一种具有三角镂空结构的球形惯性稳定平台的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及惯性稳定平台机械结构设计领域，特别涉及一种具有三角镂空结构的 球形惯性稳定平台。
【背景技术】
[0002] 陀螺稳定平台的主要作用是在弹(箭）内按给定的技术指标，建立一个与弹(箭）的 角运动无关的导航坐标系，为加速度的测量和姿态角的测量提供必要的坐标基准。
[0003] 传统平台结构采用环形框架和矩形台体，框架的轴端连接处放置电机和角度/角 速度测量电路等，由于容纳体积及环形结构限制，轴端设计为外凸起结构，为了使各框架自 由旋转，则需要加大框架尺寸，因此会占用较大的回转空间，体积较大，无法满足目前轻小 型化的平台发展趋势，而且这种结构会产生二阶干扰力矩；同时平台结构采用开放式环架， 受外界温度环境影响较大，容易影响惯性仪表的恒温性。
[0004] 因此，对于三框架平台系统或四框架平台系统来说，内框架和基座采用球面框架 有利于为惯性仪表提供一个良好的工作环境。但如果外框架和随动框架也采用密闭的球面 框架时，将对热量由内向外传导不利，也会影响惯性仪表的恒温性。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有三角镂空结构的球形惯性 稳定平台，该稳定平台的内框架和基座为球形壳体，外框架和随动框架为具有三角镂空结 构的球形壳体，该三角镂空结构为近似等分的三角形，均匀分布在除轴端和安装区域以外 的球形壳体上;该稳定平台相对于环形结构的稳定平台，具有等刚度特点，并且有利于与减 小干扰误差;相比完全封闭的球形结构的稳定平台，具有良好的热传导和热对流功能，有利 于建立良好的温度场。
[0006] 本发明通过以下方案实现上述目的：
[0007] -种具有三角镂空结构的球形惯性稳定平台，包括台体、内框架、外框架、随动框 架、基座和轴端，其中：内框架和基座为球形壳体，外框架和随动框架为具有均匀分布三角 镂空结构的球形壳体;所述四个球形壳体的中心重合且由内到外的嵌套顺序为内框架、外 框架、随动框架和基座;每相邻两个球形壳体之间通过两个轴端连接，且位于内部的球形壳 体绕所述轴端的转轴转动；台体位于内框架内部且通过两个轴端连接，并绕所述轴端的转 轴转动;基座与外部载体固定连接;其中，台体、内框架、外框架和随动框架转动时的中心轴 彼此正交。
[0008] 在上述的具有三角镂空结构的球形惯性稳定平台中，外框架和随动框架为具有均 匀分布的三角镂空结构的球形壳体，其中：外框架和随动框架的球形壳体在框架本体坐标 系的X轴、Y轴上共设置四个轴端安装孔，即四个轴端安装孔分别位于框架本体坐标系的+X 轴、-X轴、+Y轴、-Y轴;所述每个轴端安装孔周围设置有安装电路和惯性仪表的区域，即所述 区域为连续球壳弧面。
[0009] 在上述的具有三角镂空结构的球形惯性稳定平台中，外框架和随动框架的球形壳 体由两个半球壳体连接构成，当两个半球壳体分开时，在球壳内表面的轴端安装孔周围的 连续球壳弧面上安装电路和惯性仪表，安装结束后，将两个半球壳体连接为一个球形壳体。
[0010] 在上述的具有三角镂空结构的球形惯性稳定平台中，连接台体和内框架的两个轴 端与内框架的球形壳体外表面共面;连接内框架和外框架的两个轴端与外框架的球形壳体 外表面共面;连接外框架和随动框架的两个轴端与随动框架的球形壳体外表面共面;连接 随动框架和基座的两个轴端与基座的球形壳体外表面共面。
[0011] 在上述的具有三角镂空结构的球形惯性稳定平台中，在外框架和随动框架的球形 壳体上，通过如下步骤确定三角镂空结构的位置：
[0012] (1)、在球形壳体上选取20个顶点，所述20个顶点通过直线连接构成一个内接于球 形壳体的正12面体，所述正12面体具有30条边；
[0013] (2)、将所述12面体的30条边映射到球形壳体表面，得到30条短程线，所述30条短 程线在球面壳体表面划分出12个相同的五边形曲面，将每个五边形曲面的中心点与所述曲 面的5个顶点通过短程线连接，所述短程线将1个五边形曲面划分为5个三角形曲面，即将球 形壳体划分为60个相同的三角形曲面；
[0014] (3)、在每个三角形曲面内，选取构成三角形曲面的三条短程线的中点，通过3条短 程线连接3个中点，将每个三角形曲面划分为4个二级三角形曲面，即将球形壳体划分为240 个二级三角形曲面；
