一种新型潜望式指向机构的制作方法

1.本发明涉及光电工程技术领域，尤其涉及一种新型潜望式指向机构。


背景技术：

2.在光电工程领域中，pat(指向，捕获，跟踪)系统是光电跟瞄、激光通信、光电扫描侦查、深空探测等诸多类型精密仪器的重要组成部分，能实现空间任意方位角的指向、瞄准或者跟踪等功能。
3.在pat系统中，cpa(粗捕跟机构)是实现捕获跟踪的关键机构之一；常见的两轴cpa形式有：旋转双棱镜式、摆镜式、潜望式和经纬仪式(x
‑
y框架式和地平式——t型、l型、u型)。与其他cpa结构形式相比，潜望式捕跟机构的突出优点是方位轴和俯仰轴扫描角度范围大、带负载能力强、转动部分自身刚度大从而整机基频高、面向星载应用时，发射阶段的自锁装置设计简单、若采用力矩电机驱动，机构动态响应性能好等。
4.传统的潜望式指向机构主要由俯仰轴组件、方位轴组件和两个光线折转反射镜组件构成。俯仰轴组件内一般包含轴承、轴承套、驱动电机、角度传感器等，方位轴的结构组成与俯仰轴类似。这种结构的特点是：俯仰轴的驱动电机套装在俯仰旋转轴上(直驱)或者安装在俯仰轴组件的支撑壳体上(非直驱)，驱动电机作为俯仰轴组件的一部分，其随着方位轴旋转。
5.但是，经过实践和研究发现，传统的潜望式指向机构具有以下缺点：
6.1、方位轴旋转时，俯仰驱动电机供电线缆存在缠绕现象，导致俯仰旋转轴转动范围受限，且随着方位轴的转动角度不同，线缆拖拽带来的阻力矩不稳定，影响转轴的伺服运动性能；
7.2、无论是直驱还是非直驱，由于包含驱动电机(非直驱还包括减速机构)，俯仰轴组件的质量和外形包络尺寸较大，即方位轴的负载转动惯量较大。
8.而现有技术中解决绕线问题的途径之一是在俯仰轴组件上增加盘式导电滑环，而盘式导电滑环径向尺寸大，增加了机构总质量、外形尺寸和运动包络，增加了俯仰轴组件结构复杂度，特别是在航天领域，导电环的存在不利于设备在力学和空间环境适应方面的可靠性。
9.综上所述，为了克服现有技术中存在的上述问题，本领域的技术人员亟需研发一种新型潜望式指向机构，以从根本上解决线缆缠绕的问题、以及能够方便实现俯仰轴的整周无限制旋转，并实现整个机构的小型化和轻量化。


技术实现要素：

10.本发明提供了一种解决线缆缠绕问题、能够方便地实现俯仰轴的整周无限制旋转、且实现了整个机构的小型化和轻量化的新型潜望式指向机构。
11.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
12.本发明的一种新型潜望式指向机构，该指向机构包括：
13.方位壳体，所述方位壳体内部中空地形成为方位轴安装空间和一级传动齿轮轴安装空间；
14.集成于所述方位壳体、并驱动所述方位轴转动的方位轴驱动组件；以及
15.集成于所述方位壳体、并驱动所述一级传动齿轮轴转动的俯仰轴驱动组件；
16.所述一级传动齿轮轴传动连接有二级传动齿轮轴，且所述一级传动齿轮轴和所述二级传动齿轮轴组成俯仰轴组件；
17.所述方位壳体的侧面朝向两侧分别延伸有安装平板，分别为方位轴驱动电机安装平板和俯仰轴驱动电机安装平板；
18.所述方位轴驱动组件的方位轴驱动电机装配固定于所述方位轴驱动电机安装平板上，并通过方位轴传动机构驱动方位轴转动以带动上方的方位折转反射镜组件运动；
19.所述俯仰轴驱动组件的俯仰轴驱动电机装配固定于所述俯仰轴驱动电机安装平板上，并通过俯仰轴传动机构驱动俯仰轴组件转动以带动上方的俯仰折转反射镜组件运动。
20.进一步的，所述方位轴通过所述方位轴安装空间嵌装于所述方位壳体内；
21.所述方位轴驱动电机通过螺钉与所述方位轴驱动电机安装平板装配固定，且所述方位轴驱动电机的输出端延伸至所述方位轴驱动电机安装平板下方；
22.所述方位轴传动机构包括：
23.套设于所述方位轴驱动电机的输出端、并通过所述方位轴驱动电机驱动转动的方位轴驱动小齿轮；
