CN102230563B - 一种轻量型三轴惯性稳定平台方位支承结构 - Google Patents

Abstract

一种轻量型三轴惯性稳定平台方位支承结构，包括方位框、压紧外圈、俯仰框、紧固螺钉、游隙调整垫圈、内钢丝滚道、外钢丝滚道、保持器和滚动体；该支承结构连接惯性稳定平台的俯仰框和方位框，承受载荷重量并绕Z轴转动；方位框为支承结构的转子基体；压紧外圈和俯仰框共同组成支承结构的定子基体，压紧外圈为定子基体的上框架，俯仰框为定子基体的下框架，圆周方向均布的紧固螺钉通过游隙调整垫圈将上框架与下框架联接为一体。本发明具有回转灵活、精度高、体积小、重量轻、结构紧凑的特点，实现了方位支承与平台***的兼容一体化，适用于航空遥感、目标跟踪等惯性稳定及光电伺服平台***。

Description

一种轻量型三轴惯性稳定平台方位支承结构

技术领域

本发明属于航空遥感技术领域，涉及一种轻量型三轴惯性稳定平台方位支承结构，适用于承载较大而又要求自重较小的航空遥感三轴惯性稳定平台***方位支承，也可用于车载、舰载、雷达及目标监视等伺服跟踪稳定平台***。

背景技术

航空遥感三轴惯性稳定平台是机载对地观测的关键设备之一，其功能是支承成像载荷并隔离飞行载体三个方向姿态角运动及外部扰动，使成像载荷视轴在惯性空间内始终跟踪并垂直于当地水平，提高成像分辨率。然而由于航空应用环境的限制，惯性稳定平台结构上需要同时具有体积小、重量轻和承载比大等特点，因此设计上需要在满足动静态性能的前提下进行紧凑性优化设计。方位支承是惯性稳定平台的一个关键部件，决定着稳定平台的整体性能，包括精度、承载能力、体积、重量、功耗等。

方位支承在惯性稳定平台中的作用主要包括以下三个方面：(1)承受成像载荷重量；(2)将方位框与俯仰框过渡连接；(3)携带成像载荷绕Z轴回转。在航空惯性稳定平台设计中，现有的方位支承方式一般采用普通向心滚动轴承形式，如各种吊仓式惯性稳定平台。整体式方位支承拥有向心滚动轴承精度高、回转灵活的优点，但存在质量大、体积大、安装困难的缺点；另外，德国AeroStab-2轻量型惯性稳定平台的方位支承采用了三点接触式滚轮支承方式，显著减小了重量和体积，安装也容易，但存在承载能力低，刚性差，回转精度低的缺点。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种回转灵活、精度高、体积小、质量轻、承载能力强、安装方便的轻量型三轴惯性稳定平台方位支承结构。

本发明的技术解决方案是：一种轻量型三轴惯性稳定平台方位支承结构包括方位框、压紧外圈、俯仰框、紧固螺钉、游隙调整垫圈、两根内钢丝滚道、两根外钢丝滚道、保持器、滚动体；方位框为支承结构的转子基体，两根内钢丝滚道放置在方位框的结构体中；压紧外圈和俯仰框共同组成支承结构的定子基体，其中压紧外圈为定子基体的上框架，俯仰框为定子基体的下框架，圆周方向均布的紧固螺钉通过游隙调整垫圈将上框架与下框架联接为一体，两根外钢丝滚道分别放置在压紧外圈和俯仰框的结构体中；保持器的水平中心线与Z向中心轴线分别与滚动体的水平中心线和回转中心轴线重合，保持器Z向端面圆周均布与滚动体数量相等的兜孔，将滚动体圆周均匀分离开；滚动体通过与两根内钢丝滚道和两根外钢丝滚道的直接接触，承担成像载荷重量，并携带成像载荷绕Z轴旋转；游隙调整垫圈将压紧外圈和俯仰框隔开，装配时可以根据需要磨削游隙调整垫圈的高度，使支承结构具有一定的游隙或预紧量。

