DE1750520C

DE1750520C - Multiple gimbals

Info

Publication number: DE1750520C
Application number: DE19681750520
Authority: DE
Inventors: Howard G Rickords Tommy J Bell jun Harold M Los Angeles Tarzana Calif Thrasher (V St A)
Original assignee: Litton Industries Inc
Current assignee: Litton Industries Inc
Priority date: 1967-06-05
Filing date: 1968-05-10
Publication date: 1973-02-15

Description

Die Erfindung bezieht sich auf kreiselstabilisierte Plattformen, die durch kardanische Aufhängungen zur Trennung der Plattformenbeweeunp von rW Bewegung eines Ticgerfahrzeuges abgestützt sind. Insbesondere bezieht sich die Erfino ..ng auf einen Mehrfachkardanrahmen mit eu.er Anzahl von mittels Wälzlagern drehbar ineinander g lagerten Kardanrahmenteile!!. The invention relates to gyro-stabilized platforms created by gimbals to separate the platform movement from rW movement a Ticger vehicle are supported. In particular the Erfino ..ng refers to a multiple cardan frame with eu.number of cardan frame parts rotatably nested inside one another by means of roller bearings !!.

Bei krciselstabilisierten Plattformen müssen die Kardanachsen in ihren relativen Winkelstellungen zueinander innerhalb eng vorgegebener G^renz\verte gehalten werden. Hierzu ist es üblich, jedes Kardanrahmenteil an zwei Lagern abzustützen, deren jedes das Kardanrahmenteil an einem der beiden diametral gegenüberliegenden Enden des Kardan rahmenteil abstützt. Derartige Abstützung..!, durch Lager auf entgegengesetzten Seiten eines jeden Kardanrahmenteils vergrößern jedoch das Gewicht und die räumlichen Abmessungen der stabilisierten Plattform und der zugeordneten Kardanaufhängung.In krciselstabilisierten platforms, the gimbal must be held in their relative angular positions to each other within a predetermined narrow G ^r enz \ verte. For this purpose, it is customary to support each cardan frame part on two bearings, each of which supports the cardan frame part on one of the two diametrically opposite ends of the cardan frame part. Such support ..!, By bearings on opposite sides of each cardan frame part, however, increase the weight and the spatial dimensions of the stabilized platform and the associated cardan suspension.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Mehrfachkardanrahmen wenigstens eines der Kardanrahmenteile unter Einhaltung der erforderlichen Genauigkeit der Ausrichtung der Schwenkachsen zueinander und geringer Lagerreibung fliegend, d. h. nur an einer Seite des Kardanrahmenteils, zu lagern.The object of the invention is, in a multiple cardan frame at least one of the cardan frame parts while maintaining the required accuracy the alignment of the pivot axes to one another and low bearing friction on the fly, d. H. only on one Side of the cardan frame part.

Die sich zur fliegenden Lagerung eines Teils anbietenden, bekannten Kombinationen eines Radiallagcrs mit einem Axiallager sind entweder durch das unvermeidliche Spiel des Radiallagers (französisches Zusatzpatent 9571 zur französischen Patentschrift 372 314) oder durch die für eine genaue Lagerung erforderliche erhebliche Vorspannung des Radiallagcrs gegen das Axiallager (französische Patentschrift 497 204) oder durch die erhebliche Reibung des axialen Ringrillenlagers (deutsche Auslegci.chrift 1 041 307) nicht unmittelbar geeignet, diese Aufgabe bei einem Mehrfachkardanrahmen zu lösen, noch konnten sie eine unmittelbare Anregung geben wie im einzelnen ein Kardanrahmenteil damit unter Einhaltung der erforderlichen Lagergenauigkeit und geringen Lagerreibung fliegend gelagert werden könnte.The known combinations of a radial bearing with an axial bearing that are suitable for the overhung mounting of a part are either due to the inevitable play of the radial bearing (French additional patent 9571 to French patent specification 372 314) or the considerable preload of the radial bearing against the axial bearing required for precise mounting ( French patent specification 497 204) or due to the considerable friction of the axial ring groove bearing (German Auslegci.chrift 1 041 307) are not directly suitable for solving this task with a multiple cardan frame, nor could they give a direct suggestion, as in detail a cardan frame part with compliance with the required storage accuracy and low bearing friction could be overhung.

