一种五自由度陀螺房结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种五自由度陀螺房结构，主要用于控制力矩陀螺等惯性执行机构的高速旋转部件。
【背景技术】
[0002]随着航天器任务的多样化，航天器的姿态需要更高精度、更高稳定度的控制。双框架磁悬浮控制力矩陀螺是航天器控制系统的执行部件之一，能够根据航天器姿态控制信号，通过伺服控制系统改变高速转子角动量的方向，从而输出陀螺力矩控制航天器的姿态。
[0003]高速转子具有六个刚体自由度，三个X、y、z方向的平动和绕X、y、z轴的转动，五自由度陀螺中z轴转动由电机控制，其余的五个自由度由磁轴承控制，如专利200710065050.8所述的一种永磁偏置外转子径向磁轴承和专利200710065049.5所述的一种永磁偏置内转子径向磁轴承径向跨距小，需要成对安装，现有技术中，通常径向磁轴承成对安装，用于控制高速转子的径向平动和转动。成对安装时需要有较高的同轴度、安装精度，多次装拆不方便。若采用径向跨距大、各磁极独立控制的径向磁轴承，通过调整线圈电流控制转子的径向平动和转动，则陀螺体积减小、质量减轻、功耗降低、安装误差减小。
[0004]在航天器发射阶段需要将飞轮锁紧，航天器在轨运行时需要将飞轮解锁。因此需要一种可重复式锁紧机构。如专利200910093150.0所述的一种磁悬浮飞轮用可重复锁紧装置，其主要由飞轮系统、传动系统和锁紧机构组成，飞轮系统主要由飞轮定子轴、飞轮转子及底座组成，传动机构主要由固定板、左轴承压环、上轴承压环、电机、蜗杆、联轴节、蜗轮、固定柱、锁叉、球形螺母、蜗轮蜗杆及轴承组成，锁紧机构主要由弹片座、弹片、弹片体、小柱、钢丝绳及连接柱组成，该锁紧装置结构复杂，需要电机及其控制系统，同时传动装置增加了锁紧机构的体积。
[0005]为了精确控制转子的五个自由度，需要用传感器检测出转子的径向位移和轴向位移。如专利200610011276.5所述的径向/轴向集成一体化电涡流传感器，其由径向位移探头、轴向位移探头、前置处理器、电源信号输出引线组成，其中4个径向探头分别探测相互垂直的X和Y方向位移信号，另外两个轴向探头探测Z方向位移信号，该传感器依靠装配关系装在陀螺房内部，结构较为复杂。若采用传感器陀螺房一体化那么便能够大大简化结构，减轻重量，同时方便调试。
[0006]因此，现有结构采用成对安装径向磁轴承，结构复杂，成对安装需要较高的安装精度且多次拆装不方便，现有结构中采用的可重复式锁紧机构需要电机等动力设备以及控制系统，结构复杂，体积较大，现有结构中采用的传感器依靠装配关系固定在陀螺房内部，结构复杂，体积较大，重量较重。
【发明内容】
[0007]本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供一种五自由度陀螺房结构，采用可重复式锁紧机构方便地面人员进行安装调试，采用单径向磁轴承和陀螺房传感器一体化结构使得陀螺结构简化、体积减小、重量减轻、可靠性提高。
