RU167861U1

RU167861U1 - Опорно-поворотное устройство

Info

Publication number: RU167861U1
Application number: RU2016130893U
Authority: RU
Inventors: Александр Сергеевич Баталин; Анатолий Васильевич Новиченко; Виталий Михайлович Мануйленко; Павел Анатольевич Иванченко; Олег Александрович Бунин; Иван Николаевич Ефимов
Original assignee: Акционерное Общество "Завод "Фиолент"
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2017-01-20

Abstract

Полезная модель относится к точному приборостроению, точнее, к системам ориентации (позиционирования) полезной нагрузки по азимуту и высоте на заданный угол с заданной скоростью. Опорно-поворотное устройство (ОПУ) состоит из корпуса, опор крепления полезной нагрузки, колонны, азимутального привода, включающего электродвигатель, ведущий и ведомый шкивы с зубчатыми венцами, зубчатый ремень, планетарно-цевочный редуктор, компенсационную муфту, имеющую в составе наружный и внутренний корпуса, угломестного привода, включающего электродвигатель, ведущее и ведомое шкивы с зубчатыми венцами, зубчатый ремень, планетарно-цевочный редуктор, вращающегося контактного устройства. Причем азимутальный привод опирается на множество несущих подшипников, установленных в компенсационной муфте. Технический результат – создание компактного устройства, устойчивого к осевым и радиальным нагрузкам, вибрации и ударам, возникающим при его эксплуатации, обладающего высокой точностью позиционирования и большим ресурсом работы. ОПУ обеспечивает возможность установки на него и фиксации, например, следующих полезных нагрузок: оптико-электронного модуля средней дальности; радиолокационного модуля; раздельного размещения видеокамеры, тепловизора, лазерного измерительного прибора 21 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Полезная модель относится к точному приборостроению, точнее, к системам ориентации (позиционирования) полезной нагрузки по азимуту и высоте на заданный угол с заданной скоростью. Опорно-поворотное устройство применяется, в частности, для поворота в двух плоскостях приборов, установленных на нем, с целью обнаружения и идентификации объектов, а именно к средствам обеспечения точного позиционирования видеокамер, тепловизионных камер и других внешних устройств наблюдения при обнаружении и сопровождении этих объектов (целей).

Являясь опорным механизмом для целого ряда приборов - видеокамер, тепловизионных камер, антенн радиолокаторов, других приборов, опорно-поворотное устройство (ОПУ) несет дополнительные функции, обеспечивающие их полноценную работу. Среди таких функций перемещение прибора по азимуту и углу места с заданной скоростью, наведение на объект с максимальной точностью, трансляция видеосигналов, юстировка положения устройства в горизонтальной и вертикальной плоскостях, фиксация устройства в заданном положении.

Известно большое количество конструкций ОПУ, выполняющих эти функции. Так известен патент US 3164838, согласно которому ОПУ перемещает прибор, установленный на нем, по азимуту не более чем на 350°. Вместе с тем такая работа устройства, в ряде случаев, ограничивает возможности ОПУ, ведет к перегибам проводов, и, как следствие, к их поломке.

Этот недостаток устранен в патенте US 4673268 путем введения в конструкцию ОПУ вращающегося контактного устройства, состоящего из коаксиально расположенных колец, изолированных друг от друга, и щеток, обеспечивающих передачу сигналов как внутри ОПУ, так и к прибору, установленному на ОПУ, передачу сигналов с прибора. Однако в устройстве в качестве движителей использованы шаговые электродвигатели, управляемые контроллерами. На высоких оборотах двигателя уровень сигнала, подаваемого с контроллера на электродвигатель, высок. В рассматриваемом патенте резистор, примененный в устройстве для снижения выходного напряжения, принудительно охлаждается. В конструкции устройства применены прецизионные зубчатые колеса, что значительно удорожает ОПУ.

Известно техническое решение, согласно которому ОПУ имеет в своем составе узел азимутального перемещения на 360° и узел перемещения по углу места, состоящие из зубчатого колеса, установленного на вал опоры устройства, шагового электродвигателя и зубчатого ремня, передающего движение от двигателя на колесо. Кроме того на валу узла азимутального перемещения установлено вращающееся контактное устройство. Как и в предыдущем патенте, применение в конструкции шаговых электродвигателей ведет к значительному нагреву двигателей на высоких оборотах (US 5627616).

