上并且方位驱动电机11的输出轴经过方位驱动机构后带动方位框7转动进而带动负载平台1的方位运动。

进一步地，方位驱动机构包括方位行星减速器10、蜗轮蜗杆副6和第一齿轮副5，其中，方位驱动电机11的输出轴与方位行星减速器10的输入轴连接，方位行星减速器10的输出轴与蜗轮蜗杆副6的蜗杆连接，蜗轮蜗杆副6的蜗轮与第一齿轮副5的小齿轮同轴传动，第一齿轮副5的大齿轮上端与方位框7的底面固定连接，方位驱动电机11带动方位行星减速器10通过蜗轮蜗杆副6和第一齿轮副5传动。

进一步地，方位驱动电机11的电机轴与方位轴垂直。

进一步地，第一齿轮副5安装在方位框7上并且为扇形齿轮。

进一步地，第一齿轮副5上还设置有光栅尺9，通过光栅尺9测量第一齿轮副5的大齿轮在竖直平面内转动的角度。

进一步地，俯仰驱动机构包括俯仰行星减速器4和第二齿轮副8，其中，俯仰驱动电机3的输出轴与俯仰行星减速器4的输入轴连接，俯仰行星减速器4的输出轴与第二齿轮副8的小齿轮连接，第二齿轮副8的大齿轮与俯仰轴连接，俯仰驱动电机3带动俯仰行星减速器4通过第二齿轮副8传动

进一步地，俯仰驱动电机3的电机轴和俯仰轴平行并且不在同一直线上，俯仰驱动电机3与俯仰轴呈U型。

进一步地，方位框7的与俯仰轴连接的一组竖直侧面上还固定有圆光栅2，用于将俯仰轴的旋转角度反馈输出。

有益效果：

1.该发明方位与俯仰轴均为电动，实现俯仰轴和方位轴大角度运动范围，整体结构紧凑，承载能力强，定位精度高，特别适合大角度运动范围需求的高精度结构中应用；2.大减速比提高了电机的驱动力矩，减小了电机体积和重量，使转台的重量减轻，结构更紧凑。3.将圆形齿轮不必要的齿和结构部分全部去除，减小了体积，使转台结构形式简单紧凑。4.该发明实用性强，便于安装和便于多种形式转台或其他旋转设备使用，可以实现在小空间内的大角度高精度运行。

附图说明

图1为本发明的转台结构的左侧示图。

图2为本发明的转台结构的右侧示图。

图3为本发明转台结构的转角示意图。

图4为本发明转台结构的俯仰轴-70°和俯仰轴+70°示意图。

图5为本发明转台结构的方位轴-70°和方位轴+70°示意图。

图6为本发明转台结构的俯仰轴+70°同时方位轴+70°示意图。

其中，负载平台1、圆光栅2、俯仰驱动电机3、俯仰行星减速器4、第一齿轮副5、蜗轮蜗杆副6、方位框7、第二齿轮副8、光栅尺9、方位行星减速器10、方位驱动电机11、安装座12。

具体实施方式

为了解决上述问题，本发明提供了一种应用于大角度运动的高精度两轴转台，该转台通过俯仰轴和方位轴的旋转运动，实现天线罩电性能测试用的天线的角度旋转需求。该转台定位精度高、体积小且生产成本低，结构紧凑。下面结合附图对本发明作详细说明。

参见附图1～6所示，根据本发明一个实施例的两轴转台，包括：负载平台1、圆光栅2、俯仰驱动电机3、俯仰行星减速器4、第一齿轮副5、蜗轮蜗杆副6、方位框7、第二齿轮副8、光栅尺9、方位行星减速器10、方位驱动电机11、安装座12。其中，安装座12包括底面和设置在底面上的双耳。方位行星减速器10固定在安装座12的底面上并且位于安装座12的双耳之间。方位驱动电机11的输出轴与方位行星减速器10的输入轴连接，方位行星减速器10的输出轴与蜗轮蜗杆副6的蜗杆连接，蜗轮蜗杆副6的蜗轮与第一齿轮副5的第二级小齿轮同轴传动，二级小齿轮带动一级小齿轮从而驱动大齿轮，第一齿轮副5的大齿轮上端与方位框7的底面固定连接，方位框7的两个侧面通过转轴(方位轴)与安装座12的双耳上端连接并且能够在方位驱动电机11的驱动下转动。其中，第一齿轮副5中的大齿轮包括扇环部和弓形部，其中，扇环部的外侧为大齿轮，弓形部的厚度大于扇环部的厚度从而形成台阶，在台阶过渡面上设置有光栅尺9，通过光栅尺9测量第一齿轮副5的大齿轮在竖直平面内转动的角度(即负载平台1的方位角)。在其他实施例中第一齿轮副5的小齿轮还可以是多级小齿轮。

