CN104391505A - 一种变惯量反作用飞轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变惯量反作用飞轮，包括固定齿轮箱组件、回转齿轮箱组件、飞轮组件，固定齿轮箱组件电机I、电机II、固定齿轮箱壳体、小齿轮I、轴承I、大齿轮I、小齿轮II、大齿轮II、轴承II；回转齿轮箱组件包括回转齿轮箱壳体、传动轴、锥齿轮I、轴承III；飞轮组件包括锥齿轮II、丝杠、轴承IV、丝杠螺母、配重块、导向杆、滑动轴承、挡板和轴承V。通过控制电机I、电机II的转速来控制配重块的惯性半径和回转角加速度，以改变飞轮组件的转动惯量，从而控制***输出的反作用力矩范围和精度。本发明可快速调节***输出的反作用力矩范围和精度，安装和工作空间小，应用于航天器和机器人领域中，有利于航天器和机器人的小型化。

Description

一种变惯量反作用飞轮
技术领域
本发明涉及一种飞轮，属于姿态控制的反作用飞轮领域，尤其涉及一种变惯量反作用飞轮。 
背景技术
反作用飞轮作为姿态调节关键部件在卫星、独轮机器人等航天器和机器人领域中得到了非常广泛地应用。在物体内部安装反作用飞轮，通过驱动反作用飞轮获得反力矩可以控制物体的姿态，物体在作快速大角度姿态机动时，一般需要较大反力矩；而在做高精度姿态调节时则需要很小的反力矩对姿态进行调节。由于反作用飞轮转速和电机控制精度的限制，一般提供大的反力矩，需要转动惯量大的反作用飞轮，反之需要转动惯量较小的反作用飞轮，变惯量反作用飞轮较好地满足了这一需求。现有变惯量反作用飞轮结构尺寸大，需要较大的安装和工作空间，不利于航空器、机器人等的小型化。 
发明内容
为克服现有变惯量反作用飞轮的上述不足，本发明提供了一种变惯量反作用飞轮，具体技术方案如下： 
本发明的目的在于提供一种变惯量反作用飞轮，可快速调节飞轮的转动惯量，且结构紧凑，需要较小的安装和工作空间。 
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种变惯量反作用飞轮，包括固定齿轮箱组件、回转齿轮箱组件、飞轮组件，所述的固定齿轮箱组件电机I、电机II、固定齿轮箱壳体、小齿轮I、轴承I、大齿轮I、小齿轮II、大齿轮II、 轴承II；所述的回转齿轮箱组件包括回转齿轮箱壳体、传动轴、锥齿轮I、轴承III；所述的飞轮组件包括锥齿轮II、丝杠、轴承IV、丝杠螺母、配重块、导向杆、滑动轴承、挡板和轴承V。 
电机I(2)、电机II(1)固定在固定齿轮箱壳体(3)上，电机I(2)、电机II(1)的输出轴上分别固定有小齿轮I(4)、小齿轮II(9)，小齿轮I(4)、小齿轮II(9)分别与大齿轮I(7)、大齿轮II(10)相啮合，大齿轮I(7)与回转齿轮箱壳体(6)固定，带动回转齿轮箱壳体(6)转动，回转齿轮箱壳体(6)通过轴承I(5)安装在固定齿轮箱壳体(3)上，大齿轮I(10)固定在传动轴(8)的一端，带动固定在传动轴(8)另一端的锥齿轮I(12)转动，传动轴(8)两端通过轴承II(11)、轴承III(13)分别与固定齿轮箱壳体(3)、回转齿轮箱壳体(6)连接；丝杠(15)通过轴承IV(16)安装到回转齿轮箱壳体(6)上，丝杠(15)的一端通过轴承V(22)安装有挡板(21)，另一端固定有锥齿轮II(14)，锥齿轮II(14)与锥齿轮I(12)啮合，导向杆(19)固定连接于回转齿轮箱壳体(6)和挡板(21)之间，丝杠(15)与丝杠螺母(17)啮合，丝杠螺母(17)与配重块(18)固定，配重块(18)与导向杆(19)间设置有滑动轴承(20)； 
所述的固定齿轮箱壳体(3)上设置有安装孔(3-1)，用于固定变惯量反作用飞轮；所述的回转齿轮箱壳体(6)上设置有两套以上的飞轮组件； 
