[发明专利]一种三轴惯性稳定平台框架轴系支撑系统

说明书

技术领域

本发明属于航空遥感技术领域，涉及三轴惯性稳定平台的横滚和俯仰框轴系的支撑，适用于承载较大而又要求自重较小的航空遥感三轴惯性稳定平台系统，也可用于车载、舰载、雷达及目标监视等伺服跟踪稳定平台系统。

背景技术

航空遥感三轴惯性稳定平台是机载对地观测的关键设备之一，其功能是支承成像载荷并隔离飞行载体三个方向姿态角运动及外部扰动，使成像载荷视轴在惯性空间内始终跟踪并垂直于当地水平，提高成像分辨率。然而由于航空应用环境的限制，惯性稳定平台结构上需要同时具有体积小、重量轻和承载比大等特点，因此设计上需要在满足动静态性能的前提下进行紧凑性优化设计。框架支撑系统是惯性稳定平台的一个关键部分，决定着稳定平台的整体性能，包括精度、承载能力、体积、重量、功耗等。

在航空惯性稳定平台设计中，现有框架回转轴系支撑方式均是运用传统的机械支撑来实现横滚框和俯仰框的摆动，如果要实现较大的承载，需要采取尺寸较大的机械轴承，这就导致了轴系结构整体的尺寸变大，结构复杂。当负载大时，机械轴承支撑摩擦力也相应增大，对平台驱动力矩要求提高，控制难度加大。针对上述不足之处，本发明所提出的轴系支撑系统可以有效解决这些问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对航空遥感三轴惯性稳定平台中横滚框和俯仰框轴系现有支撑方式的不足，提出一种承载大、摩擦小、体积小、质量轻、结构简便的三轴惯性稳定平台框架轴系支撑系统。

本发明的技术解决方案是：一种三轴惯性稳定平台框架轴系支撑系统，由回转轴、轴端螺母、套筒、螺栓、挡圈、机械轴承、外端盖、外端盖螺钉、内端盖螺钉、内端盖、外侧钢环、转子安装环、磁轴承支座、外盖螺钉、定子磁钢、转子磁钢、外盖、定子固定环、转子固定环、转子箍套、定子衬块、衬块螺钉、支座螺钉。定子磁钢、转子磁钢、外侧钢环、定子衬块组成了磁轴承结构；其中框架结构通过本支撑系统安装在底座；回转轴一侧外径套有套筒，通过螺栓加轴端螺母安装在底座中，机械轴承内圈一侧顶在回转轴的轴肩处，另一侧通过挡圈固定，机械轴承外圈一侧顶在外端盖，另一侧被内端盖固定，外端盖通过外端盖螺钉安装在框架上，内端盖通过内端盖螺钉紧固在外端盖中，转子安装环过盈装在回转轴，转子磁钢安装在转子安装环上，转子磁钢轴向被转子固定环固定在转子安装环上，径向被转子箍套固定住，定子磁钢则安装在磁轴承支座中，与外侧钢环交错布置，轴向通过定子固定环固定，定子衬块通过衬块螺钉紧固在磁轴承支座中，磁轴承支座通过支座螺钉紧固在框架，外盖通过外盖螺钉安装在磁轴承支座外侧；

机械轴承采用“面对面”安装角接触球轴承，轴向预紧成对安装，刚性大、承载大、精度高、径向尺寸小、结构紧凑。

该磁轴承结构为非对称结构的径向被动磁轴承，且工作方式为吸力型；转子磁钢和定子磁钢间隙固定，恒定出力，起到卸载作用；转子磁钢为一个整环结构，定子磁钢为非整环结构；转子磁钢沿轴向分为五部分，其中径向充磁部分沿径向为分块式，轴向充磁部分沿径向为整体式，不需分块；定子磁钢轴向充磁部分沿径向为整体式，不需分块，径向充磁部分改为导磁性能好的外侧钢环，外侧钢环无需沿径向分块。

回转轴材料为2Cr13，强度较高；外端盖、内端盖、转子安装环、磁轴承支座、定子衬块材料为超硬铝7050，为磁化率较低的非磁性材料，在保证系统性能前提下减小重量；定子磁钢、转子磁钢材料为钐钴永磁体，磁化率稳定、磁性能受温度及外磁场影响小；外侧钢环为10号钢，导磁性能较好。

本发明的原理是：在惯性稳定平台中，较大的负载重量使平台各框架轴承承担的压力很大，因此增大了机械轴承的摩擦力，当平台各框架轴进行转动控制负载姿态时，该摩擦力会进一步影响平台控制精度。选用磁轴承对稳定平台框架进行卸载，可以减小横滚框机械轴承所需承担的负载大小，进而可减小轴承旋转时的摩擦力，提高控制指向精度。由于平台负载重力在回转轴的径向方向，而受平台总体体积质量及功耗要求，平台用磁轴承需具有大承载力小体积低功耗的要求，因此采用径向被动磁轴承对平台框架回转轴进行卸载。