本發(fā)明涉及一種慣性穩(wěn)定平臺組合式球形框架,屬于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域。
背景技術(shù):
陀螺穩(wěn)定平臺的主要作用是在彈(箭)內(nèi)按給定的技術(shù)指標(biāo),建立一個與彈(箭)的角運(yùn)動無關(guān)的導(dǎo)航坐標(biāo)系,為加速度的測量和姿態(tài)角的測量提供必要的坐標(biāo)基準(zhǔn)。傳統(tǒng)平臺結(jié)構(gòu)采用環(huán)形框架和矩形臺體,框架的軸端連接處放置電機(jī)和角度/角速度測量電路等,由于容納體積及環(huán)形結(jié)構(gòu)限制,因此軸端設(shè)計為外凸起結(jié)構(gòu),為了使各框架自由旋轉(zhuǎn),則需要加大框架尺寸,因此會占用較大的回轉(zhuǎn)空間,體積較大,無法滿足目前輕小型化的平臺發(fā)展趨勢;同時平臺結(jié)構(gòu)采用開放式環(huán)架,受外界溫度環(huán)境影響較大,容易影響慣性儀表的恒溫性。
在專利“一種球形慣性穩(wěn)定平臺”(申請?zhí)枺?01510945612.2)中提及一種雙層蒙皮框架結(jié)構(gòu),把一個球面通過軸端切分成兩個部分,其優(yōu)點(diǎn)是從里到外先安裝框架內(nèi)部的載荷再拼接球面的框架,缺點(diǎn)是由于框架不是整體,在軸端面會引起安裝形位誤差。在專利“一種雙極軸球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的球形慣性穩(wěn)定平臺”(申請?zhí)枺?01510946974.3)和“一種具有三角鏤空結(jié)構(gòu)的球形慣性穩(wěn)定平臺”(申請?zhí)枺?01510946880.6)中為了克服軸端面安裝形位誤差,沒有從軸端切分球面,而是從交叉面切分,該交叉面與4個軸端中心點(diǎn)構(gòu)成圓成45°角,這種切分方式雖然沒有引起各軸端面的形位誤差,但是沒有從根本上解決分布在兩個半球面的周端面的軸向?qū)?zhǔn)精度。
綜上所述,需要研究一種新的平臺框架結(jié)構(gòu),既能保證軸端面的形位精度和對準(zhǔn)精度,又能保證球面框架結(jié)構(gòu)的等剛度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種慣性穩(wěn)定平臺組合式球形框架,該組合式球形框架可以最大程度的確保軸端元件的安裝精度和減小動態(tài)誤差,提高了抗干擾能力,通過有效降低框架占用的回轉(zhuǎn)體積實(shí)現(xiàn)了平臺小體積,可實(shí)現(xiàn)慣性穩(wěn)定平臺高精度、高穩(wěn)定性和小型化。
本發(fā)明的上述目的主要是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
一種慣性穩(wěn)定平臺組合式球形框架,由多個球形框架套裝組合形成,其特征在于:每個球形框架包括一體化本體結(jié)構(gòu)、2n個弧面結(jié)構(gòu)體和兩個球面結(jié)構(gòu),其中一體化本體結(jié)構(gòu)與2n個弧面結(jié)構(gòu)體連接,構(gòu)成一個包含n個軸端元件安裝口的等寬閉合環(huán)形框架,所述等寬閉合環(huán)形框架的兩個端面分別與兩個球面結(jié)構(gòu)連接,構(gòu)成封閉式球形框架,其中n為正整數(shù)。
在上述組合式球形框架中,所述一體化本體結(jié)構(gòu)為環(huán)形框架結(jié)構(gòu),環(huán)形框架表面均勻分布n個軸端元件安裝口,連接相鄰兩個軸端元件安裝口的連接桿兩側(cè)對稱開設(shè)安裝缺口,共開設(shè)2n個安裝缺口,所述2n個弧面結(jié)構(gòu)體分別安裝在所述2n個安裝缺口內(nèi),形成等寬閉合環(huán)形框架。
在上述組合式球形框架中,所述一體化本體結(jié)構(gòu)的半徑r通過如下公式確定:
其中:a為一體化本體結(jié)構(gòu)的最大寬度,r1為球形框架內(nèi)部安裝載荷的半徑,n為相鄰兩個球形框架之間的間隙。
在上述組合式球形框架中,所述一體化本體結(jié)構(gòu)的最小寬度b通過如下公式確定:
其中:h為球形框架內(nèi)部安裝載荷的最大尺寸,r為球形框架的半徑,即一體化本體結(jié)構(gòu)的半徑。
