本發(fā)明涉及一種模擬仿真和調(diào)姿的設(shè)備，特別是利用圓弧軌道實現(xiàn)轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)臺。

背景技術(shù)：

轉(zhuǎn)臺作為一種模擬仿真和調(diào)姿的設(shè)備，在現(xiàn)代軍事、工業(yè)、航天等領(lǐng)域發(fā)揮了越來越重要的作用。在國際上，由于慣性制導(dǎo)技術(shù)受到世界上發(fā)達國家和發(fā)展中國家的普遍重視，而轉(zhuǎn)臺是測試慣性元件及半實物仿真的重要非標設(shè)備，其性能的好壞直接影響仿真和測試的可靠性和置信度，所以美國、俄羅斯、英國、法國、瑞士、中國、印度等國都投入大量的人力物力從事轉(zhuǎn)臺研制。從1945年第一臺轉(zhuǎn)臺誕生至今的幾十年里，對轉(zhuǎn)臺的重要部件如軸承、驅(qū)動馬達、檢測元件都進行了系統(tǒng)的改進，研制出了專用于轉(zhuǎn)臺的空氣軸承和液壓軸承，大調(diào)速比、高精度的液壓馬達和高分辨率的檢測元件。我國也研制了許多不同用途的精密伺服轉(zhuǎn)臺，從國內(nèi)產(chǎn)品上看在相同結(jié)構(gòu)強度下國內(nèi)產(chǎn)品做的較重，載荷較小，這給小型化、機動性帶來很大困難。

轉(zhuǎn)臺的分類有多種方法，按轉(zhuǎn)臺臺面所復(fù)現(xiàn)的角運動的自由度區(qū)分，可分為單軸轉(zhuǎn)臺、雙軸轉(zhuǎn)臺、三軸轉(zhuǎn)臺和五軸轉(zhuǎn)臺，其中三軸轉(zhuǎn)臺應(yīng)用最廣。三軸轉(zhuǎn)臺是以控制理論、相似理論、系統(tǒng)技術(shù)和信息技術(shù)為基礎(chǔ)，利用計算機和專用物理設(shè)備為工具，為慣性導(dǎo)航和制導(dǎo)系統(tǒng)仿真試驗提供平臺的關(guān)鍵設(shè)備。

目前，大多的三軸轉(zhuǎn)臺本體機械系統(tǒng)由三個框架和機座兩大部分組成，主要為負載提供安裝基準和實現(xiàn)滾動、俯仰、航向三軸系回轉(zhuǎn)運動，所以它能夠在地面上真實的模擬飛行器、導(dǎo)彈等的各種飛行姿態(tài)，對其元件和系統(tǒng)進行測試，避免了進行昂貴的實物試驗，通過模擬可以對其過程進行預(yù)測和重復(fù)，為實物的研制奠定了堅實的基礎(chǔ)。就其機械結(jié)構(gòu)來看大多數(shù)采用實軸串聯(lián)構(gòu)型，每個軸系配上獨立的驅(qū)動單元，從而實現(xiàn)目標負載的空間姿態(tài)調(diào)節(jié)。例如中國專利號為201320712433.0，專利名稱為一種三軸轉(zhuǎn)臺，其公開了一種三軸轉(zhuǎn)臺，通過下方位轉(zhuǎn)盤、上方位轉(zhuǎn)盤、俯仰軸及各自的連接傳動結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)三軸方向的姿態(tài)變換。再比如中國專利號為201220751996.6，專利名稱為一種電動三軸轉(zhuǎn)臺，其公開了一種自由調(diào)整角度，定位精度高的電動三軸轉(zhuǎn)臺，包括底座，固定在底座上的伺服電機，所述底座通過導(dǎo)電滑環(huán)與旋轉(zhuǎn)架相連，所述旋轉(zhuǎn)架上設(shè)有轉(zhuǎn)臺模塊。

