专利名称：二位置寻北仪的主轴机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种寻北仪的主轴机构，更特别地说，是指一种适用于二位置寻北仪 的主轴机构。
背景技术：
地球上某一点处的地理北向为该点子午线的北向切线方向，即地球上该点处水平 面上指向北极点的切线方向。地球表面或地球内或地球上空某一点处某一方向的北向 角是指该方向在该点处水平面上的投影与地理北向的夹角。通过某种方法确定北向角 的过程叫寻北，具备寻北功能的仪器设备叫寻北仪，寻北仪在陆地车辆导航、火炮瞄 准发射、航空航天、航海，地球物理探测、煤矿开采、大地测量、隧道建设、石油探 井等军民领域具有非常广泛的应用前景。
早期一般釆用磁寻北(电子罗盘)、陀螺寻北、加速度计寻北、无线电寻北等， 由于机电陀螺等存在启动时间长、与重力加速度有关、有转动部件、抗振动和冲击能 力差等不足，而光纤陀螺具有成本低、可靠性高、性能好、体积小、启动时间短、与 重力加速度无关等优点，光纤陀螺成为寻北装置的首选惯性器件。
在各种寻北方式中主要以二位置寻北为主，其他寻北方式如多位置寻北和连续旋 转式寻北，现有寻北仪大都存在有机械结构设计比较复杂、零部件使用较多，体积 较大；且寻北精度不高。
发明 内 容
本发明的目的是提供一种二位置寻北仪的主轴机构，该主轴机构由主轴组件和驱
动组件组成，主轴组件的主轴套的上端盖与寻北仪的转动体连接；主轴组件的主轴的 下端面通过螺钉固定在驱动组件的B连接套上。该主轴机构通过釆用预应力结构和 热对称结构将寻北仪的惯性测量单元部分垂直支撑并可进行转位和位置保持，以便于 测量，由于具有预应力结构和热对称结构，使主轴机构能够在振动和变温环境下加以 保持，位置恒定，保证了寻北仪的寻北准确度。
本发明二位置寻北仪的主轴机构的优点在于(1)采用锥面悬伸主轴形式，将 寻北仪的惯性测量单元部分垂直牢固支撑，并进行转位和位置保持，这种形式由于采 用了锥面连接，连接牢固、可靠、连接位置十分精确，可以抵抗振动和温度的改变， 保证了寻北仪的寻北准确度；(2)主轴轴承釆用角接触形式，并进行适度的过盈预 紧，这样消除了主轴的静态晃动，使主轴具有适宜的刚度，寻北仪具有振动环境适应 性；(3)主轴是回转体，在温度变化情况下保持几何形状不变，也就是具有热对称 结构，这样可以在变温环境下保持回转精度，从而提高寻北仪的温度环境适应性；(4) 主轴部分便于与驱动电机联结，可以获得良好的转位驱动特性；(5)主轴采用锥面 与寻北仪的惯性测量单元部分联结，具有结构简单、维修方便的特点，提高了寻北仪 的实用性能；(6)主轴驱动电机采用了力矩电机，使二位置寻北仪的转位、定位、 保持具有独特的转位驱动特性；(7)主轴采用预应力定位，使主轴具有很高的刚度 和寻北精度保持性；
图l是本发明主轴组件与驱动组件的装配图。
图2是本发明主轴组件的外部结构图。
图2A是本发明主轴组件的内部爆炸示图。
图3是本发明驱动组件的外部结构图。
图3A是本发明支架的结构图。
图3B是本发明B连接套的结构图。
图3C是本发明轴承的爆炸示图。
图3D是本发明驱动组件的爆炸示图。
图中l.主轴组件101.主轴102.A轴承103.B轴承
104.C轴承105.D轴承106.上外隔套107.上内隔套108.下外隔套
109.下内隔套iio.下锁紧螺母lll.上锁紧螺母112.上法兰U3.通孔
l".主轴套115.下法兰U6.平键U7.夹紧螺母118.上端盖
119.下端面2.驱动组件201.电机202.支撑体203.行星减速器
231.中心环232.固定环233.输出环204.B连接套241.上安装面
242.中安装面243.C通孔244.下安装面205.支架251.上安装面
252.中安装面253.B通孔254.减重孔255.下安装面206.A连接套
207.轴承271.内圈272.外圈273.挡園274.凸缘275.滚珠 276.D通孔 277.E通孔278.F通孔 279.上安装面
280.下安装面 281.上安装面 3.转动体
具体实施例方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请参见图1所示，本发明是一种适用于二位置寻北仪上的主轴机构，该主轴机 构由主轴组件1和驱动组件2组成，主轴组件1的主轴套114的上端盖118与寻北 仪的转动体3连接；主轴组件1的主轴101的下端面119通过螺钉固定在驱动组件 2的B连接套204上。