俯仰行星减速器4固定在方位框7的下表面上并且位于安装座12的双耳之间，俯仰驱动电机3的输出轴与俯仰行星减速器4的输入轴连接，俯仰行星减速器4的输出轴与第二齿轮副8的小齿轮连接，第二齿轮副8的大齿轮与俯仰轴连接，负载平台1安装在俯仰轴的两端，俯仰驱动电机3带动俯仰行星减速器4通过第二齿轮副8带动俯仰轴旋转运动，圆光栅2固定在俯仰轴的法兰面上，俯仰轴的旋转角度(俯仰角)通过圆光栅2反馈输出。

工作原理：

如图1至6，方位轴与俯仰轴垂直相交，俯仰轴和方位轴均为电动轴，被测试天线安装在负载平台1上，负载平台1安装在俯仰轴的两端，俯仰驱动电机3带动俯仰行星减速器4，通过俯仰第二齿轮副8带动俯仰轴旋转运动，俯仰驱动电机轴和俯仰轴不在一条直线上，俯仰电机3与俯仰轴平行安装，俯仰电机3与俯仰轴呈U型结构，缩短俯仰方向的长度，减小了转台的体积，使转台结构更紧凑，实现整体转台小型化。俯仰轴的运动范围可以达例如-70°～+70°。

方位驱动电机11带动方位行星减速器10，通过蜗轮蜗杆副6带动第一齿轮副5做旋转运动，从而实现方位旋转运动，方位电机轴与方位轴不在一条直线上，方位驱动电机11与方位轴垂直，使转台结构更紧凑，方位轴的运动范围可以达例如-70°～+70°；俯仰轴和方位轴分别由圆光栅2和光栅尺9作为位置反馈元件，实现转台高精度控制。方位驱动电机10和俯仰驱动电机3通过各级传动后，输出扭矩可以达到60N·m，实现转台在此尺寸条件下的大扭矩输出。参见图1，第一大齿轮副5中的大齿轮用扇形齿轮。第一大齿轮副5中的大齿轮安装在方位框7上，将圆形齿轮不必要的齿和结构部分全部去除，减小了体积，使转台结构更紧凑，实现方位轴的大转角范围。

具体地，参照图3，转台基于对俯仰组件和方位组件的集中堆叠式设计，将俯仰组件和方位组件都安装在了双耳座内部，保证不影响转台方位轴和俯仰轴的运动角度方位。双耳座内部上半部用于安装方位框和俯仰组件，通过方位框7上的第一齿轮副5的传动，将方位组件的驱动电机和行星减速器传递到下半部安装，同时第一齿轮副5中的扇形大齿轮将圆形齿轮不必要的齿和结构部分全部去除，减小了体积，使转台结构更紧凑，实现了俯仰组件和方位组件的集中堆叠式设计，双耳座外没有过多的零部件，保证不影响转台的运动角度同时实现了整体尺寸小型化。整体尺寸的小型化是基于对俯仰组件和方位组件的巧妙设计，采用堆叠的方式将俯仰组件和方位组件都安装在了双耳座内部，保证不影响转台的旋转角度又实现了整体尺寸小型化。

转台的最大运动角度与转台的中心高b和负载平台1距回转中心距离a以及安装座中心距负载平台1的距离c有关，最大旋转角度其中为保证俯仰运动角度范围a≥50mm。根据被测试天线产品的要求方位轴和俯仰轴运动方位α为-70°～+70°，a＝70，方位轴和俯仰轴输出扭矩为60N.m，根据扭矩要求c不超过172mm才能安装方位电机11和方位行星减速器10，取c＝168mm，则转台的中心高b＝270mm，转台整体尺寸长×宽×高＝300mm×170mm×340mm。

