一种轻小型化高转速电动三轴转台

摘要

本发明公开了一种轻小型化高转速电动三轴转台，包括底盘箱、外旋转组件和内旋转组件，外旋转组件安装于底盘箱上，内旋转组件安装于外旋转组件内；底盘箱包括用于实现外旋转组件旋转的偏航轴动力组；外旋转组件包括外框架、交叉滚子轴承和俯仰轴动力组，外框架位于底盘箱上，交叉滚子轴承安装于外框架上，俯仰轴动力组用于实现内旋转组件的俯仰转动；内旋转组件包括内安装架、安装基盘、旋转主轴、电机架和无刷电机，内安装架的一侧与交叉滚子轴承连接、另一侧与俯仰轴动力组连接，安装基盘通过旋转主轴与无刷电机连接，旋转主轴穿过内安装架安装，电机架安装于内安装架。本发明能够精确模拟炮射旋转弹丸在外弹道飞行过程中的姿态变化特性。

说明书

技术领域

本发明属于三轴转台技术领域，具体为一种轻小型化高转速电动三轴转台。

背景技术

三轴转台是飞行器导航系统在地面仿真的核心设备，它能实时地模拟飞行器在实际飞行时的偏航、俯仰、滚转三个方向上的姿态变化，从而实现半实物仿真。显然三轴转台性能的优劣直接影响了仿真试验的可靠性和可信度，决定了导航系统的精度和性能。

制导弹药是各国竞相发展的高新技术武器，导航组件是新型制导弹药的的核心部件，其性能优劣直接决定了制导弹药的命中精度，因此有必要对导航系统进行准确的精度测试和评估。对于制导弹药的导航系统来说，同样可以使用常见的三轴转台去模拟出制导弹药飞行过程中的姿态变化，但是炮射的旋转弹丸具有明显的高转速特性，导致现有的三轴转台并不能满足其要求。

国外研究人员对三轴转台作了相关的研究，但这些研究未能满足高动态和轻小型的要求。中国发明专利201711122178.3公开了一种立式单轴高速转台，该发明专利解决了模拟末敏弹高转速准确打靶的问题，但只能实现单轴的高速转动，俯仰和偏航轴的运动无法体现，且结构复杂、设备沉重，无法兼顾便携性。实用新型专利201822225611.2公开了一种生产成本小、结构受力好的三轴仿真转台；发明专利200610049065.0公开了一种微型无人直升机飞行姿态三维仿真转台，体积小巧，机构简单。这两者的缺陷在于无法提供高动态的姿态模拟，无法满足制导弹药导航系统的测试要求。

发明内容

为解决以上问题，本发明提出了一种轻小型化高转速电动三轴转台，为炮射旋转弹丸的导航系统地面试验提供解决方案，其滚转轴转速可达到18000rpm，通过采用碳纤维复合材料实现轻小型化的结构设计，使得转台具有高刚度特性的同时保持了非常轻的重量，使得转台拥有快速响应能力，并能够达到较高精度。

为实现以上目的的技术解决方案如下：

一种轻小型化高转速电动三轴转台，包括底盘箱、外旋转组件和内旋转组件，所述外旋转组件安装于所述底盘箱上，所述内旋转组件安装于所述外旋转组件内；

所述底盘箱包括用于实现所述外旋转组件旋转的偏航轴动力组；

所述外旋转组件包括外框架、交叉滚子轴承和俯仰轴动力组，所述外框架位于所述底盘箱上，所述交叉滚子轴承安装于所述外框架上，所述内旋转组件通过所述交叉滚子轴承和所述俯仰轴动力组与外框架转动连接，所述俯仰轴动力组用于实现内旋转组件的俯仰转动；

所述内旋转组件包括内安装架、安装基盘、旋转主轴、电机架和无刷电机，所述内安装架的一侧与所述交叉滚子轴承连接、另一侧与所述俯仰轴动力组连接，所述安装基盘通过旋转主轴与无刷电机连接，所述旋转主轴穿过内安装架安装，所述电机架安装于所述内安装架上并用于安装和支撑无刷电机。

进一步地，所述底盘箱还包括控制面板、把手、主箱体和过线面板，所述控制面板和过线面板分别位于主箱体的两侧，所述把手安装于所述主箱体的两侧，所述偏航轴动力组安装于主箱体上。

进一步地，所述外框架包括碳纤底板、外框架碳纤左侧板、外框架碳纤右侧板，所述碳纤底板位于所述偏航轴动力组上方并与之固定连接，所述外框架碳纤左侧板和外框架碳纤右侧板位于所述碳纤底板的两侧。