在上述組合式球形框架中,所述相鄰兩個球形框架之間的間隙為5~10mm。
在上述組合式球形框架中,所述一體化本體結(jié)構(gòu)的環(huán)形框架表面均勻分布4個軸端元件安裝口,且相對的2個軸端元件安裝口中心點(diǎn)之間的連線與另外相對的2個軸端元件安裝口中心點(diǎn)之間的連線互相垂直,連接相鄰兩個軸端元件安裝口的連接桿為球形弧面結(jié)構(gòu),所述球形弧面結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面任意點(diǎn)距離球形框架中心點(diǎn)的距離相同。
在上述組合式球形框架中,所述一體化本體結(jié)構(gòu)上對稱設(shè)置的安裝缺口通過采用圓柱體在等寬閉合環(huán)形框架兩側(cè)對稱切除獲得,切除部分在圓柱體橫截面上投影的寬度為
在上述組合式球形框架中,所述球形框架中心點(diǎn)距離等寬閉合環(huán)形框架的兩個端面的距離為
在上述組合式球形框架中,所述兩個球面結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)形狀完全相同的兩個球缺,對稱安裝在等寬閉合環(huán)形框架的兩個端面上,球面結(jié)構(gòu)的厚度為6-10mm。
在上述組合式球形框架中,當(dāng)慣性平臺臺體上沒有安裝星敏器時,采用一體化本體結(jié)構(gòu)、2n個弧面結(jié)構(gòu)體和兩個球面結(jié)構(gòu)構(gòu)成的整體球面結(jié)構(gòu);當(dāng)慣性平臺臺體上安裝星敏器時,采用一體化本體結(jié)構(gòu)、2n個弧面結(jié)構(gòu)體構(gòu)成的等寬閉合弧形框架結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
(1)、本發(fā)明慣性穩(wěn)定平臺組合式球形框架中的每個球形框架由一個一體化本體結(jié)構(gòu)、2n個弧面結(jié)構(gòu)體和兩個球面結(jié)構(gòu)組合形成,通過對三部分結(jié)構(gòu)的巧妙設(shè)計和組合,使得組合式球形框架整體結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,重量輕,可以最大限度的確保軸端組件的安裝精度和減小動態(tài)誤差,提高框架抗力矩干擾能力,有效降低框架占用的回轉(zhuǎn)體積,可實(shí)現(xiàn)慣性穩(wěn)定平臺高精度、高穩(wěn)定性和小型化。
(2)、本發(fā)明慣性穩(wěn)定平臺組合式球形框架本體結(jié)構(gòu)上安裝軸端元件,n個軸端面為一個整體,采用一體化形式確保了軸端面沒有拼接,有利于安裝精度和減小軸端面安裝時的形位誤差.
(3)、本發(fā)明慣性穩(wěn)定平臺組合式球形框架采用2n個可拆卸的弧形結(jié)構(gòu),2n個弧面結(jié)構(gòu)體相對于本體結(jié)構(gòu)可拆卸,有利于方便安裝框架內(nèi)部的有效載荷以實(shí)現(xiàn)平臺結(jié)構(gòu)的小型化;
(4)、本發(fā)明慣性穩(wěn)定平臺組合式球形框架的兩個小球面結(jié)構(gòu)是為了實(shí)現(xiàn)球殼形框架的等剛度設(shè)計,以減小由非等剛度設(shè)計引起的二階干擾力矩;
(5)、本發(fā)明的組合式球形框架,有利于框架內(nèi)部有效載荷的安裝和減小框架體積;
(6)、本發(fā)明的組合式球形框架仍然為球形結(jié)構(gòu),具有較高的剛強(qiáng)度,即在同一外力作用下,球面結(jié)構(gòu)的變形量小于環(huán)形結(jié)構(gòu),因此該球形慣性穩(wěn)定平臺的穩(wěn)定性更高;
(7)、本發(fā)明慣性穩(wěn)定平臺組合式球形框架為可拆卸結(jié)構(gòu),方便更換內(nèi)部載荷,對于不規(guī)則形狀,代替現(xiàn)有技術(shù)中需要加大框架內(nèi)徑,增大框架體積的缺陷,直接采用弧面結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)不規(guī)則形狀的快速安裝,且不需要增加框架內(nèi)徑,顯著減小了框架整體體積和重量,實(shí)現(xiàn)了慣性穩(wěn)定平臺的小型化和輕質(zhì)化設(shè)計。
