三軸高低溫速率轉臺的製作方法

2023-08-07 09:38:36 2

專利名稱：三軸高低溫速率轉臺的製作方法
技術領域：
本發明屬於陀螺標定設備，具體屬於一種能夠應用於高低溫範圍內的三 軸高低溫速率轉臺。
技術背景目前國內和從國外進口的高低溫環境下標定三軸陀螺的轉臺形式一般為 下列幾種形式； 一、兩軸或三軸轉臺，溫箱套裝在滾轉軸工作檯上，由於溫 箱腔體尺寸和重量，不僅造成整個轉臺的方位、俯仰和滾轉的框架尺寸需要 擴張的很大，框架轉動慣量很大也對每個軸電機輸出力矩要求很高，因而造 成大多數轉臺結構的方位、俯仰框採用機械手動方式，採用電控方式的安全 性也不高，從而造成轉臺成本高，測試效率低。二、單軸轉臺，溫箱腔體套 裝在工作檯上，測試陀螺每個指向都需進行一次升降溫過程，改變指向需要 溫箱回到常溫下手動翻轉裝卡產品，測試陀螺三個敏感方向需要三個升降溫 過程，造成測試效率低下，並且陀螺測回時間過長使得不能在同一條件下標 定三軸陀螺的三個敏感方向指標，造成測試數據的不準確性。三、採用常溫 轉臺，產品在溫箱內恆溫一段時間後迅速拿出放在保溫盒內再安裝在上轉臺 測試，此方式測試更為麻煩，首先產品出溫箱後溫度不能保持恆定，對於長 時間測量溫度變化大時需要重新定溫；其次溫箱在低溫狀態下開門，由於高 低溫控制對流溫箱會嚴重結霜，產品同樣也會結霜凝水，存在損毀產品的危 險，對測試帶來更多的不確定性。關於對在高低溫環境下對慣性陀螺精度指標標定的轉臺，採用外中內框 (即方位、俯仰和滾轉框架)置於溫箱內的結構形式，目前尚未見相應產品 和報導。發明內容本發明的目的在於解決上述技術問題，提供一種能夠應用於高低溫範圍 內的、能夠同時對陀螺進行三個方向測試的三軸高低溫速率轉臺，該轉臺對 電機力矩要求低，測試效率高。本發明的技術方案如下一種三軸高低溫速率轉臺，包括轉臺基座，外框、中框、內框及外框、 中框、內框的驅動軸、驅動電機，外框為U形結構，外框驅動軸安裝在轉臺基座內；同時，它還包括一個溫箱，外框、中框、內框安裝在溫箱內部，溫箱底板上開有容許外框驅動軸穿過的軸孔；中框和內框為標準正圓環形；溫 箱壁上開有玻璃窗。上述技術方案所述的外框驅動軸穿過軸孔的部分設有大理石隔熱層。上述技術方案所述的軸孔壁上圍有一層毛氈。上述技術方案所述的所述的玻璃窗上加裝有多層玻璃，各層玻璃之間設 有加熱電阻絲。上述技術方案所述的外框、中框、內框的驅動軸上安裝有測角碼盤和測 速機。上述技術方案所述的外框驅動軸位於溫箱底板和基座間的部分從上導下 依次套接有環形導流板和阻水環。上述技術方案所述的外框、中框、內框均為中空結構，各包括腔壁和腔 壁圍成的腔體，各框的驅動軸均為中空軸，電源和信號電纜位於外框、中框、 內框及其驅動軸的腔體內，外框驅動軸腔底部設有導電滑環，中框測速機、 中框測角碼盤、內框測速機、內框測角碼盤的前置放大器位於大理石隔熱層 下的外框驅動軸腔內。本發明的優點在於1. 將轉臺的外框、中框、內框置於溫箱之中，能夠同時對陀螺的三個方 向在高低溫環境下進行標定，測試效率高，轉臺的體積小，重量輕，對電機 的力矩要求低，同時，由於中框、內框全部為正圓環形，具有很好的對稱性， 大大減少由於高低溫下材料的熱脹冷縮引起的框架和軸系變形，從而提高三 軸高低溫轉臺中框和內框迴轉精度、相互垂直度、位置定位精度，提高了標 定的準確性，同時在溫箱上開有玻璃窗，在不影響溫箱內環境的前提下使得 了標定時，標定用的自準直雷射管輸出的平行光能夠很好照射到轉臺內框的 鏡子上，為轉臺標定計量儀器提供透光通道，又避免了直接開孔造成溫箱內 外氣流直接交換出現低溫下會產生霧化或凝水影響光路傳輸質量；2. 