方位支承结构滚道部分纵向剖面为正方形，正方形剖面内，两根内钢丝滚道与两根外钢丝滚道构成两条对角线和，成90°正交，交点为滚动体的中心；在正方形剖面内，滚动体与两根内钢丝滚道有两个接触点和，滚动体与两根外钢丝滚道有两个接触点和；两根内钢丝滚道、两根外钢丝滚道、保持器与滚动体组成四点接触式球轴承形式，可同时承受径向、轴向载荷和倾覆力矩。

方位框外侧中部开设截面形状为矩形的水平槽，水平槽底部中央开设保持器的安装槽，两根内钢丝滚道嵌入水平槽底部两拐角处和，并被滚动体压紧；两根外钢丝滚道分别嵌入到压紧外圈的阶梯槽拐角处和俯仰框的阶梯槽拐角处，并被滚动体压紧。

两根内钢丝滚道外径与滚动体接触处表面磨削加工整圈圆弧槽，圆弧槽横截面曲率半径大于滚动体的半径，是滚动体的内回转滚道；同时，两根外钢丝滚道内径与滚动体接触处表面也磨削加工整圈圆弧槽，圆弧槽横截面曲率半径大于滚动体的半径，是滚动体的外回转滚道。滚动体采用高精度陶瓷球或碳钢球。

方位框、压紧外圈和俯仰框外缘Z向设计有牙口结构，安装时方位框上面牙口结构的凸台和凹槽与压紧外圈牙口结构的凸台和凹槽相互交错***，组成非接触迷宫式密封；同理，方位框下面牙口结构的凸台和凹槽与俯仰框牙口结构的凸台和凹槽相互交错***，组成非接触迷宫式密封。

保持器采用尼龙材料，水平放置，端面沿Z向圆周均布与滚动体数量相等的兜孔；兜孔分为两种，截面均为40度圆锥角，但角度方向相反；两种兜孔各占兜孔总数的一半，圆周交错分布；一半数量钢球通过与两种兜孔中的一种的斜面接触，将保持器定位并带动其旋转；保持器设有开口用于安装。

游隙调整垫圈一式四片，为90°圆环结构，中间均布紧固螺钉过孔；四片游隙调整垫圈与压紧外圈和俯仰框圆周整体接触。

本发明的原理是：本发明一种轻量型三轴惯性稳定平台方位支承结构包括方位框、压紧外圈、俯仰框、紧固螺钉、游隙调整垫圈、两根内钢丝滚道、两根外钢丝滚道、保持器、滚动体；方位框为支承结构的转子基体，两根内钢丝滚道放置在方位框的结构体中；压紧外圈和俯仰框共同组成支承结构的定子基体，其中压紧外圈为定子基体的上框架，俯仰框为定子基体的下框架，圆周方向均布的紧固螺钉通过游隙调整垫圈将上框架与下框架联接为一体，两根外钢丝滚道分别放置在压紧外圈和俯仰框的结构体中；保持器的水平中心线与Z向中心轴线分别与滚动体的水平中心线和回转中心轴线重合，保持器Z向端面圆周均布与滚动体数量相等的兜孔，将滚动体圆周均匀分离开；滚动体通过与两根内钢丝滚道和两根外钢丝滚道的直接接触，承担成像载荷重量，并携带成像载荷绕Z轴旋转；游隙调整垫圈将压紧外圈和俯仰框隔开，装配时可以根据需要磨削游隙调整垫圈的高度，使支承结构具有一定的游隙或预紧量。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)采用在框架结构中开槽，将钢丝作为滚道嵌入框架沟槽中，相比整体式向心滚动轴承方案，体积最小、质量最轻；