[0008]本发明的技术解决方案是:一种五自由度陀螺房结构，由以下部分组成:电机轴、单径向磁轴承、可重复式锁紧机构、轴向磁轴承、电机、上陀螺房、上保护轴承盖、第一深沟球轴承、轴承垫圈、基准镜、基准镜压板、上传感器壳、码盘轴、下陀螺房、下传感器壳、径向电涡流传感器探头、转子外轮毂、第二深沟球轴承、定子锁母、径向磁轴承安装套、下保护轴承盖、外锁母、轴向电涡流传感器探头、转子内轮毂、轴向磁轴承定子螺纹环组成。上陀螺房与下陀螺房轴向相对，上陀螺房与下陀螺房径向外侧装有电机轴与码盘轴，电机轴和码盘轴安装在框架上，电机轴与码盘轴轴线共线，且轴线与上陀螺房轴线垂直；上陀螺房呈T形状，上陀螺房的轴上装有径向磁轴承安装套，径向磁轴承安装套径向外侧安装有单径向磁轴承；单径向磁轴承轴向一侧有上保护轴承盖、轴承垫圈、轴向磁轴承定子螺纹环、第一深沟球轴承，其中第一深沟球轴承安装在上陀螺房上，且第一深沟球轴承外圈与上保护轴承盖之间形成径向保护间隙，轴承垫圈挡住第一深沟球轴承内圈，轴承垫圈内侧有轴向磁轴承定子螺纹环；用于防止第一深沟球轴承轴向窜动，单径向磁轴承另一侧有外锁母、下保护轴承盖、第二深沟球轴承、定子锁母，其中外锁母轴向外侧为下保护轴承盖，第二深沟球轴承与下保护轴承盖之间形成径向保护间隙，定子锁母挡住第二深沟球轴承内圈，用于防止第二深沟球轴承轴向窜动，当转子扭转时，上保护轴承盖与第一深沟球轴承和下保护轴承盖与第二深沟球轴承将会接触碰撞以此保护转子不受损伤；单径向磁轴承沿径向外侧依次有转子内轮毂、电机、转子外轮毂、可重复式锁紧机构，转子外轮毂轴向两侧各有一个轴向磁轴承；轴向磁轴承分为转子和定子部分，两个轴向磁轴承定子部分与轴向磁轴承转子相对，一个位于上陀螺房上，一个位于下陀螺房上；轴向磁轴承径向内侧有四个轴向电涡流传感器探头，四个轴向电涡流传感器探头沿圆周方向均匀固定安装在上陀螺房的±χ、土Y方向上，且与转子外轮毂之间形成轴向探测间隙；一共有八个径向电涡流传感器探头，其中四个径向电涡流传感器探头沿圆周方向均匀固定安装在上陀螺房的±x、土Y方向上，另外四个径向电涡流传感器探头沿圆周方向均匀固定安装在下陀螺房的±x、土Y方向上，八个径向电涡流传感器探头径向位于转子内轮毂外侧且与之形成径向探测间隙；上陀螺房轴向外侧有上传感器壳，下陀螺房轴向外侧有下传感器壳，上传感器壳与下传感器壳的内部空间均用于放置控制电路板；上陀螺房内侧有可重复式锁紧机构，可重复式锁紧机构由以下部分组成:锁紧弹片体、锁紧钢丝、螺纹卡头、活动螺纹卡头、固定螺纹卡头、火工拔销器，锁紧钢丝由钢丝绕制成一个圆环，其接头部分一端固定连接螺纹卡头，另一端固定连接固定螺纹卡头，螺纹卡头与固定螺纹卡头外侧有活动螺纹卡头，活动螺纹卡头与螺纹卡头形成螺纹配合，锁紧钢丝圆环内侧某一位置有火工拔销器，锁紧钢丝上面均匀布置六个锁紧弹片体，六个锁紧弹片体沿圆周方向均匀固定于上陀螺房上，当活动螺纹卡头与螺纹卡头螺纹旋紧时，锁紧钢丝收缩，使得锁紧弹片体紧贴转子外轮毂，此时可重复式锁紧机构处于锁紧状态，当活动螺纹卡头与螺纹卡头螺纹旋松时，锁紧钢丝放松，使得锁紧弹片体远离转子外轮毂，此时可重复式锁紧机构处于解锁状态。可重复式锁紧机构可多次在锁紧与解锁状态之间切换，方便地面人员进行安装调试。当航天器在轨运行时，火工拔销器工作，拔出圆柱销，解除锁紧关系。上陀螺房轴向外侧有基准镜、基准镜压板，基准镜通过基准镜压板安装在上陀螺房轴向外侧。
[0009]所述单径向磁轴承由单径向磁轴承定子部分和单径向磁轴承转子部分组成，其中，单径向磁轴承定子部分由径向磁轴承定子磁钢、径向磁轴承定子导磁环、径向磁轴承定子叠层、径向磁轴承定子线圈组成，径向磁轴承定子磁钢两侧依次有径向磁轴承定子导磁环、径向磁轴承定子叠层，径向磁轴承定子叠层上缠绕有径向磁轴承定子线圈；单径向磁轴承定子部分位于单径向磁轴承转子部分内部，且两者之间留有轴承间隙。单径向磁轴承转子部分由径向磁轴承转子叠层、径向磁轴承转子磁屏蔽环、径向磁轴承转子导磁环