CN115290087A - 惯导系统的具有高精度姿态保持功能的双模式缓冲基座 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及惯导系统的具有高精度姿态保持功能的双模式缓冲基座，包括缓冲基座本体和由中心支撑转轴、传动机构及多组连杆机构构成的支撑锁紧机构；中心支撑转轴可转动穿装于缓冲基座本体的上、下安装板上的轴孔内；每组连杆机构由两支撑杆、连杆、滑块及下支撑盘连接构成；固支模式状态下，两支撑杆面接触，多组连杆机构处于锁死位置，下支撑盘上端面与缓冲基座上安装板的下端面压紧接触，中心支撑转轴的多片上支撑挡板与缓冲基座上安装板的多片中支撑挡板一一压紧接触，上支撑挡板与中支撑挡板侧面通过圆锥面接触配合：缓冲模式状态下，上支撑挡板下端面与中支撑挡板上端面脱离压紧接触，下支撑盘上端面与缓冲基座上安装板的下端面脱离压紧接触。
Description
技术领域
本发明属于谐振惯导系统安装技术领域，具体涉及一种惯导系统的具有高精度姿态保持功能的双模式缓冲基座。
背景技术
谐振惯导系统是以谐振陀螺为核心敏感元件，结合加速度计组件组成的新型惯性导航系统。谐振惯导系统一般采用捷联式安装，即谐振惯导系统与载体固定。这样，当载体受到外界输入激励较大时，以谐振陀螺为核心的敏感元件易受到过载冲击而损害。为保证正常工作状态下，谐振惯导系统的姿态稳定性；且过载冲击工况下, 谐振陀螺、加速度计等关键元件不受到损伤，预设计一种惯导系统的具有高精度姿态保持功能的双模式缓冲基座，用于安装谐振惯导系统的缓冲基座，其最佳工作状态为：在正常工作状态时，缓冲基座处于固定支撑模式，保证系统的姿态稳定性；而过载冲击工况时，缓冲基座处于缓冲模式，保证系统的安全性。现有的缓冲基座一般可满足缓冲模式工作要求，但在保证系统的姿态稳定性方面很难达到设计的技术要求。
发明内容
本发明的目的是在于克服现有技术的不足之处，提供一种惯导系统的具有高精度姿态保持功能的双模式缓冲基座。
本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：
一种惯导系统的具有高精度姿态保持功能的双模式缓冲基座，包括缓冲基座本体，所述缓冲基座本体由上安装板、下安装板及连接上下安装板的多根缓冲阻尼筒构成；其特征在于：还包括支撑锁紧机构，所述支撑锁紧机构由中心支撑转轴、将手动动力传动给中心支撑转轴的传动机构及多组连杆机构构成；
所述上安装板和下安装板的中心设置有轴孔，所述中心支撑转轴以沿轴向被限位的方式通过上、下轴承可转动式穿装于上安装板和下安装板上的轴孔内；
在上安装板上位于其轴孔的外围沿圆周方向均布设置有多片中支撑挡板，多片中支撑挡板之间形成让位孔，多片中支撑挡板的上表面外端部位设置有圆锥面；在所述中心支撑转轴上位于多片中支撑挡板的上方设置有端盘，在端盘的外圆周面上均布多片上支撑挡板，多片上支撑挡板的外侧面为圆锥面；
所述多组连杆机构置于上、下安装板之间并沿圆周方向均布于中心支撑转轴的外围；每组连杆机构包括第一支撑杆、第二支撑杆、连杆、滑块及下支撑盘，多组连杆机构共用同一下支撑盘，下支撑盘通过其中心孔可滑动式套装于中心支撑转轴外；每组连杆机构的第一支撑杆的上端部与下支撑盘的下端部通过第一销轴形成转动连接，第一支撑杆的下端部与第二支撑杆的上端部通过第二销轴形成转动连接，第二支撑杆的下端部通过第三销轴与下安装板的上端部形成转动连接，连杆的一端与第二支撑杆的中部通过第四销轴形成转动连接，连杆的另一端与滑块的外侧部通过第五销轴形成转动连接；在滑块的中心设置有内螺纹孔，滑块通过内螺纹孔与设置在中心支撑转轴上的外螺纹段形成螺纹连接；
所述传动机构与中心支撑转轴的上端形成驱动连接；