外框驅動軸通過溫箱底板開孔穿過溫箱，並採用大理石作為隔熱層， 減少了外框驅動軸的導熱，有助於提高測量的精確度；3. 溫箱底板的開孔周圍粘貼毛氈，和外框驅動軸形成很小的間隙，在大大減小溫箱腔內和外界環境對流的同時，基本消除了由於對流造成的溫箱內結水凝霜現象，也保證系統外框驅動軸和溫箱摩擦很小；4. 在溫箱壁上開窗，加裝了多層玻璃，並在每層加熱，避免了結霜，同 時也避免了普通玻璃的光學折射和漫射帶來測試誤差。5. 外框、中框、內框的驅動軸上安裝有測角碼盤和測速機，使得轉臺可 以通過控制系統自動控制；6. 外框、中框、內框及其驅動軸採用中空設計，並將電纜置於空腔中， 利用導電滑環來做電纜中轉，使得整個轉臺的電氣連接簡單、緊湊、可靠， 同時將前置放大器放置於安裝在隔熱層下的外框主軸腔內，既縮短了傳輸距 離沒通過導電滑環，也避開了高低溫環境，很好地解決了信號幹擾的難題；7. 外框驅動軸上套裝環狀導流板，用來對高低溫箱連續長時間工作由於 內外冷熱氣流對流形成的水滴導流，將水導流在底座上的阻流環外，防止水 順外框主軸外圓壁流入轉臺基座內，避免長時間積水損毀軸承、電機21、測 速機和測角碼盤，為系統提供了更高的安全保障。


圖1為本發明提供的一種三軸高低溫速率轉臺的結構示意圖； 圖2為圖1中外框驅動軸連接結構示意圖。圖中，1內框驅動軸，2內框軸承，3內框腔壁，4內框腔體，5中框 軸承，6中框測角碼盤，7中框，8中框測速機，9外框腔體，IO外框腔壁， 11溫箱底板，12外框連接軸，13大理石隔熱層，14電纜，15外框主軸， 16接線插座，17導電滑環，18外框測角碼盤，19外框輔助軸承，20外 框測速機，21外框驅動電機，22外框軸承，23前置放大器，24阻水環， 25導流板，26轉臺基座，27毛氈，28外框，29內框限位機構，30引北 鏡，31內框驅動電機，32內框，33中框驅動軸，34中框驅動電機，35中 框限位機構，36中框腔體，37中框腔壁，38內框測速機，39內框測角碼 盤，40調平地腳，41螺釘；42臺階孔。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式
，對本發明做進一步地詳細描述。 如圖1所述， 一種三軸高低溫速率轉臺，包括轉臺基座26，位於轉臺基 座26上方的溫箱(圖中只示出了溫箱底板11)和安裝於溫箱內的外框28、中框7、內框32;溫箱是一個採用氟製冷電阻絲加熱的的方形箱體；轉臺基座26中心安裝有中空且成臺階狀的外框主軸15，外框主軸15從 下到上依次套裝有外框測角碼盤18、外框輔助軸承19、外框測速機20、外 框驅動電機21、外框軸承22;外框主軸15的上部伸出轉臺基座26的上端面上有一層環形大理石隔熱 層，大理石隔熱層13上為同軸的外框連接軸12同軸，螺釘41穿過外框連接 軸12、大理石隔熱層13伸入外框主軸15上端面的螺紋孔中，將外框連接軸 12、大理石隔熱層13和外框主軸15同軸固定連接在一起(如圖2所示)，形 成外框驅動軸，為了便於螺釘41穿過，外框連接軸12的上部設有一圈臺階 孔42;溫箱底板11開有能允許外框驅動軸(12和15)穿過的軸孔，並套在外 框驅動軸(12和15)的大理石隔熱層13段上，軸孔壁上粘貼有一層毛氈27; 