一种偏航轴电机前置的立式三轴仿真转台
阅读说明：本技术 一种偏航轴电机前置的立式三轴仿真转台 (Vertical triaxial simulation rotary table with front-mounted yaw axis motor ) 是由 刘喜平 霍国亮 徐玮珩 于 2021-09-10 设计创作，主要内容包括：一种偏航轴电机前置的立式三轴仿真转台,包括底座,所述底座内设有主轴,主轴上经锁紧螺母安装有轴承组件,所述底座上端固定有外罩,外罩上侧设有“U”型框架,“U”型框架的底部设有偏航孔,“U”型框架的下端通过偏航孔套接在主轴上,所述偏航孔内设有套装在主轴上的胀紧套,所述底座内位于轴承组件的上侧设有套装在主轴上的电机。本发明将电机放置在底座的上部,缩短了电机扭矩传递到负载的轴向距离,提高了主轴的扭转刚度；并且在主轴和“U”型框架的偏航孔内增加胀紧套,省去配制销孔工序,不仅提高工作效率,同时也能增加主轴和负载的联接刚度,这两个方面的改进都有利于实现三轴仿真转台偏航轴的频响特性。(The utility model provides a vertical triaxial emulation revolving stage of yaw axis motor leading, includes the base, be equipped with the main shaft in the base, install the bearing assembly through lock nut on the main shaft, the base upper end is fixed with the dustcoat, and the dustcoat upside is equipped with "U" type frame, and the bottom of "U" type frame is equipped with the driftage hole, and the lower extreme of "U" type frame cup joints on the main shaft through the driftage hole, the downthehole bloated tight cover of suit on the main shaft that is equipped with of driftage, the upside that lies in the bearing assembly in the base is equipped with the motor of suit on the main shaft. The motor is arranged at the upper part of the base, so that the axial distance from the torque of the motor to the load is shortened, and the torsional rigidity of the main shaft is improved; and the expansion sleeve is additionally arranged in the main shaft and the yaw hole of the U-shaped frame, the pin hole preparation process is omitted, the working efficiency is improved, the connection rigidity of the main shaft and the load can be increased, and the improvement of the two aspects is beneficial to realizing the frequency response characteristic of the yaw shaft of the three-shaft simulation turntable.)
技术领域
本发明涉及一种偏航轴电机前置的立式三轴仿真转台。
背景技术