请参见图2、图2A所示，本发明中的主轴组件1，具有转动均匀、稳定、精密、 刚度高的作用，可使转动体3匀速圆周运动，具有预应力结构和热对称结构以减轻 振动和变温环境下的部件的变形。整个主轴机构采用了硬质耐磨材料制作，其转动精 密，使用寿命高，噪音低，工作时对其他部件无影响。在本发明中，主轴101为空 心轴结构，主轴101从上至下套接有夹紧螺母117、平键U6、上锁紧螺母lll、 A轴承102、上内隔套107、 B轴承103、 C轴承104、下内隔套109、 D轴承105、 下锁紧螺母110后，通过上法兰112、下法兰115装配在主轴套114内；上法兰 112安装在上锁紧螺母111与主轴套114的上端盖118之间；下法兰115安装在 主轴套114的下端(上、下法兰与主轴套的连接可以通过螺钉与螺纹孔实现)；上外 隔套106套接在上内隔套107夕卜，且置于A轴承102、 B轴承103之间；下外隔 套108套接在下内隔套109夕卜，且置于C轴承104、 D轴承105之间；由于上外 隔套106与上内隔套107、下外隔套108与下内隔套109均配对研磨，配合精密， 使主轴101能稳定转动，实现整个主轴组件1的转动控制；主轴101上端安装有夹 紧螺母117和平键116用于锁紧和带动转动体3转动，实现转动体3的精密转动。 在本发明中，A轴承102、 B轴承103、 C轴承104、 D轴承105结构相同，为滚 珠轴承；上外隔套106与下外隔套108结构相同，为圆环形状；上内隔套107与下 内隔套109结构相同，为圆环形状；电机201转动时主轴101在主轴套114内稳 定转动，使转动体3能精密转动。本发明A轴承102、 B轴承103、 C轴承104、 D轴承105均为角接触球轴承，对称安装，能承受径向载荷，能承受两个方向的轴
向载荷，能承受较高的倾覆力矩，主轴组件1采用硬质耐磨材料(GCrl5、 CrWMn、 42CrMoV等)、低磨擦设计，降低了转动时的噪音，提高了转动体的转动稳定性。 在本发明中，夹紧螺母117用于夹紧转动体6，使得转动体6在转动过程中位
置固定，以保持回转精度。
在本发明中，通过调整上外隔套106、上内隔套107的厚度差，使A轴承102 与B轴承103之间获得适度的预应力，从而提高主轴101的刚度，使二位置寻北仪 具有在振动环境下使用的特性。
请参见图3、图3A 图3D所示，本发明中的驱动组件2，是主轴组件1的动 力装置，具有转动精密，结构简便，尺寸小的特点。行星减速器203为标准器件， 主要包括有中心环231、固定环232、输出环233。轴承207的上安装面279与支 撑体的一端连接，支撑体的另一端与支架205的下安装面255连接。支架205为一 体加工成型件，支架205的中心有B通孔253，B通孔253用于放置A连接套206， 支架205的圆周上开有减重孔254，支架205的中安装面252与行星减速器203 的固定环232连接，支架205的上安装面251与寻北仪的主轴支架连接。B连接套 204为一体加工成型件；B连接套204的中心为C通孔243; C通孔243外缘为 中安装面242，中安装面242用于与主轴101的下端面119连接，在电机201的 驱动下使主轴101转动；中安装面242的外缘为上安装面241，上安装面241上 开有多个沉头孔，B连接套204的下安装面244通过螺钉装配在沉头孔中将其与行 星减速器203的输出环233连接。轴承207由内圈271、外圈272、挡圈273和 滚珠275组成，内圈271安装于外圈272的F通孔278内，挡圈273的上安装面 281与外圈272的下安装面280连接。内圈271的中心有E通孔277，内圈271 的外缘上有凸缘274，凸缘274的上下均匀分布有滚珠275;挡圈273的中心有D 通孔276， D通孔276与F通孔278尺寸相同。
本发明的驱动组件2的装配顺序为电机201装配在支撑体202内，A连接套 206的一端电机201的转子上，A连接套206的另一端装配在行星减速器203的 中心环231上，行星减速器203的固定环232装配在支架205的中安装面252上， 行星减速器203的输出环233与B连接套204的下安装面244连接。电机201工作时带动A连接套206转动，通过行星减速器203减速后带动B 连接套204转动，使主轴101均匀转动，在本发明中，电机201输出功率为30 60W的永磁式力矩电机。利用永磁式力矩电机堵转特性，使二位置寻北仪获得定位 可靠的特性。