外框主軸15和外框連接軸12均為中空軸；外框連接軸12的上端位於溫箱內部，其上安裝外框28，外框28為U形 結構，並安裝有引北鏡30;外框28上端安裝有一對水平的中框驅動軸33，中框驅動軸33與中框固 定連接，中框7為正圓環形，中框驅動軸33的軸線通過中框7的直徑，中框 驅動軸33外周上依次安裝有中框測角碼盤6、中框測速機8、中框軸承5、 中框限位機構35;中框7上還安裝有一對內框驅動軸1，內框驅動軸1的軸線與中框驅動 軸33軸線垂直，內框32也為正圓環形，安裝在內框驅動軸l上，內框驅動 軸1外周上依次安裝有內框測角碼盤39、內框測速機38、內框軸承2、內框 限位機構29;外框28、中框7、內框32均為中空結構，都包括鑄鋁材料構成的腔壁和 腔壁圍城的腔體(10和9， 37和36， 4和3);轉臺基座26上設有接線插座16，作為電源信號電纜14的接口，插座上 連接的電纜14與設在外框主軸15空腔底部的導電滑環17連接，導電滑環 17上引出的電纜14穿過外框連接軸12內部的空腔、外框腔體9、中框腔體 36引入相應的電機(21， 34， 31)、測速機(20， 8， 38)、測角碼盤(18， 6， 39)，為其提供電源並將測速機(20， 8， 38)、測角碼盤(18， 6， 39)的信號輸出。溫箱壁上設有測量用的玻璃窗(圖中未示出)。轉臺基座26的底部設有調平地腳40，可以方便地調節轉臺基座26的水平。上述三軸高低溫速率轉臺的工作原理如下外框28、中框7、內框32及其驅動軸(15和12， 33， 1)、驅動電機(21， 34， 31)能夠產生三個自由度的旋轉運動，即方位、俯仰和偏航。溫箱內的 中框驅動軸33和內框驅動軸1提供產品的東南西北天地指向翻轉，工作在常 溫下的外框驅動軸(12和15)提供高精度的速率運轉。在對高低溫環境(-5(TC 7(TC)下對慣性陀螺精度指標標定時，將慣性陀螺卡裝在內框7上，然後調節 溫箱溫度，通過外框28、中框7、內框32三個方向的轉動，可按照常溫下慣 性陀螺的標定方法來對慣性陀螺標定。中框7和內框32由於處於溫箱腔體內， 兩個框軸的定位精度、垂直度、迴轉精度的測試使用需自準直光管，本發明 中測量溫箱壁上開有玻璃窗，以解決光路傳輸問題，避免了直接開孔會造成 溫箱內外氣流直接交換出現低溫下會產生霧化或凝水影響光路傳輸質量，從 而影響測量結果準確性。單層玻璃溫差很大時，仍然會產生結霜，影響光路傳輸質量，為此，在 本發明的另一實施方式中，在溫箱壁上開窗，加裝了五層玻璃，各層之間留 有氣隙，並安裝有加熱電阻絲，通過電阻絲加熱各層玻璃間的氣流，減小各 層溫差，避免了結霜，同時也避免了普通玻璃的光學折射和漫射帶來測試誤 差。玻璃窗也可以裝兩層、三層、四層、七層玻璃，但是層多了就浪費並造 成安裝困難，層少就效果不太理想，五層效果最好。上述三軸高低溫速率轉臺中，由於中框7和內框32安放在溫箱箱體內， 要承受-45。C 70。C的溫度變化，通過應用SOLIDWORKS軟體對系統建立 模型，利用有限元設計分析方法，對不同溫度下不同的機械結構形式的變形 情況建立模型，經過大量分析比對，設計中框7和內框32為標準正圓環型結 構，此結構的由於具有很好的對稱性，大大減少由於高低溫下材料的熱脹冷 縮引起的框架和軸系變形，從而提高三軸高低溫轉臺中框7和內框32迴轉精 度、相互垂直度、位置定位精度；中框7和內框32都採取一次鑄造成型，各部分材料完全一致，膨脹係數 也相同，也可以進一步提高在高低溫環境下的定位精度；外框連接軸12通過溫箱底板11開孔穿過溫箱，並採用大理石作為隔熱 層，減少了外框驅動軸(12和15)的導熱，有助於提高測量的精確度。