一種具有三角鏤空結(jié)構(gòu)的球形慣性穩(wěn)定平臺(tái)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及慣性穩(wěn)定平臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種具有三角鏤空結(jié)構(gòu)的 球形慣性穩(wěn)定平臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002] 陀螺穩(wěn)定平臺(tái)的主要作用是在彈(箭）內(nèi)按給定的技術(shù)指標(biāo)，建立一個(gè)與彈(箭）的 角運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的導(dǎo)航坐標(biāo)系，為加速度的測(cè)量和姿態(tài)角的測(cè)量提供必要的坐標(biāo)基準(zhǔn)。
[0003] 傳統(tǒng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)采用環(huán)形框架和矩形臺(tái)體，框架的軸端連接處放置電機(jī)和角度/角 速度測(cè)量電路等，由于容納體積及環(huán)形結(jié)構(gòu)限制，軸端設(shè)計(jì)為外凸起結(jié)構(gòu)，為了使各框架自 由旋轉(zhuǎn)，則需要加大框架尺寸，因此會(huì)占用較大的回轉(zhuǎn)空間，體積較大，無(wú)法滿足目前輕小 型化的平臺(tái)發(fā)展趨勢(shì)，而且這種結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生二階干擾力矩；同時(shí)平臺(tái)結(jié)構(gòu)采用開放式環(huán)架， 受外界溫度環(huán)境影響較大，容易影響慣性儀表的恒溫性。
[0004] 因此，對(duì)于三框架平臺(tái)系統(tǒng)或四框架平臺(tái)系統(tǒng)來(lái)說，內(nèi)框架和基座采用球面框架 有利于為慣性儀表提供一個(gè)良好的工作環(huán)境。但如果外框架和隨動(dòng)框架也采用密閉的球面 框架時(shí)，將對(duì)熱量由內(nèi)向外傳導(dǎo)不利，也會(huì)影響慣性儀表的恒溫性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有三角鏤空結(jié)構(gòu)的球形慣性 穩(wěn)定平臺(tái)，該穩(wěn)定平臺(tái)的內(nèi)框架和基座為球形殼體，外框架和隨動(dòng)框架為具有三角鏤空結(jié) 構(gòu)的球形殼體，該三角鏤空結(jié)構(gòu)為近似等分的三角形，均勻分布在除軸端和安裝區(qū)域以外 的球形殼體上;該穩(wěn)定平臺(tái)相對(duì)于環(huán)形結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定平臺(tái)，具有等剛度特點(diǎn)，并且有利于與減 小干擾誤差;相比完全封閉的球形結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定平臺(tái)，具有良好的熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流功能，有利 于建立良好的溫度場(chǎng)。
[0006] 本發(fā)明通過以下方案實(shí)現(xiàn)上述目的：
[0007] -種具有三角鏤空結(jié)構(gòu)的球形慣性穩(wěn)定平臺(tái)，包括臺(tái)體、內(nèi)框架、外框架、隨動(dòng)框 架、基座和軸端，其中：內(nèi)框架和基座為球形殼體，外框架和隨動(dòng)框架為具有均勻分布三角 鏤空結(jié)構(gòu)的球形殼體;所述四個(gè)球形殼體的中心重合且由內(nèi)到外的嵌套順序?yàn)閮?nèi)框架、外 框架、隨動(dòng)框架和基座;每相鄰兩個(gè)球形殼體之間通過兩個(gè)軸端連接，且位于內(nèi)部的球形殼 體繞所述軸端的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；臺(tái)體位于內(nèi)框架內(nèi)部且通過兩個(gè)軸端連接，并繞所述軸端的轉(zhuǎn) 軸轉(zhuǎn)動(dòng);基座與外部載體固定連接;其中，臺(tái)體、內(nèi)框架、外框架和隨動(dòng)框架轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的中心軸 彼此正交。