三轴电动转台作为试验验证平台，在导弹和航天飞行器的研制过程中有很重要的作用。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，并且对高动态（或高频响、高带宽）的要求越来越严格。
立式三轴电动仿真转台为串联机构，从内到外依次为滚转轴系、俯仰轴系和偏航轴系。三轴串联机构的特性是，滚转轴系本身的转动惯量由电机转子、轴承内圈、滚转负载和滚转负载支架组成，共同相加的转动惯量是滚转轴系的“负载”，滚转组件自身绕俯仰轴方向的转动惯量是俯仰轴系的“负载”，滚转组件与俯仰组件的绕偏航方向的转动惯量是偏航轴系的“负载”；
为了能够尽可能的提高三个轴系的动态特性，对影响每个轴系转动惯量和轴系刚性因素进行分析，在满足立式三轴电动转台其它要求的前提下，应该从轴承设计、电机设计以及轴系的布局方式进行优化，以实现各个轴系高动态特性。
三轴立式仿真转台的偏航轴系是最外环的轴系，该轴系的转动惯量也是最大的，随着近年来频响指标的不断提高，以往的轴系设计方式很难满足要求。
影响实现频响指标的因素有：1）电机特性曲线，2）轴系刚度，3）轴系转动惯量，4）轴承摩擦力矩。其中，前两个因素是频响指标实现的关键，在电机特性曲线一定的前提下，轴系刚度越高，越能达到预期的频响特性。
影响轴系刚度的原因有三个方面：1）主轴本身的刚度，2）主轴与U型框架的联接刚度，3）U型框架本身的刚度；针对第三点原因，要对框架进行优化设计，需单独进行设计，不在本案的讨论范围内。
在以往的仿真转台设计中，将电机放置在主轴的末端，轴承组件离U型框架最近，这种电机配制方式会使电机扭矩的传递距离过长，不利于实现高频响指标，传统的电机转子会直接或间接与主轴底部端面配合；另一方面，U型框架与主轴的联接方式是螺钉紧固并配制销钉，这种联接方式要求施工难度大，工序复杂。基于这两种缺陷，本发明提出了偏航轴电机前置的设计方法，该方法可解决影响轴系刚度的前两个方面。
发明内容
本发明其目的就在于提供一种偏航轴电机前置的立式三轴仿真转台，以解决上述背景技术中的问题。
为实现上述目的而采取的技术方案是，一种偏航轴电机前置的立式三轴仿真转台，包括底座，所述底座内设有主轴，主轴上经锁紧螺母安装有轴承组件，所述底座上端固定有外罩，外罩上侧设有“U”型框架，“U”型框架的底部设有偏航孔，“U”型框架的下端通过偏航孔套接在主轴上，所述偏航孔内设有套装在主轴上的胀紧套，所述底座内位于轴承组件的上侧设有套装在主轴上的电机。
进一步，所述轴承组件包括与底座固定连接的轴承座，轴承座上端固定有轴承端盖，所述轴承座内安装有上角接触轴承和下角接触轴承，上角接触轴承和下角接触轴承之间设有外隔圈和内隔圈，所述外隔圈和内隔圈的轴向长度是上角接触轴承和下角接触轴承厚度的1.5倍以上；所述下角接触轴承下侧设有套装在主轴上的锁紧螺母。
进一步，所述电机包括与底座固定连接的电机定子，电机定子内侧安装有电机转子，电机转子经电机转子座与主轴固定连接。
进一步，所述主轴底部端面上安装有圆光栅，圆光栅的一侧设有安装在读数头垫片上的读数头，所述读数头垫片经支架与底座固定连接。
进一步，所述主轴的上端为阶梯机构，“U”型框架和电机均与主轴上端的阶梯机构连接，所述“U”型框架和电机之间设有与底座固定连接的外罩。
有益效果
与现有技术相比本发明具有以下优点。
1.本发明采用电机前置的设计方式比传统后置方式，更有利于实现轴系频响特性，可减小主轴设计尺寸，节约电机输出功率，节省成本；
2.本发明在“U”型框架的偏航孔和主轴之间增加胀紧套，可提升两者的联接刚度，更有利于实现轴系频响特性，和传统的配制销孔工序相比，采用安装胀紧套的方式更加高效，更加提升生产效率。
附图说明
以下结合附图对本发明作进一步详述。
图1是本发明的结构剖视图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是本发明中滚转组件的结构示意图；
图4是本发明中俯仰组件的结构示意图；
图5是本发明“U”型框架的结构示意图；
图6是本发明主轴的结构示意图1；
图7是本发明主轴的结构示意图2。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详述。
如图1-图7所示，一种偏航轴电机前置的立式三轴仿真转台，包括底座13，所述底座13内设有主轴1，主轴1上经锁紧螺母8安装有轴承组件，所述底座13上端固定有外罩17，外罩17上侧设有“U”型框架20，“U”型框架20的底部设有偏航孔19，“U”型框架20的下端通过偏航孔19套接在主轴1上，所述偏航孔19内设有套装在主轴1上的胀紧套18，所述底座13内位于轴承组件的上侧设有套装在主轴1上的电机。