溫箱底板11的開孔周圍粘貼毛氈27,和外框驅動軸(12和15)形成很小 的間隙，在大大減小溫箱腔內和外界環境對流的同時，基本消除了由於對流 造成的溫箱內結水凝霜現象，也保證系統外框驅動軸(12和15)和溫箱摩擦很 小。為避免外框28連續無限轉動時通過外框驅動軸(12和15)的電纜14不被 絞接，在上述三軸高低溫速率轉臺中通過導電滑環17來做電纜中轉，而在中 框驅動軸33和內框驅動軸1上則設有限位機構35和29，使得中框7隻能做 -180°至lj+180。的旋轉，避免電纜14不被絞接。限位機構35和29可以採用 機械限位也可以採用電氣限位，這對於本領域的技術人員來說是很容易實現 的。當然，電纜14的穿越形式可以設計成其他的形式，比如如果無需外框 28的連續轉動，電纜14中就可以不採用導電滑環17。中框驅動電機34和內 框驅動電機31的電源線也可以從溫箱壁上引入，但是絕熱效果上會受到影 響。為了能夠應用於自動標定中，上述三軸高低溫速率轉臺的外框驅動軸(12 和15、中框驅動軸33、內框驅動軸1上還安裝有測角碼盤(18， 6， 39)和 測速機(20， 8， 38)，以提供控制信號，這與常溫下的三軸轉臺是相同的， 但是由於中框測角碼盤6和內框測角碼盤39輸出的模擬正弦調製信號微弱， 峰值只有約15mv左右，需要進行信號放大後再傳輸，在普通環境下一般在 測角碼盤附近放置前置放大電路，由於中框7和內框32放置在溫箱內，放大 電路器件，即使選用軍品器件，在巨大溫差下的飄移將嚴重影響測角精度， 甚至不能可靠工作，如果通過導電滑環17將弱信號通過滑環引出溫箱在底座 下放置前置放大器23，則可能因為導電滑環17的存在，將會對測角碼盤(6， 39)的信號產生很大幹擾。在上述三軸高低溫速率轉臺中，前置放大器23安 裝在隔熱層下的外框主軸15腔內，既縮短了傳輸距離沒通過導電滑環17， 也避開了高低溫環境，很好地解決了此難題。在溫箱底板ll孔下方，外框驅動軸(12和15)上套裝環狀導流板25，用 來對高低溫箱連續長時間工作由於內外冷熱氣流對流形成的水滴導流，將水 導流在底座上的阻流環24外，防止水順外框主軸15外圓壁流入轉臺基座26 內，避免長時間積水損毀軸承22、電機21、測速機20和測角碼盤18，為系 統提供了更高的安全保障。上述三軸高低溫速率轉臺中安裝了引北鏡30，便於北向標定設備同過光 學的途徑計算轉臺初始位置和北向的加角。普通情況下，陀螺標定要和地球 的北向基準建立聯繫，有了北向作為基準角，然後陀螺部分信號輸出可以根 據北向建立自己的輸出數據。計量陀螺的設備轉臺通過確定自己的初始位置 和正北方向之間的角度差，從而便於在相同的計量基礎上比對陀螺自身數據 和轉臺輸出的標準數據。
權利要求
1. 一種三軸高低溫速率轉臺，包括轉臺基座(26)，外框(28)、中框(7)、內框(32)及外框(28)、中框(7)、內框(32)的驅動軸(12和15，33，1)、驅動電機(21，34，31)，外框(28)為U形結構，外框驅動軸(12和15)安裝在轉臺基座(26)內；其特徵在於它還包括一個溫箱，外框(28)、中框(7)、內框(32)安裝在溫箱內部，溫箱底板(11)上開有容許外框驅動軸(12和15)穿過的軸孔；中框(7)和內框(32)為標準正圓環形；溫箱壁上設有玻璃窗。