這類轉(zhuǎn)臺最大的問題是負載重心偏離回轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)中心較遠，當負載質(zhì)量較小時這一問題還不是很突出，當負載質(zhì)量較大尤其是負載重心到轉(zhuǎn)臺安裝臺面距離較大時這一問題就尤為突出，這是由于重載偏心使轉(zhuǎn)臺所需要扭矩增加，剛度強度要求也提高，轉(zhuǎn)臺的質(zhì)量也就隨之增加。對于大負載轉(zhuǎn)臺有時也會添加配重來改善與提高轉(zhuǎn)臺的動態(tài)性能，如果添加配重把負載配平，功率自然會小，但是由于配重本身較重也會增加轉(zhuǎn)臺本身的質(zhì)量，如果不配平，質(zhì)量相對配平自然會小，但功率會增大，動態(tài)特性降低，總能力變?nèi)?。在一些?yīng)用場合如軍艦上，會對轉(zhuǎn)臺的質(zhì)量和功率有嚴格的要求。這些都阻礙了轉(zhuǎn)臺的發(fā)展，限制了轉(zhuǎn)臺的應(yīng)用場合，影響轉(zhuǎn)臺的推廣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種質(zhì)量輕，功率小，動態(tài)特性與跟蹤能力強的圓弧軌道式虛擬軸三軸轉(zhuǎn)臺。本發(fā)明主要是：采用一個固定的豎直實軸與兩個彼此正交的虛擬軸串聯(lián)布局構(gòu)型，兩虛擬軸用圓弧軌道和滾輪替代傳統(tǒng)的實軸轉(zhuǎn)動支承系統(tǒng)，實現(xiàn)串聯(lián)運動連接，并通過滾輪來約束圓弧軌道，使圓弧軌道連同機架支撐結(jié)構(gòu)一起繞虛擬軸(自己的回轉(zhuǎn)中心)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)機架運動。轉(zhuǎn)臺的三軸轉(zhuǎn)動：即固定的豎直實軸實現(xiàn)方位轉(zhuǎn)動；第一虛擬軸實現(xiàn)滾轉(zhuǎn)運動；第二虛擬軸實現(xiàn)俯仰運動。

具體結(jié)構(gòu)如下：本發(fā)明圓弧軌道式虛擬軸三軸轉(zhuǎn)臺由方位實軸Ⅰ部件組，滾動虛擬軸Ⅱ部件組，俯仰虛擬軸Ⅲ部件組和機座四大部分組成。其中方位實軸Ⅰ的軸線與滾動虛擬軸Ⅱ的軸線垂直，滾動虛擬軸Ⅱ的軸線與俯仰虛擬軸Ⅲ的軸線垂直。

機座主要包括：機座架，機座伺服電機，機座減速器，機座輸出軸，機座小齒輪，轉(zhuǎn)盤軸承，機座偏心套。其中，機座架為回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)機體，其上部內(nèi)設(shè)與其連為一體的徑向階梯環(huán)，階梯環(huán)上通過螺釘固定轉(zhuǎn)盤軸承的外圈，轉(zhuǎn)盤軸承的內(nèi)圈為內(nèi)齒圈，其通過螺釘與方位機架下部的法蘭固連，該內(nèi)齒圈與一個機座小齒輪相嚙合，該機座小齒輪聯(lián)接在豎直的機座輸出軸端部，機座減速器為蝸輪蝸桿減速器，其輸入端與伺服電機相連，輸出端連接在機座偏心套一端的法蘭盤上，機座偏心套另一端的法蘭盤連接在機座架上的耳座上，并且機座偏心套內(nèi)孔兩端裝有軸承用于支撐機座輸出軸。最好，在機座架上設(shè)有帶蓋的檢修孔。機座伺服電機通過機座減速器驅(qū)動機座小齒輪帶動轉(zhuǎn)盤軸承上的內(nèi)齒圈旋轉(zhuǎn)，進而帶動方位實軸Ⅰ部件組整體旋轉(zhuǎn)，方位轉(zhuǎn)角范圍±135°。