В ОПУ, согласно патенту CN 100550210, на валу опоры устройства и на оси перемещения по углу места установлены планетарные редукторы с выходом на червячное колесо, которые обеспечивают равномерную нагрузку, как на малых, так и на высоких оборотах двигателя. Вместе с тем такие редукторы обладает основным недостатком - потерей кинематической точности в результате износа (приработки) зубчатых колес при значительных нагрузках, что, в свою очередь, требует мер по компенсации либо учету люфтов.

В патенте к полезной модели RU 148446 кинематическая точность, исключение или учет люфтов реализованы путем установки необходимых датчиков контроля. Кроме того, узел азимутального перемещения выполнен неподвижным относительно основания для крепления ОПУ, при этом вращается его корпус, что позволяет минимизировать количество проводников, подверженных перегибам. Однако такие решения значительно усложняют конструкцию ОПУ, ведут к увеличению габаритов изделия.

С целью обеспечения кинематической точности, исключения люфтов, снятия значительной нагрузки на узлы передачи движения, в патенте к полезной модели RU 100675, принятом в качестве прототипа, представлена конструкция ОПУ, в которой азимутальный вал опирается на несущий подшипник, наружная поверхность его внешнего кольца выполнена в виде зубчатого колеса. Вращение электродвигателя на это зубчатое колесо передается через планетарно-цевочный редуктор, имеющий минимальный люфт, и шестерню, участвующую в зацеплении с зубчатым колесом. Использование в качестве опоры одного несущего подшипника допускает осевые и радиальные колебания вала. Кроме того, не исключаются колебания скорости вращения вала из-за искажений геометрии зубчатого колеса и шестерни, что может сказаться на точности позиционирования, а также на ресурсе работы ОПУ.

Целью данной полезной модели является создание компактного опорно-поворотного устройства, повышение его точности ориентации (позиционирования) и увеличение ресурса работы.

Сущность полезной модели, как технического решения, выражается в совокупности существенных признаков, достаточной для достижения технического результата, обеспечиваемого полезной моделью.

Технический результат, полученный при использовании данной полезной модели, заключается в создании компактной конструкции ОПУ, в которой обеспечены высокая точность ориентации, большой ресурс работы устройства, исключены люфты и перекосы в соединениях его деталей и узлов.

Технический результат, полученный при использовании полезной модели в конструкции ОПУ, состоящей из корпуса, опор полезной нагрузки, колонны, вращающегося контактного устройства, азимутального привода, включающего электродвигатель, ведущий и ведомый шкивы с зубчатыми венцами, зубчатый ремень, планетарно-цевочный редуктор, компенсационную муфту, состоящую из наружного и внутреннего корпусов, угломестного привода, включающего электродвигатель, ведущий и ведомый шкивы с зубчатыми венцами, зубчатый ремень, планетарно-цевочный редуктор, достигается тем, что азимутальный привод опирается на множество коаксиально расположенных несущих подшипников, установленных в компенсационной муфте.

В предпочтительном варианте осуществления ОПУ между наружным кольцом одного из несущих подшипников и наружным кольцом другого рядом расположенного несущего подшипника, а также между их внутренними кольцами установлены втулки.

В предпочтительном варианте осуществления ОПУ несущие подшипники в компенсационной муфте закреплены.

В предпочтительном варианте осуществления ОПУ наружный корпус компенсационной муфты прикреплен к корпусу редуктора, а внутренний корпус соединен с колонной.

В предпочтительном варианте осуществления ОПУ рядом с редуктором азимутального и угломестного приводов установлен датчик нулевого положения.

В предпочтительном варианте осуществления ОПУ рядом с редуктором угломестного привода установлены датчики конечных положений.

В предпочтительном варианте осуществления ОПУ к фланцу редуктора азимутального и угломестного приводов прикреплен кулачек.

В предпочтительном варианте осуществления ОПУ ведущий шкив и ось электродвигателя азимутального и угломестного приводов соединены шлицевыми втулками.