2. 如權利要求l所述的一種三軸高低溫速率轉臺，其特徵在於所述的 外框驅動軸(12和15)穿過軸孔的部分設有大理石隔熱層(13)。
3. 如權利要求1或2所述的一種三軸高低溫速率轉臺，其特徵在於所 述的軸孔壁上圍有一層毛氈(27)。
4. 如權利要求1或2所述的一種三軸高低溫速率轉臺，其特徵在於所 述的玻璃窗上加裝有多層玻璃，各層玻璃之間設有加熱電阻絲。
5. 如權利要求3所述的一種三軸高低溫速率轉臺，其特徵在於所述的 玻璃窗上加裝有多層玻璃，各層玻璃之間設有加熱電阻絲。
6. 如權利要求4所述的一種三軸高低溫速率轉臺，其特徵在於所述的外框(28)、中框(7)、內框(32)的驅動軸(12和15， 33， 1)上安裝有測 角碼盤(18， 6， 39)和測速機(20， 8， 38)。
7. 如權利要求5所述的一種三軸高低溫速率轉臺，其特徵在於所述的 外框(28)、中框(7)、內框(32)的驅動軸(12和15， 33， 1)上安裝有測 角碼盤(18， 6， 39)和測速機(20， 8， 38)。
8. 如權利要求6所述的一種三軸高低溫速率轉臺，其特徵在於所述的 外框(28)、中框(7)、內框(32)均為中空結構，各包括腔壁和腔壁圍成的 腔體，各框的驅動軸(12和15， 33， 1)均為中空軸，電源和信號電纜(14) 位於外框(28)、中框(7)、內框(32)及其驅動軸(12和15， 33， 1)的腔 體內，外框驅動軸(12和15)腔底部設有導電滑環(17)，中框測速機(8)、 中框測角碼盤(6)、內框測速機(38)、內框測角碼盤(39)的前置放大器(23) 位於大理石隔熱層(13)下的外框驅動軸腔(12和15)內。
9. 如權利要求7所述的一種三軸高低溫速率轉臺，其特徵在於所述的外框(28)、中框(7)、內框(32)均為中空結構，各包括腔壁和腔壁圍成的 腔體，各框的驅動軸(12和15， 33， 1)均為中空軸，電源和信號電纜(14) 位於外框(28)、中框(7)、內框(32)及其驅動軸(12和15， 33， 1)的腔 體內，外框驅動軸(12和15)腔底部設有導電滑環(17)，中框測速機(8)、 中框測角碼盤(6)、內框測速機(38)、內框測角碼盤(39)的前置放大器(23) 位於大理石隔熱層(13)下的外框驅動軸腔(12和15)內。
10. 如權利要求9所述的一種三軸高低溫速率轉臺，其特徵在於所述 的外框驅動軸(12和15)位於溫箱底板和轉臺基座(26)間的部分從上到下 依次套接有環形導流板(25)和阻水環(24)。
全文摘要
本發明屬於陀螺標定設備，公開了一種能夠應用於高低溫範圍內的三軸高低溫速率轉臺。它包括轉臺基座，外框、中框、內框及外框、中框、內框的驅動軸、驅動電機，外框為U形結構，外框驅動軸安裝在轉臺基座內；它還包括一個溫箱，外框、中框、內框安裝在溫箱內部，溫箱底板上開有容許外框驅動軸穿過的軸孔；中框和內框為標準正圓環形；溫箱壁上開有玻璃窗。本發明的優點在於在高低溫環境下能夠同時對陀螺進行三個方向測試，該轉臺對電機力矩要求低，測試效率高。
文檔編號G01C25/00GK101545789SQ200810084179
公開日2009年9月30日 申請日期2008年3月28日 優先權日2008年3月28日
發明者劉均松, 張新磊, 濱 徐, 雯 江 申請人:北京航天計量測試技術研究所