一种可平衡倾覆力矩的重载三维转台的制作方法

本发明涉及一种调姿平台，特别是用于重型产品测试的调姿平台。

背景技术：

在针对雷达或机载电子系统测试过程中，一般需要测试产品在不同姿态下的工作状态，所以需要能对该类产品进行姿态调整的装置或设备。在大型雷达、飞机航电系统等大型、重载测试条件下，不仅需要被测物体能够实现全方位整周转动，而且被测装置的重量一般较大。传统的液压驱动技术，成本较高且可靠性、清洁性以及可维护性大大降低。现有技术仍无法针对大型重载多方位姿态调整装置提出较好的电动解决方案。专利201410587952.8中提出了一种大型重载摇摆模拟台，针对重载需求提出了使用托辊辅助支撑的形式以增强转台的承载能力的方法，但是该发明只能实现纵摇和横摇两个转动自由度，且无法实现方位轴整周转动。专利201210154506.9提出了采用重力平衡系统以平衡负载重力，降低电机的驱动力矩的方法，该发明能够实现六自由运动，但其姿态调整的角度也无法实现整周转动。专利201310626116.1发明了一种高精度重载的回转台，具有承载力大、精度高的特点，但是只能实现单自由度运动，无法实现三维调姿要求。专利201220311413.8运用回转支撑轴承，实现单轴旋转运动，承载能力大，但是由于转盘轴承相对较小，其承载倾覆力矩的能力较差，且该装置无法实现三维调姿动作。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种负载大、断电防倾覆、机械系统可靠性高的可平衡倾覆力矩的重载三维转台。本发明主要是基于zyz欧拉角调姿原理，提出带有俯仰倾覆力矩平衡系统的重载三维转台，以满足大负载、大角度的三维姿态调整装备的应用需求，其主要特点是俯仰轴上安装有平衡倾覆力矩的配重装置，以平衡由于俯仰产生的倾覆力矩，从而降低俯仰轴驱动电机的驱动力矩。

本发明主要包括负载安装转盘、倒u型支座、u型底座、平衡连杆、配重滑块、方位转筒和转台底座。其中，负载安装转盘通过第一转动副设在倒u型支座的顶部且第一转动副轴线垂直于负载安装转盘的平面；该第一转动副主要包括转盘轴承a，其安装于负载安装转盘底部环体中，转盘轴承a内圈的上安装面与负载安装转盘的环体内底面固连，倒u型支座上部为圆盘形顶板，该圆盘形顶板的上安装面与转盘轴承a的内圈下安装面固定。转盘轴承a的内圈上加工有内齿轮，该内齿轮与对称设置的两个减速齿轮a啮合，减速齿轮轴a穿过倒u型支座圆形顶板，与固连在倒u型支座圆形顶板上的驱动机构输出轴固连，以增大抵抗弯矩的能力，最好在负载安装转盘的周边与倒u型支座的圆形顶板的周边之间安装有4-8个压轮机构，每个压轮机构包括第一压轮、第二压轮，所有的压轮机构均布于负载安装转盘底部的环体中，第一压轮与第二压轮的底座均与负载安装转盘底部环体固连，第一压轮与倒u型支座圆形顶板的上平面压紧，第二压轮与倒u型支座圆形顶板的下平面压紧，第一压轮与第二压轮均与倒u型支座保持纯滚动。第一压轮、第二压轮与倒u型支座顶部圆盘的压紧力通过斜面调整装置调整。

倒u型支座与u型底座通过第二转动副相连，第二转动副轴线与第一转动副轴线垂直并靠近负载安装转盘，第二转动副轴线分别位于倒u形支座的根部与u型底座的顶部。该第二转动副的结构为：倒u型支座有一个圆环形顶板，顶板下面设两个与其垂直相连且相同的立板，每个立板上部各设一个同轴线的上通孔，其与u型底座两平行支耳内侧上部的短轴套接，倒u型支座两立板下部设两个对称设置的部分内齿圈，该部分内齿圈的轴线与第二转动副共轴，该部分内齿圈与u型底座两平行支耳内侧下部的减速齿轮b相啮合，减速齿轮轴b穿过支耳与设在支耳外侧的驱动机构b相连，该驱动机构固定在u型底座的底板上。

u型底座的底板活动固定在方位转筒的上端，且底板上设有与方位转筒内孔对应的通孔。方位转筒通过第三转动副与转台底座相连，且第三转动副的轴线与第二转动副轴线垂直。第三转动副的转盘轴承b外圈与方位转筒固连，转盘轴承b内圈与转台底座固连，所述转盘轴承b外圈上加工有外齿，与两个对称布置的减速齿轮c啮合，两个减速齿轮轴c分别与两组驱动机构c的输出轴固连，驱动机构c与转台底座固连。

