一种高精度五轴飞行仿真转台复合轴系

摘要

本发明公开了一种高精度五轴飞行仿真转台复合轴系，包括：俯仰主轴、基座、高低主轴、俯仰框架、高低框架等。以俯仰主轴为支撑，通过俯仰轴承座将复合轴系固定在基座上，俯仰主轴旋转时带动俯仰框架旋转，高低主轴旋转时带动高低框架旋转，俯仰轴系和高低轴系以“轴套轴”的配合形式安装，复合轴系的驱动形式可使用电动马达或液压马达，这种结构形式可应用于卧式或立式五轴仿真转台的研制生产。与传统五轴仿真转台结构形式相比，采用复合轴系的五轴飞行仿真转台，整体结构紧凑，占用空间小，俯仰和高低轴的旋转范围更大，更加方便在实验室环境下使用；另外，由于其制造工艺简单，安装调试方便，可进行模块化生产。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高精度五轴飞行仿真转台复合轴系，尤其是涉及一种复合精密轴系。可应用于惯导测试设备和航空航天测试设备的研制，特别是应用于五轴飞行仿真转台的研制。

背景技术

五轴飞行仿真转台作为有重大经济价值和国防战略意义的高精尖试验关键测试设备，在导弹和航天飞行器的研制过程中起着及其重要的作用。导弹制导系统是导弹及飞行器的核心部件，评价制导系统性能主要有两种测试方法：一种是在实际打靶或实际飞行中获得数据，并从中发现问题不断完善；另一种方法是依据半实物仿真试验设备在地面测试和评价制导系统的各项性能指标。由于是在实验室条件下，真实地模拟导弹(或飞行器)导引头的动力学特性，因此这种设备得到了越来越广泛的应用。

为了能够尽可能的模拟实弹时状态，五轴飞行仿真转台各个轴系都具有较高的动态指标要求，对于卧式(或立式)的转台，传统的结构布局方式中，高低轴系与俯仰轴系是两个独立的模块，并且高低轴系运动范围小，采用“轴套轴”式的复合轴系整体结构布局，较传统的结构形式更加紧凑，在实验室环境下，占用空间小；这种结构方案可使高低轴系旋转范围更大，扩展导引头的测试范围。

因此，对五轴飞行仿真转台轴系的研制提出了3点要求，(1)大运动范围；(2)高频响；(3)高精度。

发明内容

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

将俯仰角接触球轴承对、俯仰轴承外隔圈和俯仰轴承内隔圈装入俯仰轴承座，并将俯仰主轴插入俯仰角接触球轴承对内圈，在左端分别用俯仰锁紧螺母和俯仰轴承端盖压紧俯仰角接触球轴承对的内圈和外圈，以构成复合轴系中的俯仰轴系；并将俯仰轴系经俯仰轴承座固联在基座上，作为所有外力载荷的支撑。

以俯仰主轴为支撑，将高低主轴、高低角接触球轴承对、高低轴承外隔圈和高低轴承内隔圈安装到位，并用高低轴承端盖和高低锁紧螺母分别压紧高低角接触球轴承对的外圈和内圈，以构成复合轴系中的高低轴系。

以俯仰主轴为主，将俯仰和高低两个轴系联系在一起，并组成了复合轴系的主体。另外，在俯仰主轴的法兰和轴端，还安装有俯仰电机转子、俯仰编码器和俯仰框架；在高低主轴的法兰和轴端，也安装了高低电机转子、高低编码器、和高低框架。

对于卧式五轴飞行仿真转台，安装在基座内的复合轴系需要左右对称布置，同时支撑高低框架和俯仰框架的左右端面；而对于立式五轴飞行仿真转台，直接将复合轴系垂直地面布置即可。

本发明工作原理：

1、俯仰角接触球轴承对、俯仰轴承外隔圈和俯仰轴承内隔圈装入俯仰轴承座圆柱孔内，俯仰主轴插入俯仰角接触球轴承对内圈，在左端分别用俯仰锁紧螺母和俯仰轴承端盖压紧俯仰角接触球轴承对的内圈和外圈，在右端分别用俯仰主轴的轴肩和俯仰轴承座端面限制轴向位移，将所构成的俯仰轴系固定在基座上。