В предпочтительном варианте осуществления ОПУ к ведущему шкиву азимутального и угломестного приводов подсоединен преобразователь угловых перемещений.

В предпочтительном варианте осуществления ОПУ преобразователь угловых перемещений соединен с корпусом ОПУ пружинным компенсационным подвесом.

В предпочтительном варианте осуществления ОПУ пружинный компенсационный подвес выполнен в виде пластины с отогнутой проушиной.

В предпочтительном варианте осуществления ОПУ внутренний корпус компенсационной муфты соединен с фланцем редуктора безлюфтовой муфтой.

В предпочтительном варианте осуществления ОПУ ведомый шкив в азимутальном и угломестном приводах установлен на вал редуктора.

В предпочтительном варианте осуществления ОПУ вал редуктора имеет внутреннюю полость.

В предпочтительном варианте осуществления ОПУ вращающееся контактное устройство закреплено внутри корпуса ОПУ таким образом, что его ось вращения совпадает с осью вращения редуктора азимутального привода.

В предпочтительном варианте осуществления ОПУ проводники вращающегося контактного устройства проходят через внутреннюю полость вала редуктора азимутального привода.

В предпочтительном варианте осуществления ОПУ хотя бы одна из опор полезной нагрузки соединена с фланцем редуктора угломестного привода.

В предпочтительном варианте осуществления ОПУ хотя бы на одной из опор полезной нагрузки имеется выступ в форме, приближенной к прямоугольному горизонтально ориентированному параллелепипеду с радиусным закруглением задней стенки, разъемом для подключения кабеля на его передней стенке.

В предпочтительном варианте осуществления ОПУ опоры полезной нагрузки объединены планками спереди и сзади его корпуса, имеют опорные пластины, снабженные механизмом юстировки, а на передней и задней стенках хотя бы одной из опор установлены разъемы для подключения кабеля.

В предпочтительном варианте осуществления ОПУ на боковой поверхности колонны установлен разъем для подключения кабеля.

В предпочтительном варианте осуществления ОПУ в нижней части колонны установлен разъем для подключения кабеля.

В предпочтительном варианте осуществления ОПУ в нем установлены электронные платы управления и трансляции видеосигналов.

Ниже приведен первый вариант реализации полезной модели.

Конструкция ОПУ поясняется следующими фигурами:

на фиг. 1 представлен общий вид ОПУ;

на фиг. 2 представлена конструкция ОПУ в разрезе;

на фиг. 3 показан вариант установки разъема для крепления кабеля на колонне;

на фиг. 4 показано изображение сечения А-А ОПУ, отмеченного на фиг. 2;

на фиг. 5 представлена конструкция кулачка;

на фиг. 6 показано крепление преобразователя угловых перемещений азимутального привода;

на фиг. 7 представлен общий вид ОПУ с кронштейнами полезной нагрузки, объединенными планками.

ОПУ состоит из (см. фиг. 1-6) корпуса 1, колонны 2, опор крепления полезной нагрузки 3, 4. Внутри корпуса ОПУ установлены азимутальный привод 5, перпендикулярно ему - угломестный привод 6, вращающееся контактное устройство 7, электронные платы управления и трансляции видеосигналов 8. Азимутальный привод 5 состоит из электродвигателя постоянного тока 9, на оси которого закреплена шлицевая втулка 10, ведущего шкива 11 с зубчатым венцом и ответной частью шлицевой втулки в центральной полости, закрепленного через подшипник на корпусе ОПУ, преобразователя угловых перемещений 12, например, энкодера, ось которого соединена со шкивом 11, а корпус прикреплен к корпусу ОПУ пружинным компенсационным подвесом 13, планетарно-цевочного редуктора 14, ведомого шкива с зубчатым венцом 15, закрепленного вместе со стаканом 16 на валу редуктора 14 и установленного через подшипник в кулачке 17, который, в свою очередь, закреплен на редукторе 14, микровыключателя 18, закрепленного на корпусе ОПУ, зубчатого ремня 19, компенсационной муфты 20, состоящей из наружного корпуса 21, соединенного с корпусом редуктора 14, внутреннего корпуса 22, закрепленного на колонне 2, соединенного с выходом фланца редуктора 14 безлюфтовой муфтой 23, несущих подшипников 24 и втулок 25, 26, закрепленных в корпусе 21 шайбой 27.

