一种变惯量反作用飞轮的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种变惯量反作用飞轮，包括固定齿轮箱组件、回转齿轮箱组件、飞轮组件，固定齿轮箱组件电机I、电机II、固定齿轮箱壳体、小齿轮I、轴承I、大齿轮I、小齿轮II、大齿轮II、轴承II；回转齿轮箱组件包括回转齿轮箱壳体、传动轴、锥齿轮I、轴承III；飞轮组件包括锥齿轮II、丝杠、轴承IV、丝杠螺母、配重块、导向杆、滑动轴承、挡板和轴承V。通过控制电机I、电机II的转速来控制配重块的惯性半径和回转角加速度，以改变飞轮组件的转动惯量，从而控制系统输出的反作用力矩范围和精度。本发明可快速调节系统输出的反作用力矩范围和精度，安装和工作空间小，应用于航天器和机器人领域中，有利于航天器和机器人的小型化。
【专利说明】一种变惯量反作用飞轮
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种飞轮，属于姿态控制的反作用飞轮领域，尤其涉及一种变惯量反 作用飞轮。
【背景技术】
[0002] 反作用飞轮作为姿态调节关键部件在卫星、独轮机器人等航天器和机器人领域中 得到了非常广泛地应用。在物体内部安装反作用飞轮，通过驱动反作用飞轮获得反力矩可 以控制物体的姿态，物体在作快速大角度姿态机动时，一般需要较大反力矩；而在做高精度 姿态调节时则需要很小的反力矩对姿态进行调节。由于反作用飞轮转速和电机控制精度的 限制，一般提供大的反力矩，需要转动惯量大的反作用飞轮，反之需要转动惯量较小的反作 用飞轮，变惯量反作用飞轮较好地满足了这一需求。现有变惯量反作用飞轮结构尺寸大，需 要较大的安装和工作空间，不利于航空器、机器人等的小型化。
【发明内容】
[0003] 为克服现有变惯量反作用飞轮的上述不足，本发明提供了一种变惯量反作用飞 轮，具体技术方案如下：
[0004] 本发明的目的在于提供一种变惯量反作用飞轮，可快速调节飞轮的转动惯量，且 结构紧凑，需要较小的安装和工作空间。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种变惯量反作用飞轮，包括固定齿 轮箱组件、回转齿轮箱组件、飞轮组件，所述的固定齿轮箱组件电机I、电机II、固定齿轮箱 壳体、小齿轮I、轴承I、大齿轮I、小齿轮II、大齿轮II、轴承II;所述的回转齿轮箱组件包 括回转齿轮箱壳体、传动轴、锥齿轮I、轴承III;所述的飞轮组件包括锥齿轮II、丝杠、轴承 IV、丝杠螺母、配重块、导向杆、滑动轴承、挡板和轴承V。
[0006] 电机I (2)、电机II⑴固定在固定齿轮箱壳体（3)上，电机I (2)、电机II⑴的 输出轴上分别固定有小齿轮I (4)、小齿轮II (9)，小齿轮I (4)、小齿轮11(9)分别与大齿 轮I (7)、大齿轮II (10)相啮合，大齿轮I (7)与回转齿轮箱壳体￠)固定，带动回转齿轮箱 壳体（6)转动，回转齿轮箱壳体（6)通过轴承1(5)安装在固定齿轮箱壳体（3)上，大齿轮 1(10)固定在传动轴（8)的一端，带动固定在传动轴（8)另一端的锥齿轮1(12)转动，传动 轴（8)两端通过轴承II (11)、轴承111(13)分别与固定齿轮箱壳体（3)、回转齿轮箱壳体 (6) 连接；丝杠（15)通过轴承IV(16)安装到回转齿轮箱壳体（6)上，丝杠（15)的一端通过 轴承V(22)安装有挡板（21)，另一端固定有锥齿轮II (14)，锥齿轮II (14)与锥齿轮I (12) 啮合，导向杆（19)固定连接于回转齿轮箱壳体（6)和挡板（21)之间，丝杠（15)与丝杠螺 母（17)啮合，丝杠螺母（17)与配重块（18)固定，配重块（18)与导向杆（19)间设置有滑 动轴承（20);
[0007] 所述的固定齿轮箱壳体（3)上设置有安装孔（3-1)，用于固定变惯量反作用飞轮； 所述的回转齿轮箱壳体（6)上设置有两套以上的飞轮组件；