[0008] 在上述的具有三角鏤空結(jié)構(gòu)的球形慣性穩(wěn)定平臺(tái)中，外框架和隨動(dòng)框架為具有均 勻分布的三角鏤空結(jié)構(gòu)的球形殼體，其中：外框架和隨動(dòng)框架的球形殼體在框架本體坐標(biāo) 系的X軸、Y軸上共設(shè)置四個(gè)軸端安裝孔，即四個(gè)軸端安裝孔分別位于框架本體坐標(biāo)系的+X 軸、-X軸、+Y軸、-Y軸;所述每個(gè)軸端安裝孔周圍設(shè)置有安裝電路和慣性儀表的區(qū)域，即所述 區(qū)域?yàn)檫B續(xù)球殼弧面。
[0009] 在上述的具有三角鏤空結(jié)構(gòu)的球形慣性穩(wěn)定平臺(tái)中，外框架和隨動(dòng)框架的球形殼 體由兩個(gè)半球殼體連接構(gòu)成，當(dāng)兩個(gè)半球殼體分開時(shí)，在球殼內(nèi)表面的軸端安裝孔周圍的 連續(xù)球殼弧面上安裝電路和慣性儀表，安裝結(jié)束后，將兩個(gè)半球殼體連接為一個(gè)球形殼體。
[0010] 在上述的具有三角鏤空結(jié)構(gòu)的球形慣性穩(wěn)定平臺(tái)中，連接臺(tái)體和內(nèi)框架的兩個(gè)軸 端與內(nèi)框架的球形殼體外表面共面;連接內(nèi)框架和外框架的兩個(gè)軸端與外框架的球形殼體 外表面共面;連接外框架和隨動(dòng)框架的兩個(gè)軸端與隨動(dòng)框架的球形殼體外表面共面;連接 隨動(dòng)框架和基座的兩個(gè)軸端與基座的球形殼體外表面共面。
[0011] 在上述的具有三角鏤空結(jié)構(gòu)的球形慣性穩(wěn)定平臺(tái)中，在外框架和隨動(dòng)框架的球形 殼體上，通過如下步驟確定三角鏤空結(jié)構(gòu)的位置：
[0012] (1)、在球形殼體上選取20個(gè)頂點(diǎn)，所述20個(gè)頂點(diǎn)通過直線連接構(gòu)成一個(gè)內(nèi)接于球 形殼體的正12面體，所述正12面體具有30條邊；
[0013] (2)、將所述12面體的30條邊映射到球形殼體表面，得到30條短程線，所述30條短 程線在球面殼體表面劃分出12個(gè)相同的五邊形曲面，將每個(gè)五邊形曲面的中心點(diǎn)與所述曲 面的5個(gè)頂點(diǎn)通過短程線連接，所述短程線將1個(gè)五邊形曲面劃分為5個(gè)三角形曲面，即將球 形殼體劃分為60個(gè)相同的三角形曲面；
[0014] (3)、在每個(gè)三角形曲面內(nèi)，選取構(gòu)成三角形曲面的三條短程線的中點(diǎn)，通過3條短 程線連接3個(gè)中點(diǎn)，將每個(gè)三角形曲面劃分為4個(gè)二級(jí)三角形曲面，即將球形殼體劃分為240 個(gè)二級(jí)三角形曲面；
[0015] (4)、在球面殼體上設(shè)置軸端安裝孔，并在所述安裝孔的周圍預(yù)留電路和慣性儀表 的安裝區(qū)域;在剩余區(qū)域內(nèi)對(duì)球形殼體進(jìn)行鏤空操作，鏤空單元為步驟(3)劃分的二級(jí)三角 形曲面。
[0016] 其中，在步驟（1)中，選取20個(gè)頂點(diǎn)在框架本體坐標(biāo)下的坐標(biāo)分別為：（8，13,0)、（-a，b，0)、（a，_b，0)、（-a，_b，0)、（b，0，a)、（_b，0，a)、（b，0，-a)、（_b，0，-a)、（0，a，b)、（0，-a， b)、（0，a，_b)、（0，_a，_b)、（c，c，c)、（c，_c，c)、（c，c，_c)、（_c，c，c)、（_c，_c，c)、（_c，c，_c)、 (-c，-c，-c)、（c，-c，-c)，其中，
，:r為球形殼體的半 徑;則在步驟(4)中，在外框架和隨動(dòng)框架的+X軸、-X軸、+Y軸和-Y軸上設(shè)置4個(gè)軸端安裝孔， 在基座的+X軸、-X軸設(shè)置兩個(gè)軸端安裝孔;并以YOZ平面為剖面將球形殼體分割為兩個(gè)半球 殼體。
[0017] 在上述的具有三角鏤空結(jié)構(gòu)的球形慣性穩(wěn)定平臺(tái)中，臺(tái)體為球形殼體，在所述球 形殼體腔體內(nèi)安裝慣性儀表和電路板。
[0018] 在上述的具有三角鏤空結(jié)構(gòu)的球形慣性穩(wěn)定平臺(tái)中，基座為單層球形球殼，所述 球形殼體表面設(shè)置有加強(qiáng)筋。
[0019] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果如下：
[0020] (1 )、本發(fā)明慣性穩(wěn)定平臺(tái)的內(nèi)框架、外框架、隨動(dòng)框架和基座均為球形結(jié)構(gòu)，相對(duì) 于采用環(huán)形框架的穩(wěn)定平臺(tái)，具有等剛度的特點(diǎn)，并且有利于減小干擾誤差；