Конструкция угломестного привода 6 аналогична конструкции азимутального привода 5 за исключением того, что в ней отсутствуют компенсационная муфта 20 с входящими в нее деталями и стакан 16 с подшипником, а ведомый шкив посажен непосредственно на вал редуктора. При этом на входе фланца редуктора закреплен кулачек, на его выходе - опора полезной нагрузки 3, имеющая выступ в форме, приближенной к прямоугольному горизонтально ориентированному параллелепипеду с радиусным закруглением задней стенки, разъемом для подключения кабеля на его передней стенке. Опора полезной нагрузки 4 связана с опорой полезной нагрузки 3 посредством самой полезной нагрузки.

На корпусе ОПУ, рядом с редуктором угломестного привода, закреплены микровыключатели, являющиеся датчиками конечных положений опор полезной нагрузки 3, 4.

Колонна 2 обеспечивает крепление ОПУ в заданном месте. На колонне установлен разъем для подключения кабеля либо на его боковой поверхности, либо в его нижней части.

Электронные платы 8, установленные внутри корпуса ОПУ позволяют управлять его работой, транслировать видеосигналы как поступающие на приборы, входящие в состав полезной нагрузки, так и исходящие от них

Планетарно-цевочный редуктор, примененный в конструкции предлагаемого ОПУ, является, по сути, дифференциальным механизмом, в котором присутствуют три звена - вал, фланец, корпус. Одно из звеньев редуктора используется в качестве неподвижной (заторможенной) опоры, два других участвуют в передаче вращения. При этом, неподвижным звеном может быть или фланец, или корпус. Так, в азимутальном приводе неподвижным относительно колонны является фланец, вал редуктора передает вращение на его корпус. В угломестном приводе неподвижным относительно корпуса ОПУ звеном служит корпус редуктора, а вал редуктора передает вращение на его фланец.

Применение шлицевой втулки 10, работающей совместно с ответной частью, выполненной в ведущем шкиве 11, позволяет исключить несоосность подшипников, участвующих в передаче вращения от электродвигателя на ведущий шкив.

Преобразователь угловых перемещений 12 устраняет колебания скорости, возникающие в сочленении электродвигатель - ведущий шкив - ремень.

Крепление корпуса преобразователя угловых перемещений 12 к корпусу ОПУ пружинным компенсационным подвесом 13 позволяет снять дополнительные радиальные нагрузки с подшипников этого преобразователя. Кулачек 17 совместно с микровыключателем 18 обеспечивает точку отсчета с целью синхронизации системы управления ОПУ.

Компенсационная муфта 20 исключает осевые и радиальные колебания ОПУ в зоне его крепления. Безлюфтовая муфта (муфта Ольдгейма) 23, входящая в ее состав и имеющая в своем составе пружинные элементы рессорного типа, компенсирует все имеющиеся перекосы до 1°. Высокие осевые нагрузки в ОПУ компенсируются несущими подшипниками 24, установленными в компенсационной муфте 20. Радиальные усилия, действующие на ОПУ в зоне его крепления с колонной, компенсируются втулками 25, 26, расположенными между внешними и внутренними кольцами подшипников 24. Окончательно выбирает осевой и радиальный зазоры шайба 27, закрепленная на торце наружного корпуса 21 компенсационной муфты 20.

Вращающееся контактное устройство 7 состоит из основных элементов: коллектора, в котором на валу коаксиально расположены кольца, изолированные друг от друга, щеток, закрепленных на корпусе устройства, и проводников, прикрепленных к щеткам и кольцам. Вращающееся контактное устройство установлено внутри корпуса ОПУ таким образом, что его ось вращения совпадает с осью вращения редуктора азимутального привода 14, что позволяет прокладывать проводники, подключенные к нему, через полость вала редуктора 14, а это, в свою очередь, обеспечивает азимутальное вращение ОПУ на n×360°, передачу сигналов на приборы полезной нагрузки и сигналов от них без повреждения проводников.