(2)钢丝滚道部分磨削加工而成，圆周钢球均布，因此回转灵活、精度高，在相同设计空间内比整体式向心滚动轴承方案承载能力更大；

(3)游隙调整垫圈设计为整体接触分片式结构，相比与紧固螺钉等数量的局部接触垫片或三点接触式滚轮支承方式，本发明具有更大飞抗变形能力，使轴承承载能力和回转精度显著增强；

(4)利用紧固螺钉圆周方向均匀地将压紧外圈和俯仰框连接为定子基体，而方位框本身直接作为转子基体，相对于其它方案，拆卸合安装非常容易方便。

附图说明

图1为本发明滚道部分局部放大图以及坐标系方向的规定；

图2为本发明在一种轻量型三轴惯性稳定平台中应用的装配图；

图3为本发明滚道截面四点接触式球轴承原理图、两根内钢丝滚道和两根外钢丝滚道磨削圆弧槽示意图；

图4为本发明方位框结构特点；

图5为本发明压紧外圈和俯仰框组成一体式定子基体的结构特点；

图6为本发明方位框与压紧外圈组成的非接触迷宫式密封局部放大图；

图7为本发明方位框与俯仰框组成的非接触迷宫式密封局部放大图；

图8为本发明保持器的结构示意图，图8a为兜孔圆周分布与开口位置示意图，图8b为兜孔结构特征局部放大图；

图9为本发明游隙调整垫圈的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种轻量型三轴惯性稳定平台方位支承结构包括方位框1、压紧外圈2、俯仰框3、紧固螺钉4、游隙调整垫圈5、两根内钢丝滚道6、两根外钢丝滚道7、保持器8、滚动体9；两根内钢丝滚道6放置在方位框1的结构体中，两根外钢丝滚道7分别放置在压紧外圈2和俯仰框3的结构体中；保持器8的水平中心线与Z向中心轴线分别与滚动体9的水平中心线和回转中心轴线重合，保持器8的Z向端面圆周均布与滚动体9数量相等的兜孔，将滚动体9圆周均匀分离开；滚动体9通过与两根内钢丝滚道6和两根外钢丝滚道7的直接接触，承担成像载荷重量，并携带成像载荷绕Z轴旋转；游隙调整垫圈5将压紧外圈2和俯仰框3隔开，装配时可以根据需要磨削游隙调整垫圈5的高度，使支承结构具有一定的游隙或预紧量。

如图2所示，方位框1为支承结构的转子基体，压紧外圈2和俯仰框3共同组成支承结构的定子基体，其中压紧外圈2为定子基体的上框架，俯仰框3为定子基体的下框架，圆周方向均布的紧固螺钉4通过游隙调整垫圈5将上框架与下框架联接为一体。

如图3所示，本发明方位支承结构滚道部分纵向剖面为正方形，正方形剖面内，两根内钢丝滚道6与两根外钢丝滚道7构成两条对角线10和11，成90°正交，交点为滚动体9的中心；在正方形剖面内，滚动体9与两根内钢丝滚道6有两个接触点12和13，滚动体9与两根外钢丝滚道7有两个接触点14和15；两根内钢丝滚道6、两根外钢丝滚道7、保持器8与滚动体9组成四点接触式球轴承形式，可同时承受径向、轴向载荷和倾覆力矩。

其中两根内钢丝滚道6外径与滚动体9接触处表面磨削加工整圈圆弧槽601，圆弧槽601横截面曲率半径大于滚动体9的半径，是滚动体9的内回转滚道；同时，两根外钢丝滚道7内径与滚动体9接触处表面也磨削加工整圈圆弧槽701，圆弧槽701横截面曲率半径大于滚动体9的半径，是滚动体9的外回转滚道。滚动体9采用高精度陶瓷球或碳钢球。

如图4所示，本发明方位框1外侧中部开设截面形状为矩形的水平槽103，水平槽103底部中央开设保持器8的安装槽104，使保持器8的内径不与方位框1干涉；两根内钢丝滚道6嵌入水平槽103底部两拐角处105和106，并被滚动体9压紧；

