一种十字框架分解运动的重力姿态稳定装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种十字框架分解运动的重力姿态稳定装置，包括：大支架、十字架体、双列向心推力球轴承、内转臂、滑槽摆臂、承座、承盖、深沟球轴承、销轴、锁紧螺母、配重砣、连杆、安装座。采用内转臂、深沟球轴承、连杆、销轴、配重砣、锁紧螺母集成重力连杆系，由于重心低于支点获得重力特性作为稳定原理和稳定动力源，满足了力的运动要素；采用十字架体、双列向心推力球轴承、滑槽摆臂、承座、承盖与重力连杆系配套，获得球坐标系内承受重力和可分解运动的万向关节回转功能。本实用新型由于满足了力的运动要素和特定的万向回转功能，克服了现有技术中存在的不足，脱离了动力源，具有廉价便宜使用的优点。
【专利说明】一种十字框架分解运动的重力姿态稳定装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种姿态稳定装置，即一种十字框架分解运动的重力姿态稳定装置。
【背景技术】
[0002]为了保证安装在汽车、轮船、飞机等运动载体上的实时跟踪系统具有更高的跟踪精度，如:通信卫星收发天线与地球同步通信卫星进行通信时，为了实现安装在运动载体上的天线实时精确跟踪同步通信卫星，通信卫星收发天线需要安装在一种姿态稳定装置上，隔离运动载体可能产生的俯仰、横滚、高度、航向等姿态变化。传统姿态稳定装置具有全方位旋转、0-90度俯仰、0-90度横滚的三轴稳定跟踪功能。一般情况下，所采用二轴或三轴姿态稳定跟踪装置可以对汽车、轮船、飞机等运动载体姿态变化实时隔离，实现高精度目标跟踪。但是，这种姿态稳定装置也存在一些明显弱点，如:二轴或三轴姿态稳定装置需设计制造复杂精密的传动机构；配备性能优良的伺服电机和位置、姿态检测传感器件；这些硬件、软件控制系统价格昂贵。另外，整个系统结构复杂，带来使用和维修的不便，在某些场合应用会受到一定限制。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的:出于技术多样性，让人们各取所需，解决现有技术的缺陷。本实用新型所涉及一种十字框架分解运动的重力姿态稳定装置，与传统姿态稳定装置不同的是，新型姿态稳定装置不需要二轴或三轴传动机构，也不需要伺服电机、姿态检测传感器、电子硬件及软件控制系统。新型姿态稳定装置借助重力与水平面垂直、始终指向地心的特性作为稳定原理和稳定动力源，通过新型十字框架与重力连杆系万向互动分解运动，隔离开来自载体的任何运动干扰，从中保证被稳定设备及重力砣指向地心。本实用新型涉及十字框架与重力连杆系的万向运动原理如图一所示，主要结构含:大支架、十字架体、双列向心推力球轴承、内转臂、滑槽摆臂、承座、承盖、销轴、销子、挡圈、深沟球轴承、锁紧螺母、配重砣、连杆、安装座零部件。
[0004]一种十字框架分解运动的重力姿态稳定装置，包括大支架、十字架体、双列向心推力球轴承、内转臂、滑槽摆臂、深沟球轴承、承座、承盖、配重砣、锁紧螺母、连杆、销轴、销子、安装座零部件；采用内转臂、深沟球轴承、承盖、连杆、销轴、销子、配重砣、锁紧螺母、安装座集成重力连杆系，由于重心低于支点获得重力特性作为稳定原理和稳定动力源；采用十字架体、双列向心推力球轴承、滑槽摆臂、承座、承盖与重力连杆系配套，获得可分解运动的万向关节回转功能；
[0005]本实用新型组成零件编号为:连接座1、连杆2、十字架体3、承座4、承盖5、双列向心推力球轴承6、内转臂7、挡圈8、承盖9、调整垫10、深沟球轴承11、滑槽摆臂12、挡圈13、销轴14、挡圈15、销子16、大架体17、配重砣18、锁紧螺母19 ；
[0006]两组孔用挡圈(8)和深沟球轴承(11)位于内转臂(7)两侧的孔内，其中两个孔用挡圈(8)在先、两个深沟球轴承(11)分别跟进靠紧两个挡圈的端面；连杆(2)位于内转臂(7)的槽孔内，其中在连杆(2)方台上的销孔与内转臂(7)的孔内所装轴承孔是正对同心圆位置，销轴(14)位于该同心圆孔内将轴承(11)和连杆(2)连接一起，构成连杆相对内转臂的回转关系，而轴用挡圈二(15)置于销轴(14)的两端头沟槽内阻挡深沟球轴承轴向窜动；调整垫圈(10)位于内转臂(7)端面与其孔内所装深沟球轴承(11)端面之间的轴向余隙内，用于填充空隙，让位于内转臂(7)两外侧面的承盖二(9)能够压紧轴承(11)的外圈；销子
