CN211288583U - 小型光电设备精密转角限位抗冲击隔振缓冲平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种小型光电设备精密转角限位抗冲击隔振缓冲平台，包括光电设备安装板和底部安装板，光电设备安装板和底部安装板之间通过转角限位器组件和配置在转角限位器内的隔振缓冲器组件连接，所述的隔振缓冲器包括水平轴向隔振缓冲器和垂向隔振缓冲器，垂向隔振器的垂向弹性支承中心O与质量中心c重合，水平向隔振器的弹性支承平面与质量中心的水平面尽量重合。本实用新型可对光电设备所受的强冲击和激烈的振动环境进行有效的隔振缓冲，确保光电设备安装平台与基础平台始终保持三维直线平动，使设备自身始终处于其可靠工作的优良振动冲击环境下，从而提高了光电设备的工作可靠性和长寿命。

Description

小型光电设备精密转角限位抗冲击隔振缓冲平台

技术领域

本实用新型涉及隔振缓冲平台领域，具体是一种小型光电设备精密转角限位抗冲击隔振缓冲平台。

背景技术

目前，航姿测控光电设备如惯性导航仪、陀螺仪、雷达、光学平台等电子设备，在运载工具上的安装方式主要是刚性安装，也有少量的弹性安装。

1刚性安装

刚性安装方式对该类光电设备初始标定的坐标(X₀，Y₀，Z₀)和位姿参数(ψx，ψy，ψz)状态的稳定性和可靠性保持较好。但对该类光电设备自身的环境适应性要求较高，特别是对它们的抗强冲击和强烈振动能力要求更高。有时即使对它们进行光电性能和结构加固也无法达到使用要求，造成无合格光电产品可用的状态。此时，不得不采用弹性支撑平台对其所承受的强冲击、振动进行隔离。

2现有弹性安装平台

现有弹性安装平台必须具有如下功能：

(1)对航姿测控光电设备进行有效的振动冲击隔离；

(2)在光电设备工作时，保证平台只能有X、Y、Z三轴向的自由直线位移，而不允许有超出规定精度要求的微转角位移。

目前常用的微转角弹性支承平台有二类：一是转角位移误差有光电设备补偿的“一种高精度冲击隔离器”，专利申请公布编号CN 105020329A。二是转角位移误差无光电信号设备补偿的“舰载激光惯导系统冲击隔离器的设计”中给出的六连杆冲击隔离器。

以上两种机构的机械原理是相同的，并且每个支承杆均采用了弹簧-阻尼形式。两者的十二个铰支点均被分别安排在上、下安装基面上。

由于支承杆是弹簧-阻尼组成，在强冲击过程中，上基座与下基座之间是无法保持平行，更没有转角位移限位功能，因此冲击过程中可能六个自由度均有相对位移，光电设备会丢失目标，只有在弹簧-阻尼力作用下，使上、下安装基座达到静止状态。从冲击开始到恢复到静止的时间称为复位时间，资料给出的复位时间为0.5秒。这就意味着，在这段时间内，光电设备是无法正常工作的。显然上、下安装基面相对静止后的相对转角位移(ψx，ψy，ψz)误差，就是该机构的“复位精度”，前者在专利文件中给出的复位精度为1分；后者的论文中给出的理论动态精度为33角秒。

上述弹性安装结构形式有如下特点：

(1)阻尼力对复位时间、复位精度影响较突出。

(a)由于阻尼力小了，复位时间长(≥0.5秒)；

(b)阻尼力大了，则在复位时上、下安装平台恢复到相关平衡状态的误差大，复位时间短了，但复位精度差了。

(2)设备偏心对弹性支承杆的弹性特性影响。

当设备的重心在上安装面上有偏心时，六根支承杆中的弹簧刚度和阻尼力大小的分布和调节困难，不易实现隔振缓冲系统的解耦设计。

(3)液体阻尼优于干摩擦阻尼。

由于液体阻尼力正比于速度变化量，为此，当采用液体阻尼使强冲击时瞬态速度变化量ΔV大，阻尼大。冲击后，恢复时速度低、阻尼力小，复位时间较短，并且在冲击和复位过程中采用了光电补偿，故该方案指向性精度较高。

但必须指出的是：安装在下安装基座的光电补偿仪器必须能直接承受强冲击环境，否则补偿不会有效。

究其原因，是其弹性阻尼特性很难根据其三轴向的隔振缓冲性能要求和复位功能要求，分别进行优化设计。

为需要进行精密角限位的光电设备，提供一种由角限位器组件和隔振缓冲器组件组成的平台。它既能对外界强烈的振动冲击进行有效隔离，又能对振动冲击过程中和冲击后的转角位移进行有效限制，从而确保了光电设备的精密定位精度和工作可靠性。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术的问题，提供了一种小型光电设备精密转角限位抗冲击隔振缓冲平台，可对光电设备所受的强冲击和激烈的振动环境进行有效的隔振缓冲，确保光电设备自身始终处于其可靠工作的优良振动冲击环境下，从而提高了光电设备的可靠性和长寿命。