倒u型支座下部与平衡连杆的上端通过第四转动副相连，且第四转动副的轴线平行于第二转动副轴线，第四转动副的结构是：倒u型支座每个立板下部各设一个同轴线的下通孔，该下通孔内侧各设一根垂直立板的短轴b，其各与平衡连杆叉形上部的两个通孔插接，平衡连杆下部通过第五转动副与配重滑块连接且第五转动副的轴线平行于第四转动副轴线，第五转动副的平衡连杆下部通孔与配重滑块上部的通孔通过短轴套接。平衡连杆穿过u型底座底板上对应的通孔下部与配重滑块一起置于方位转筒内。配重滑块通过移动副与方位转筒连接，移动副位于方位转筒的内部，移动副的方向平行于第三转动副轴线，即外形为圆柱的方位转筒插在中空的转台底座内，方位转筒内部的侧面带有导轨，配重滑块在导轨上滑动。方位转筒底部与转台底座底部之间设有4-8个托辊机构，每个托辊机构主要包括侧面压轮和底部托辊，所述托辊机构均匀布置且两两通过第三转动副轴线对称，侧面压轮与底部托辊均安装于压轮托辊底座上，压轮托辊底座与转台底座固定，侧面压轮与方位转筒的外圆弧面压紧，底部托辊与方位转筒的底面压紧，侧面压轮转动轴线与第三转动副轴线平行，底部托辊转动轴线与第三转动副轴线相交，侧面压轮与底部托辊均与方位转筒保持纯滚动。

本发明的工作过程及原理大致如下：

倒u型支座的顶部通过第一转动副与负载安装转盘连接，第一转动副称为上方位轴z1轴，z1轴可以实现整周转动，并且转动方向始终垂直于负载安装转盘的安装平面，第二转动副称为俯仰轴y轴，该轴始终与z1轴垂直。方位转筒通过第三转动副与转台底座连接，第三转动副的轴线垂直于第二转动副。第三转动副称为下方位轴z2轴。方位转筒与转台底座绕下方位轴z2轴转动一定角度α后，在此基础上倒u型支座相对u型底座绕俯仰轴y轴转动β，并在此基础上负载安装转盘相对倒u型支座绕上方位轴z1轴转动γ角，所以该装置的调姿原理为zyz欧拉角调姿，负载安装转盘相对于转台底座的最终姿态为rotz(α)roty(β)rotz(γ)，如图1所示。在俯仰轴y轴转动β角度后，由于负载质心高度较高，会产生较大的倾覆力矩，该倾覆力矩不仅增大了俯仰轴的驱动力矩，同时导致机械系统不稳定。为平衡该倾覆力矩，在俯仰轴上安装有可平衡俯仰倾覆力矩的平衡装置，其倒u型支座、u型底座、平衡连杆、配重滑块构成了一个曲柄滑块机构。配重滑块的重量可以调整，为不同的负载重量及质心位置设置最优配重量，在降低俯仰驱动机构驱动力矩的同时能够防止俯仰轴在断电后或者俯仰轴动力装置出现故障时机械系统倾倒造成事故，如图3、4所示。为提高系统的承载能力及抗倾覆能力，在传统转盘轴承的基础增添了多组滚动压紧装置，并且压紧力通过斜面调整装置调整，如图3、4所示。

本发明的驱动原理为：上方位轴z1轴：通过两组对称布置的驱动机构a，带动减速齿轮a，减速齿轮a通过带动转盘轴承a实现负载安装转盘与倒u型支座之间转动。俯仰轴y轴：通过两组对称布置的驱动机构b，带动减速齿轮b，减速齿轮b通过带动部分内齿圈实现倒u型支座与u型底座之间转动。下方位z2轴：两组对称布置的驱动机构c，带动减速齿轮c，减速齿轮c通过带动转盘轴承b实现方位转筒与转台底座之间的转动。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、承载能力大、机械可靠性高。机械结构及关节承担了负载的重力，曲柄滑块重力平衡系统能够平衡由俯仰产生的倾覆力矩，降低了驱动电机及传动系统的力矩，同时让机械系统断电防倾覆。周边压轮系统及底部托辊系统也提高了机械系统抗倾覆力矩的能力。

2、俯仰轴y轴转动范围大、上下方位轴z1、z2轴允许整周转动，俯仰轴通过半齿轮传动，转动范围也较大，一般可达±60°。

附图说明

图1为本发明立体示意简图。

图2为本发明俯视图。

图3为图2中a-a剖视图立体示意简图(其中转盘轴承a8、转盘轴承b12、驱动机构c13、驱动机构b9、减速齿轮c11、减速齿轮b14没有剖开)。

图4为图2中b-b剖视图立体示意简图(其中驱动机构a4、部分内齿圈5没有剖开)。

图5为图3中d的局部放大示意简图。

图6为图3中c的局部放大示意简图。

图7为本发明负载安装转盘1的外形示意简图。

图8为本发明倒u型支座2的外形示意简图。

图9为本发明u型底座3的外形示意简图。

图10为本发明方位转筒6的外形示意简图。

图11为本发明转台底座10的外形示意简图。

图12为本发明平衡连杆7的外形示意简图。

图13为本发明配重滑块15的外形示意简图。

图中：

1、负载安装转盘，2、倒u型支座，3、u型底座，4、驱动机构b，5、部分内齿圈，6、方位转筒，7、平衡连杆，8、转盘轴承b，9、驱动机构c，10、转台底座，11、减速齿轮a，12、转盘轴承a，13、驱动机构a，14、减速齿轮轴a，15、减速齿轮c，16、减速齿轮轴c，17、配重滑块，18、短轴a，19、短轴b，20、减速齿轮b，21、减速齿轮轴b，22、短轴c，23、侧面压轮，24、压轮托辊底座，25、底部托辊，26、第一压轮，27、第二压轮。