24.套设于所述方位轴的外部、并与所述方位轴驱动小齿轮啮合的方位轴驱动大齿轮；
25.所述方位轴与所述方位壳体的连接处安装有方位轴承，所述方位轴承套设于所述方位轴的外圆柱面；
26.该方位轴传动机构还包括：
27.方位轴承外压盖和方位轴承内压盖；
28.所述方位轴承外压盖通过螺钉与所述方位壳体连接，所述方位轴承内压盖通过螺钉与所述方位轴连接。
29.进一步的，所述俯仰轴驱动电机通过螺钉与所述俯仰轴驱动电机安装平板装配固定，且所述俯仰轴驱动电机的输出端延伸至所述俯仰轴驱动电机安装平板上方；
30.所述俯仰轴传动机构分为一级传动机构和二级传动机构；
31.所述俯仰轴驱动电机通过所述一级传动机构驱动一级传动齿轮轴在转动，所述一级传动齿轮轴通过所述二级传动机构驱动二级传动齿轮轴转动以带动上方的俯仰折转反射镜组件运动。
32.进一步的，所述一级传动机构包括：
33.套设于所述俯仰轴驱动电机的输出端、并通过所述俯仰轴驱动电机驱动转动的一级传动小齿轮，所述一级传动齿轮轴与所述一级传动小齿轮啮合以通过所述一级传动小齿轮驱动转动；
34.所述一级传动齿轮轴与所述方位壳体之间安装有一级传动轴承；
35.所述一级传动机构还包括：
36.一级传动轴承外压盖和一级传动轴承内压盖；
37.所述一级传动轴承外压盖通过螺钉与所述方位壳体连接，所述一级传动轴承内压盖通过螺钉与所述一级传动齿轮轴连接。
38.进一步的，所述二级传动机构包括：
39.安装于所述一级传动齿轮轴上部的二级锥齿轮a；
40.与所述二级锥齿轮a啮合的二级锥齿轮b；以及
41.二级传动轴承；
42.所述二级锥齿轮b套设于所述二级传动轴承的外圈；
43.所述二级传动机构还包括：
44.二级传动轴承外压盖和二级传动轴承内压盖；
45.所述二级传动轴承外压盖通过螺钉与所述二级锥齿轮b连接，所述二级传动轴承内压盖通过螺钉与方位折转反射镜组件连接。
46.进一步的，所述方位折转反射镜组件包括：
47.安装于所述方位轴顶部的过渡座；以及
48.通过螺钉安装于所述过渡座的45
°
斜面处的方位折转反射镜座；
49.所述方位折转反射镜座表面粘贴固定有方位折转反射镜。
50.进一步的，所述俯仰折转反射镜组件包括：
51.通过螺钉装配固定于所述二级锥齿轮b的侧面的俯仰折转反射镜座；以及
52.粘贴固定于所述俯仰折转反射镜座表面的俯仰折转反射镜。
53.在上述技术方案中，本发明提供的一种新型潜望式指向机构，具有以下有益效果：
54.本发明的指向机构的俯仰轴驱动电机集成于方位壳体的侧面，并通过俯仰轴传动组件驱动俯仰轴运动，不存在绕线问题，也不存在线缆缠绕与拖拽对伺服性能的影响，机构运动稳定性得到提高。避免了安装导电滑环，机构结构简单可靠，降低了方位轴和俯仰轴的负载转动惯量，提高了机构的动态性能。
55.本发明的指向机构俯仰轴驱动电机没有套装在俯仰轴上，也没有安装在俯仰轴组件的壳体上，减轻了俯仰轴组件的重量，降低了俯仰轴组件的外形包络，降低了方位轴的负载转动惯量。
56.本发明的指向机构相比传统的机构，结构更加紧凑、总质量更低，外形包络尺寸更小。
附图说明
57.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
58.图1为本发明实施例提供的一种新型潜望式指向机构的结构示意图；
59.图2为本发明实施例提供的一种新型潜望式指向机构的方位壳体的结构示意图；
60.图3为本发明实施例提供的一种新型潜望式指向机构的方位壳体的剖视图。
61.附图标记说明：
62.1、方位壳体；2、方位轴驱动组件；3、俯仰轴驱动组件；4、方位折转反射镜组件；5、
俯仰折转反射镜组件；
63.101、方位轴驱动电机安装平板；102、俯仰轴驱动电机安装平板；103、方位轴承安装面；104、一级传动轴承安装面；