(16)位于连杆(2)上的销孔位置，用于配做定位约束连杆(2)与销轴(14)的绝对关联位置，捋顺上述零件的相对连接关系即可形成“重力连杆系”；
[0007]滑槽摆臂(12)位于十字架体(3)的腔内，摆臂两端的轴部延伸与十字架体(3)的对应两孔内；“重力连杆系”的连杆部位交插与滑槽摆臂(12)的凹弧滑槽内，其中的内转臂部分浮于滑槽摆臂(12)的凹弧上方，同时两端的轴部也延伸与十字架体(3)腔内的另两孔内，也就是说让“重力连杆系”的连杆部位位于穿垂滑槽摆臂(12)的凹弧滑槽内、并让内转臂(7)位于与滑槽摆臂(12)的凹弧上方，而他们的轴线位于中垂共面同时延伸与十字架体
(3)腔内的对应孔里；4个承座(4)分别位于十字架体(3)的对应4个孔内，而向心推力球轴承(6)又位于承座(4)的孔内，内圈连接滑槽摆臂(12)和内转臂(7)的端头轴位，当向心推力球轴承(6)配合轴位并露出轴端挡圈槽时，位于沟槽处的轴用挡圈一(13)复位锁定其位置，挡住轴承内圈阻碍其轴向窜动；承盖一(5)位于十字框架(3)的孔口处封压轴承外圈及孔口 ；通过向心推力球轴承(6)与滑槽摆臂(12)和内转臂(7)的连接关系构成滑槽摆臂(12)和内转臂(7)相对十字框架(3)的独立回转和万向回转的球关节；这时，当连杆(2)迫使内摆臂(7)单动，连杆自身在滑槽摆臂(12)的凹弧滑槽内是顺槽滑移的，而滑槽摆臂
(12)不动；当连杆(2)迫使滑槽摆臂(12)单动，则连杆(2)在滑槽内垂向滑槽面强迫滑槽摆臂(12)摆动，但是连杆(2)在内转臂(7)的槽孔内则是绕销轴(14)的轴线相对内转臂(7)摆动的，而内转臂(7 )不动；当连杆(2 )迫使滑槽摆臂(12 )和内转臂(7 )同时摆动，获得可分解运动的万向球关节回转功能；
[0008]“球关节”位于大架体(17)的上平面连接，连杆(2)中垂，置于大架体(17)支撑起来的有效空间内，配重砣(18)及锁紧螺母(19)位于连杆(2)下端并与连杆(2)连接；连接座(I)位于连杆(2)的上端，与连杆连接。
[0009]一种十字框架分解运动的重力姿态稳定装置，形成绕球坐标中心旋转的万向关节，连杆通过球心(销轴中心)，球心上端连杆LI短并与被稳定设备刚性连接，球心下端连杆L2长与配重砣刚性连接，由锁紧螺母紧固，连杆L2串装多个配重砣，量化取绝被稳定设备的质量，配重总质量W2>被稳定设备的质量Wl即可，确保系统质心在球心下方适度位置，大支架一端与载体连接，另一端支撑着十字框架。
[0010]十字框架分解运动的重力姿态稳定装置稳定原理是:当载体处于静止或水平匀速运动时，根据牛顿第一定律，在重力作用下，与过球心连杆刚性连接的被稳定设备和配重系统的质心保持在球心与地心的连线上，被稳定载体保持水平状态。当外部载体发生横滚、俯仰等变姿态运动状态时，由十字框架分解运动形成的万向关节内部产生扰动旋转，因各回转支点采用滚动轴承，摩擦力矩极小，内转臂7和滑槽摆臂12的合成运动仅相对重力杆系平滑移动，此力不足以冲击改变重力系统的稳态，重心将瞬时恢复原状态继续保持在球心与地心的连线上，这种变速运动，满足牛顿第二定律。当外部载体发生猛烈的变姿态运动，经万向关节的绕动合成运动力传递到重力杆系引起摆动，这种重力作用下的摆动惯量，可通过重力特性(重心低于支点的不倒翁特性)迅速修复，使得重力杆系趋向球心与地心的连线，被稳定设备恢复到水平状态，此情满足牛顿第三定律。由此，实现被稳定设备与运动载体俯仰、横滚等情况下的姿态稳定隔离成为可能。