具体实施方式

在图1、图2、图3和图4所示的可平衡倾覆力矩的重载三维转台的示意简图中，被测物体安装于负载安装转盘1的上平面之上，如图7所示，转盘轴承a12安装于负载安装转盘底部环体中，其内圈的上安装面与负载安装转盘的环体内底面固连，如图8所示的倒u型支座2的圆盘形顶板的上安装面与转盘轴承a12的内圈下安装面固定。转盘轴承a的内圈上加工有内齿轮，该内齿轮与对称设置的两个减速齿轮a11啮合，减速齿轮轴a14穿过倒u型支座2圆形顶板，与固连在倒u型支座圆形顶板上的驱动机构a13输出轴固连，如图3、图4所示。在负载安装转盘的周边与倒u型支座的圆形顶板的周边之间安装有4-8个压轮机构，每个压轮机构包括第一压轮26、第二压轮27，所有的压轮机构均布于负载安装转盘底部的环体中，第一压轮与第二压轮的底座均与负载安装转盘底部环体固连，第一压轮与倒u型支座圆形顶板的上平面压紧，第二压轮与倒u型支座圆形顶板的下平面压紧，第一压轮与第二压轮均与倒u型支座保持纯滚动。第一压轮、第二压轮与倒u型支座顶部圆盘的压紧力通过斜面调整装置调整，如图6所示。

倒u型支座2与u型底座3通过第二转动副相连，倒u型支座2有一圆环形顶板，其下面设两个与其垂直相连且相同的立板，每个立板上部各设一个同轴线的上通孔，其如图9所示的与u型底座3两平行支耳内侧上部的短轴a18套接，第二转动副轴线与第一转动副轴线垂直并靠近负载安装转盘。倒u型支座两立板下部设两个对称的部分内齿圈5，该部分内齿圈的轴线与第二转动副共轴，该部分内齿圈与u型底座两平行支耳内侧下部的减速齿轮20相啮合，该减速齿轮轴b21穿过支耳与设在支耳外侧的驱动机构b4相连，该驱动机构固定在u型底座的底板上。该底板通过螺栓固定在如图10所示方位转筒6的上端，且底板上设有与方位转筒内孔对应的通孔。方位转筒通过第三转动副与如图11所示的转台底座10相连，且第三转动副的轴线与第二转动副轴线垂直。第三转动副的转盘轴承b8外圈与方位转筒6固连，转盘轴承b8内圈与转台底座10固连，所述转盘轴承b外圈上加工有外齿，与两个对称布置的减速齿轮c15啮合，两个减速齿轮轴c16分别与两组驱动机构c9的输出轴固连，驱动机构c与转台底座固连，如图3、图4所示。

倒u型支座2下部与如图12所示的平衡连杆7的上端通过第四转动副相连，且第四转动副的轴线平行于第二转动副轴线，第四转动副的结构是：倒u型支座2每个立板下部各设一个同轴线的下通孔，该下通孔内侧各设一根垂直立板的短轴b19，其各与平衡连杆7叉形上部的两个通孔插接，平衡连杆7下部通过第五转动副与如图13所示的配重滑块17连接且第五转动副的轴线平行于第四转动副轴线，平衡连杆下部通孔与配重滑块上部的通孔通过短轴c22套接。平衡连杆7穿过u型底座底板上的通孔下部与配重滑块17一起置于方位转筒6内。配重滑块17通过移动副与方位转筒连接，移动副位于方位转筒的内部，移动副的方向平行于第三转动副轴线，即外形为圆柱的方位转筒插在中空的转台底座内，方位转筒6内部的侧面直接加工有v型导轨滑槽，配重滑块17侧面凸起的v型滑块在导轨上滑动，如图3，图4所示。方位转筒6底部与转台底座底部之间设有4-8个托辊机构，每个托辊机构主要包括侧面压轮23和底部托辊25，托辊机构均匀布置且两两通过第三转动副轴线对称，侧面压轮23与底部托辊25均安装于压轮托辊底座24上，压轮托辊底座与转台底座固定，侧面压轮23与方位转筒6的外圆弧面压紧，底部托辊25与方位转筒6的底面压紧，侧面压轮转动轴线与第三转动副轴线平行，底部托辊转动轴线与第三转动副轴线相交，侧面压轮与底部托辊均与方位转筒保持纯滚动，如图5所示。