固定齿轮箱组件有两路输出，一路输出为电机I(2)依次通过小齿轮I(4)、大齿轮I(7)驱动回转齿轮箱组件中的回转齿轮箱壳体(6)转动，进而带动配重块(18)回转，当锥齿轮I(12)相对于固定齿轮箱壳体(3)静止时，锥齿轮II(14)在回转齿轮箱壳体(6)的带动下产生转速二路输出为电机II(1)依次通过小齿轮II(9)、大齿轮II(10)驱动回转齿轮箱组件中的锥齿轮I(12) 转动，进而带动锥齿轮II(14)产生转速因此，上述两路输出叠加在锥齿轮II(14)的实际转速为通过控制电机I(2)、电机II(1)的转速来控制锥齿轮II(14)的转速，锥齿轮II(14)依次通过丝杠(15)、丝杠螺母(17)带动配重块(18)沿导向杆(19)的移动，进而控制配重块(18)的惯性半径，以改变飞轮组件的转动惯量，同时通过控制电机I(2)、电机II(1)的转速控制配重块(18)的回转角加速度，从而控制***输出的反作用力矩范围和精度。 
电机I(2)、电机II(1)安装在固定齿轮箱壳体(6)的同一侧。 
有益效果 
1.通过控制电机I、电机II的转速可快速调节配重块的惯性半径和回转角加速度，有效提高了***输出反作用力矩的精度，扩展了***输出反作用力矩范围。 
2.电机I、电机II安装在固定齿轮箱的同一侧，***整体结构紧凑，有效减小了***所需的安装和工作空间，应用于航天器和机器人领域中，有利于航天器和机器人的小型化。 
附图说明
附图1为本发明结构示意图。 
图中：1、电机II，2、电机I，3、固定齿轮箱壳体，3-1、安装孔，4、小齿轮I，5、轴承I，6、回转齿轮箱壳体，7、大齿轮I，8、传动轴，9、小齿轮II，10、大齿轮II，11、轴承II，12、锥齿轮I，13、轴承III，14、锥齿轮II，15、丝杠，16、轴承IV，17、丝杠螺母，18、配重块，19、导向杆，20、滑动轴承，21、挡板，22、轴承V。 
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步说明。 
如图1为本发明结构示意图，该变惯量反作用飞轮包括固定齿轮箱组件、回转齿轮箱组件、飞轮组件，所述的固定齿轮箱组件包括电机I2、电机II1、固定齿轮箱壳体3、小齿轮I4、轴承I5、大齿轮I7、小齿轮II9、大齿轮II10、轴承II 11；所述的回转齿轮箱组件包括回转齿轮箱壳体6、传动轴8、锥齿轮I12、轴承III 13；本实施例中包含两套飞轮组件，两套飞轮组件对称分布，并均通过锥齿轮II 14与锥齿轮I12啮合，飞轮组件包括锥齿轮II14、丝杠15、轴承IV16、丝杠螺母17、配重块18、导向杆19、滑动轴承20、挡板21和轴承V22。 
所述的回转齿轮箱壳体6与大齿轮I(7)固定，通过轴承I5安装在固定齿轮箱壳体3上；所述的丝杠15通过轴承IV16安装到回转齿轮箱壳体6上，丝杠15的一端通过轴承V22安装有挡板21，另一端固定有锥齿轮II14，锥齿轮II14与锥齿轮I 12啮合，两个导向杆19分别固定在回转齿轮箱壳体6和挡板21之间，丝杠螺母17与丝杠15啮合，丝杠螺母17与配重块18固定，配重块18与导向杆19间设置有滑动轴承20；所述的传动轴8两端通过轴承II11、轴承III 13分别与固定齿轮箱壳体3、回转齿轮箱壳体6连接，传动轴8上固定有大齿轮I10、锥齿轮I 12；所述的电机I2、电机II1固定在固定齿轮箱壳体3上，电机I2、电机II 1的输出轴上分别固定有小齿轮I4、小齿轮II9，小齿轮I4、小齿轮II9分别与大齿轮I7、大齿轮II10相啮合。 
所述的固定齿轮箱壳体3上设置有安装孔3-1，用于固定变惯量反作用飞轮。所述的回转齿轮箱壳体6上设置有两套飞轮组件。 