本发明轴承207是为了能够承受较大的径向载荷和较高的倾覆力矩而设计的。
权利要求
1、一种二位置寻北仪的主轴机构，其特征在于该主轴机构由主轴组件(1)和驱动组件(2)组成，主轴组件(1)的主轴套(114)的上端盖(118)与二位置寻北仪的转动体(3)连接；主轴组件(1)的主轴(101)的下端面(119)通过螺钉固定在驱动组件(2)的B连接套(204)上；主轴组件(1)的主轴(101)为空心轴结构，主轴(101)从上至下套接有夹紧螺母(117)、平键(116)、上锁紧螺母(111)、A轴承(102)、上内隔套(107)、B轴承(103)、C轴承(104)、下内隔套(109)、D轴承(105)、下锁紧螺母(110)后，通过上法兰(112)、下法兰(115)装配在主轴套(114)内；上法兰(112)安装在上锁紧螺母(111)与主轴套(114)的上端盖(118)之间；下法兰(115)安装在主轴套(114)的下端；上外隔套(106)套接在上内隔套(107)外，且置于A轴承(102)、B轴承(103)之间；下外隔套(108)套接在下内隔套(109)外，且置于C轴承(104)、D轴承(105)之间；A轴承(102)、B轴承(103)、C轴承(104)、D轴承(105)结构相同，上外隔套(106)与下外隔套(108)结构相同，上内隔套(107)与下内隔套(109)结构相同；驱动组件(2)的轴承(207)的上安装面(279)与支撑体的一端连接，支撑体的另一端与支架(205)的下安装面(255)连接；支架(205)的中心有B通孔(253)，B通孔(253)用于放置A连接套(206)，支架(205)的圆周上设有减重孔(254)，支架(205)的中安装面(252)与行星减速器(203)的固定环(232)连接，支架(205)的上安装面(251)与寻北仪的主轴支架连接；B连接套(204)B连接套(204)的中心为C通孔(243)；C通孔(243)外缘为中安装面(242)，中安装面(242)用于与主轴(101)的下端面(119)连接；中安装面(242)的外缘为上安装面(241)，上安装面(241)上开有多个沉头孔，B连接套(204)的下安装面(244)通过螺钉装配在沉头孔中将其与行星减速器(203)的输出环(233)连接；轴承(207)由内圈(271)、外圈(272)、挡圈(273)和滚珠(275)组成，内圈(271)安装于外圈(272)的F通孔(278)内，挡圈(273)的上安装面(281)与外圈(272)的下安装面(280)连接；内圈(271)的中心有E通孔(277)，内圈(271)的外缘上有凸缘(274)，凸缘(274)的上下均匀分布有滚珠(275)；挡圈(273)的中心有D通孔(276)，D通孔(276)与F通孔(278)尺寸相同。
2、 根据权利要求1所述的主轴机构，其特征在于A轴承(102)、 B轴承(103)、 C轴承(104)和D轴承(105)为滚珠轴承。
3、 根据权利要求1所述的主轴机构，其特征在于上外隔套(106)和下外隔 套(108)为圆环；上内隔套(107)和下内隔套(109)为圆环。
4、 根据权利要求1所述的主轴机构，其特征在于电机(201)为输出功率30 60W的永磁式力矩电机。
5、 根据权利要求1所述的主轴机构，其特征在于主轴组件(1)采用GCrl5、 CrWMn或42CrMoV的硬质耐磨材料。
全文摘要
本发明公开了一种适用于二位置寻北仪的主轴机构，该主轴机构由主轴组件(1)和驱动组件(2)组成，主轴组件(1)的主轴套(114)的上端盖(118)与二位置寻北仪的转动体(3)连接；主轴组件(1)的主轴(101)的下端面(119)通过螺钉固定在驱动组件(2)的B连接套(204)上。本发明主轴机构通过采用预应力结构和热对称结构将二位置寻北仪的惯性测量单元部分垂直支撑并可进行转位和位置保持，以便于测量，由于具有预应力结构和热对称结构，使主轴机构能够在振动和变温环境下加以保持，位置恒定，保证了寻北仪的寻北准确度。
文档编号G01C19/00GK101173857SQ20071017812
公开日2008年5月7日 申请日期2007年11月27日 优先权日2007年11月27日
发明者磊 任, 姜长星, 张春熹, 杜新政, 董全林, 董泽园 申请人:北京航空航天大学