64.201、方位轴；202、方位轴驱动电机；203、方位轴驱动小齿轮；204、方位轴驱动大齿轮；205、方位轴承；206、方位轴承外压盖；207、方位轴承内压盖；
65.301、一级传动齿轮轴；302、俯仰轴驱动电机；303、一级传动小齿轮；304、一级传动轴承；305、一级传动轴承外压盖；306、一级传动轴承内压盖；307、二级锥齿轮a；308、二级锥齿轮b；309、二级传动轴承；310、二级传动轴承内压盖；311、二级传动轴承外压盖；
66.401、过渡座；402、方位折转反射镜座；403、方位折转反射镜；
67.501、俯仰折转反射镜座；502、俯仰折转反射镜。
具体实施方式
68.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
69.参见图1至图3所示；
70.本发明的一种新型潜望式指向机构，该指向机构包括：
71.方位壳体1，方位壳体1内部中空地形成为方位轴安装空间和一级传动齿轮轴安装空间；
72.集成于方位壳体1、并驱动方位轴201转动的方位轴驱动组件2；以及
73.集成于方位壳体1、并驱动一级传动齿轮轴301转动的俯仰轴驱动组件3；
74.一级传动齿轮轴301传动连接有二级传动齿轮轴，且一级传动齿轮轴301和二级传动齿轮轴组成俯仰轴组件；
75.方位壳体1的侧面朝向两侧分别延伸有安装平板，分别为方位轴驱动电机安装平板101和俯仰轴驱动电机安装平板102；
76.方位轴驱动组件2的方位轴驱动电机202装配固定于方位轴驱动电机安装平板101上，并通过方位轴传动机构驱动方位轴201转动以带动上方的方位折转反射镜组件4运动；
77.俯仰轴驱动组件3的俯仰轴驱动电机302装配固定于俯仰轴驱动电机安装平板102上，并通过俯仰轴组件传动机构驱动俯仰轴转动以带动上方的俯仰折转反射镜组件5运动。
78.具体的，本实施例公开了一种应用于激光通信领域的潜望式指向机构，其以方位壳体1作为整个机构的主支撑结构，其内部呈中空结构，并且形成为圆柱形结构，为了实现上述的方位轴驱动电机202和俯仰轴驱动电机302的安装，在方位壳体1的周向对应地向外突出了两个平板，分别为上述的方位轴驱动电机安装平板101和俯仰轴驱动电机安装平板102，而对应地将方位轴驱动电机202安装在方位轴驱动电机安装平板101上，俯仰轴驱动电机302安装在俯仰轴驱动电机安装平板102上。
79.优选的，本实施例的方位轴201通过方位轴安装空间嵌装于方位壳体1内；
80.方位轴驱动电机202通过螺钉与方位轴驱动电机安装平板101装配固定，且方位轴驱动电机202的输出端延伸至方位轴驱动电机安装平板101下方；
81.方位轴传动机构包括：
82.套设于方位轴驱动电机202的输出端、并通过方位轴驱动电机202驱动转动的方位
轴驱动小齿轮203；
83.套设于方位轴201的外部、并与方位轴驱动小齿轮203啮合的方位轴驱动大齿轮204；
84.方位轴201与方位壳体1的连接处安装有方位轴承205，方位轴承205套设于方位轴201的外圆柱面；
85.该方位轴传动机构还包括：
86.方位轴承外压盖206和方位轴承内压盖207；
87.方位轴承外压盖206通过螺钉与方位壳体1连接，方位轴承内压盖207通过螺钉与方位轴201连接。
88.本实施例又进一步地限定了方位轴传动机构的具体结构组成，根据方位轴驱动电机202的安装位置，以及方位轴201的驱动要求，设计了该处的方位轴传动机构；其主要通过方位轴驱动小齿轮203，以及与之啮合的方位轴驱动大齿轮204来带动方位轴201转动。并在方位轴承205的作用下，实现方位轴201周向360
°
的旋转，作为优选的实施方式，本实施例涉及的方位轴承205可以选用交叉滚子轴承。
89.本实施例的方位轴驱动小齿轮203与方位轴驱动电机202的输出端部分通过螺钉固连，本实施例的方位轴驱动电机202可以选用步进电机模组，该步进电机模组包含步进电机本体、减速箱和编码器。