[0008] 固定齿轮箱组件有两路输出，一路输出为电机I (2)依次通过小齿轮I (4)、大齿轮 1(7)驱动回转齿轮箱组件中的回转齿轮箱壳体（6)转动，进而带动配重块（18)回转，当锥 齿轮I (12)相对于固定齿轮箱壳体（3)静止时，锥齿轮II (14)在回转齿轮箱壳体（6)的带 动下产生转速P1;二路输出为电机II(I)依次通过小齿轮II (9)、大齿轮II (10)驱动回转 齿轮箱组件中的锥齿轮1(12)转动，进而带动锥齿轮11(14)产生转速P:;因此，上述两路 输出叠加在锥齿轮11(14)的实际转速为P =巧+民，，通过控制电机1(2)、电机II(I)的转 速来控制锥齿轮II (14)的转速，锥齿轮II (14)依次通过丝杠（15)、丝杠螺母（17)带动配 重块（18)沿导向杆（19)的移动，进而控制配重块（18)的惯性半径，以改变飞轮组件的转 动惯量，同时通过控制电机I⑵、电机II⑴的转速控制配重块（18)的回转角加速度，从而 控制系统输出的反作用力矩范围和精度。
[0009] 电机I (2)、电机II⑴安装在固定齿轮箱壳体（6)的同一侧。
[0010] 有益效果
[0011] 1.通过控制电机I、电机II的转速可快速调节配重块的惯性半径和回转角加速 度，有效提高了系统输出反作用力矩的精度，扩展了系统输出反作用力矩范围。
[0012] 2.电机I、电机II安装在固定齿轮箱的同一侧，系统整体结构紧凑，有效减小了系 统所需的安装和工作空间，应用于航天器和机器人领域中，有利于航天器和机器人的小型 化。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 附图1为本发明结构示意图。
[0014] 图中：1、电机II，2、电机I，3、固定齿轮箱壳体，3-1、安装孔，4、小齿轮I，5、轴承I， 6、回转齿轮箱壳体，7、大齿轮I，8、传动轴，9、小齿轮II，10、大齿轮II，11、轴承II，12、锥齿 轮I，13、轴承III，14、锥齿轮II，15、丝杠，16、轴承IV，17、丝杠螺母，18、配重块，19、导向 杆，20、滑动轴承，21、挡板，22、轴承V。
【具体实施方式】
[0015] 以下将结合附图对本发明作进一步说明。
[0016] 如图1为本发明结构示意图，该变惯量反作用飞轮包括固定齿轮箱组件、回转齿 轮箱组件、飞轮组件，所述的固定齿轮箱组件包括电机12、电机III、固定齿轮箱壳体3、小 齿轮14、轴承15、大齿轮17、小齿轮119、大齿轮1110、轴承II 11 ;所述的回转齿轮箱组件 包括回转齿轮箱壳体6、传动轴8、锥齿轮112、轴承III 13 ;本实施例中包含两套飞轮组件， 两套飞轮组件对称分布，并均通过锥齿轮II 14与锥齿轮112啮合，飞轮组件包括锥齿轮 1114、丝杠15、轴承IV16、丝杠螺母17、配重块18、导向杆19、滑动轴承20、挡板21和轴承 V22。
[0017] 所述的回转齿轮箱壳体6与大齿轮I (7)固定，通过轴承15安装在固定齿轮箱壳 体3上；所述的丝杠15通过轴承IV16安装到回转齿轮箱壳体6上，丝杠15的一端通过轴 承V22安装有挡板21，另一端固定有锥齿轮1114,锥齿轮1114与锥齿轮I 12啮合，两个导 向杆19分别固定在回转齿轮箱壳体6和挡板21之间，丝杠螺母17与丝杠15啮合，丝杠螺 母17与配重块18固定，配重块18与导向杆19间设置有滑动轴承20 ;所述的传动轴8两 端通过轴承1111、轴承III 13分别与固定齿轮箱壳体3、回转齿轮箱壳体6连接，传动轴8 上固定有大齿轮110、锥齿轮I 12 ;所述的电机12、电机IIl固定在固定齿轮箱壳体3上， 电机12、电机II 1的输出轴上分别固定有小齿轮14、小齿轮119,小齿轮14、小齿轮119分 别与大齿轮17、大齿轮IIlO相啮合。
[0018] 所述的固定齿轮箱壳体3上设置有安装孔3-1，用于固定变惯量反作用飞轮。所述 的回转齿轮箱壳体6上设置有两套飞轮组件。