附圖說明
圖1為本發(fā)明一體化本體結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為本發(fā)明一體化本體結(jié)構(gòu)與弧面結(jié)構(gòu)體組裝示意圖;
圖3為本發(fā)明一體化本體結(jié)構(gòu)、弧面結(jié)構(gòu)體以及球面結(jié)構(gòu)組裝示意圖;
圖4a為本發(fā)明一體化本體結(jié)構(gòu)尺寸示意圖;
圖4b為本發(fā)明組合式球形框架中安裝載荷示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述:
本發(fā)明慣性穩(wěn)定平臺組合式球形框架,由多個球形框架套裝組合形成,每個球形框架包括一體化本體結(jié)構(gòu)1、2n個弧面結(jié)構(gòu)體2和兩個球面結(jié)構(gòu)3,其中一體化本體結(jié)構(gòu)1與2n個弧面結(jié)構(gòu)體2連接,構(gòu)成一個包含n個軸端元件安裝口4的等寬閉合環(huán)形框架5,所述等寬閉合環(huán)形框架5的兩個端面分別與兩個球面結(jié)構(gòu)3連接,構(gòu)成封閉式球形框架,n為正整數(shù),大于或等于2。
如圖1所示為本發(fā)明一體化本體結(jié)構(gòu)示意圖,由圖可知一體化本體結(jié)構(gòu)1為環(huán)形框架結(jié)構(gòu),環(huán)形框架表面均勻分布n個軸端元件安裝口4,連接相鄰兩個軸端元件安裝口4的連接桿6兩側(cè)對稱開設(shè)安裝缺口,共開設(shè)2n個安裝缺口,2n個弧面結(jié)構(gòu)體2分別安裝在所述2n個安裝缺口內(nèi),形成等寬閉合環(huán)形框架5,如圖2所示為本發(fā)明一體化本體結(jié)構(gòu)與弧面結(jié)構(gòu)體組裝示意圖。
一體化本體結(jié)構(gòu)1的半徑r通過如下公式確定:
其中:a為一體化本體結(jié)構(gòu)的最大寬度,r1為球形框架內(nèi)部安裝載荷的半徑,n為相鄰兩個球形框架之間的間隙(裝配最小間隙),因?yàn)橄噜弮蓚€球形框架同球心,所以相鄰兩個球形框架之間的間隙即為相鄰兩個球形框架的半徑差。本發(fā)明中相鄰兩個球形框架之間的間隙為5~10mm。
一體化本體結(jié)構(gòu)1的最小寬度b通過如下公式確定:
其中:h為球形框架內(nèi)部安裝載荷的最大尺寸,r為球形框架的半徑,即一體化本體結(jié)構(gòu)的半徑。
如圖4a所示為本發(fā)明一體化本體結(jié)構(gòu)尺寸示意圖,圖4b為本發(fā)明組合式球形框架中安裝載荷示意圖,球星框架的框架半徑為r,球形框架內(nèi)部安裝載荷的半徑為r1,本發(fā)明中若內(nèi)部安裝載荷為不規(guī)則形狀,其球形部分(即載荷內(nèi)切球體)的半徑為r1,載荷的最大尺寸為h。一體化本體結(jié)構(gòu)的最大寬度為a,最小寬度為b。
一體化本體結(jié)構(gòu)1上對稱設(shè)置的安裝缺口通過采用圓柱體在等寬閉合環(huán)形框架兩側(cè)對稱切除獲得,切除部分在圓柱體橫截面上投影的寬度為
如圖3所示為本發(fā)明一體化本體結(jié)構(gòu)、弧面結(jié)構(gòu)體以及球面結(jié)構(gòu)組裝示意圖;球形框架中心點(diǎn)距離等寬閉合環(huán)形框架5的兩個端面的距離為
兩個球面結(jié)構(gòu)3為結(jié)構(gòu)形狀完全相同的兩個球缺,對稱安裝在等寬閉合環(huán)形框架5的兩個端面上,球面結(jié)構(gòu)3的厚度為6-10mm。一體化本體結(jié)構(gòu)1和弧面結(jié)構(gòu)體2的厚度也為6-10mm。
當(dāng)慣性平臺臺體上沒有安裝星敏器時,采用一體化本體結(jié)構(gòu)1、2n個弧面結(jié)構(gòu)體2和兩個球面結(jié)構(gòu)3構(gòu)成的整體球面結(jié)構(gòu);當(dāng)慣性平臺臺體上安裝星敏器時,采用一體化本體結(jié)構(gòu)1、2n個弧面結(jié)構(gòu)體2構(gòu)成的等寬閉合弧形框架。