機座上設(shè)有方位實軸Ⅰ部件組，其主要包括：方位機架、方位偏心套、方位伺服電機、方位減速器、方位滾輪組、方位輸出軸、方位小齒輪、方位支座。其中，方位機架是由上部的上開口矩形槽殼體和下部的法蘭相連組成的，該法蘭下端通過螺釘與轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)齒圈上的螺孔連接，該法蘭既支撐方位實軸Ⅰ部件組整體又能使其繞法蘭與機座的中心線即方位實軸Ⅰ轉(zhuǎn)動。方位機架的殼體內(nèi)裝有方位減速器，該減速器為蝸輪蝸桿減速器，它的輸入端連接方位伺服電機，輸出端連接方位輸出軸一端，方位輸出軸另一端穿過方位支座通孔并和方位小齒輪連接。另方位減速器的安裝接口連接在方位偏心套一端的法蘭盤上，方位偏心套另一端的法蘭盤連接在固定在方位機架上的方位支座上，并且方位偏心套內(nèi)孔兩端分別裝有軸承，用于支撐方位輸出軸。方位機架相對的兩個側(cè)壁上各設(shè)一組通孔，每組各四個，矩形陣列布置，其中一個側(cè)壁上的四個通孔與相對的另一側(cè)壁上的四個通孔相對且同軸線，在每個滾輪軸孔上各設(shè)一個V型滾輪，其下面的四個V型滾輪為同心V型滾輪，上面的四個V型滾輪為偏心V型滾輪。上述方位機架上每個側(cè)壁上面的同心V型滾輪和下面的偏心V型滾輪的V型滾子之間置有滾動虛擬軸Ⅱ部件組的滾動圓弧軌道，并能夠約束滾動圓弧軌道使其繞虛擬軸Ⅱ轉(zhuǎn)動。方位伺服電機通過方位減速器驅(qū)動方位小齒輪轉(zhuǎn)動，該方位小齒輪與滾動虛擬軸Ⅱ部件組的滾動大齒輪嚙合并可帶動其轉(zhuǎn)動，于是滾動虛擬軸Ⅱ部件組整體則繞虛擬軸Ⅱ往復(fù)運動，滾動運動范圍±20°。

滾動虛擬軸Ⅱ部件組主要包括：滾動機架，滾動大齒輪，滾動圓弧軌道，滾動小齒輪，滾動伺服電機，滾動滾輪組，滾動減速器，滾動偏心套，滾動輸出軸，滾動支座，直角換向器。其中滾動機架有母線等長的圓弧板，其內(nèi)圓弧面為頂面，外圓弧面為底面；在底面中間部位裝有與其母線垂直的圓弧形齒條即滾動大齒輪，在圓弧板兩個圓弧端邊上分別設(shè)有由螺釘固定的滾動圓弧軌道，兩個滾動圓弧軌道與滾動大齒輪所在的圓的中軸線重合，即兩個滾動圓弧軌道與滾動大齒輪位于同軸圓柱面上。該圓弧軌道上下分別設(shè)有與方位滾輪組的V型滾輪對應(yīng)的V型凸條。在圓弧板頂面設(shè)有兩個端邊與母線平行且垂直連接的立板，并且該立板設(shè)有加強筋板。在兩立板之間設(shè)有滾動減速器，該減速器為蝸輪蝸桿減速器，它的輸入端連接直角換向器的輸出端，直角換向器的輸入端連接滾動伺服電機，滾動減速器輸出端連接滾動輸出軸一端，滾動輸出軸另一端穿過滾動支座通孔并和滾動小齒輪連接。另外滾動減速器的安裝接口連接在滾動偏心套一端的法蘭盤上，滾動偏心套另一端的法蘭盤連接在固定在滾動機架上的滾動支座上，并且滾動偏心套內(nèi)孔兩端分別裝有軸承，用于支撐滾動輸出軸。在每個立板上各設(shè)一組滾動滾輪組，其結(jié)構(gòu)與方位機架上的方位滾輪組結(jié)構(gòu)相同。滾動伺服電機通過直角換向器、滾動減速器帶動滾動輸出軸及其上的滾動小齒輪轉(zhuǎn)動，滾動小齒輪則驅(qū)動俯仰機架下的俯仰大齒輪轉(zhuǎn)動，于是俯仰虛擬軸Ⅲ部件組整體往復(fù)擺動，擺動范圍±20度。