90.优选的，本实施例的俯仰轴驱动电机302通过螺钉与俯仰轴驱动电机安装平板102装配固定，且俯仰轴驱动电机302的输出端延伸至俯仰轴驱动电机安装平板102上方；
91.俯仰轴传动机构分为一级传动机构和二级传动机构；
92.俯仰轴驱动电机302通过一级传动机构驱动一级传动齿轮轴301转动，一级传动齿轮轴301通过二级传动机构驱动二级传动齿轮轴转动以带动上方的俯仰折转反射镜组件5运动。
93.其中，上述的一级传动机构包括：
94.套设于俯仰轴驱动电机302的输出端、并通过俯仰轴驱动电机302驱动转动的一级传动小齿轮303，一级传动齿轮轴301与一级传动小齿轮303啮合以通过一级传动小齿轮303驱动转动；
95.一级传动齿轮轴301与方位壳体1之间安装有一级传动轴承304；
96.一级传动机构还包括：
97.一级传动轴承外压盖305和一级传动轴承内压盖306；
98.一级传动轴承外压盖305通过螺钉与方位壳体1连接，一级传动轴承内压盖306通过螺钉与一级传动齿轮轴301连接。
99.二级传动机构包括：
100.安装于一级传动齿轮轴301上部的二级锥齿轮a 307；
101.与二级锥齿轮a 307啮合的二级锥齿轮b 308；以及
102.二级传动轴承309；
103.二级锥齿轮b 308套设于二级传动轴承309的外圈；
104.二级传动机构还包括：
105.二级传动轴承外压盖311和二级传动轴承内压盖310；
106.二级传动轴承外压盖311通过螺钉与二级锥齿轮b 308连接，二级传动轴承内压盖310通过螺钉与方位折转反射镜组件4连接。
107.本实施例进一步限定了俯仰轴驱动机构的结构，将俯仰轴驱动电机302通过螺钉安装在俯仰轴驱动电机安装平板102上，而一级传动小齿轮303套设并固连于俯仰轴驱动电机302的输出端，通过俯仰轴驱动电机302的输出端驱动转动，另外，一级传动齿轮轴301和方位壳体1之间安装了一级传动轴承304，并在方位壳体1内部加工了一级传动轴承安装面104，以此来确保一级传动齿轮轴304的转动。本实施例涉及的俯仰轴驱动电机302选用步进电机模组，该步进电机模组同样包含步进电机本体、减速箱和编码器。
108.优选的，本实施例的方位折转反射镜组件4包括：
109.安装于方位轴201顶部的过渡座401；以及
110.通过螺钉安装于过渡座401的45
°
斜面处的方位折转反射镜座402；
111.方位折转反射镜座402表面粘贴固定有方位折转反射镜403。
112.其次，上述的俯仰折转反射镜组件5包括：
113.通过螺钉装配固定于二级锥齿轮b 308的侧面的俯仰折转反射镜座501；以及
114.粘贴固定于俯仰折转反射镜座501表面的俯仰折转反射镜502。
115.本实施例涉及到的驱动结构可以拓展应用于t型两轴指向机构、l型两轴指向机构、u型两轴指向机构中，都可以解决俯仰轴的绕线问题，以及实现整个机构的轻量化和小型化设计。
116.在上述技术方案中，本发明提供的一种新型潜望式指向机构，具有以下有益效果：
117.本发明的指向机构的俯仰轴驱动电机302集成于方位壳体1的侧面，并通过俯仰轴传动组件驱动俯仰轴运动，不存在绕线问题，也不存在线缆缠绕与拖拽对伺服性能的影响，机构运动稳定性得到提高。避免了安装导电滑环，机构结构简单可靠，降低了方位轴和俯仰轴的负载转动惯量，提高了机构的动态性能。
118.本发明的指向机构俯仰轴驱动电机302没有套装在俯仰轴上，也没有安装在俯仰轴组件的壳体上，减轻了俯仰轴组件的重量，降低了俯仰轴组件的外形包络，降低了方位轴的负载转动惯量。
119.本发明的指向机构相比传统的机构，结构更加紧凑、总质量更低，外形包络尺寸更小。
120.以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。