在双模式缓冲基座处于固支模式状态下，所述第一销轴、第二销轴和第三销轴的中心处于一条直线上，且第一支撑杆的下端面和第二支撑杆的上端面形成面接触，使多组连杆机构处于锁死位置；下支撑盘的上端面与缓冲基座上安装板的下端面压紧接触，同时中心支撑转轴的多片上支撑挡板下端面与缓冲基座上安装板的多片中支撑挡板的上端面一一压紧接触，且上支撑挡板与中支撑挡板侧面通过圆锥面接触配合：
在双模式缓冲基座处于缓冲模式状态下，中心支撑转轴带动上支撑挡板转动至与上安装板上的中支撑挡板分离的位置，使上支撑挡板的下端面与中支撑挡板的上端面脱离压紧接触，同时，中心支撑转轴带动滑块下移，使下支撑盘的上端面与缓冲基座上安装板的下端面脱离压紧接触。
进一步的：所述传动机构包括驱动杆、第一锥齿轮、第二锥齿轮；在上安装板上设置有径向通孔，所述驱动杆以可转动的方式插装于该径向通孔内，所述驱动杆的外端为驱动操作端，所述驱动杆的内端同轴固定安装有所述第一锥齿轮，所述第二锥齿轮与中心支撑转轴的上端同轴固定连接，所述第二锥齿轮与第一锥齿轮为正交布置且相啮合。
更进一步的：所述驱动杆的驱动操作端为能与M14内六角扳手相匹配的正六边柱结构。
进一步的：所述多片上支撑挡板的下端面高于端盘的下端面，形成中心凹槽结构。
进一步的：还包括底盖板，在下安装板的下端设置有与其中心孔同轴的盖板安装孔，所述底盖板以沿向上方向被限位的方式嵌装于盖板安装孔内，所述底盖板与中心支撑转轴的下端通过螺钉固定连接。
进一步的：所述连杆机构的数量为四组。所述中心支撑转轴上的上支撑挡板为四片，所述上安装板上的中支撑挡板为四片。
本发明具有的优点和积极效果：
1、本发明高精度双模式缓冲基座采用双模式设计方案：当谐振惯导系统正常工作时，高精度双模式缓冲处于固支模式，保证谐振惯导系统的姿态保持需求；当在过载冲击工况下时，将高精度双模式缓冲基座解锁到缓冲模式，缓冲外界冲击，保证谐振惯导系统的安全性。
2、当高精度双模式缓冲基座处于固支模式时，多组连杆机构处于锁紧位置，第一支撑杆、和第二支撑杆之间端面接触，可实现单向解锁及限位功能，同时提供足够的支撑刚度。
3、当高精度双模式处于缓冲模式时，下支撑盘和中心支撑转轴分别与上安装板分离，解除上安装板的自由度约束，上安装板与下安装板之间可相对运动，通过缓冲阻尼筒实现缓冲减振作用。
4、当高精度双模式缓冲基座由固支模式切换到缓冲模式时，通过锥齿轮配合、螺纹配合，仅通过转动驱动杆即可快速实现模式切换，动作简单便捷，易于实现。
5、当高精度双模式缓冲基座由缓冲模式切换到固支模式时，通过反向转动驱动杆可实现快速锁紧，且高精度加工的圆锥面配合可以保证上安装板的姿态精度。
附图说明
图1是本发明的外观示意图；
图2是图1中去掉数根缓冲阻尼筒的结构示意图；
图3是本发明缓冲阻尼筒的等效模型图；
图4是本发明支撑锁紧机构的结构示意图；
图5是本发明下支撑盘的结构示意图；
图6是本发明滑块的结构示意图；
图7是本发明两支撑杆处于单向解锁及限位位置的结构示意图；
图8是本发明中心支撑转轴的结构示意图；
图9是本发明两锥齿轮啮合的结构示意图；
图10是本发明缓冲基座上安装板的结构示意图；
图11本发明处于固支模式的侧视图；
图12是本发明处于固支模式的俯视图；
图13是本发明处于缓冲模式的俯视图；
图14是本发明在处于缓冲模式的缓冲基座进行了动力学仿真分析的缓冲效能曲线图。
具体实施方式
以下结合附图并通过实施例对本发明的结构作进一步说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的。
一种惯导系统的具有高精度姿态保持功能的双模式缓冲基座，请参见图1-图14，由缓冲基座本体和支撑锁紧机构组成，其中缓冲基座本体采用多连杆并联缓冲基座结构，比如附图1中所示的18连杆并联缓冲基座结构。