如图5所示，圆周方向均布的紧固螺钉4通过游隙调整垫圈5将压紧外圈2和俯仰框3联接为一体，共同组成支承结构的定子基体，压紧外圈2和俯仰框3分别为定子基体的上框架和下框架；两根外钢丝滚道7分别嵌入到压紧外圈2的阶梯槽203拐角处204和俯仰框3的阶梯槽303拐角处304，并被滚动体9压紧，承受载荷。

如图6和图7所示，本发明的方位框1、压紧外圈2和俯仰框3外缘Z向设计有牙口结构，安装时方位框1上面牙口结构的凸台101和凹槽102与压紧外圈2牙口结构的凸台201和凹槽202相互交错***，组成非接触迷宫式密封；同理，方位框1下面牙口结构的凸台101和凹槽102与俯仰框3牙口结构的凸台301和凹槽302相互交错***，组成非接触迷宫式密封；当支承结构回转时，上述两处非接触迷宫式密封不会产生摩擦力矩，并在360°圆周方向上将滚道内部完全密封保护，起到防尘、防润滑脂脱落的作用，保证支承结构良好性能的运行环境并延长其寿命。

如图8a所示，本发明保持器8采用尼龙材料，水平放置，端面沿Z向圆周均布与滚动体数量相等的兜孔801和802；兜孔801和兜孔802各占兜孔总数的一半，圆周交错分布；兜孔801和兜孔802截面均为40度圆锥角，角度方向相反。

如图8b所示，一半数量的滚动体9通过与兜孔801内部圆锥体斜面由下而上地圆周接触，将保持器8顶起；而另一半数量的滚动体9通过与兜孔802内部圆锥体斜由上而下地圆周接触，将保持器8压住；滚动体9通过兜孔801和兜孔802将保持器8进行X、Y和Z三个方向的定位并带动其旋转；保持器8设有开口803用于安装，安装时利用尼龙材料的弹性从开口803处将保持器8直径拉大，使得保持器8可以水平放入方位框1外侧中部的水平槽103中进行装配。

如图9所示，本发明游隙调整垫圈5一式四片，为90°圆环结构，中间均布紧固螺钉过孔501；四片游隙调整垫圈5与压紧外圈2和俯仰框3圆周整体接触。

Claims (7)

1.一种轻量型三轴惯性稳定平台方位支承结构，其特征在于：包括方位框（1）、压紧外圈（2）、俯仰框（3）、紧固螺钉（4）、游隙调整垫圈（5）、两根内钢丝滚道（6）、两根外钢丝滚道（7）、保持器（8）、滚动体（9）；方位框（1）为支承结构的转子基体，两根内钢丝滚道（6）放置在方位框（1）的结构体中；压紧外圈（2）和俯仰框（3）共同组成支承结构的定子基体，其中压紧外圈（2）为定子基体的上框架，俯仰框（3）为定子基体的下框架，圆周方向均布的紧固螺钉（4）通过游隙调整垫圈（5）将上框架与下框架联接为一体，两根外钢丝滚道（7）分别放置在压紧外圈（2）和俯仰框（3）的结构体中；保持器（8）的水平中心线与Z向中心轴线分别与滚动体（9）的水平中心线和回转中心轴线重合，保持器（8）采用尼龙材料，水平放置，端面沿Z向圆周均布与滚动体数量相等的兜孔（801、802）,将滚动体（9）圆周均匀分离开；兜孔（801）和兜孔（802）各占兜孔总数的一半，圆周交错分布；兜孔（801）和兜孔（802）截面均为40度圆锥角，角度方向相反；一半数量的滚动体（9）通过与兜孔（801）内部圆锥体斜面由下而上地圆周接触，将保持器（8）顶起；而另一半数量的滚动体（9）通过与兜孔（802）内部圆锥体斜由上而下地圆周接触，将保持器（8）压住；滚动体（9）通过兜孔（801）和兜孔（802）将保持器（8）进行X、Y和Z三个方向的定位并带动其旋转；保持器（8）设有开口（803）用于安装，安装时利用尼龙材料的弹性从开口（803）处将保持器（8）直径拉大，使得保持器（8）可以水平放入方位框（1）外侧中部的水平槽（103）中进行装配；滚动体（9）通过与两根内钢丝滚道（6）和两根外钢丝滚道（7）的直接接触，承担成像载荷重量，并携带成像载荷绕Z轴旋转；游隙调整垫圈（5）将压紧外圈（2）和俯仰框（3）隔开，装配时可以根据需要磨削游隙调整垫圈（5）的高度，使支承结构具有一定的游隙或预紧量。