本实用新型包括光电设备安装板和底部安装板，光电设备安装板和底部安装板之间设置有转角限位器组件和隔振缓冲器组件。所述的隔振缓冲器组件包括水平轴向隔振缓冲器和垂向隔振缓冲器。垂向隔振器的垂向弹性支承中心O与质量中心C重合，水平轴向隔振缓冲器的弹性支承中心O₁与质量中心的水平面近似重合。两者分别在平台进行垂向冲击和水平冲击进行有效的冲击隔离。

所述的精密转角限位器组件由水平面转角限位器组件、中板和垂向转角限位器组件组成井字型中空结构。当冲击主要来自垂直方向时，垂直转角限位器组件下置并于光电设备安装板连接；当冲击方向主要来自水平方向时，水平面转角限位组件下置并于底部安装板相连。

所述的垂向隔振缓冲器包括由外壳和底板组成的外壳体,底板与底部安装板固定连接；所述的外壳上部中心插入有调节螺栓，所述的调节螺栓外缘上套有帽盖和调节螺母，帽盖和外壳之间通过挡圈隔开，帽盖外缘和挡圈之间套有内圈；帽盖下部沿调节螺栓轴向伸入外壳内部，伸入外壳内部分外缘套有上橡胶圈，帽盖下端为外凸缘结构，外凸缘结构外侧套有金属阻尼器；所述的底板和调节螺母之间安装有螺旋簧，螺旋簧下部外缘套有固定在底板上的下橡胶圈。

所述的金属阻尼器包括包围帽盖下端外凸缘结构的簧片组，簧片组下端通过垫套与底板连接，上端通过开口调节环和锥环与外壳挡圈压紧，所述的簧片组包括间隔分布的直簧片和弯簧片。

所述的水平轴向隔振缓冲器，在水平座内装有带水平缓冲环的隔离环将上、下平面弹簧隔开，在上平面弹簧的上端装有水平摩擦片，水平座中心装有水平阻尼调节套，在水平阻尼调节套下端装有下滑片、碟簧，再用水平阻尼调节螺母调准阻尼后锁紧固化。

本实用新型所述的小型光电设备精密转角限位抗冲击隔振缓冲平台，首先将转角限位器安装在光电设备安装板和底部安装板之间，并使三轴向自由滑移。然后通过承载轴将与设备安装板固定的水平轴向隔振缓冲器和与底板固定的垂向隔振缓冲器相连。

本实用新型有益效果在于：

1、由于本实用新型采用的转角限位器在满足光电设备的转角精度的同时，还承受一定的惯性力矩，采用隔振缓冲器承担转角限位器所受的冲击动载荷F_d和惯性力矩M_d，确保了转角限位器处于低冲击动载荷F_d和低冲击惯性矩M_d状态。从而确保了转角限位器的限位精度的稳定性和使用寿命。

2、由于本实用新型采用了隔振缓冲器组合，可对光电设备所受的强冲击和激烈的振动环境进行有效的隔振缓冲，确保光电设备自身始终处于其可靠工作的优良振动冲击环境下，从而提高了光电设备的可靠性和长寿命。

3、降低对光电设备自身的加固要求。

4、为原来在陆地固定基础上静态工作的光电设备移植到各类载体(舰船、飞机、火箭、导弹)上提供了技术保障。例如各类载体中的导航仪、经纬仪、激光器等光电设备，通常是无隔振缓冲系统保护的刚性连接平台相连。它们因与刚性平台一起承受了强烈冲击、振动环境，而不得不对其结构和光电系统进行充分加固，造成整体重量增加，成本上升的状况，而在本实用新型提供的转角限位隔振缓冲平台上，其光电设备结构只需进行适当加固，从而减轻了总体的重量，同时也降低了成本。