[0011]本实用新型与现有技术相比的特点在于:由于借助重心低于支点的重力特性稳定原理和十字框架分解运动的结构设计方式，有效隔离了运动载体因俯仰、横滚、等姿态变化带来的干扰。同时，克服了现有技术中存在的传统姿态稳定装置系统结构复杂，使用维修不便，造价昂贵等局限，创造了在无电力驱动情况下实现载体运动姿态隔离，并具有结构简单，性能稳定可靠，方便使用，价格低廉等优点，解决了因人因情局限使用的需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明机械结构概貌及假想载体(被稳定载体)配重后的力学数学模型建立；
[0013]图2为本发明机械结构爆炸图展示及排序；
[0014]图3为本发明球关节主装配链示图；
[0015]图4为本发明球关节装成后的横截剖面展图；
[0016]图5为本发明以球关节横截剖面为假想平面，抽象解析受某角位移时的力一位移关系图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本实施列作进一步详细的说明。
[0018]如图1所示，当假想被稳载体质量为Wl及配重质量为W2后,我们定义载心质点到回转中心O点的距离为LI，配重重心质点到回转中心O点的距离为L2。尊前所述，因为:力臂L1〈L2，质量W1〈W2，所以:力矩Wl LKff2 L2，重力必然落在球心的下方指向地心。另外，球心下方空间又受结构形式局限，当空间允许，W2 L2总量不变的情况下，可对W2、L2参数做此消彼长的调整。
[0019]如图2所示，是把本实用新型用爆炸图的形式展示和排序，为了按序说明其装配关系。组成零件编为:连接座1、连杆2、十字架体3、承座4、承盖5、双列向心推力球轴承6、内转臂7、挡圈8、承盖9、调整垫10、深沟球轴承11、滑槽摆臂12、挡圈13、销轴14、挡圈15、销子16、大架体17、配重砣18、锁紧螺母19。
[0020]如图3所示，装配程序为把序号7的孔内先装入两个挡圈8，再用序号2纵穿过序号7的槽孔，直至在序号7的孔内能正对序号2的销轴孔为止，形成同轴孔位。这时用销轴14先装一个深沟球轴承11，然后顺同轴孔位装入，过另一侧同轴孔位后，再装入一个深沟球轴承11，后在销轴端装挡圈15锁定，装调整垫10调隙，最后在同轴孔位两侧加装承盖9封闭。然后让序号7绕销轴14转动某角度，让开位于序号2上的销孔，配装销子16，定位约束序号2与销轴14的绝对关联位置。主装配链成形。
[0021]第二个装配链是在序号3的十字孔内把序号12装入，再把主装配链交叉序号12装入序号3的另两孔，并让连杆穿越序号12的滑槽内，然后把序号4装入十字孔内，把轴承6装入序号4并和序号12、序号7的轴对装，当轴承穿越轴端并露出挡圈槽时装挡圈13锁定，然后用承盖5封闭十字孔口，球关节装配成形。
[0022]最后，把球关节装在大架体17上，连杆2上端装连接座1，下端装配重砣18，并上螺母19锁紧，形成本实用型。
[0023]如图4所示，是用一个假想T平面横向剖示出过球心的十字框架结构图，目的是让我们一目了然的加深对其内部结构的了解。
[0024]如图5所示，是在图4的基础上，建立一个假想平面，抽象解析受某角位移时力一位移产生的数学力学关系图，用来分解运动的重力姿态及稳定过程。这时我们认定假想平面与指向地心的重力垂直。如果因运动载体姿态的变化，导致理想的假想平面倾斜Θ角，因为垂直重力仍然在原地指向地心，这时意味着连杆迫使内转臂7、滑槽摆臂12、在假想平面内的十字框架里产生了扰动，在各自的回转轴上产生相对角位移，用来补偿因Θ角引起的修正量。这种相对角位移用以有效隔离载姿变化。
[0025]其中的数学模型为:
[0026]设球心O点到滑槽H点的距离为连杆2的回转半径R，连杆这时相对滑槽的移动量S=R SIN Θ ,
[0027]再设S投影到XOY坐标系内与OX轴的夹角为β，那么Sx=SCOSe= RSIN Θ -COS^,
[0028]故有绕OX 轴角位移 β =arcC0S (Sx/RSIN θ )
[0029]同理，Sy=SSINP= RSIN θ ?SIN^ ,绕 OY 轴角位移 90。-β。
[0030]本实用新型从使用背景、理论阐述、结构组成、力学角度全面剖析了十字框架分解运动的重力姿态稳定功能，而且该结构极具引申和演化的领域。