进一步地，所述外框架还包括四个外框架支撑板和四个外框架定位块，所述四个外框架支撑板和四个外框架定位块分别用于实现所述外框架碳纤左侧板和外框架碳纤右侧板与所述碳纤底板的连接和定位。

进一步地，所述内安装架包括碳纤左侧板、内底板和碳纤右侧板，所述碳纤左侧板与所述交叉滚子轴承连接，碳纤右侧板与所述俯仰轴动力组连接，所述内底板连接于碳纤左侧板和碳纤右侧板之间，所述旋转主轴穿过所述内底板安装。

进一步地，所述内安装架还包括四个内安装架定位块，所述四个内安装架定位块用于实现碳纤左侧板和碳纤右侧板与内底板的定位与连接。

进一步地，所述内安装架还包括带轴承法兰盘，所述带轴承法兰盘穿过内底板安装并用于实现所述旋转主轴的旋转支撑。

进一步地，所述内安装架还包括四个橡胶减振块，所述四个橡胶减振块用于实现所述电机架与内底板的连接与减振。

进一步地，所述内安装架还包括联轴器，所述联轴器用于实现所述旋转主轴与无刷电机的输出轴的连接。

进一步地，所述内底板能够沿所述碳纤左侧板和碳纤右侧板上下方向实现位置调整。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)采用高速的无刷电机和伺服驱动模块实现了滚转轴的超高速转动和俯仰、偏航轴的快速响应特性；

(2)所述内底板能够沿所述碳纤左侧板和碳纤右侧板上下方向实现位置调整，内框架的重心位置可以根据负载调节，使得重心位置处于俯仰轴附近，有利于改善动态特性；

(3)通过减振机构将滚转轴无刷电机单独隔离，去除超高速运转下电机振动的干扰，衰减俯仰运动下高速旋转的电机所带来的陀螺力矩；

(4)本发明利用可以高速转动的滚转无刷电机提供滚转轴所需的超高转速，俯仰动力组驱动内旋转组件实现俯仰运动，底盘箱上的偏航动力组驱动外旋转组件与内旋转组件的组合实现偏航运动，能够精确模拟炮射旋转弹丸的外弹道姿态变化特性。

附图说明

图1是本发明轻小型化高转速电动三轴转台的立体结构图。

图2是本发明轻小型化高转速电动三轴转台的主视图。

图3是本发明轻小型化高转速电动三轴转台的右视图。

图4是本发明轻小型化高转速电动三轴转台的左视图。

图5是本发明轻小型化高转速电动三轴转台的俯视图。

图6是本发明轻小型化高转速电动三轴转台的部件分解图。

图中主要分为三大部件，1-5是底盘箱(包括控制面板1、把手2、主箱体3、过线面板4、偏航轴动力组5)，6-10及22-23是外旋转组件(碳纤底板6、外框架支撑板7、外框架定位块8、外框架碳纤左侧板9、交叉滚子轴承10、俯仰轴动力组22、外框架碳纤右侧板23)，11-20是内旋转组件(包括内安装架碳纤左侧板11、安装基盘12、旋转主轴13、带轴承法兰盘14、内底板15、橡胶减振块16、联轴器17、电机架18、无刷电机19、内安装架定位块20、内安装架碳纤右侧板21)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

结合图1-6，一种轻小型化高转速电动三轴转台，包括底盘箱、外旋转组件和内旋转组件，所述外旋转组件安装于所述底盘箱上，所述内旋转组件安装于所述外旋转组件内；

所述底盘箱包括用于实现所述外旋转组件旋转的偏航轴动力组5；

所述外旋转组件包括外框架、交叉滚子轴承10和俯仰轴动力组22，所述外框架位于所述底盘箱上，所述交叉滚子轴承10安装于所述外框架上，所述内旋转组件通过所述交叉滚子轴承10和所述俯仰轴动力组22与外框架转动连接，所述俯仰轴动力组22用于实现内旋转组件的俯仰转动；

所述内旋转组件包括内安装架、安装基盘12、旋转主轴13、电机架18和无刷电机19，所述内安装架的一侧与所述交叉滚子轴承10连接、另一侧与所述俯仰轴动力组22连接，所述安装基盘12通过旋转主轴13与无刷电机19连接，所述旋转主轴13穿过内安装架安装，所述电机架18安装于所述内安装架并用于安装和支撑无刷电机19。