2、以俯仰主轴为支撑，将高低主轴、高低角接触球轴承对、高低轴承外隔圈和高低轴承内隔圈安装到位，并用高低轴承端盖和高低锁紧螺母分别压紧高低角接触球轴承对的外圈和内圈，并构成高低轴系。

3、在上述复合轴系中，俯仰主轴被俯仰轴系和高低轴系共用，并对俯仰轴系和高低轴系负载起支撑作用；在俯仰轴系中，俯仰主轴与俯仰轴承组件为俯仰轴系旋转提供支撑，俯仰主轴带动俯仰框架旋转，在高低轴系中，俯仰主轴与高低轴承组件为高低轴系旋转提供支撑，高低主轴带动高低框架旋转。

本发明采用如下技术方案：

一种高精度五轴飞行仿真转台复合轴系，包括：俯仰主轴、俯仰锁紧螺母、俯仰轴承端盖、俯仰角接触球轴承对、俯仰轴承座、俯仰轴承外隔圈、俯仰轴承内隔圈、基座、俯仰电机定子、俯仰电机转子、俯仰电机转子座、高低电机定子、高低电机转子、高低主轴、高低轴承外隔圈、高低轴承内隔圈、高低角接触球轴承对、高低轴承端盖、高低锁紧螺母、俯仰垫片、俯仰框架、高低框架、高低垫片、高低端盖、高低编码器、高低读数头、高低读数头支架、高低过渡板、俯仰过渡板、俯仰读数头支架、俯仰读数头、俯仰编码器、俯仰编码器支架。其特征在于将俯仰角接触球轴承对、俯仰轴承外隔圈和俯仰轴承内隔圈装入俯仰轴承座圆柱孔内，俯仰主轴插入俯仰角接触球轴承对内圈，在左端分别用俯仰锁紧螺母和俯仰轴承端盖压紧俯仰角接触球轴承对的内圈和外圈，在右端分别用俯仰主轴的轴肩和俯仰轴承座端面限制轴向位移，以构成复合轴系中的俯仰轴系。

以俯仰主轴为支撑，将高低主轴、高低角接触球轴承对、高低轴承外隔圈和高低轴承内隔圈安装到位，在右端分别用高低轴承端盖和高低锁紧螺母分别压紧高低角接触球轴承对的外圈和内圈，在左端分别用俯仰主轴的轴肩和高低主轴的端面限制轴向位移，以构成复合轴系中的高低轴系。

用螺钉将俯仰轴承座、俯仰电机定子和高低电机定子固定在基座上，作为复合轴系的固定部分，基座作为支撑结构件，用来支撑复合轴系和框架负载的重量。

两个轴系组件配合在一起组成复合轴系的主体，俯仰主轴被俯仰轴系和高低轴系共用，并对俯仰轴系和高低轴系负载起支撑作用；在俯仰轴系中，俯仰主轴与俯仰轴承组件为俯仰轴系旋转提供支撑，俯仰主轴带动俯仰框架旋转，在高低轴系中，俯仰主轴与高低轴承组件为高低轴系旋转提供支撑，高低主轴带动高低框架旋转。

用螺钉将俯仰电机转子、与俯仰主轴固联(通过俯仰电机转子座转接)，为俯仰轴系提供驱动扭矩；用同样的方法将将高低电机转子与高低主轴固联在一起，为高低轴系提供驱动扭矩；在俯仰和高低主轴的轴端分别与俯仰和高低框架配合，并用螺钉将两者固联在一起，以驱动框架跟随轴系一起转动。

在俯仰主轴的左端安装有俯仰编码器，俯仰读数头经俯仰轴承座和俯仰过渡板用螺钉固定在俯仰读数头支架上，构成俯仰测角组件；高低主轴的圆周上贴合有高低编码器，高低读数头经高低过渡板用螺钉固定在高低读数头支架上，构成高低测角组件。这两套测角组件分别为两个轴系提供角度位置反馈值，实现轴系闭环控制。

