专利名称：一种高精度直驱式气浮转台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高精度直驱式气浮转台，可应用于卫星等大型精密系统总装和 部装过程中的坐标转移、部件定位、精度测量等，还可应用于航空航天、汽车制造等行 业的精密加工和精密测量，通过改变结构尺寸、气路参数、选择合适的驱动电机等方法 可形成系列化产品，应用于更广泛的领域，本发明应用的技术涵盖了光、机、电等领 域。
背景技术：
卫星总装时的精确测量分为结构系统精测、推进和控制系统精测，包括动量 轮、陀螺、星敏感器、发动机等的安装精度测量；有效载荷精测，包括天线、相机、 光谱仪等观测设备的安装精度测量，测量方法主要是电子经纬仪配合精密转台的测量方 法。精测时，卫星安装在精密转台上随转台旋转，通过电子经纬仪对卫星的测量可确定 卫星中心轴的位置，从而确定测量基准，建立星上坐标系。星上电子设备的安装精度， 直接影响到设备的使用精度，目前使用的精密转台采用蜗轮-蜗杆减速器的驱动方式， 使用精密机械轴承作为旋转承载部件，定位精度约为10"，电子经纬仪的误差为0.5"， 再加上环境误差、人体的视觉误差等，整个测量系统的误差为30"。这个测量精度不能 满足现代高分辨率卫星的总装需求，采用更高定位精度的转台是降低整个测量系统误差 的关键。
发明内容
本发明需解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种精密气浮分度 转台，该转台分度精度高，端面跳动和径向跳动小，解决了大负载情况下的精确分度问 题。本发明的技术解决方案是一种高精度直驱式气浮转台，包括支撑座、吊环 螺钉、手柄、密封环、轴向节流器、径向节流器、安装基座、径向轴承外圈、O形橡胶 密封圈I、气浮面组件、O形橡胶密封圈II、压块、电机安装座、插头座、插头I、插头 II、力矩电机定子、力矩电机转子、小压圈、光栅盘、读数头、读数头支架、压盖、封板 和大压圈；支撑座为薄壁圆筒，圆筒底面向外是安装法兰，封板安装在支撑座的底面； 吊环螺钉固定在支撑座侧壁上；手柄和安装基座固定在气浮面组件上，其中安装基座的 回转中心与气浮面组件的回转中心重合；密封环、轴向节流器和径向轴承外圈固定在电 机安装座上，O形橡胶密封圈I卡在电机安装座的沟槽内，力矩电机定子通过大压圈固定 在电机安装座上；径向节流器安装在径向轴承外圈的侧壁上；气浮面组件为截面“T” 型的柱形结构，气浮面组件套入径向轴承外圈内，运输时通过压块将气浮面组件和电机 安装座固定；O形橡胶密封圈II卡在密封环的沟槽内；电机安装座为带有中心空腔的回 转体，放置在支撑座内部，与支撑座在上端面连接；插头座固定在支撑座上；插头I和 插头II固定在插头座上；力矩电机转子通过小压圈固定在气浮面组件上；光栅盘通过压
3盖固定在气浮面组件上；读数头固定在读数头支架上；数头支架固定在大压圈上。所述的轴向节流器孔径范围为0.1_0.2mm。所述的径向节流器的孔径范围为0.05_0.15mm。所述的气浮面组件的平面度的数值范围为0.001 0.005mm，圆柱度的数值范围 为 0.0005 0.002mm。本发明与现有技术相比的有益效果是A)总体结构形式采用力矩电机直接驱动转台主轴，即电机转子与转台主轴直接 耦合，省去中间传动环节，缩小了外形尺寸，简化了机械结构；B)取消中间传动装置，传动链缩短，减小了传动装置的回程间隙，有利于保证 转台的分度精度，可以获得优良的动态和静态稳定度；C)轴向何径向气浮轴承的采用使转台的轴向何径向跳动更小，分度误差和摩擦 力矩更小，整体性能优于普通精密机械轴承转台。
图1为本发明的立体外形示意图；图2为本发明气浮面组件的安装孔布局示意图；图3为本发明详细结构图；图4为本发明光栅盘及读数头的安装及调整示意图；图5为本发明气浮面组件的组成图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的描述本发明的精密分度转台的外形如图1所示A)运输时需要用压块12通过螺钉固定在电机安装座13上，以压紧气浮面组件 10及与之相连的其它部分，使用时需拆除运输用压块12及相应锁紧螺钉；B)待旋转驱动的对象固定在气浮面组件10的上表面，以安装基座7为定心基 准、以气浮面组件10为端面定位基准进行安装，通过螺钉进行连接固定，固定孔的分布 见图2，ODU Φ 2和Φ 