优选地，所述底盘箱还包括控制面板1、把手2、主箱体3和过线面板4，所述控制面板1和过线面板4分别位于主箱体3的两侧，所述把手2安装于所述主箱体3的两侧，所述偏航轴动力组5安装于主箱体3上，所述的底盘箱两侧装有便于搬运的把手2，并且可容纳驱动器等所有的电装设备，外部只需供电给入和控制信号。

优选地，所述外框架包括碳纤底板6、外框架碳纤左侧板9、外框架碳纤右侧板23，所述碳纤底板6位于所述偏航轴动力组5上方并与之固定连接，所述外框架碳纤左侧板9和外框架碳纤右侧板23位于所述碳纤底板6的两侧。

优选地，所述外框架还包括四个外框架支撑板7和四个外框架定位块8，所述四个外框架支撑板7和四个外框架定位块8分别用于实现所述外框架碳纤左侧板9和外框架碳纤右侧板23与所述碳纤底板6的连接和定位。

优选地，所述内安装架包括内安装架碳纤左侧板11、内底板15和内安装架碳纤右侧板21，所述内安装架碳纤左侧板11与所述交叉滚子轴承10连接，内安装架碳纤右侧板21与所述俯仰轴动力组22连接，所述内底板15连接于内安装架碳纤左侧板11和内安装架碳纤右侧板21之间，所述旋转主轴13穿过所述内底板15安装。

优选地，所述内安装架还包括四个内安装架定位块20，所述四个内安装架定位块20用于实现内安装架碳纤左侧板11和内安装架碳纤右侧板21与内底板15的定位与连接。

优选地，所述内安装架还包括带轴承法兰盘14，所述带轴承法兰盘14穿过内底板15安装并用于实现所述旋转主轴13的旋转支撑。

优选地，所述内安装架还包括四个橡胶减振块16，所述四个橡胶减振块16用于实现所述电机架18与内底板15的连接与减振。

优选地，所述内安装架还包括联轴器17，所述联轴器17用于实现所述旋转主轴13与无刷电机19的输出轴的连接，所述的无刷电机19、联轴器17、安装基盘12、旋转主轴13、带轴承法兰盘14同轴布置，滚转轴无刷电机19最终驱动安装基盘12高速转动。

所述碳纤底板6、外框架碳纤左侧板9、外框架碳纤右侧板23、内安装架碳纤左侧板11、内安装架碳纤右侧板21、电机架17都采用碳纤维材料制作，其余材料都为7075铝合金，以求得最小的转动惯量。

优选地，所述内底板15能够沿所述内安装架碳纤左侧板11和内安装架碳纤右侧板21上下方向实现位置调整，内安装架碳纤左侧板11和内安装架碳纤右侧板21上设计有可以调节内底板15安装位置的一系列安装孔，可以根据负载的重量来调节整个内旋转组件的重心位置，使其尽量靠近俯仰轴线，提高响应能力。

负载(如惯导组件或飞行控制系统)可安装在安装基盘12上，安装基盘12与旋转主轴13固连。旋转主轴13由带轴承法兰盘14承载，由无刷电机19通过联轴器17驱动旋转主轴13，从而使得负载一起高速转动。内旋转组件由安装在外框架碳纤左侧板上的交叉滚子轴承和俯仰轴动力组一起承载，并由俯仰轴动力组驱动进行俯仰运动。外旋转组件安装在固定在底盘箱上的偏航动力组上，由其驱动进行偏航运动。在安装基盘上完成负载的安装之后，通过内安装架碳纤左侧板和内安装架碳纤右侧板上一系列安装孔调节内框架底板的安装位置，使其质量偏心最小。所有连接采用螺栓螺母紧定。所述底盘箱的控制面板和过线面板采用模块化设计，可根据需求定制安装。

所述内旋转组件中电机架通过减振块与内底板连接，隔离振动，衰减陀螺力矩。

本发明的工作原理为：本利用可以高速转动的滚转无刷电机提供滚转轴所需的超高转速，俯仰动力组驱动内旋转组件实现俯仰运动，底盘箱上的偏航动力组驱动外旋转组件与内旋转组件的组合实现偏航运动，能够精确模拟炮射旋转弹丸的外弹道姿态变化特性。并利用减振机构隔离高速转动的滚转无刷电机的振动及陀螺力矩等对转台的不利影响。

表1为1kg负载下，转台的各项指标，完全满足炮射旋转弹丸的导航系统的半实物仿真试验指标要求。

表1 1kg负载下指标

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。