综上可知，1.本发明方位与俯仰轴均为电动，实现俯仰轴和方位轴大角度运动范围，整体结构紧凑，承载能力强，定位精度高，特别适合大角度运动范围需求的高精度结构中应用；2.大减速比提高了电机的驱动力矩，减小了电机体积和重量，使转台的重量减轻，结构更紧凑。3.将圆形齿轮不必要的齿和结构部分全部去除，减小了体积，使转台结构形式简单紧凑。4.该发明实用性强，便于安装和便于多种形式转台或其他旋转设备使用，可以实现在小空间内的大角度高精度运行。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明，只适用于帮助理解本发明实施例的原理，并非因此限制本发明的专利范围。凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种应用于大角度运动的高精度两轴转台，其特征在于，包括：负载平台(1)、俯仰驱动电机(3)、方位框(7)、方位驱动电机(11)、安装座(12)，其中，方位框(7)为包括前后左右四个侧面以及底面的框形结构，负载平台(1)安装在俯仰轴的两端，俯仰轴与在方位框(7)的一组竖直侧面转动连接，俯仰驱动电机(3)通过俯仰驱动机构带动俯仰轴的转动从而带动负载平台(1)的俯仰运动；安装座(12)包括底面和设置在底面上的双耳，方位驱动机构和俯仰驱动机构均安装在安装座(12)的双耳内侧，方位轴与方位框(7)的另一组竖直侧面固定连接，方位轴与安装座(12)的双耳上端转动连接，方位驱动电机(11)固定在安装座(12)的底面上并且方位驱动电机(11)的输出轴经过方位驱动机构后带动方位框(7)转动进而带动负载平台(1)的方位运动，方位驱动机构包括方位行星减速器(10)、蜗轮蜗杆副(6)和第一齿轮副(5)，其中，方位驱动电机(11)的输出轴与方位行星减速器(10)的输入轴连接，方位行星减速器(10)的输出轴与蜗轮蜗杆副(6)的蜗杆连接，蜗轮蜗杆副(6)的蜗轮与第一齿轮副(5)的二级小齿轮同轴传动，第一齿轮副(5)的二级小齿轮带动一级小齿轮从而驱动大齿轮，第一齿轮副(5)的大齿轮上端与方位框(7)的底面固定连接，方位驱动电机(11)带动方位行星减速器(10)通过蜗轮蜗杆副(6)和第一齿轮副(5)传动，方位驱动电机(11)的电机轴与方位轴垂直，第一齿轮副(5)安装在方位框(7)上并且为扇形齿轮，第一齿轮副(5)中的大齿轮包括扇环部和弓形部，扇环部的外侧为大齿轮，弓形部的厚度大于扇环部的厚度从而形成台阶，在台阶过渡面上设置有光栅尺(9)，通过光栅尺(9)测量第一齿轮副(5)的负载平台(1)的方位角，俯仰驱动机构包括俯仰行星减速器(4)和第二齿轮副(8)，其中，俯仰行星减速器(4)固定在方位框(7)的下表面上并且位于安装座(12)的双耳之间，俯仰驱动电机(3)的输出轴与俯仰行星减速器(4)的输入轴连接，俯仰行星减速器(4)的输出轴与第二齿轮副(8)的小齿轮连接，第二齿轮副(8)的大齿轮与俯仰轴连接，俯仰驱动电机(3)带动俯仰行星减速器(4)通过第二齿轮副(8)传动，俯仰驱动电机(3)的电机轴和俯仰轴平行并且不在同一直线上，俯仰驱动电机(3)与俯仰轴平行安装，俯仰驱动电机(3)与俯仰轴呈U型，方位行星减速器(10)固定在安装座(12)的底面上并且位于安装座(12)的双耳之间，其中，转台的最大运动角度与转台的中心高b和负载平台(1)距回转中心距离a以及安装座中心距负载平台(1)的距离c有关，最大旋转角度为

2.根据权利要求1所述的转台，其特征在于，方位框(7)的与俯仰轴连接的一组竖直侧面上还固定有圆光栅(2)，用于将俯仰轴的旋转角度反馈输出。