俯仰虛擬軸Ⅲ部件組主要包括：俯仰機架、上平臺、俯仰圓弧軌道和俯仰大齒輪。其中，在滾動虛擬軸Ⅱ部件組滾動機架立板上的滾動滾輪組之間置有俯仰圓弧軌道，并能夠約束俯仰圓弧軌道使其繞虛擬軸Ⅲ轉(zhuǎn)動，該俯仰圓弧軌道上下分別設(shè)有與滾動滾輪組的V型滾輪對應(yīng)的V型凸條，該兩俯仰圓弧軌道通過螺釘固定在俯仰機架圓弧板兩側(cè)，在俯仰機架圓弧板底面中間部位設(shè)有與其母線垂直的圓弧形齒條即俯仰大齒輪，該俯仰大齒輪與兩個俯仰圓弧軌道所在的圓的中軸線重合。所述俯仰大齒輪與滾動虛擬軸Ⅱ部件組的滾動小齒輪嚙合。在俯仰機架兩端頂設(shè)有一塊平板即上平臺，其上面可設(shè)負載。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：

1、利用圓弧軌道實現(xiàn)圓周轉(zhuǎn)動，不用增加額外的配重即可把負載配平，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)臺的輕量化，提高了轉(zhuǎn)臺的動態(tài)機動性能，擴展了轉(zhuǎn)臺的負載能力和應(yīng)用場合。

2、在結(jié)構(gòu)上做到簡單、高剛度、高精度。特別是負載與各轉(zhuǎn)動部件的聯(lián)合質(zhì)心均分別與虛擬轉(zhuǎn)動軸重合或在其附近，驅(qū)動動力減小，動態(tài)特性和跟蹤能力提高和強化。

3、由于負載重心與每個軸系的回轉(zhuǎn)中心不存在偏心或存在較小的偏心距，轉(zhuǎn)臺每個軸系需要的驅(qū)動扭矩較小，電機和減速器也會相應(yīng)較小，整個轉(zhuǎn)臺的功率能耗和質(zhì)量都會較小。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的立體示意簡圖。

圖2為本發(fā)明機座局部剖立體示意簡圖。

圖3為本發(fā)明方位實軸Ⅰ部件組立體示意簡圖。

圖4為本發(fā)明方位實軸Ⅰ部件組與部分滾動虛擬軸Ⅱ部件組立體示意簡圖。

圖5為本發(fā)明滾動虛擬軸Ⅱ部件組立體示意簡圖。

圖6為本發(fā)明俯仰虛擬軸Ⅲ部件組和部分滾動虛擬軸Ⅱ部件組立體示意簡圖。

圖中：1-機座架,2-方位機架，3-滾動機架，4-俯仰機架，5-上平臺，6-機座伺服電機，7-機座減速器，8-機座輸出軸，9-機座小齒輪，10-轉(zhuǎn)盤軸承，11-機座偏心套，12-方位偏心套，13-方位伺服電機，14-方位減速器，15-滾動大齒輪，16-滾動圓弧軌道，17-方位滾輪組，18-方位輸出軸，19-方位小齒輪，20-方位支座，21-滾動小齒輪，22-滾動伺服電機，23-滾動滾輪組，24-俯仰圓弧軌道，25-俯仰大齒輪，26-滾動減速器，27-滾動偏心套，28-滾動輸出軸，29-俯仰支座，30-直角換向器。