所述轴承组件包括与底座13固定连接的轴承座3，轴承座3上端固定有轴承端盖16，所述轴承座3内安装有上角接触轴承4和下角接触轴承7，上角接触轴承4和下角接触轴承7之间设有外隔圈5和内隔圈6，所述外隔圈5和内隔圈6的轴向长度是上角接触轴承4和下角接触轴承7厚度的1.5倍以上；所述下角接触轴承7下侧设有套装在主轴1上的锁紧螺母8。
所述电机包括与底座13固定连接的电机定子15，电机定子15内侧安装有电机转子14，电机转子14经电机转子座2与主轴1固定连接。
所述主轴1底部端面上安装有圆光栅11，圆光栅11的一侧设有安装在读数头垫片9上的读数头10，所述读数头垫片9经支架12与底座13固定连接。
所述主轴1的上端为阶梯机构，“U”型框架20和电机均与主轴1上端的阶梯机构连接，所述“U”型框架20和电机之间设有与底座13固定连接的外罩17。
本发明中，所述主轴1的上部的阶梯机构由上至下依次包括有A柱面22、A端面21、B柱面24、B端面23、C柱面26、C端面25，所述A端面21、B端面23、C端面25均为法兰结构；所述电机转子座2配合套装在C柱面26上，电机转子座2的底部端面与C端面25紧固在一起，用于传递电机扭矩；所述“U”型框架20底部端面与B端面23固定连接在一起，偏航孔19的内侧壁与B柱面24配合；所述A柱面22上套装胀紧套18，偏航孔19通过胀紧套18将“U”型框架20与主轴1紧固在一起。
所述主轴1的底部外圈设有凹槽27，凹槽27的端面上设有工艺孔28。
所述上角接触轴承4和下角接触轴承7之间由外隔圈5和内隔圈6隔开，外隔圈5和内隔圈6的轴向长度是上角接触轴承4和下角接触轴承7厚度的1.5倍以上；所述电机转子14、电机转子座2和电机定子15为电机的组件，所述电机定子15固定在底座13内的上法兰面，电机转子14通过电机转子座2间接与主轴的C端面25以及C柱面26配合连接。
所述“U”型框架20的下端面和偏航孔19分别和主轴的B端面23以及B柱面24配合连接。
所述胀紧套18的内圈与主轴的A柱面22固联，胀紧套18的外圈与偏航孔19的内侧壁固联。
本发明的工作原理是，立式三轴仿真转台是一种包括有滚转组件、俯仰组件的串联机构，三轴为滚转、俯仰和偏航轴系，影响偏航轴系刚度的原因有两个方面：包括主轴本身的刚度以及主轴与“U”型框架的联接刚度；这两者都会影响偏航轴系的刚度，进而会影响偏航轴系频响特性的输出。
在仿真转台中，偏航轴的负载与主轴紧固在一起，电机同样与主轴紧固在一起，在电机启动的一瞬间，主轴会沿圆周切向方向发生微小的扭转变形，要尽量减小这种变形量，才能提高主轴的刚度，因此要尽量缩短电机到“U”型框架的距离，提高主轴的刚度。
为了提升主轴1与“U”型框架20的联接刚度，在原有紧固螺钉的基础上，在“U”型框架的偏航孔和主轴之间增加胀紧套，利用胀紧原理将主轴和“U”型框架紧固在一起，可提升联接刚度，省去了在“U”型框架20和主轴1之间配制销孔的施工工序，降低工人的劳动强度。
本发明在具体实施时，以底座13为支撑，将轴承座3与底座13中心通孔法兰面配合安装，在轴承座13内依次装入下角接触轴承7、外隔圈5、内隔圈6、上角接触轴承4、轴承端盖16和主轴1，所述上角接触轴承4和下角接触轴承7均为“背对背”组合结构，所述主轴1上位于上角接触轴承4的上侧设有凸台29，上角接触轴承4的内圈上端与通过凸台29进行限位，在主轴上位于下角接触轴承7的下侧用两个锁紧螺母8将主轴1和轴承组件锁紧；再在底座13的法兰面上依次装入电机定子15和外罩17，在主轴的C端面25和C柱面26与电机转子座2配合连接，同时一起装入电机转子座2和电机转子14的组合体；并由上而下装入“U”型框架20，使“U”型框架20的下底面和偏航孔19的下端分别与主轴的B端面23和B柱面24配合连接；在主轴的A柱面22和偏航孔19之间装入胀紧套18，将“U”型框架20与主轴1紧固在一起；最后在底座13的内部下端面装入支架12，支架12上固定读数头垫片9和读数头10，在主轴1的下端面上安装圆光栅11，并用紧固，主轴1下端面的外圈部位开设凹槽27，在凹槽27的轴向端面上开设工艺孔28。
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