电机I2依次通过小齿轮I4、大齿轮I7驱动回转齿轮箱壳体6回转，进而带动配重块18回转，当锥齿轮I12相对于固定齿轮箱壳体3静止时，锥齿轮II14 在回转齿轮箱壳体6的带动下产生转速电机II1依次通过小齿轮II9、大齿轮II10、传动轴8驱动锥齿轮I12回转，进而带动锥齿轮II14产生转速锥齿轮II14的实际转速为通过控制电机I2、电机II1的转速来控制锥齿轮II14的转速，锥齿轮II14依次通过丝杠15、丝杠螺母17带动配重块18沿导向杆19的移动，进而控制配重块18的惯性半径，以改变飞轮组件的转动惯量，同时通过控制电机I2、电机II1的转速控制配重块18的回转角加速度。 

Claims (2)

1.一种变惯量反作用飞轮，包括固定齿轮箱组件、回转齿轮箱组件、飞轮组件，所述的固定齿轮箱组件包括电机I(2)、电机II(1)、固定齿轮箱壳体(3)、小齿轮I(4)、轴承I(5)、大齿轮I(7)、小齿轮II(9)、大齿轮II(10)、轴承II(11)；所述的回转齿轮箱组件包括回转齿轮箱壳体(6)、传动轴(8)、锥齿轮I(12)、轴承III(13)；所述的飞轮组件包括锥齿轮II(14)、丝杠(15)、轴承IV(16)、丝杠螺母(17)、配重块(18)、导向杆(19)、滑动轴承(20)、挡板(21)和轴承V(22)；
其特征在于：电机I(2)、电机II(1)固定在固定齿轮箱壳体(3)上，电机I(2)、电机II(1)的输出轴上分别固定有小齿轮I(4)、小齿轮II(9)，小齿轮I(4)、小齿轮II(9)分别与大齿轮I(7)、大齿轮II(10)相啮合，大齿轮I(7)与回转齿轮箱壳体(6)固定，带动回转齿轮箱壳体(6)转动，回转齿轮箱壳体(6)通过轴承I(5)安装在固定齿轮箱壳体(3)上，大齿轮I(10)固定在传动轴(8)的一端，带动固定在传动轴(8)另一端的锥齿轮I(12)转动，传动轴(8)两端通过轴承II(11)、轴承III(13)分别与固定齿轮箱壳体(3)、回转齿轮箱壳体(6)连接；丝杠(15)通过轴承IV(16)安装到回转齿轮箱壳体(6)上，丝杠(15)的一端通过轴承V(22)安装有挡板(21)，另一端固定有锥齿轮II(14)，锥齿轮II(14)与锥齿轮I(12)啮合，导向杆(19)固定连接于回转齿轮箱壳体(6)和挡板(21)之间，丝杠(15)与丝杠螺母(17)啮合，丝杠螺母(17)与配重块(18)固定，配重块(18)与导向杆(19)间设置有滑动轴承(20)；
所述的固定齿轮箱壳体(3)上设置有安装孔(3-1)，用于固定变惯量反作用飞轮；所述的回转齿轮箱壳体(6)上设置有两套以上的飞轮组件；
电机I(2)依次通过小齿轮I(4)、大齿轮I(7)驱动回转齿轮箱壳体(6)回转，进而带动配重块(18)回转，当锥齿轮I(12)相对于固定齿轮箱壳体(3)静止时，锥齿轮II(14)在回转齿轮箱壳体(6)的带动下产生转速电机II(1)依次通过小齿轮II(9)、大齿轮II(10)、传动轴(8)驱动锥齿轮I(12)回转，进而带动锥齿轮II(14)产生转速锥齿轮II(14)的实际转速为通过控制电机I(2)、电机II(1)的转速来控制锥齿轮II(14)的转速，锥齿轮II(14)依次通过丝杠(15)、丝杠螺母(17)带动配重块(18)沿导向杆(19)的移动，进而控制配重块(18)的惯性半径，以改变飞轮组件的转动惯量，同时通过控制电机I(2)、电机II(1)的转速控制配重块(18)的回转角加速度，从而控制***输出的反作用力矩范围和精度。
2.根据权利要求1所述，电机I(2)、电机II(1)安装在固定齿轮箱壳体(6)的同一侧。
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