缓冲基座本体由上安装板1、上安装板3及连接上下安装板的多数根缓冲阻尼筒2组成，其中，下安装板用于将缓冲基座与运载体固联，上安装板作为谐振惯导系统的安装板，缓冲阻尼筒采用弹簧—阻尼结构形式，其等效模型如图3所示。通过调整缓冲阻尼筒的刚度系数K1、阻尼系数C1和预紧力，从而可以确定缓冲基座的静刚度、动刚度及缓冲效率。
本发明的创新点在于，增设支撑锁紧机构4，具体为：
支撑锁紧机构由驱动杆4.1、第一锥齿轮4.2、第二锥齿轮4.3、中心支撑转轴4.4、第一支撑杆4.5、第二支撑杆4.6、连杆4.7、滑块4.8、底盖板4.9、下支撑盘4.10及轴承组成。
其中，第一支撑杆、第二支撑杆、连杆各四件，与滑块及下支撑盘构成四组并联连杆机构，保证了系统的支撑刚度。
下支撑盘上设置有中心孔4.10.1，在下支撑盘的底面上沿圆周方向均布设置有4个带孔4.10.3安装座4.10.2，该4个带孔安装座部位分别与四个第一支撑杆上端通过第一销轴相连，可以实现第一支撑杆与下支撑盘的相对转动。在下支撑盘的底面上位于中心孔的外围突出一个圆台4.10.4，增加了下支撑盘与中心支撑转轴的接触面积，保证了下支撑盘的抗倾覆能力。
滑块四周均布有4个带孔4.8.2安装座4.8.1，该4个带孔安装座与四个连杆的下端分别通过一个第五销轴相连，可以实现连杆与滑块的相对转动。滑块上中心加工有螺纹孔4.8.3，与中间支撑转轴通过螺纹副相连。
第一支撑杆的上下端各加工有一通孔，第二支撑杆的上端、中部和下端各加工有一通孔。第一支撑杆的上端通孔通过安装第一销轴与下支撑盘上的对应带孔安装座部位形成转动连接，为第一转动副4.12。第一支撑杆上的下端通孔与第二支撑杆的上端通孔通过穿装第二销轴形成转动连接，为第二转动副4.13。第二支撑杆的下端通孔与设置于下安装板上的带孔安装座上的通孔穿装第三销轴形成转动连接，为第三转动副4.14。第二支撑杆上的中部通孔与设置在连杆上端的通孔穿装第四销轴形成转动连接，连杆下端的通孔通过穿装第五销轴与滑块的安装座部位形成转动连接。第一支撑杆的下端外边角和第二支撑杆的上端外边角采用圆角结构，可保证第一支撑杆与第二支撑杆的转动配合，第一支撑杆的下端除外边角的部位及第二支撑杆的上端除外边角的部位均采用平面结构，保证了在第一支撑杆与第二支撑杆转动至设定位置时，两者形成面接触。该结构形式，一方面保证了第一支撑杆和第二支撑杆在一定的角度范围内可相对旋转，另一方面当第一支撑杆及第二支撑杆相互旋转到面接触的时候，可实现单向解锁及限位功能，同时提供足够的支撑刚度。
中心支撑转轴的下端部通过轴承和底盖板安装在缓冲基座下安装板上的轴孔内，可以实现相对转动。中心支撑轴上靠近下端部的位置设置有外螺纹4.4.4，用于与滑块相互配合。中心支撑转轴的上端设置有端盘，在端盘的外圆周面上均布有四片上支撑挡板4.4.3，在固支模式下，用来限制缓冲基座上安装板垂向自由度。所述四片上支撑挡板的下端面高于端盘的下端面，形成中心凹槽4.4.2，该中心凹槽，在缓冲工作模式下保证缓冲基座具有垂向自由度。此外，上支撑挡板外侧面为精加工圆锥面4.4.1，与缓冲基座上安装板之间通过圆锥面配合，保证了缓冲基座由缓冲模式切换到固支模式后的姿态精度。
驱动杆穿装在设置于缓冲基座上安装板上的径向通孔内，驱动杆的外端为驱动操作端，驱动杆外端为正六边形，可以与M14内六角扳手相匹配，驱动杆内端与第一锥齿轮固联。驱动杆带动第一锥齿轮转动，第一锥齿轮与第二锥齿轮正交布置，两者啮合。且第二锥齿轮与中心支撑转轴上端固联，从而带动中心支撑转轴转动。