以构件基座为参照，俯仰电机驱动俯仰轴系旋转时，参与运动的主要构件有：俯仰主轴、俯仰锁紧螺母、俯仰角接触球轴承对内圈、俯仰轴承内隔圈、俯仰电机转子座、俯仰电机转子、高低角接触球轴承对内圈、高低轴承内隔圈、高低锁紧螺母、俯仰垫片、俯仰框架和俯仰编码器。以构件基座为参照，高低电机驱动高低轴系旋转时，参与运动的主要构件有：高低主轴、高低电机转子、高低角接触球轴承对外圈、高低轴承外隔圈、高低轴承端盖、高低垫片、高低框架和高低编码器。

俯仰电机在基座的内层，高低电机在基座的外层，因此先要将俯仰轴系组件和俯仰电机定子固定在基座的法兰面上，然后才能将高低轴系组件安装至俯仰主轴配合面处，高低电机定子与基座的法兰面固定。

本发明的有益技术效果是:

为了能够尽可能的模拟实际使用时状态，本发明提供了一种高精度五轴飞行仿真转台复合轴系，这种高精度复合轴系具有以下特点：

1.采用上述形式的复合轴系，可增加高低轴系的运动范围至±120°，如果不考虑线缆布局影响，这种形式的高低轴系可实现0～360°的大范围运动，并且不与其它框架干涉；而传统的五轴转台高低轴系运动范围不大于±50°；

2.高低轴系是五轴转台跨度最大的轴系，因此高频响指标最难实现，采用上述形式的复合轴系，可缩短高低轴系轴向长度尺寸约1/4；另一方面，驱动高低轴系运动的电动马达，紧靠在高低框架侧；以上这两个方面的改进可极大的提高高低轴系的频响指标。

3.五轴飞行仿真转台的轴系精度，主要有同轴度、垂直度和相交度等指标。采用复合轴系的结构形式，俯仰和高低轴系的同轴度和垂直度指标可由加工精度保证，装配时几乎不用调整；相交度指标可由俯仰垫片和高低垫片的厚度配磨调整，同样较容易实现。

4.复合轴系的使用形式不局限于使用电动马达，原来的设计空间同样能满足液压马达的使用条件；由于高低轴系和俯仰轴系本身惯量较大，因此，在加速度和频响要求更高的情况下，可考虑使用液压马达替换这两个轴系的电动马达。

5.与传统的五轴仿真转台相比，采用复合轴系的五轴飞行仿真转台，整体结构紧凑，占用空间小，更方便在实验室环境下使用；

6.制造工艺简单，安装调试方便，制作成本低，可进行模块化生产，有利于大批量推广应用。

附图说明

图1是本发明示意图。

图2是本发明应用于卧式五轴飞行仿真转台示意图。

图3是本发明应用于立式五轴飞行仿真转台示意图。

图中所示：1.俯仰主轴、2.俯仰锁紧螺母、3.俯仰轴承端盖、4.俯仰角接触球轴承对、5.俯仰轴承座、6.俯仰轴承外隔圈、7.俯仰轴承内隔圈、8.基座、9.俯仰电机定子、10.俯仰电机转子、11.俯仰电机转子座、12.高低电机定子、13.高低电机转子、14.高低主轴、15.高低轴承外隔圈、16.高低轴承内隔圈、17.高低角接触球轴承对、18.高低轴承端盖、19.高低锁紧螺母、20.俯仰垫片、21.俯仰框架、22.高低框架、23.高低垫片、24.高低端盖、25.高低编码器、26.高低读数头、27.高低读数头支架、28.高低过渡板、29.俯仰过渡板、30.俯仰读数头支架、31.俯仰读数头、32.俯仰编码器、33.俯仰编码器支架。

具体实施方式

通过下面对实施例的描述，将更加有助于公众理解本发明，但不能也不应当将申请人所给出的具体的实施例视为对本发明技术方案的限制，任何对部件或技术特征的定义进行改变和/或对整体结构作形式的而非实质的变换都应视为本发明的技术方案所限定的保护范围。