具體實施方式

結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明：

在圖1所示的圓弧軌道式虛擬軸三軸轉(zhuǎn)臺的立體示意簡圖中，本發(fā)明圓弧軌道式虛擬軸三軸轉(zhuǎn)臺由方位實軸Ⅰ部件組，滾動虛擬軸Ⅱ部件組，俯仰虛擬軸Ⅲ部件組和機座四大部分組成。其中方位實軸Ⅰ的軸線與滾動虛擬軸Ⅱ的軸線垂直，滾動虛擬軸Ⅱ的軸線與俯仰虛擬軸Ⅲ的軸線垂直，并且虛擬軸Ⅰ的軸線與虛擬軸Ⅱ、Ⅲ的軸線分別交于一點O₂、O₁。

在圖2所示的本發(fā)明機座局部剖立體示意簡圖中，機座主要包括：機座架1，機座伺服電機6，機座減速器7，機座輸出軸8，機座小齒輪9，轉(zhuǎn)盤軸承10，機座偏心套11。機座架1為回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)機體，其上部內(nèi)設(shè)與其連為一體的徑向階梯環(huán)，階梯環(huán)上通過螺釘固定轉(zhuǎn)盤軸承10的外圈。轉(zhuǎn)盤軸承的內(nèi)圈為內(nèi)齒圈，其通過螺釘與方位機架2下部的法蘭固連，該內(nèi)齒圈與一個機座小齒輪9相嚙合，該機座小齒輪設(shè)在豎直的機座輸出軸8端部，機座減速器7為蝸輪蝸桿減速器，其輸入端與伺服電機6相連，輸出端連接在機座偏心套11一端的法蘭盤上，機座偏心套另一端的法蘭盤連接在機座架上的耳座上，并且機座偏心套內(nèi)孔兩端裝有軸承用于支撐機座輸出軸。在機座架上設(shè)有帶蓋的檢修孔。機座伺服電機通過機座減速器驅(qū)動機座小齒輪帶動轉(zhuǎn)盤軸承上的內(nèi)齒圈旋轉(zhuǎn)，進而帶動方位實軸Ⅰ部件組整體旋轉(zhuǎn)，方位轉(zhuǎn)角范圍±135°。

在圖3所示的本發(fā)明方位實軸Ⅰ部件組立體示意簡圖中，方位實軸Ⅰ部件組其主要包括：方位機架2、方位偏心套12、方位伺服電機13、方位減速器14、方位滾輪組17、方位輸出軸18、方位小齒輪19、方位支座20。其中，方位機架2是由上部的上開口矩形槽殼體和下部的法蘭相連組成的，該法蘭下端通過螺釘與轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)齒圈上的螺孔連接，該法蘭既支撐方位實軸Ⅰ部件組整體又能使其繞法蘭與機座的中心線即方位實軸Ⅰ轉(zhuǎn)動。方位機架的殼體內(nèi)裝有方位減速器14，該方位減速器為蝸輪蝸桿減速器，它的輸入端連接方位伺服電機13，輸出端連接方位輸出軸18一端，方位輸出軸另一端穿過方位支座20通孔并和方位小齒輪19連接。另方位減速器安裝接口連接在方位偏心套一端的法蘭盤上，方位偏心套12另一端的法蘭盤連接在固定在方位機架上的方位支座上，并且方位偏心套12內(nèi)孔兩端分別裝有軸承，用于支撐方位輸出軸18。方位機架相對的兩個側(cè)壁上各設(shè)一組通孔，每組各四個，矩形陣列布置，其中一個側(cè)壁上的四個通孔與相對的另一側(cè)壁上的四個通孔相對且同軸線，在每個滾輪軸孔上各設(shè)一個V型滾輪，其下面的四個V型滾輪為同心V型滾輪，上面的四個V型滾輪為偏心V型滾輪，它們組成方位滾輪組17.