本發(fā)明一體化本體結(jié)構(gòu)1、2n個弧面結(jié)構(gòu)體2和兩個球面結(jié)構(gòu)3之間通過螺釘機(jī)械連接,即采用螺釘垂直于拼接面的方式進(jìn)行連接,例如本實(shí)施例中一體化本體結(jié)構(gòu)1、2n個弧面結(jié)構(gòu)體2之間通過3個m3螺釘連接,一體化本體結(jié)構(gòu)1、2n個弧面結(jié)構(gòu)體2與球面結(jié)構(gòu)3之間的連接是采用8個m3螺釘連接。
本發(fā)明球形框架的可以選擇鋁基復(fù)合材料、鋁或者鋁鎂合金等具有強(qiáng)度高,質(zhì)量輕等特點(diǎn)的材料制備。
本發(fā)明組合式球形框架由一個一體化本體結(jié)構(gòu)、2n個弧面結(jié)構(gòu)體和兩個半球面結(jié)構(gòu)等組合構(gòu)成一個球形框架。本體結(jié)構(gòu)上安裝軸端元件,采用一體化形式確保了軸端面沒有拼接,有利于安裝精度和減小形位誤差;2n個弧面結(jié)構(gòu)體相對于本體結(jié)構(gòu)可拆卸,有利于方便安裝框架內(nèi)部的有效載荷以實(shí)現(xiàn)平臺結(jié)構(gòu)的小型化;兩個半球面結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)球形框架的等剛度設(shè)計以減小由框架引起的二階干擾力矩。采用該型框架可以最大程度的確保軸端元件的安裝精度和減小動態(tài)誤差,提高了抗干擾能力,通過有效降低框架占用的回轉(zhuǎn)體積實(shí)現(xiàn)了平臺小體積,可實(shí)現(xiàn)慣性穩(wěn)定平臺高精度、高穩(wěn)定性和小型化。
實(shí)施例1
如圖1、2、3所示,本實(shí)施例中組合式球形框架為四軸三框架結(jié)構(gòu),每個球形框架包含一體化本體結(jié)構(gòu)1,8個弧面結(jié)構(gòu)體2和兩個球面結(jié)構(gòu)3。其中一體化本體結(jié)構(gòu)1的環(huán)形框架表面均勻分布4個軸端元件安裝口4,且相對的2個軸端元件安裝口4中心點(diǎn)之間的連線與另外相對的2個軸端元件安裝口4中心點(diǎn)之間的連線互相垂直,即相鄰兩個軸端元件安裝口4之間的夾角為90°,連接相鄰兩個軸端元件安裝口4的連接桿6為球形弧面結(jié)構(gòu),該球形弧面結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面任意點(diǎn)距離球形框架中心點(diǎn)的距離相同。
一體化本體結(jié)構(gòu)1上共安裝了8個弧面結(jié)構(gòu)體2,即連接相鄰兩個軸端元件安裝口4之間的連接桿6兩側(cè)的安裝缺口上各安裝兩個弧面結(jié)構(gòu)體2,兩兩對稱的8個安裝缺口上共安裝8個弧面結(jié)構(gòu)體2,構(gòu)成等寬閉合環(huán)形框架5,等寬閉合環(huán)形框架5的兩個端面分別與兩個球面結(jié)構(gòu)3連接,構(gòu)成封閉式球形框架。
組合式框架內(nèi)安裝的載荷如圖4b所示,為非標(biāo)準(zhǔn)球形結(jié)構(gòu),載荷的最大尺寸h為215mm,載荷外徑(即載荷內(nèi)切球體的半徑)r1為98mm,一體化本體結(jié)構(gòu)的最大寬度a為100mm。
一體化本體結(jié)構(gòu)1的半徑r,即球形框架的框架內(nèi)徑r通過如下公式計算:
相鄰兩個球形框架的裝配間隙n為2mm。
一體化本體結(jié)構(gòu)1的最小寬度b通過如下公式確定:
等寬閉合環(huán)形框架5的兩個端面的半徑為
框架三個組成部分的厚度均為10mm。
一體化本體結(jié)構(gòu)1、2n個弧面結(jié)構(gòu)體2之間通過3個m3螺釘連接,一體化本體結(jié)構(gòu)1、2n個弧面結(jié)構(gòu)體2與球面結(jié)構(gòu)3之間的連接是采用8個m3螺釘連接。
對于四軸三框架結(jié)構(gòu),本實(shí)施例中相鄰兩個球形框架之間的間隙縮小了10~20mm,組合式框架整體體積縮小35%以上。
以上所述,僅為本發(fā)明一個具體實(shí)施方式,但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此,任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi),可輕易想到的變化或替換,都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。