缓冲基座上安装板上位于其轴孔1.3的外围沿圆周方向均布设置有四片中支撑挡板1.2，四片中支撑挡板之间形成让位孔1.4，四片中支撑挡板的上表面外端部位精加工有圆锥面1.1。当双模式缓冲基座处于固支模式时，中心支撑转轴的上支撑挡板下表面与上安装板的中支撑挡板上表面相互接触，从而限制缓冲基座的垂向自由度；当双模式缓冲基座处于缓冲模式时，中心支撑转轴带动上支撑挡板转动45°角度，四片中支撑挡板分别转动至四处让位孔位置，使上支撑挡板与中支撑挡板相互分离，从而释放缓冲基座的垂向自由度。
本发明惯导系统的具有高精度姿态保持功能的双模式缓冲基座的工作方案如下：
1、固支模式下：当谐振惯导系统处于正常工作状态时，双模式缓冲基座处于固支模式，如图11和12所示。
第一转动副、第二转动副和第三转动副处于一条直线上，且第一支撑杆和第二支撑杆的端面相互接触，见图7中的接触面4.11位置，此时连杆机构处于锁死位置，四组并联连杆机构能够保证缓冲基座在固支模式下具有足够的支撑刚度。
此外，下支撑盘的上端面与缓冲基座上安装板的下端面压紧接触，同时中心支撑转轴的四片上支撑挡板下端面与缓冲基座上安装板的四片中支撑挡板的上端面压紧接触，从而限制了缓冲基座的自由度；且上支撑挡板与中支撑挡板侧面为圆锥面接触，保证了缓冲基座上安装板的姿态精度。
2、缓冲模式下： 当谐振惯导系统将面临过载冲击时，如谐振惯导系统运载体路况不佳、运载体自身对谐振惯导系统产生大的冲击（如发射炮弹等），需将高精度双模式缓冲基座调整到缓冲模式，如图4和13所示。
转动驱动杆会带动第一锥齿轮转动，由于第一锥齿轮与第二锥齿轮为正交布置，通过齿轮副会带动中心支撑转轴转动。当中心支撑转轴相对缓冲基座转动45°时，中心支撑转轴的上支撑挡板相对上安装板的中支撑挡板完全分离。此时，缓冲基座的上安装板可沿垂向向上运动。
由于中心支撑转轴下端与滑块为螺纹副连接，且第二支撑杆与连杆约束了滑块的转动自由度。则当中心支撑转轴转动时，螺纹副会将中心支撑转轴的转动变为滑块沿轴线的平动。
当中心支撑转轴带动上支撑挡板与上安装板的中支撑挡板完全分离时，中心支撑转轴的转动也会使滑块向下移动，继而滑块会带动连杆向下移动，从而连杆牵动第二支撑杆逆时针转动，第二支撑杆带动第一支撑杆向下运动，最终第一支撑杆带动下支撑盘向下运动，实现下支撑盘与上安装板分离，至此双模式缓冲基座完成了由固支模式到缓冲模式的切换。
缓冲基座由缓冲模式切换为固支模式，反向驱动驱动杆即可。中心支撑转轴与上安装板之间为锥面配合，会自动保证缓冲基座上安装板的姿态精度。
基于虚拟样机，对处于缓冲模式的缓冲基座进行了动力学仿真分析。为缓冲基座输入15ms、10g的冲击脉冲，缓冲基座的动态响应最大为4.5g，在冲击220ms之后振动完全消失，缓冲效率能够达到55%，能够最大限度的保证谐振惯导系统的安全性。
本技术方案的设计思路不限于谐振惯导系统的缓冲基座设计，也可推广至其它惯导系统，对提高惯导系统环境适应性的需求多样性具有较好的工程应用前景。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神范围内，各种替换、变化和修改都是可以的，比如，连杆机构可采用三组或四组以上、中支撑挡板和上支撑挡板的数量为两片、三片及五片以上等，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (6)
1.惯导系统的具有高精度姿态保持功能的双模式缓冲基座，包括缓冲基座本体，所述缓冲基座本体由上安装板、下安装板及连接上下安装板的多根缓冲阻尼筒构成；其特征在于：还包括支撑锁紧机构，所述支撑锁紧机构由中心支撑转轴、将手动动力传动给中心支撑转轴的传动机构及多组连杆机构构成；
所述上安装板和下安装板的中心设置有轴孔，所述中心支撑转轴以沿轴向被限位的方式通过上、下轴承可转动式穿装于上安装板和下安装板上的轴孔内；