Gemäß der Erfindung wird obige Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens ein Kardanring am unmittelbar benachbarten Kardanring mit Hilfe einer Wälzlageranordnung fliegend gelagert ist, und daß die Wälzlageranordnung in an sich bekannter Weise die Kombination einer axialen Kugellagerung, deren vor einem Käfig gehaltene Kugeln zwischen zwei ebenen senkrecht zur Lagerachse orientierten Flächen dei Kardanringe abrollen, mit einem gegen die axiale Kugellagerung federnd vorgespannten Schrägkugellagei von kleinerem Durchmesser als die axiale Kugellagerung darstellt.According to the invention, the above object is achieved in that at least one cardan ring on the directly adjacent cardan ring is cantilevered with the help of a roller bearing assembly, and that the Rolling bearing arrangement in a manner known per se, the combination of an axial ball bearing, the before balls held in a cage between two flat surfaces oriented perpendicular to the bearing axis Unroll cardan rings with an angular contact ball bearing spring-loaded against the axial ball bearing of smaller diameter than the axial ball bearing represents.

Mit dem erfindungsgemäßen Mehrfachkardanrah-.vien wird die Reibung auf einem außerordentlich niedrigen Wert gehalten, die Genauigkeit der Ausrichtung der Rotationsachsen zueinander im Kardanrahmensystem gewährleistet und der Aufbau der Kardanaufhängungen, insbesondere in Verbindung mi dem Zusammenbau und Atiseinanderbau der Anordnung erheblich vereinfacht.With the multiple gimbals according to the invention .vien if the friction is kept at an extremely low level, the accuracy of the alignment the axes of rotation to each other in the cardan frame system and the construction of the cardan mounts, especially in connection with the assembly and disassembly of the arrangement considerably simplified.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbinden, mit de Zeichnung an Hand eines Ausfuln-ungsheispielt" ei läutert; es zeigtThe invention is described below in connection with the drawing on the basis of an implementation " egg purifies; it shows

F ι l!. 1 in auseinandergezogener Darstellung eine fliegend gelagerte Kardanaufhängung mit Lageran Ordnung gemäß vorliegender Erfindung,F ι l !. 1 in an exploded view overhung cardan suspension with bearing arrangement according to the present invention,

Fig. 2 im Aufriß und teilweise im Schnitt einer Mehrfachkardanrahmen gemäß der Erfindung in zuFig. 2 in elevation and partially in section of a multiple cardan frame according to the invention in to

Fig. 3 in Aufsicht und teilweise im Schnitt eine Ansicht längs der Linie 4-4 in F i g. 3 undFIG. 3 is a top view and partially in section, a view along the line 4-4 in FIG. 3 and

F i g. 4 eine schematische Darstellung einer fliegenden Lageranordnung wie sie bei vorliegender Erfindung verwirklicht ist.F i g. 4 is a schematic representation of a flying Bearing arrangement as implemented in the present invention.

Nach Fig. 1 ist die Basis 10 einer kardanischer Aufhängung für eine kreiselstabilisierte Plattform 22 mit dem Trägerfahrzeug z. B. übe Pratzen 12 und 14 befestigt. Der äußere Kardanrahmenteil 16 ist an dei Basis 10 fliegend gelagert und nat einen Drehfreiheitsgrad um die Rollachse. Auf Grund der fliegenc gelagerten Anordnung ist der Kardanrahmenteil jedoch kein vollständig geschlossener Rahmen. Dei Kardanrahmenteil 18 ist drehbar um die Nickachse relativ zum äußeren Kardanrahmenteil 16 abgestützt Der innere Kardanrahmenteil 20 ist fliegend gelager! und um die innere Rollachse in bezug auf den Kardanrahmenteil 18 diehbar angeordnet. Die stabilisierte Plattform 22 ist auf dem Kardunrahmenteil 24 drehbar um die Azimuthachse relativ zum innerer Kdrdanrahmenteil 20 gelagert. Einzelheiten der Konstruktion werden nachstehend in Verbindung mit den F i g. 2 und 3 beschrieben.According to Fig. 1, the base 10 of a cardanic suspension for a gyro-stabilized platform 22 with the carrier vehicle z. B. exercise claws 12 and 14 attached. The outer cardan frame part 16 is cantilevered on the base 10 and nat a degree of freedom of rotation about the roll axis. Due to the fly-bearing arrangement, however, the cardan frame part is not a completely closed frame. The cardan frame part 18 is rotatably supported around the pitch axis relative to the outer cardan frame part 16. The inner cardan frame part 20 is cantilevered! and around the inner roll axis with respect to the cardan frame part 18 can be arranged. The stabilized platform 22 is mounted on the cardan frame part 24 so as to be rotatable about the azimuth axis relative to the inner Kdrdanrahmenteil 20. Details of construction are discussed below in connection with Figs. 2 and 3.

