一种用于超短基线的精密定位升降装置的制作方法

本专利涉及超短基线定位系统的升降装置，具体涉及一种用于超短基线的精密定位升降装置，涉及海洋机械测量领域。

背景技术：

超短基线定位系统（USBL）是一种利用声学原理工作的水声定位系统，其基本原理是收发换能器向水下目标发送询问信号，水下目标上安装有声学应答器，应答器收到USBL收发换能器的信号后发送应答信号。收发换能器通过收发应答信号的来回时间来测定目标离收发换能器的距离。由于收发机上安装有多个水听器，通过交汇测量，可以确定水下目标相对于收发换能器的位置，可以进行长距离海底目标连续跟踪定位。

超短基线主要由主控系统、声标和升降装置等部分组成。其中，升降装置是固定在船仓控制测量装置（换能器）上下运动的装置，其结构决定了换能器所能下降的最大距离，并决定着换能器的机械位置特性，从而影响着整套设备工作的稳定性和精度。

前期课题组已经研发了一种超短基线换能器自动升降装置，专利号2015210543273，提出通过链条带动换能器轴竖直升降。该装置工作时打开闸阀，电机通过传动机构带动换能器轴向下运动，换能器伸入海底进行作业。作业完毕后，电机带动换能器轴向上运动,关闭闸阀，非作业时间换能器处于竖杆架内。

在现有设计中，采用链传动作为超短基线升降装置的传动机构，虽然能够满足带动换能器轴上下运动的要求，但采用链传动方式时需安装链轮，其结构复杂并需要占用较大的空间，而且在运转时不能保证恒定的瞬时传动比，一旦磨损，便容易发生跳齿等故障，给超短基线系统的精密定位工作带来极大的困难。

由此可见，一套合理的传动机构对于超短基线十分重要，因此，设计出一种采用新传动机构的升降装置，以弥补现有传动机构的不足，进一步提高整套系统的精度和稳定性就是本专利的目的。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明提出了一种用于超短基线的精密定位升降装置。该装置进一步提高了超短基线换能器上下运动的精度和稳定性；同时在保证换能器能够实现上下运动的基础上，增加了换能器轴的运动距离；并且节约了空间，极大的降低了整套装置的复杂性。

具体技术方案如下，

一种用于超短基线的精密定位升降装置，包括电机、换能器轴、丝杠、导轨、竖杆架、竖杆套、修配箱、闸阀、动力锥齿轮、支撑板、挡板、连接板、滑块、直角板、固定块、上端盖，并且丝杠顶端制有传动锥齿轮，

其中，竖杆架垂直水平方向设置，所述竖杆架顶部水平固定安装挡板，所述挡板上方固定安装支撑板，所述支撑板上安装有电机，所述电机两端的输出轴制有动力锥齿轮；

沿所述竖杆架内侧分别安装有两根垂直水平方向丝杠，所述丝杠顶端的传动锥齿轮分别与所述电机对应输出端的动力锥齿轮耦合；

连接板中心制有光孔，光孔的直径与换能器轴的直径相同或略大，所述换能器轴穿过连接板的光孔与连接板固定，并且所述连接板靠近竖杆架的左右两侧为双耳结构设计，耳板上分别制有螺纹孔，丝杠穿过对应耳板上的螺纹孔，并且丝杠的外螺纹与螺纹孔的内螺纹耦合；

沿竖杆架两侧的外沿分别竖直设置两条导轨，导轨上安装有可沿其轨道上下滑动的滑块，同时，所述连接板前端突出部两侧分别通过直角板与对应导轨上的滑块固定，使得转动丝杠时带动固定于连接板上的换能器轴通过滑块沿导轨稳定精确升降；

上端盖水平安装于竖杆架底部，所述丝杠通过固定块固定于所述上端盖；所述上端盖固定于竖杆套，所述竖杆套下方固定安装有修配箱，所述修配箱下方设置有闸阀，所述闸阀下方设置有装置底座，并且所述上端盖、竖杆套、修配箱、闸阀内均设置有用于换能器轴升降的通孔。

使用时，电机提供动能，电机输出的动能通过锥齿轮将水平方向的旋转运动转换为丝杠竖直方向的旋转运动，然后通过丝杠与连接板耳板上螺纹孔的配合，从而带动换能器轴跟随连接板沿导轨上下运动。

优选，设置限位开关控制电机启停，实时控制换能器轴升降。

优选，所述换能器轴与竖杆套间隙配合，竖杆套上设置的通孔上下分别设置有两个V形密封圈与所述换能器轴配合密封，以防止海水渗入。

优选，所述修配箱设置排水的水龙头，用于排水。

优选，所述竖杆架、上端盖、竖杆套、修配箱、闸阀之间采用螺栓连接，且各端面采用平垫圈密封，增强各部件之间的稳定性和密封性；进一步，所述平垫圈为石棉材料。

优选，所述丝杠焊接至上端盖，进一步增加换能器轴的运动距离。

优选，蜗轮蜗杆传动将电机输出轴水平方向的旋转转换为丝杠竖直方向的旋转。

本发明的创造性在于：

1、丝杠结构和导轨设置，连接板与换能器轴固定，将连接板通过直角板与滑块相连，带动换能器轴沿导轨方向上下运动的同时，也限制了其运动轨迹，确保了运动精度，同时进一步提高运动的稳定性；