Второй вариант реализации полезной модели

Во втором варианте реализации полезной модели в конструкции ОПУ (см. фиг. 7) вместо опор полезной нагрузки 3, 4, указанных в первом варианте, используются опоры полезной нагрузки 28 и 29, объединенные планками 30 спереди и сзади корпуса ОПУ, на передней и задней стенках опоры 28 установлены разъемы для подключения кабеля, а в составе опор полезной нагрузки имеются опорные пластины 31, снабженные механизмом юстировки.

Разумеется, приведенные варианты не являются единственными в реализации полезной модели и не ограничивают ее применение.

ОПУ работает следующим образом.

При поступлении питания на электродвигатель азимутального привода электродвигатель начинает вращать ведущий шкив. Вращение ведущего шкива посредством зубчатого ремня передается на ведомый шкив, и, далее, на планетарно-цевочный редуктор, его выходное звено - корпус, жестко связанный с корпусом ОПУ. ОПУ начинает вращаться. Коллектор вращающегося контактного устройства остается неподвижным, в то время, как его корпус со щетками вращается совместно с корпусом ОПУ. Кулачек, вместе с фланцем редуктора оставаясь неподвижным относительно колонны, периодически включает микровыключатель нулевого положения, движущийся с выходным звеном - корпусом редуктора, чем обеспечивает обратную связь по положению привода для синхронизационной связи системы управления ОПУ и создания точки отсчета.

Угломестный привод работает аналогичным азимутальному приводу образом. Отличием является лишь то, что в редукторе угломестного привода корпус редуктора находится в неподвижном состоянии относительно корпуса ОПУ, а звеном, обеспечивающим вращение, является фланец, к которому и подсоединен кронштейн полезной нагрузки. Кроме того, конечные микровыключатели, расположенные на корпусе ОПУ рядом с редуктором, позволяют перемещение кронштейнов полезной нагрузки только в определенном секторе.

ОПУ обеспечивает возможность установки на него и фиксации, например, следующих полезных нагрузок:

а) оптико-электронного модуля средней дальности;

б) радиолокационного модуля;

в) раздельного размещения видеокамеры, тепловизора, лазерного измерительного прибора.

С целью совмещения оптических осей полезных нагрузок предусмотрена возможность юстировки модуля видеокамеры и лазерного измерительного прибора, закрепленных на опорных пластинах опор полезных нагрузок в горизонтальной и вертикальной плоскости и их последующей фиксации, с погрешностью не более 0,014°. Фиксация обеспечивает неизменность положения каждого из приборов в процессе их эксплуатации.

ОПУ, описанный в вариантах осуществления настоящей полезной модели, компактен, устойчив к осевым и радиальным нагрузкам, вибрации и ударам, возникающим при его эксплуатации, обладает высокой точностью позиционирования и большим ресурсом работы. При этом обеспечиваются следующие параметры (см. таблицу):

ОПУ обеспечивает трансляцию видеосигналов с полезных нагрузок:

а) аналоговый (видео PAL) первый канал видео и аналоговый (видео PAL) второй канал видео;

б) аналоговый (видео PAL) первый канал видео и цифровой Y / Cb / Cr 4:2:2 (совместимый с ITU-R ВТ656), Progressive/Interlace второй канал видео;

в) цифровой Y / Cb / Cr 4:2:2 (совместимый с ITU-R ВТ656), Progressive/Interlace первый канал видео и цифровой Y / Cb / Cr 4:2:2 (совместимый с ITU-R ВТ656), Progressive/Interlace второй канал видео.

Для видеосигналов, приходящих с полезных нагрузок, обеспечена гальваническая развязка на базе цифровых двухканальных/трехканальных изоляторов с развязывающими трансформаторами. Для примененных в ОПУ интерфейсов Ethernet 100 BASE-T предусмотрена гальваническая развязка на базе однопортовых трансформаторных модулей.