2.根据权利要求1所述的一种轻量型三轴惯性稳定平台方位支承结构，其特征在于：所述的方位支承结构滚道部分纵向剖面为正方形，正方形剖面内，两根内钢丝滚道（6）与两根外钢丝滚道（7）构成两条对角线（10、11），成90°正交，交点为滚动体（9）的中心；在正方形剖面内，滚动体（9）与两根内钢丝滚道（6）有两个接触点（12、13），滚动体（9）与两根外钢丝滚道（7）有两个接触点（14、15）；两根内钢丝滚道（6）、两根外钢丝滚道（7）、保持器（8）与滚动体（9）组成四点接触式球轴承形式，可同时承受径向、轴向载荷和倾覆力矩。

3.根据权利要求1所述的一种轻量型三轴惯性稳定平台方位支承结构，其特征在于：方位框（1）外侧中部开设截面形状为矩形的水平槽（103），水平槽（103）底部中央开设保持器（8）的安装槽（104），两根内钢丝滚道（6）嵌入水平槽（103）底部两拐角处（105、106），并被滚动体（9）压紧；两根外钢丝滚道（7）分别嵌入到压紧外圈（2）的阶梯槽（203）拐角处（204）和俯仰框（3）的阶梯槽（303）拐角处（304），并被滚动体（9）压紧。

4.根据权利要求1所述的一种轻量型三轴惯性稳定平台方位支承结构，其特征在于：所述的两根内钢丝滚道（6）外径与滚动体（9）接触处表面磨削加工整圈圆弧槽（601），圆弧槽（601）横截面曲率半径大于滚动体（9）的半径，是滚动体（9）的内回转滚道；同时，两根外钢丝滚道（7）内径与滚动体（9）接触处表面也磨削加工整圈圆弧槽（701），圆弧槽（701）横截面曲率半径大于滚动体（9）的半径，是滚动体（9）的外回转滚道。

5.根据权利要求1所述的一种轻量型三轴惯性稳定平台方位支承结构，其特征在于：所述的方位框（1）、压紧外圈（2）和俯仰框（3）外缘Z向设计有牙口结构，安装时方位框（1）上面牙口结构的凸台（101）和凹槽（102）与压紧外圈（2）牙口结构的凸台（201）和凹槽（202）相互交错***，组成非接触迷宫式密封；同理，方位框（1）下面牙口结构的凸台（101）和凹槽（102）与俯仰框（3）牙口结构的凸台（301）和凹槽（302）相互交错***，组成非接触迷宫式密封。

6.根据权利要求1所述的一种轻量型三轴惯性稳定平台方位支承结构，其特征在于：所述的滚动体（9）采用高精度陶瓷球或碳钢球。

7.根据权利要求1所述的一种轻量型三轴惯性稳定平台方位支承结构，其特征在于：所述的游隙调整垫圈（5）一式四片，为90°圆环结构，中间均布紧固螺钉过孔（501）；四片游隙调整垫圈（5）与压紧外圈（2）和俯仰框（3）圆周整体接触。

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