3分别为各个安装孔的分度圆直径；C)利用吊环螺钉2进行吊装、转运，正常工作时可用将其拆下并用内六方紧定 螺钉封住吊环螺钉孔；D)使用时需将支撑座1固定在双零及以上级大理石平台上，或相应等级的其它 材质的平台上；Ε)使用时气浮面组件10的上表面与水平面的夹角不得大于30° ；装置的具体组成结构关系如下本发明一种精密分度转台，如图3所示包括支撑座1、吊环螺钉2、手柄3、 密封环4、轴向节流器5、径向节流器6、安装基座7、径向轴承外圈8、O形橡胶密封圈 19、气浮面组件10、O形橡胶密封圈II 11、压块12、电机安装座13、插头座14、插头I 15、插头II 16、力矩电机定子17、力矩电机转子18、小压圈19、光栅盘20、读数头21、 读数头支架22、压盖23、封板24、大压圈25以及连接螺钉等。
支撑座1薄壁圆筒，圆筒底面向外设置安装法兰，封板24安装在支撑座1的底 面，起到密封盒防尘的作用；吊环螺钉2固定在支撑座1侧壁上，用于起吊、运送和放 置；手柄3的作用是可以手动旋转转台；密封环4的作用是连通轴向节流器5已经对连通 性进行了说明，并通过管路与从支撑座1的一侧与外部气源和径向节流器6连接，形成稳 定的气路，根据需要，轴向节流器的回路和径向节流器的回路可以连通后再连入气源， 也可以分别接不同气源；轴向节流器5和径向节流器6的作用是分别和气浮面组件10在 轴向和径向形成气膜，进而形成轴向和径向的气浮轴承；安装基座7的作用是用于待测 试件的定心；O形橡胶密封圈I 9和O形橡胶密封圈II 11的作用是进行气体密封，与管路 一起组成密闭的气路；气浮面组件10为截面“T”型的柱形结构见附图5，气浮面组件 10套入径向轴承外圈8内，径向轴承外圈8与电机安装座13的内环槽形成环形回路，联 通径向节流器6;气浮面组件10包括台面10-1、内六角圆柱头螺钉10-2、转轴10-3和销 钉10-4 ；压块12的作用是运输时将气浮面组件10和电机安装座13固定在一起；电机安 装座13为带有中心空腔的回转体，为了减重从而降低转动惯量，电机安装座13可以设计 成倒“工”型结构，放置在支撑座1内部，与支撑座1在上端面连接，和气浮组件10形 成气浮面，还用于固定力矩电机定子17，力矩电机的定子和力矩电机转子18之间形成电 磁场，是转台的动力源，驱动气浮面组件10旋转；插头座14的作用是固定插头I 15和插 头II 16，与支撑座1固定；力矩电机定子17通过大压圈25固定在电机安装座13上；力 矩电机转子18通过小压圈19固定在气浮组件10上；光栅盘20通过压盖23固定在气浮 组件10上；读数头21固定在读数头支架22上；数头支架22固定在大压圈25上。光栅 盘20与支撑座1之间的相对转动被读数头21感知并显示，即为精密分度台的转动角度。本发明的精密分度转台的光栅盘读数头的安装及调节示意图如图4所示A)读数头21通过螺钉固定在读数头支架22上，通过调整读数头支架22与光栅 盘20的位置关系来调整光栅盘20与读数头21的位置关系，以保证可靠读数和较小的测 量误差；B)通过调整倾角调节紧定螺钉(旋入/旋出)来调整光栅盘20与读数头21的 相对距离的远、近；C)通过调整两个倾角调节紧定螺钉27(旋入/旋出)的不同旋入长度来调整光 栅盘20与读数头21的一个方向的角度，保证产品技术要求；D)通过配合调整4个锁紧和调节螺钉26来调整光栅盘20与读数头21另一个方 向的角度，从而保证光栅盘20与读数头21之间的相对位置满足产品技术要求。支撑座1采用HT300材料，铸造后需进行消除应力处理，表面需清理并喷漆防 锈；轴向节流器5和径向节流器6采用在铜套上镶嵌红宝石件的结构实现，以保证整体 的工艺可实现性和寿命；安装基座7是安装的基准，对实际使用效果有很大影响，因此 选用淬火后的耐磨和耐腐蚀的9Crl8不锈钢；淬火后硬度不小于HRC58 ；径向轴承外圈 8相当于径向轴承的外圈，考虑耐腐蚀性和硬度，选用9Crl8不锈钢淬火，保证寿命和加 工精度；气浮面组件10结构见图5，包括台面10-1、内六角圆柱头螺钉10-2、转轴10-3 和销钉10-4，相当于径向轴承的内圈河端面轴承的下压面的组合体，考虑工艺实现性， 采用分体加工后组合配磨的方式实现，不但可以降低成本，还可以降低工艺实现难度； 考虑耐腐蚀性和硬度，台面10-1和转轴10-3都选用9Crl8不锈钢淬火，保证寿命和加工精度；运输用压块12的用途是防止运输时气浮面组件的损伤，用LY12铝材，不至于对 台面10-1造成伤害；电机安装座13是关主件，起到连接电机定子的作用，同时也是端面 轴承的支撑面，考虑耐腐蚀性和硬度，选用9Crl8不锈钢淬火，用棒材锻造后静加工， 保证寿命和加工精度；节流器的孔径对气浮轴承的性能有很重要的影响，因此需严加控 制；而气浮面组件的平面度和圆柱度直接影响分度台的运动精度，是重要技术指标。