2、通过锥齿轮传动将电机输出轴与丝杠相连，将输出轴水平方向的旋转运动转换为丝杠竖直方向的旋转运动；

3、固定块将丝杠固定在竖杆架上，节省了空间且便于调整与维护，在超短基线升降装置总高不变的情况下，加深了换能器轴深入海水的距离；在换能器入海深度不变的情况下，可降低超短基线升降装置的总高。

本发明的有益效果如下：

1、丝杠传动代替链传动，无需再安装链轮，节省了空间，减轻了重量，避免了跳齿等故障的发生，提高了整体系统的精度和稳定性；

2、在超短基线升降装置总高不变的基础上，可以增加换能器轴的运动距离，加大了换能器的入海深度；在换能器入海深度不变的情况下，可以降低超短基线升降装置的总高。

3、连接板与换能器轴固定，丝杠提供上下运动的动能，同时丝杠和导轨双重确保换能器轴沿导轨方向的运动轨迹，进一步确保了运动精度和平稳性。

附图说明

图1为一种用于超短基线的精密定位升降装置总示意图。

图2为一种用于超短基线的精密定位升降装置动力机构示意图。

图3为一种用于超短基线的精密定位升降装置传动机构示意图。

图4为一种用于超短基线的精密定位升降装置底部固定机构示意图。

其中，电机1、换能器轴2、丝杠3、导轨4、竖杆架5、竖杆套6、修配箱7、闸阀8、动力锥齿轮9、支撑板10、挡板11、连接板12、滑块13、直角板14、固定块15、上端盖16，并且丝杠3分为丝杠31和丝杠32，丝杠31和丝杠32顶部制有传动锥齿轮33-31和传动锥齿轮33-32，电机1输出端制有动力锥齿轮91、动力锥齿轮92。

具体实施方式

实施例1

一种用于超短基线的精密定位升降装置，包括电机1、换能器轴2、丝杠3、导轨4、竖杆架5、竖杆套6、修配箱7、闸阀8、动力锥齿轮9、支撑板10、挡板11、连接板12、滑块13、直角板14、固定块15、上端盖16，并且丝杠3顶端制有传动锥齿轮33，

其中，竖杆架5垂直水平方向设置，所述竖杆架5顶部水平固定安装有挡板11，所述挡板11上方固定安装支撑板10，所述支撑板10上安装有电机1，所述电机1两端的输出轴分别制有动力锥齿轮91和92；

沿所述竖杆架5内侧分别安装有两根垂直水平方向丝杠31和32，所述丝杠31和32顶端的传动锥齿轮33-31和33-32分别与所述电机1对应输出端的动力锥齿轮91和92耦合，采用锥齿轮传动的方式将电机输出轴水平方向的旋转运动转换为丝杠竖直方向的旋转运动；

连接板12中心制有光孔，光孔的直径与换能器轴2的直径相同或略大，所述换能器轴2穿过连接板12的光孔与连接板12固定，此时的连接板12即相当于传统的丝杠螺母结构中的“螺母”，并且所述连接板12靠近竖杆架5的左右两侧为双耳结构设计，耳板上分别制有螺纹孔，丝杠31和32穿过对应耳板上的螺纹孔，并且丝杠31和32的外螺纹与螺纹孔的内螺纹耦合；

沿竖杆架5两侧的外沿分别竖直设置两条导轨4，导轨4上安装有可沿其轨道上下滑动的滑块13，同时，所述连接板12前端突出部两侧分别通过直角板14与对应导轨4上的滑块13固定，使得转动丝杠31和32时带动固定于连接板12上的换能器轴2通过滑块13沿导轨4稳定精确的升降，将丝杠3的旋转运动转换为连接板12的竖直方向上的直线运动；当电机1输出动力时，丝杠3转动，完成与连接板12的相对运动，使换能器轴2通过滑块13跟随连接板12沿导轨4上下运动；

上端盖16水平安装于竖杆架5底部，所述丝杠31和32通过固定块15固定于所述上端盖16；所述上端盖16固定于竖杆套6，所述竖杆套6下方固定安装有修配箱7，所述修配箱7下方设置有闸阀8，所述闸阀8下方设置有装置的底座，并且所述上端盖16、竖杆套6、修配箱7、闸阀8内均设置有用于换能器轴2升降的通孔；

丝杠3通过固定块15固定在上端盖16上，与以往的链传动方式相比，无需再安装链轮，大大节省了所需占用竖杆架5内的空间，减轻了重量；与此同时，在竖直方向上固定块15的高度远远小于链轮的直径，丝杠3的有效长度大于链条的有效长度，因此，在超短基线升降装置的总高不变的情况下，换能器轴2能够上下运动的距离更长，换能器的入海深度也更大。

使用时，电机1提供动能，电机1输出的动能通过锥齿轮之间的配合将水平方向的旋转运动转换为丝杠3竖直方向的旋转运动，然后通过丝杠3与连接板12耳板上螺纹孔的配合，从而带动换能器轴2跟随连接板12沿导轨4上下运动。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。