5、将水平导轨组件与冲击力F_X和F_y作用方向沿坐标xoy成45°配置，可减小垂直水平导轨中的冲击力，从而可以选用受冲击力较小，质量较轻的导轨组合。

附图说明

图1为精密转角限位抗强冲击隔振缓冲平台示意图。

图2为本实用新型垂直轴向隔振缓冲器结构示意图。

图3为本实用新型水平轴向隔振缓冲器结构示意图。

图4(a)为垂向导轨下置精密转角限位器组件示意图。

图4(b)为垂向导轨上置精密转角限位器组件示意图。

图5(a)为X轴向冲击示意图。

图5(b)为Y轴向冲击示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型结构如图1所示，包括用于安装光电设备6的光电设备安装板5和底部安装板1，光电设备安装板5和底部安装板1之间通过转角限位器组件3和隔振缓冲器组件连接，所述的隔振缓冲器组件包括水平轴向隔振缓冲器4和垂向隔振缓冲器2，垂向隔振缓冲器2的垂向弹性支承中心O与质量中心C重合，水平轴向隔振缓冲器4的弹性支承中心O₁与质量中心C₁的水平面重合。两者分别在平台进行垂向冲击和水平冲击进行有效的冲击隔离。

如图2所示，所述的垂向隔振缓冲器，包括由外壳7和底板8组成的外壳体,所述的外壳7上部中心插入有调节螺栓15，所述的调节螺栓15外缘上套有帽盖18和调节螺母19，帽盖18和外壳7之间通过上挡圈16隔开，帽盖18外缘和上挡圈16之间套有内圈17；帽盖18下部沿调节螺栓15轴向伸入外壳7内部，伸入外壳7内部分外缘套有上缓冲垫12，帽盖18下端为外凸缘结构，外凸缘结构外侧套有金属阻尼器；所述的底板 8和调节螺母13之间安装有螺旋簧10，螺旋簧下部外缘套有固定在底板8上的下缓冲垫9。

所述的金属阻尼器包括包围帽盖18下端外凸缘结构的簧片组，所述的簧片组包括间隔分布的直簧片5和弯簧片17。簧片组下端通过垫套35和下环36将直簧片37和弯簧片38铆接成整件，并通过垫套35与底板8连接，上端通过开口环39和锥环40与外壳7和上挡圈16压紧。如图3所示，所述的水平轴向隔振缓冲器包括轴套29和壳体23，轴套29和壳体23之间自上而下设置了水平摩擦片28、上平面弹簧27、内嵌入水平缓冲垫26的隔离环25、下平面弹簧24，水平缓冲缓冲垫26与轴套29之间留有振动位移空间。在壳体23下方轴套29外缘上依次套有滑片22和水平阻尼调节套20，水平阻尼调节套20和滑片22之间设置有碟簧21。在壳体23外柱面有螺纹与光电设备安装板相连。承载轴穿过轴套29与垂向隔振器螺纹相连。

所述的精密转角限位器组件由水平面转角限位器组件、中板32和垂向转角限位器组件组成井字型中空结构。垂向导轨具有上置(图4b)和下置(图4a)两种分布方式，以图4(a)中的下置为例：

所述的水平面转角限位器组件由四个二维滑座33，二维滑座33包括垂向和水平向两个滑槽，每个滑槽中均插入有一维直线滑轨34组成中空井字形结构。上方的一维直线滑轨34与光电设备安装板5连接，下方的一维直线滑轨34与中板32连接。

所述的垂向转角限位器组件包括四个垂向滑轨31和四个垂向滑座30，其中垂向滑轨31与中板32正交连接，垂向滑座30与底部安装板1正交连接，垂向滑轨31插入垂向滑座30中滑动连接。

垂向导轨精密转角限位器，滑轨仅与安装光电设备的上安装板、与基础相连的下安装板相连，结构紧凑，取消了采用一维导轨结构的连接件和大量的螺钉，结构刚性好，转角限位功能稳定可靠。

垂向导轨的上置还是下置取决于：垂向冲击加速度值

水平加速度值

的大小。

(1)当

时，为使垂向滑轨所受的水平冲击加速度减小，经过隔振器垂向缓冲后，此时选用垂向导轨上置[图4a]。

(2)当

时，为使水平导轨所受的垂向冲击加速度减小，经过隔振器垂向缓冲后，此时选用垂向导轨下置[图4b]。

(3)为了进一步减小每根水平导轨所受的水平冲击加速度

则可以将冲击力方向与水平导轨坐标轴成45°，则每根导轨所受的力均为

而垂向导轨及设备仅受到水平缓冲器缓冲后的冲击响应加速度。

为了减小水平导轨所受的水平冲击加速度，可以将水平导轨与航向X轴错开45°安装，则此时X轴向或Y轴向分别受到最大冲击加速度峰值a_x0或a_y0冲击时，设Fx＝ma_x， Fy＝ma_y，式中：a_x，a_y分别为x轴向和y轴向的强冲击加速度，m为电子设备、上安装板和转角限位器的平均质量。水平导轨在X’轴向受力为Fx’，在Y’轴向受力为Fy’，由于水平导轨x、y向滑轨分别在X’₁O’Y’₁和X”₂O”Y”₂平台内，则此时不论x轴向或y轴向进行强击时，均有Fx＝ma_x＝Fx₁’+Fy₁‘’(图5a)，Fy＝ma_y＝Fx₂‘+Fy₂‘’(图5b)。由于不论在x轴向或y轴向受到强冲击时，两个方向的导轨均同时受到冲击载荷作用，每个方向的导轨受力仅为该方向冲击载荷的