Der äußere Kardanrahmenteil 16 wird drehbar von der Wälzlageranordnung 46, 48 abgestützt. Das Schrägkugellager 46 ist ein vorbelastetes Radiallagei mit einem Laufring 50 und einem äußeren Laufring 52. Das Kugellager 46 wird durch eine Tellerfeder 53 vorgespannt, die eine weitgehend konstante Kraft aui den Laufring 50 überträgt, wobei die Federkraft übei eine Hülse 50 A übertragen wird, die gleitend die Hülse 44 übergreift, so daß die Kugeln im Lager 46 gegen den Laufring 52 gedrückt werden. Das Lagei 48 ist ein Axialkugellager. Dieses Lager weist Kugeln 54 auf die sich an zwei ebenen Flächen abwälzen welche durch die Bauteile 56 und 58 gebildet werden Die Kugeln 54 werden voneinander durch einen Käfig aus Kunststoff 60 getrennt gehalten. Ein Lager wie das mit 48 bezeichnete, weist eine extrem niedrige Reibung auf und ist sehr starr, wodurch ein fliegend gelagertes Kardansystem möglich wird. Die Ku-The outer cardan frame part 16 is rotatably supported by the roller bearing arrangement 46, 48. The angular contact ball bearing 46 is a preloaded radial bearing with a race 50 and an outer race 52. The ball bearing 46 is preloaded by a plate spring 53, which transmits a largely constant force to the race 50, the spring force being transmitted via a sleeve 50 A , which Slidably overlaps the sleeve 44 so that the balls in the bearing 46 are pressed against the race 52. The Lagei 48 is a thrust ball bearing. This bearing has balls 54 which roll on two flat surfaces which are formed by the components 56 and 58. The balls 54 are kept separated from one another by a cage made of plastic 60. A bearing like the one labeled 48 has extremely low friction and is very rigid, which enables an overhung cardan system. The Ku-

geln 54 ergeben einen Punktkontakt mit den zugeordneten Flächen der Bauteije 56 und 58. Die Vorbelastungskraft, die dem Lager 46 durch die Feder 53 aufgegeben wird, belastet auch in axialer Richtung das Lager 48, wie dies weiter unten in Verbindung mit F i g. 4 beschrieben wird.gels 54 result in point contact with the associated Areas of components 56 and 58. The preload force, which is given to the bearing 46 by the spring 53 is also loaded in the axial direction the bearing 48, as described below in connection with FIG. 4 will be described.

Der Kardanrahmenteil 18 ist in bezug auf den äußeren Kardanrahmenteil 16 in einem konventionellen Paar von Lagen» 66 und 68 gelagert, die im einzelnen nicht beschrieben werden. Die Lager 66 und 68 sind jeweils in F i g. 2 als ein Paar gegeneinander verspannter Schrägkugellager dargestellt.The gimbal part 18 is with respect to the outer gimbal part 16 in a conventional one Pair of layers 66 and 68 stored, which are not described in detail. The bearings 66 and 68 are each in FIG. 2 shown as a pair of mutually braced angular contact ball bearings.

Der innere Kardanrahmenteil 20 ist in bezug auf den Kardanrahmenteil 18 fliegend und drehbar in einem Paar von Lagern 78 uncT 80 gelagert. Die Lager 78 und 80 sind ähnlich den Lagern 46 und 48 ausgebildet, sie können jedoch in der Größe voneinander abweichen. Die ebenen Flächen der Bauteile 82 und 84 ergeben wiederum eine extre.n genaue Ausrichtung zwischen dem Kardanrahmentei! 18 und dem inneren Kardanrahmenteil 20 längs der inneren Rollachse. Eine Anordnung zur Aufgabe von Drehmomenten zwischen dem Kardanrahmenteil 18 und dem inneren Kardanrahmenteil 20 ist bei 86 gezeigt.The inner gimbal frame part 20 is cantilevered and rotatable in relation to the gimbal frame part 18 a pair of bearings 78 and 80 supported. Camps 78 and 80 are similar to bearings 46 and 48, but they can be resized from one another differ. The flat surfaces of the components 82 and 84, in turn, result in an extremely precise one Alignment between the gimbals! 18 and the inner cardan frame part 20 along the inner Roll axis. An arrangement for the task of torques between the cardan frame part 18 and the inner gimbal portion 20 is shown at 86.