在上安装板上位于其轴孔的外围沿圆周方向均布设置有多片中支撑挡板，多片中支撑挡板之间形成让位孔，多片中支撑挡板的上表面外端部位设置有圆锥面；在所述中心支撑转轴上位于多片中支撑挡板的上方设置有端盘，在端盘的外圆周面上均布多片上支撑挡板，多片上支撑挡板的外侧面为圆锥面；
所述多组连杆机构置于上、下安装板之间并沿圆周方向均布于中心支撑转轴的外围；每组连杆机构包括第一支撑杆、第二支撑杆、连杆、滑块及下支撑盘，多组连杆机构共用同一下支撑盘，下支撑盘通过其中心孔可滑动式套装于中心支撑转轴外；每组连杆机构的第一支撑杆的上端部与下支撑盘的下端部通过第一销轴形成转动连接，第一支撑杆的下端部与第二支撑杆的上端部通过第二销轴形成转动连接，第二支撑杆的下端部通过第三销轴与下安装板的上端部形成转动连接，连杆的一端与第二支撑杆的中部通过第四销轴形成转动连接，连杆的另一端与滑块的外侧部通过第五销轴形成转动连接；在滑块的中心设置有内螺纹孔，滑块通过内螺纹孔与设置在中心支撑转轴上的外螺纹段形成螺纹连接；
所述传动机构与中心支撑转轴的上端形成驱动连接；
在双模式缓冲基座处于固支模式状态下，所述第一销轴、第二销轴和第三销轴的中心处于一条直线上，且第一支撑杆的下端面和第二支撑杆的上端面形成面接触，使多组连杆机构处于锁死位置；下支撑盘的上端面与缓冲基座上安装板的下端面压紧接触，同时中心支撑转轴的多片上支撑挡板下端面与缓冲基座上安装板的多片中支撑挡板的上端面一一压紧接触，且上支撑挡板与中支撑挡板侧面通过圆锥面接触配合：
在双模式缓冲基座处于缓冲模式状态下，中心支撑转轴带动上支撑挡板转动至与上安装板上的中支撑挡板分离的位置，使上支撑挡板的下端面与中支撑挡板的上端面脱离压紧接触，同时，中心支撑转轴带动滑块下移，使下支撑盘的上端面与缓冲基座上安装板的下端面脱离压紧接触。
2.根据权利要求1所述的惯导系统的具有高精度姿态保持功能的双模式缓冲基座，其特征在于：所述传动机构包括驱动杆、第一锥齿轮、第二锥齿轮；在上安装板上设置有径向通孔，所述驱动杆以可转动的方式插装于该径向通孔内，所述驱动杆的外端为驱动操作端，所述驱动杆的内端同轴固定安装有所述第一锥齿轮，所述第二锥齿轮与中心支撑转轴的上端同轴固定连接，所述第二锥齿轮与第一锥齿轮为正交布置且相啮合。
3.根据权利要求2所述的惯导系统的具有高精度姿态保持功能的双模式缓冲基座，其特征在于：所述驱动杆的驱动操作端为能与M14内六角扳手相匹配的正六边柱结构。
4.根据权利要求1所述的惯导系统的具有高精度姿态保持功能的双模式缓冲基座，其特征在于：所述多片上支撑挡板的下端面高于端盘的下端面，形成中心凹槽结构。
5.根据权利要求1所述的惯导系统的具有高精度姿态保持功能的双模式缓冲基座，其特征在于：还包括底盖板，在下安装板的下端设置有与其中心孔同轴的盖板安装孔，所述底盖板以沿向上方向被限位的方式嵌装于盖板安装孔内，所述底盖板与中心支撑转轴的下端通过螺钉固定连接。
6.根据权利要求1所述的惯导系统的具有高精度姿态保持功能的双模式缓冲基座，其特征在于：所述连杆机构的数量为四组，所述中心支撑转轴上的上支撑挡板为四片，所述上安装板上的中支撑挡板为四片。
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- 2022-08-19 CN CN202210996893.4A patent/CN115290087B/zh active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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