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
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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