倍。此时，可提高直线滚珠导轨的寿命和可靠性。

本实用新型具体应用途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种小型光电设备精密转角限位抗冲击隔振缓冲平台，包括光电设备安装板和底部安装板，其特征在于：光电设备安装板和底部安装板之间通过精密转角限位器组件和隔振缓冲器连接，所述的隔振缓冲器包括水平轴向隔振缓冲器和垂向隔振缓冲器，垂向隔振器的垂向弹性支承中心O与质量中心c重合。

2.根据权利要求1所述的小型光电设备精密转角限位抗冲击隔振缓冲平台，其特征在于：所述的精密转角限位器组件由水平面转角限位器组件、中板和垂向转角限位器组件组成井字型中空结构。

3.根据权利要求1所述的小型光电设备精密转角限位抗冲击隔振缓冲平台，其特征在于：所述的垂向隔振缓冲器包括由外壳和底板组成的外壳体 ,外壳体与底部安装板固定连接；所述的外壳上部中心插入有调节螺栓，调节螺栓顶部装有六角圈；所述的调节螺栓外缘中部有轴肩，轴肩上部套有帽盖，下部旋有调节螺母；帽盖上部和外壳之间装有挡圈，帽盖外缘和挡圈之间通过内圈配合，挡圈的外缘与外壳内孔配合；帽盖下部沿调节螺栓轴向伸入外壳内部，帽盖下端有一外凸缘，外凸缘外侧套有金属阻尼器组件，外凸缘上部的帽盖外缘上套有上缓冲垫，上缓冲垫与挡圈之间在垂向上留有距离；所述的底板和调节螺母之间安装有螺旋簧；底板上装有下缓冲垫，下缓冲垫在螺旋簧的外部，并与帽盖下凸缘间垂向上留有距离。

4.根据权利要求1所述的小型光电设备精密转角限位抗冲击隔振缓冲平台，其特征在于：所述的水平向隔振缓冲器，包括下部开口的壳体，在壳体内设置有上部带有凸缘的轴套，轴套的下部伸出壳体；在轴套的凸缘和壳体之间自上而下依次装有水平摩擦片、上平面弹簧、水平缓冲环、下平面弹簧；所述轴套的凸缘和壳体内壁之间留有间隙，轴套与壳体下端开口之间留有间隙；水平摩擦片外缘与壳体内壁接触，水平摩擦片内壁与轴套外缘留有间隙；所述上、下平面弹簧的外缘与壳体内壁接触，上、下平面弹簧的内壁与轴套外缘接触；所述水平缓冲环外缘通过隔离环与壳体内壁接触，水平缓冲环内壁与轴套外缘留有间隙；轴套伸出壳体部分的外缘上自上而下依次装有滑片和内部装有碟形弹簧的水平调节螺母，碟形弹簧的高度高于水平调节螺母的上平面；所述壳体外壁与设备安装板固定连接。

5.根据权利要求4所述的小型光电设备精密转角限位抗冲击隔振缓冲平台，其特征在于：所述的水平轴向隔振缓冲器和垂向隔振缓冲器通过连接轴连接，连接轴穿过水平轴向隔振缓冲器的轴套插入垂向隔振缓冲器的调节螺栓内部的配合光孔并通过螺纹旋紧，使水平轴向隔振缓冲器的水平调节螺母与垂向隔振缓冲器的六角圈相抵。

6.根据权利要求2所述的小型光电设备精密转角限位抗冲击隔振缓冲平台，其特征在于：所述精密转角限位器的滑轨其中一组滑轨与冲击力作用方向垂直，另一组滑轨同向滑移。

7.根据权利要求2所述的小型光电设备精密转角限位抗冲击隔振缓冲平台，其特征在于：所述精密转角限位器的两组滑轨与冲击力作用力方向均成45°配置。

8.根据权利要求2所述的小型光电设备精密转角限位抗冲击隔振缓冲平台，其特征在于：当冲击主要来自垂直方向时，垂直转角限位器组件下置并于光电设备安装板连接；当冲击方向主要来自水平方向时，水平面转角限位组件下置并于底部安装板相连。

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