实施例：

以下通过具体实施方式，结合附图对本发明作进一步描述：

如图1所示，本实施用于一种高精度五轴飞行仿真转台复合轴系，包括：俯仰主轴、俯仰锁紧螺母、俯仰轴承端盖、俯仰角接触球轴承对、俯仰轴承座、俯仰轴承外隔圈、俯仰轴承内隔圈、基座、俯仰电机定子、俯仰电机转子、俯仰电机转子座、高低电机定子、高低电机转子、高低主轴、高低轴承外隔圈、高低轴承内隔圈、高低角接触球轴承对、高低轴承端盖、高低锁紧螺母、俯仰垫片、俯仰框架、高低框架、高低垫片、高低端盖、高低编码器、高低读数头、高低读数头支架、高低过渡板、俯仰过渡板、俯仰读数头支架、俯仰读数头、俯仰编码器、俯仰编码器支架。

如图1所示，将俯仰角接触球轴承对、俯仰轴承外隔圈和俯仰轴承内隔圈装入俯仰轴承座圆柱孔内，俯仰主轴插入俯仰角接触球轴承对内圈，在左端分别用俯仰锁紧螺母和俯仰轴承端盖压紧俯仰角接触球轴承对的内圈和外圈，在右端分别用俯仰主轴的轴肩和俯仰轴承座端面限制轴向位移，以构成复合轴系中的俯仰轴系。

以俯仰主轴为支撑，将高低主轴、高低角接触球轴承对、高低轴承外隔圈和高低轴承内隔圈安装到位，在右端分别用高低轴承端盖和高低锁紧螺母分别压紧高低角接触球轴承对的外圈和内圈，在左端分别用俯仰主轴的轴肩和高低主轴的端面限制轴向位移，以构成复合轴系中的高低轴系。

用螺钉将俯仰轴承座、俯仰电机定子和高低电机定子固定在基座上，作为复合轴系的固定部分，基座作为支撑结构件，用来支撑复合轴系和框架负载的重量。

以俯仰主轴为支撑，将上述两个轴系组件联系在一起组成了复合轴系的主体。用螺钉将俯仰电机转子、与俯仰主轴固联(通过俯仰电机转子座转接)，为俯仰轴系提供驱动扭矩；用同样的方法将将高低电机转子与高低主轴固联在一起，为高低轴系提供驱动扭矩；在俯仰和高低主轴的轴端分别与俯仰和高低框架配合，并用螺钉将两者固联在一起，以驱动框架跟随轴系一起转动。

在俯仰主轴的左端安装有俯仰编码器，高低主轴的圆周上安装有高低编码器，分别为两个轴系提供角度位置反馈信息，实现轴系运动闭环控制。

本发明所描述的一种高精度五轴飞行仿真转台复合轴系的使用形式不局限于使用电动马达，原来的设计样式同样能满足液压马达的使用条件。

本发明所描述的一种高精度五轴飞行仿真转台复合轴系的俯仰主轴与俯仰框架，高低主轴与高低框架之间的连接方式也可使用胀紧套替换螺钉。

本发明所描述的一种高精度五轴飞行仿真转台复合轴系应用于被测负载重量较大的五轴转台，可将俯仰角接触球轴承对和高低角接触球轴承对更改为圆锥滚子轴承对，以增加轴系在轴向和径向的刚度。

本发明所描述的一种高精度五轴飞行仿真转台复合轴系可应用于卧式和立式五轴飞行仿真转台，如图2和图3所示；卧式五轴转台的使用方法是，安装在基座内的复合轴系需要左右对称布置，以便同时支撑高低框架和俯仰框架的左右端面；而对于立式五轴飞行仿真转台，直接将复合轴系垂直地面布置，俯仰主轴和高低主轴变换为内方位主轴和外方位主轴，并在两个主轴的端面分别固定内方位框架和外方位框架。

当然，本发明还可以有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可以根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。