Claims

1. Опорно-поворотное устройство, состоящее из корпуса, опор крепления полезной нагрузки, колонны, азимутального привода, включающего электродвигатель, ведущий и ведомый шкивы с зубчатыми венцами, зубчатый ремень, планетарно-цевочный редуктор, компенсационную муфту, имеющую в составе наружный и внутренний корпуса, угломестного привода, включающего электродвигатель, ведущее и ведомое шкивы с зубчатыми венцами, зубчатый ремень, планетарно-цевочный редуктор, вращающегося контактного устройства, отличающееся тем, что азимутальный привод опирается на множество несущих подшипников, установленных в компенсационной муфте.

2. Опорно-поворотное устройство по п. 1, отличающееся тем, что между наружным кольцом одного из несущих подшипников и наружным кольцом другого рядом расположенного несущего подшипника, а также между их внутренними кольцами установлены втулки.

3. Опорно-поворотное устройство по п. 1, отличающееся тем, что несущие подшипники в компенсационной муфте закреплены.

4. Опорно-поворотное устройство по п. 1, отличающееся тем, что наружный корпус компенсационной муфты прикреплен к корпусу редуктора, а ее внутренний корпус соединен с колонной.

5. Опорно-поворотное устройство по п. 1, отличающееся тем, что на его корпусе рядом с редуктором азимутального и угломестного приводов установлен датчик нулевого положения.

6. Опорно-поворотное устройство по п. 1, отличающееся тем, что на его корпусе рядом с редуктором угломестного привода установлены датчики конечных положений.

7. Опорно-поворотное устройство по п. 1, отличающееся тем, что к фланцу редуктора азимутального и угломестного приводов прикреплен кулачок.

8. Опорно-поворотное устройство по п. 1, отличающееся тем, что ведущий шкив и ось электродвигателя азимутального и угломестного приводов соединены шлицевыми втулками.

9. Опорно-поворотное устройство по п. 1, отличающееся тем, что к ведущему шкиву азимутального и угломестного приводов подсоединен преобразователь угловых перемещений.

10. Опорно-поворотное устройство по п. 9, отличающееся тем, что преобразователь угловых перемещений соединен с корпусом устройства пружинным компенсационным подвесом.

11. Опорно-поворотное устройство по п. 10, отличающееся тем, что пружинный компенсационный подвес выполнен в виде пластины с отогнутой проушиной.

12. Опорно-поворотное устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренний корпус компенсационной муфты соединен с фланцем редуктора безлюфтовой муфтой.

13. Опорно-поворотное устройство по п. 1, отличающееся тем, что ведомый шкив в азимутальном и угломестном приводах установлен на вал редуктора.

14. Опорно-поворотное устройство по п. 1, отличающееся тем, что вал редуктора в азимутальном и угломестном приводах имеет внутреннюю полость.

15. Опорно-поворотное устройство по п. 1, отличающееся тем, что вращающееся контактное устройство закреплено внутри корпуса таким образом, что его ось вращения совпадает с осью вращения редуктора азимутального привода.

16. Опорно-поворотное устройство по п. 15, отличающееся тем, что проводники вращающегося контактного устройства проходят через внутреннюю полость вала редуктора азимутального привода.

17. Опорно-поворотное устройство по п. 1, отличающееся тем, что хотя бы одна из опор крепления полезной нагрузки прикреплена к фланцу редуктора угломестного привода.

18. Опорно-поворотное устройство по п. 1, отличающееся тем, что хотя бы на одной из опор крепления полезной нагрузки имеется выступ в форме, приближенной к прямоугольному горизонтально ориентированному параллелепипеду с радиусным закруглением задней стенки, разъемом для подключения кабеля на его передней стенке.

19. Опорно-поворотное устройство по п. 1, отличающееся тем, что опоры крепления полезной нагрузки объединены планками спереди и сзади его корпуса, имеют опорные пластины, снабженные механизмом юстировки, а на передней и задней стенках хотя бы одной из опор установлены разъемы для подключения кабеля.

20. Опорно-поворотное устройство по п. 1, отличающееся тем, что на боковой поверхности колонны установлен разъем для подключения кабеля.

21. Опорно-поворотное устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нижней части колонны установлен разъем для подключения кабеля.

22. Опорно-поворотное устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нем установлены электронные платы управления и трансляции видеосигналов.