轴 向节流器5孔径范围为0.1-0.2mm。径向节流器6的孔径范围为0.05_0.15mm。气浮面组 件10的平面度的数值范围为0.001 0.005mm，圆柱度的数值范围为0.0005 0.002mm。 插头座14、小压圈19、读数头支架22、压盖23、封板24和大压圈25都是结构件，选材 时保证读够的强度和刚度即可，没有特别要求。本发明可在大承载的情况下实现旋转精确定位，定位精度可达士2"。应用于高 分辨率卫星总装和部装过程中的坐标转移、部件定位和精度测量，是现代化卫星装配过 程中不可缺少的设备之一。本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。
权利要求
1.一种高精度直驱式气浮转台，其特征在于包括支撑座(1)、吊环螺钉(2)、手柄 ⑶、密封环⑷、轴向节流器(5)、径向节流器(6)、安装基座(7)、径向轴承外圈⑶、 O形橡胶密封圈I (9)、气浮面组件(10)、O形橡胶密封圈II (11)、压块(12)、电机安装座 (13)、插头座(14)、插头1(15)、插头11(16)、力矩电机定子(17)、力矩电机转子(18)、 小压圈(19)、光栅盘(20)、读数头(21)、读数头支架(22)、压盖(23)、封板(24)和大 压圈(25)；支撑座(1)为薄壁圆筒，圆筒底面向外是安装法兰，封板(24)安装在支撑座 (1)的底面；吊环螺钉(2)固定在支撑座(1)侧壁上；手柄(3)和安装基座(7)固定在气 浮面组件(10)上，其中安装基座(7)的回转中心与气浮面组件(10)的回转中心重合；密 封环(4)、轴向节流器(5)和径向轴承外圈(8)固定在电机安装座(13)上，O形橡胶密 封圈1(9)卡在电机安装座(13)的沟槽内，力矩电机定子(17)通过大压圈(25)固定在电 机安装座(13)上；径向节流器(6)安装在径向轴承外圈⑶的侧壁上；气浮面组件(10) 为截面“T”型的柱形结构，气浮面组件(10)套入径向轴承外圈(8)内，运输时通过压 块(12)将气浮面组件(10)和电机安装座(13)固定；O形橡胶密封圈II(Il)卡在密封环 ⑷的沟槽内；电机安装座(13)为带有中心空腔的回转体，放置在支撑座⑴内部，与 支撑座(1)在上端面连接；插头座(14)固定在支撑座(1)上；插头1(15)和插头11(16) 固定在插头座(14)上；力矩电机转子(18)通过小压圈(19)固定在气浮面组件(10)上； 光栅盘(20)通过压盖(23)固定在气浮面组件(10)上；读数头(21)固定在读数头支架 (22)上；数头支架(22)固定在大压圈(25)上。
2.根据权利要求1所述的一种高精度直驱式气浮转台，其特征在于所述的轴向节 流器(5)孔径范围为0.1-0.2mm。
3.根据权利要求1所述的一种高精度直驱式气浮转台，其特征在于所述的径向节 流器(6)的孔径范围为0.05-0.15mm。
4.根据权利要求1所述的一种高精度直驱式气浮转台，其特征在于所述的气浮 面组件(10)的平面度的数值范围为0.001 0.005mm，圆柱度的数值范围为0.0005 0.002mm。
全文摘要
一种高精度直驱式气浮转台，包括支撑座(1)、吊环螺钉(2)、手柄(3)、密封环(4)、轴向节流器(5)、径向节流器(6)、安装基座(7)、径向轴承外圈(8)、O形橡胶密封圈I(9)、气浮面组件(10)、O形橡胶密封圈II(11)、压块(12)、电机安装座(13)、插头座(14)、插头I(15)、插头II(16)、力矩电机定子(17)、力矩电机转子(18)、小压圈(19)、光栅盘(20)、读数头(21)、读数头支架(22)、压盖(23)、封板(24)和大压圈(25)；该转台分度精度高，端面跳动和径向跳动小，解决了大负载情况下的精确分度问题。
文档编号F16M11/18GK102011918SQ20101053605
公开日2011年4月13日 申请日期2010年11月4日 优先权日2010年11月4日
发明者张文捷, 李永宣, 韩建超 申请人:北京卫星制造厂