Wie in F i g. 3 gezeigt, ist der Kardanrahmenteil 24 relativ zum inneren Kardanrahmenteil 20 fliesend und dn.!iLmi durch die zwei Lageranordnungen 90 und 92 gelagert. Die Lageranordnungen 90 und 92 sind identisch den Lageranordnungen 46 und 48. Eine enge Ausrichtung wird dadurch erreicht, daß die Kugel des Lagers 92 auf den ebenen Flächen der Bauteile 94 und 96 abrollt. Ein Drehgeber 98 od. dgl. dient zur Erzeugung von Signalen, die ein Maß für die Winkelverschiebung des Kardanrahmenteiles 24 relativ zum inneren Kardanrahmenteil 20 sind. Ein Drehmomentgeber 100 kann Drehmomente zwischen der A^imuth-kompaßgabel 24 und dem inneren Kardanrahmenteil 20 aufgeben.As in Fig. As shown in FIG. 3, the gimbal part 24 is tiled relative to the inner gimbal part 20 and dn.! iLmi through the two bearing arrangements 90 and 92 stored. Bearing assemblies 90 and 92 are identical to bearing assemblies 46 and 48. Close alignment is achieved by placing the ball of the bearing 92 on the flat surfaces of the Components 94 and 96 unrolls. A rotary encoder 98 or the like is used to generate signals that are a measure for the angular displacement of the cardan frame part 24 relative to the inner cardan frame part 20. A Torque transducer 100 can torque between the A ^ imuth compass fork 24 and the inner cardan frame part 20 give up.

Die stabilisierte Plattform 22 ist starr in dem Kardanrahmenteil 24 befestigt; sie ist ferner in der Lage, Kreisel und Beschleunigungsmesser aufzunehmen. Beispielsweise sind in Fig. 4 drei Beschleunigungsmesser 102, 104 und 106 sowie zwei Kreisel 108 und 110 dargestellt. Die Beschleunigungsmesser und Kreisel (die Zweiachsen-Kreisel sein können) arbeiten in herkömmlicher Weise, um die Plattform zu stabilisieren, so daß sie als Trägheitsmeßeinrichtung wirken.The stabilized platform 22 is rigid in the gimbal part 24 attached; it is also able to accommodate gyros and accelerometers. For example, in FIG. 4 there are three accelerometers 102, 104 and 106 and two gyros 108 and 108 110 shown. The accelerometers and gyros (which can be two-axis gyros) are working in a conventional manner to stabilize the platform so that it can be used as an inertial measuring device works.

F i (j. 4 zeigt schematisch die Ausbildung einer Vvalzlageranordnung bei vorliegender Erfindung und deren Wirkungsweise. Die Lageranordnung nach F i g. 4 entspricht zugeordneten Lagerpaaren 46-48, 78-80 und 90-92. In Fig.4 stellen die Kugeln 202, 203 zwei Kugeln eines der Lager dar, das ein reines Drucklager ist; diese Kugeln rollen an einem Paar von parallelen ebenen Flächen der Bauteile 200 und 201 ab. Beide Flächen stehen im rechten Winkel zur Drehachse. Jede Kugel, z. B. die Kugeln 202 und 203, ist von den benachbarten Kugeln durch einen Käfig 204 und 205 getrennt; dieser Käfig kann aus Teflon bestehen.FIG. 4 shows schematically the design of a Vvalz bearing arrangement in the present invention and its mode of operation. The bearing arrangement according to FIG. 4 corresponds to assigned bearing pairs 46-48, 78-80 and 90-92. In FIG , 203 represent two balls of one of the bearings, which is a pure thrust bearing; these balls roll on a pair of parallel flat surfaces of the components 200 and 201. Both surfaces are at right angles to the axis of rotation 202 and 203, is separated from the neighboring balls by a cage 204 and 205; this cage can be made of Teflon.