[0031]总之，本实用新型的实施例公布的是行之有效的方式，但并不限于此。本领域的技术人员极易根据上述实施例，领会本实用新型的精神举一反三，做出不同的变术，但只要不脱离本实用新型的精神，都在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种十字框架分解运动的重力姿态稳定装置，其特征在于:包括大支架(17)、十字架体(3 )、双列向心推力球轴承(6 )、内转臂(7 )、滑槽摆臂(12 )、深沟球轴承(11)、承座(4)、承盖(5)、配重砣(18)、锁紧螺母(19)、连杆(2)、销轴(14)、销子(16)、安装座(I)零部件；采用内转臂(7)、深沟球轴承(11)、承盖(5)、连杆(2)、销轴(14)、销子(16)、配重砣(18)、锁紧螺母(19)、安装座(I)集成重力连杆系，由于重心低于支点获得重力特性作为稳定原理和稳定动力源；采用十字架体(3)、双列向心推力球轴承(11)、滑槽摆臂(12)、承座(4)、承盖(5 )与重力连杆系配套，获得可分解运动的万向关节回转功能；两组孔用挡圈(8)和深沟球轴承(11)位于内转臂(7)两侧的孔内，其中两个孔用挡圈(8)在先、两个深沟球轴承(11)分别跟进靠紧两个挡圈的端面；连杆(2)位于内转臂(7)的槽孔内，其中在连杆(2)方台上的销孔与内转臂(7)的孔内所装轴承孔是正对同心圆位置，销轴(14)位于该同心圆孔内将轴承(11)和连杆(2)连接一起，构成连杆相对内转臂的回转关系，而轴用挡圈二(15)置于销轴(14)的两端头沟槽内阻挡深沟球轴承轴向窜动；调整垫圈(10)位于内转臂(7)端面与其孔内所装深沟球轴承(11)端面之间的轴向余隙内，用于填充空隙，让位于内转臂(7)两外侧面的承盖二(9)能够压紧轴承(11)的外圈；销子(16)位于连杆(2)上的销孔位置，用于配做定位约束连杆(2)与销轴(14)的绝对关联位置，捋顺上述零件的相对连接关系即可形成“重力连杆系”;滑槽摆臂(12)位于十字架体(3)的腔内，摆臂两端的轴部延伸与十字架体(3)的对应两孔内；“重力连杆系”的连杆部位交插与滑槽摆臂(12)的凹弧滑槽内，其中的内转臂部分浮于滑槽摆臂(12)的凹弧上方，同时两端的轴部也延伸与十字架体(3)腔内的另两孔内，也就是说让“重力连杆系”的连杆部位位于穿垂滑槽摆臂(12)的凹弧滑槽内、并让内转臂(7)位于与滑槽摆臂(12)的凹弧上方，而他们的轴线位于中垂共面同时延伸与十字架体(3)腔内的对应孔里；4个承座(4)分别位于十字架体(3)的对应4个孔内，而向心推力球轴承(6)又位于承座(4)的孔内，内圈连接滑槽摆臂(12)和内转臂(7)的端头轴位，当向心推力球轴承(6)配合轴位并露出轴端挡圈槽时，位于沟槽处的轴用挡圈一(13)复位锁定其位置，挡住轴承内圈阻碍其轴向窜动；承盖一(5)位于十字框架(3)的孔口处封压轴承外圈及孔口 ；通过向心推力球轴承(6)与滑槽摆臂(12)和内转臂(7)的连接关系构成滑槽摆臂(12)和内转臂(7)相对十字框架(3)的独立回转和万向回转的球关节；这时，当连杆(2)迫使内摆臂(7)单动，连杆自身在滑槽摆臂(12)的凹弧滑槽内是顺槽滑移的，而滑槽摆臂(12)不动；当连杆(2)迫使滑槽摆臂(12)单动，则连杆(2)在滑槽内垂向滑槽面强迫滑槽摆臂(12)摆动，但是连杆(2)在内转臂(7)的槽孔内则是绕销轴(14)的轴线相对内转臂(7)摆动的，而内转臂(7)不动；当连杆(2)迫使滑槽摆臂(12)和内转臂(7)同时摆动，获得可分解运动的万向球关节回转功能；“球关节”位于大架体(17)的上平面连接，连杆(2)中垂，置于大架体(17)支撑起来的有效空间内，配重砣(18)及锁紧螺母(19)位于连杆(2)下端并与连杆(2)连接；连接座(I)位于连杆(2)的上端，与连杆连接。
【文档编号】G05D3/12GK204256526SQ201420409775
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年5月5日
【发明者】徐烨烽, 马国兴 申请人:北京星网卫通科技开发有限公司