[0021] (2)、本發(fā)明慣性穩(wěn)定平臺(tái)的內(nèi)框架為球形殼體，和傳統(tǒng)的開放環(huán)架結(jié)構(gòu)相比，可 以降低外界信號(hào)對(duì)慣性儀表的干擾，有利于確保儀表的恒溫性，而且外框架和隨動(dòng)框架采 用鏤空的球殼結(jié)構(gòu)，具有良好的熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流功能，有利于電路散熱，從而建立良好的溫 度場(chǎng)。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的球形慣性穩(wěn)定平臺(tái)中具有三角鏤空結(jié)構(gòu)的球殼結(jié)構(gòu)圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明的球形慣性穩(wěn)定平臺(tái)中具有三角鏤空結(jié)構(gòu)的球殼分離后的半球殼結(jié) 構(gòu)圖；
[0024]圖3為本發(fā)明中在球殼上劃分12個(gè)五邊形曲面的示意圖；
[0025]圖4為本發(fā)明中在球殼上劃分60個(gè)三角形曲面的示意圖；
[0026]圖5為本發(fā)明中在球殼上劃分240個(gè)二級(jí)三角形曲面的示意圖；
[0027]圖6為本發(fā)明中在球殼上劃分240個(gè)二級(jí)三角形曲面后位于同一弧段的短程線示 意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 本發(fā)明提供了一種具有三角鏤空結(jié)構(gòu)的球形慣性穩(wěn)定平臺(tái)，包括臺(tái)體、內(nèi)框架、外 框架、隨動(dòng)框架、基座和軸端。其中，內(nèi)框架和基座為球形殼體，外框架和隨動(dòng)框架為具有均 勻分布三角鏤空結(jié)構(gòu)的球形殼體。這四個(gè)球形殼體的中心重合且由內(nèi)到外的嵌套順序?yàn)閮?nèi) 框架、外框架、隨動(dòng)框架和基座;每相鄰兩個(gè)球形殼體之間通過兩個(gè)軸端連接，且位于內(nèi)部 的球形殼體繞所述軸端的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；臺(tái)體位于內(nèi)框架內(nèi)部且通過兩個(gè)軸端連接，并繞所述 軸端的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng);基座與外部載體固定連接;其中，臺(tái)體、內(nèi)框架、外框架和隨動(dòng)框架轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 的中心軸彼此正交，且為了增大臺(tái)體容積，將臺(tái)體也設(shè)計(jì)為球形殼體，在所述球形殼體腔體 內(nèi)安裝慣性儀表和電路板?；鶠閱螌忧蛐吻驓ぃ谠撉蛐螝んw表面設(shè)置有加強(qiáng)筋。
[0029] 本發(fā)明慣性穩(wěn)定平臺(tái)的外框架和隨動(dòng)框架為具有均勻分布的三角鏤空結(jié)構(gòu)的球 形殼體，其中：外框架和隨動(dòng)框架的球形殼體在框架本體坐標(biāo)系的X軸、Y軸上共設(shè)置四個(gè)軸 端安裝孔，即四個(gè)軸端安裝孔分別位于框架本體坐標(biāo)系的+X軸、-X軸、+Y軸、-Y軸;每個(gè)軸端 安裝孔周圍設(shè)置有安裝電路和慣性儀表的區(qū)域，即所述區(qū)域?yàn)檫B續(xù)球殼弧面。為了便于在 慣性穩(wěn)定平臺(tái)的球形框架內(nèi)安裝慣性儀表和電路，本發(fā)明將各球形殼體設(shè)計(jì)為兩個(gè)可分離 半球形殼體，因此，每個(gè)球形殼體上需要設(shè)定軸端安裝孔，同時(shí)也要設(shè)定球形殼體的分離剖 面。對(duì)于具有三角鏤空結(jié)構(gòu)的球形殼體，在進(jìn)行軸端位置選取時(shí)需要考慮鏤空結(jié)構(gòu)的對(duì)稱 性，在剖面選取時(shí)需要考慮剖面盡可能少地切斷鏤空結(jié)構(gòu)的桁架。外框架和隨動(dòng)框架的球 形殼體由兩個(gè)半球殼體連接構(gòu)成，當(dāng)兩個(gè)半球殼體分開時(shí)，在球殼內(nèi)表面的軸端安裝孔周 圍的連續(xù)球殼弧面上安裝電路和慣性儀表，安裝結(jié)束后，將兩個(gè)半球殼體連接為一個(gè)球形 殼體。如圖1所示的鏤空球形殼體的結(jié)構(gòu)所示，圖中，1為軸端安裝孔，2為三角形的鏤空結(jié) 構(gòu)，3為鏤空后在球殼上剩余的桁架，4為在軸端安裝孔周圍預(yù)留的連續(xù)球殼弧面，用于安裝 電路和慣性儀表，5為兩個(gè)