在圖4所示的本發(fā)明方位實軸Ⅰ部件組與部分滾動虛擬軸Ⅱ部件組立體示意簡中，上述方位機架上每個側(cè)壁上面的同心V型滾輪和下面的偏心V型滾輪的V型滾子之間置有滾動虛擬軸Ⅱ部件組的滾動圓弧軌道16，并能夠約束滾動圓弧軌道使其繞虛擬軸Ⅱ轉(zhuǎn)動。方位伺服電機13通過方位減速器14驅(qū)動方位小齒輪19轉(zhuǎn)動，該方位小齒輪與滾動虛擬軸Ⅱ部件組的滾動大齒15輪嚙合并可帶動其轉(zhuǎn)動，于是滾動虛擬軸Ⅱ部件組整體則繞虛擬軸Ⅱ往復(fù)運動，滾動運動范圍±20°。

在圖5所示的本發(fā)明滾動虛擬軸Ⅱ部件組立體示意簡圖中，滾動虛擬軸Ⅱ部件組主要包括：滾動機架3，滾動大齒輪15，滾動圓弧軌道16，滾動小齒輪21，滾動伺服電機22，滾動滾輪組23，滾動減速器26，滾動偏心套27，滾動輸出軸28，滾動支座29，直角換向器30。其中，滾動機架3有母線等長的圓弧板，其內(nèi)圓弧面為頂面，外圓弧面為底面；在底面中間部位裝有與其母線垂直的圓弧形齒條即滾動大齒輪15，在圓弧板兩個圓弧端邊上分別設(shè)有由螺釘固定的滾動圓弧軌道16，兩個滾動圓弧軌道與滾動大齒輪所在的圓的中軸線重合，即兩個滾動圓弧軌道與滾動大齒輪位于同軸圓柱面上。該圓弧軌道上下分別設(shè)有與滾動滾輪組的V型滾輪對應(yīng)的V型凸條。在圓弧板頂面設(shè)有兩個端邊與母線平行且垂直連接的立板，并且該立板設(shè)有加強筋板。在兩立板之間裝有滾動減速器26，該減速器為蝸輪蝸桿減速器，它的輸入端連接直角換向器30的輸出端，直角換向器的輸入端連接滾動伺服電機22，滾動減速器輸出端連接滾動輸出軸28一端，滾動輸出軸另一端穿過滾動支座29通孔并和滾動小齒輪21連接。另外滾動減速器安裝接口連接在滾動偏心套27一端的法蘭盤上，滾動偏心套另一端的法蘭盤連接在固定在滾動機架上的滾動支座29上，并且滾動偏心套內(nèi)孔兩端分別裝有軸承，用于支撐滾動輸出軸。在每個立板上各設(shè)一組滾動滾輪組，其結(jié)構(gòu)與方位機架上的方位滾輪組結(jié)構(gòu)相同。滾動伺服電機通過直角換向器、滾動減速器帶動滾動輸出軸及其上的滾動小齒輪轉(zhuǎn)動，滾動小齒輪則驅(qū)動俯仰機架4下的俯仰大齒輪25轉(zhuǎn)動，于是俯仰虛擬軸Ⅲ部件組整體往復(fù)擺動，擺動范圍±20度。

在圖6所示的本發(fā)明俯仰虛擬軸Ⅲ部件組和部分滾動虛擬軸Ⅱ部件組立體示意簡圖中，俯仰虛擬軸Ⅲ部件組主要包括：俯仰機架4、上平臺5、俯仰圓弧軌道24和俯仰大齒輪25。其中，在滾動虛擬軸Ⅱ部件組滾動機架立板上的滾動滾輪組之間置有俯仰圓弧軌道24，并能夠約束俯仰圓弧軌道使其繞虛擬軸Ⅲ轉(zhuǎn)動，該俯仰圓弧軌道上下分別設(shè)有與滾動滾輪組的V型滾輪對應(yīng)的V型凸條，該兩俯仰圓弧軌道通過螺釘固定在俯仰機架4圓弧板兩側(cè)，在俯仰機架圓弧板底面中間部位設(shè)有與其母線垂直的圓弧形齒條即俯仰大齒輪25，該俯仰大齒輪與兩個俯仰圓弧軌道所在的圓的中軸線重合。所述俯仰大齒輪與滾動虛擬軸Ⅱ部件組的滾動小齒輪嚙合。在俯仰機架4兩端頂設(shè)有一塊平板即上平臺5，其上面可設(shè)負載。