[0019] 电机12依次通过小齿轮14、大齿轮17驱动回转齿轮箱壳体6回转，进而带动配重 块18回转，当锥齿轮112相对于固定齿轮箱壳体3静止时，锥齿轮1114在回转齿轮箱壳体 6的带动下产生转速P1;电机IIl依次通过小齿轮119、大齿轮1110、传动轴8驱动锥齿轮 112回转，进而带动锥齿轮1114产生转速戸2;锥齿轮1114的实际转速为尹=朽+尹2，通过 控制电机12、电机IIl的转速来控制锥齿轮1114的转速，锥齿轮1114依次通过丝杠15、丝 杠螺母17带动配重块18沿导向杆19的移动，进而控制配重块18的惯性半径，以改变飞轮 组件的转动惯量，同时通过控制电机12、电机IIl的转速控制配重块18的回转角加速度。
【权利要求】
1. 一种变惯量反作用飞轮，包括固定齿轮箱组件、回转齿轮箱组件、飞轮组件，所述的 固定齿轮箱组件包括电机I (2)、电机II (1)、固定齿轮箱壳体（3)、小齿轮I (4)、轴承I (5)、 大齿轮I (7)、小齿轮II (9)、大齿轮II (10)、轴承II(Il);所述的回转齿轮箱组件包括回 转齿轮箱壳体￠)、传动轴（8)、锥齿轮I (12)、轴承III (13);所述的飞轮组件包括锥齿轮 II (14)、丝杠（15)、轴承IV(16)、丝杠螺母（17)、配重块（18)、导向杆（19)、滑动轴承（20)、 挡板（21)和轴承V (22); 其特征在于：电机I (2)、电机II (1)固定在固定齿轮箱壳体（3)上，电机I (2)、电机 II (1)的输出轴上分别固定有小齿轮I (4)、小齿轮II (9)，小齿轮I (4)、小齿轮II (9)分别 与大齿轮I (7)、大齿轮II (10)相啮合，大齿轮I (7)与回转齿轮箱壳体￠)固定，带动回转 齿轮箱壳体（6)转动，回转齿轮箱壳体（6)通过轴承1(5)安装在固定齿轮箱壳体（3)上， 大齿轮1(10)固定在传动轴（8)的一端，带动固定在传动轴（8)另一端的锥齿轮1(12)转 动，传动轴（8)两端通过轴承II (11)、轴承111(13)分别与固定齿轮箱壳体（3)、回转齿轮 箱壳体（6)连接；丝杠（15)通过轴承IV(16)安装到回转齿轮箱壳体（6)上，丝杠（15)的 一端通过轴承V(22)安装有挡板（21)，另一端固定有锥齿轮II (14)，锥齿轮II (14)与锥齿 轮1(12)啮合，导向杆（19)固定连接于回转齿轮箱壳体（6)和挡板（21)之间，丝杠（15) 与丝杠螺母（17)啮合，丝杠螺母（17)与配重块（18)固定，配重块（18)与导向杆（19)间 设置有滑动轴承（20); 所述的固定齿轮箱壳体（3)上设置有安装孔（3-1)，用于固定变惯量反作用飞轮；所述 的回转齿轮箱壳体（6)上设置有两套以上的飞轮组件； 电机I (2)依次通过小齿轮I (4)、大齿轮I (7)驱动回转齿轮箱壳体￠)回转，进而带 动配重块（18)回转，当锥齿轮I (12)相对于固定齿轮箱壳体（3)静止时，锥齿轮II (14) 在回转齿轮箱壳体￠)的带动下产生转速巧；电机II(I)依次通过小齿轮II (9)、大齿轮 II (10)、传动轴（8)驱动锥齿轮1(12)回转，进而带动锥齿轮11(14)产生转速;锥齿 轮II (14)的实际转速为尹= P1+歹2,通过控制电机I (2)、电机II⑴的转速来控制锥齿轮 11(14)的转速，锥齿轮II (14)依次通过丝杠（15)、丝杠螺母（17)带动配重块（18)沿导向 杆（19)的移动，进而控制配重块（18)的惯性半径，以改变飞轮组件的转动惯量，同时通过 控制电机1(2)、电机II(I)的转速控制配重块（18)的回转角加速度，从而控制系统输出的 反作用力矩范围和精度。
2. 根据权利要求1所述，电机I (2)、电机II⑴安装在固定齿轮箱壳体（6)的同一侧。
【文档编号】G05D1/08GK104391505SQ201410395768
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年8月13日 优先权日:2014年8月13日
【发明者】阮晓钢, 陈志刚, 王旭, 朱晓庆, 解玮, 魏若岩, 张晓平, 庞涛 申请人:北京工业大学