[0015] (4)、在球面壳体上设置轴端安装孔，并在所述安装孔的周围预留电路和惯性仪表 的安装区域;在剩余区域内对球形壳体进行镂空操作，镂空单元为步骤(3)划分的二级三角 形曲面。
[0016] 其中，在步骤（1)中，选取20个顶点在框架本体坐标下的坐标分别为：（8，13,0)、（-a，b，0)、（a，_b，0)、（-a，_b，0)、（b，0，a)、（_b，0，a)、（b，0，-a)、（_b，0，-a)、（0，a，b)、（0，-a， b)、（0，a，_b)、（0，_a，_b)、（c，c，c)、（c，_c，c)、（c，c，_c)、（_c，c，c)、（_c，_c，c)、（_c，c，_c)、 (-c，-c，-c)、（c，-c，-c)，其中，
，:r为球形壳体的半 径;则在步骤(4)中，在外框架和随动框架的+X轴、-X轴、+Y轴和-Y轴上设置4个轴端安装孔， 在基座的+X轴、-X轴设置两个轴端安装孔;并以YOZ平面为剖面将球形壳体分割为两个半球 壳体。
[0017] 在上述的具有三角镂空结构的球形惯性稳定平台中，台体为球形壳体，在所述球 形壳体腔体内安装惯性仪表和电路板。
[0018] 在上述的具有三角镂空结构的球形惯性稳定平台中，基座为单层球形球壳，所述 球形壳体表面设置有加强筋。
[0019] 本发明与现有技术相比的有益效果如下：
[0020] (1 )、本发明惯性稳定平台的内框架、外框架、随动框架和基座均为球形结构，相对 于采用环形框架的稳定平台，具有等刚度的特点，并且有利于减小干扰误差；
[0021] (2)、本发明惯性稳定平台的内框架为球形壳体，和传统的开放环架结构相比，可 以降低外界信号对惯性仪表的干扰，有利于确保仪表的恒温性，而且外框架和随动框架采 用镂空的球壳结构，具有良好的热传导和热对流功能，有利于电路散热，从而建立良好的温 度场。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明的球形惯性稳定平台中具有三角镂空结构的球壳结构图；
[0023] 图2为本发明的球形惯性稳定平台中具有三角镂空结构的球壳分离后的半球壳结 构图；
[0024]图3为本发明中在球壳上划分12个五边形曲面的示意图；
[0025]图4为本发明中在球壳上划分60个三角形曲面的示意图；
[0026]图5为本发明中在球壳上划分240个二级三角形曲面的示意图；
[0027]图6为本发明中在球壳上划分240个二级三角形曲面后位于同一弧段的短程线示 意图。
【具体实施方式】
[0028] 本发明提供了一种具有三角镂空结构的球形惯性稳定平台，包括台体、内框架、外 框架、随动框架、基座和轴端。其中，内框架和基座为球形壳体，外框架和随动框架为具有均 匀分布三角镂空结构的球形壳体。这四个球形壳体的中心重合且由内到外的嵌套顺序为内 框架、外框架、随动框架和基座;每相邻两个球形壳体之间通过两个轴端连接，且位于内部 的球形壳体绕所述轴端的转轴转动；台体位于内框架内部且通过两个轴端连接，并绕所述 轴端的转轴转动;基座与外部载体固定连接;其中，台体、内框架、外框架和随动框架转动时 的中心轴彼此正交，且为了增大台体容积，将台体也设计为球形壳体，在所述球形壳体腔体 内安装惯性仪表和电路板。基座为单层球形球壳，在该球形壳体表面设置有加强筋。
[0029] 本发明惯性稳定平台的外框架和随动框架为具有均匀分布的三角镂空结构的球 形壳体，其中：外框架和随动框架的球形壳体在框架本体坐标系的X轴、Y轴上共设置四个轴 端安装孔，即四个轴端安装孔分别位于框架本体坐标系的+X轴、-X轴、+Y轴、-Y轴;每个轴端 安装孔周围设置有安装电路和惯性仪表的区域，即所述区域为连续球壳弧面。为了便于在 惯性稳定平台的球形框架内安装惯性仪表和电路，本发明将各球形壳体设计为两个可分离 半球形壳体，因此，每个球形壳体上需要设定轴端安装孔，同时也要设定球形壳体的分离剖 面。对于具有三角镂空结构的球形壳体，在进行轴端位置选取时需要考虑镂空结构的对称 性，在剖面选取时需要考虑剖面尽可能少地切断镂空结构的桁架。外框架和随动框架的球 形壳体由两个半球壳体连接构成，当两个半球壳体分开时，在球壳内表面的轴端安装孔周 围的连续球壳弧面上安装电路和惯性仪表，安装结束后，将两个半球壳体连接为一个球形 壳体。如图1所示的镂空球形壳体的结构所示，图中，1为轴端安装孔，2为三角形的镂空结 构，3为镂空后在球壳上剩余的桁架，4为在轴端安装孔周围预留的连续球壳弧面，用于安装 电路和惯性仪表，5为两个