Ein vorbelastetes Schrägkugellager mit Kugeln, z. B. 207, 208, die in Laufringen 209, 210 abrollen, nimmt die radiale Belastung zwischen den Bauteilen 200 und 201 auf. Die Vorbelastung wird durch eine Tellerfeder 214 über Abstandshalter 213 und Laufring 210 sowie über ein einstellbares Bauteil 215 aufrechterhalten. Der innere Laufring 210 umschließt den Wellenteil 201A des Bautei¹ 201 gleitend. Dabei stützt sich die Feder 214 gegen Jas Bauteil 215 ah und zieht damit das Bauteil 201 gegen das Kugellager der Kugeln 202 und 203. Die Kraft des Widerlagers wird über den Abstandshalter 213 und den Gieitlaufring 2Ό auf die Kugeln 207, 208 und dann über den Laufring 209 und das Bauteil 200 auf die Kugein 202, 203 übertragen.A preloaded angular contact ball bearing with balls, e.g. B. 207, 208, which roll in raceways 209, 210, absorbs the radial load between the components 200 and 201 . The preload is maintained by a plate spring 214 via spacers 213 and race 210 as well as via an adjustable component 215. The inner race 210 encloses the shaft part 201 A of the component ¹ 201 in a sliding manner. The spring 214 is supported against component 215 ah and thus pulls component 201 against the ball bearing of the balls 202 and 203. The force of the abutment is transmitted via the spacer 213 and the sliding ring 2Ό to the balls 207, 208 and then via the race 209 and the component 200 are transferred to the balls 202, 203.

Macht man den Radius des Drucklagers mit denMake the radius of the thrust bearing with the

Kuffein 202 201 «η omR u/if> Vrinctr-iVtiu mnolir-h ergibt das Abrollen an einem genau orientierten Paar von ebenen Flächen eine extrem exakte Ausrichtung, d. h. die Aufrechterhaltung der genauen Richtung der Rotationsachse, wobei ein hoher Widerstand gegen Auslenken und eine geringe Reibung erzielt werden. Die Genauigkeit der Ausrichtung könnte durch eine Vielzahl von Kugeln erreicht werden, die in einem Paar von V-förmigen Nuten abrollen. Ein derartiges Lager würde jedoch eine zu hohe Reibung ergeben und würde ein Übersetzungsgetriebe od. dgl. erfordern, um die Kardanrahmenteile relativ zueinander zu bewegen.Kuffein 202 201 «η omR u / if> Vrinctr-iVtiu mnolir-h gives rolling on a precisely oriented pair of flat surfaces an extremely exact alignment, d. H. maintaining the exact direction of the axis of rotation, with a high resistance to Deflection and low friction can be achieved. The accuracy of the alignment could be reduced by a A variety of balls can be obtained that roll in a pair of V-shaped grooves. Such a thing However, bearings would result in too high a friction and would require a transmission gear or the like, to move the gimbal parts relative to each other.

Bei den Doppellageranordnungen, wie z. B. bei der Kombination der Lager 46 und 48, hat sich die Reibung als extrem klein herausgestellt. Die Reibung des Lagers 48 mit seiner großen Anzahl von Kugeln und einem großen Radius ist etwa gleich der Reibung des Kugellagers 46.In the double bearing arrangements such . B. in the combination of the bearings 46 and 48, the friction has been found to be extremely small. The friction of the bearing 48 with its large number of balls and a large radius is approximately equal to the friction of the ball bearing 46.

Durch Verwendung fliegend gelagerter Kardanrahmenteile wird ein im Vergleich zu bekannten Anordnungen kleineres Plattform- und Kardansystem bei entsprechend verringertem Gewicht und geringeren Kos*.:r. erzielt. Der Kardanrahmenteil 18 könnte relativ 'U dem äußeren Kardanrahmenteil 16 durch Verwendung eines Kugellagerpaares ähnlich dem Lagerpaar 46, 48 freitragend sein.By using cantilevered cardan frame parts, compared to known arrangements smaller platform and cardan system with correspondingly reduced weight and lower Kos * .: r. achieved. The gimbal part 18 could be relatively 'U the outer gimbal part 16 by using a pair of ball bearings similar to the pair of bearings 46, 48 be cantilevered.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Claim:

Multiple cardan frames with a number of rotatably mounted one inside the other by means of roller bearings Cardan frame parts, characterized in that that at least one cardan frame part (18) on the immediately adjacent cardan frame part (16) is cantilevered with the help of a roller bearing arrangement (46, 48), and that the Rolling bearing arrangement in a manner known per se, the combination of an axial ball bearing, whose Ball held by a cage between two flat balls oriented perpendicular to the bearing axis Roll off surfaces (56, 58) of the cardan frame parts (16, 18) with one against the axial ball bearing fed_- nd preloaded angular contact ball bearings of smaller diameter than the axial ball bearing represents.