小型动力调谐陀螺轴承系统装配工装及方法与流程

1.本发明涉及小型动力调谐陀螺，具体涉及小型动力调谐陀螺轴承系统装配工装及方法。


背景技术：

2.动力调谐陀螺是一种双自由度陀螺，主要由陀螺转子组件(含挠性接头)、陀螺电机、差动式电感传感器、力矩器组成，陀螺转子由挠性接头支承，利用动力效应产生负弹性力矩，与弹性扭杆的正弹性力矩相抵消，使陀螺转子处于无力矩作用的自由转子状态；动力调谐陀螺工作时，陀螺电机处于高速运转状态，约1000r/min，并驱动陀螺转子高速转动，陀螺电机的运转精度及可靠性主要取决于轴承系统，因此，轴承系统是动力调谐陀螺的关键部件之一，轴承系统的安装精度及运转平稳性直接影响动力调谐陀螺的精度水平。
3.轴承系统采用两个角接触球轴承，其主要由内环、外环、保持架、滚珠组成，两个轴承背对背安装于电机轴上，轴承之间通过内轴套和外轴套进行支承，外端依靠锁紧螺母紧固；小型动力调谐陀螺装配过程中，首先要保证轴承系统预紧力调整满足要求，内环、外环安装定位准确，其次要保证传感器铁芯与导磁环的配合间隙，约0.3
±
0.02mm，以此保证传感器输出精度。
4.中国专利cn201110266693.5公开了一种动力调谐陀螺轴承装配夹具及装配方法，主要针对的是常规动力调谐陀螺结构，该动力调谐陀螺轴承装配夹具，通过加载盘、加载砝码、砝码定位销等组成加载机构，对轴承施加预载，最后通过胶接的方式进行固定。
5.常规动力调谐陀螺结构中，电机轴为独立零件，电机轴装配轴承系统后，在预紧力调整好状态下装入陀螺底座，以电机轴端面为基准，通过选配不同高度的挡板，保证挡板端面与传感器铁芯之间的高度尺寸；陀螺转子组件装配时，以挡板端面为安装基准，则可保证传感器铁芯与陀螺转子组件中导磁环的配合间隙要求。
6.而在小型动力调谐陀螺中，为实现体积小、重量轻的要求，对陀螺结构设计进行简化，减少很多调整机构；小型动力调谐陀螺结构如图1所示，包括陀螺转子组件(01)、陀螺底座(02)、轴承系统(03)、电机转子组件(04)、电机定子组件(05)、传感器(06)和力矩器(07)，其中陀螺转子组件(01)的挠性支承轴与电机轴合二为一，无独立电机轴，无可调节高度的挡板，陀螺装配过程中需要以陀螺转子组件(01)的挠性支承轴定位，轴承系统(03)的安装与陀螺转子组件(01)与传感器(06)之间的配合间隙保证必须同时完成，由于陀螺结构限制，陀螺转子组件(01)挠性支承轴一旦安装后，传感器(06)配合间隙部位处于结构盲腔中，装配后无法直接进行测量，实现难度较大。


技术实现要素：

7.本发明的目的是解决现有动力调谐陀螺轴承系统装配方法无法在安装轴承系统的同时保证传感器配合间隙的不足之处，从而提供小型动力调谐陀螺轴承系统装配工装及方法。
8.为了解决上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了如下技术解决方案：
9.小型动力调谐陀螺轴承系统装配工装，其特殊之处在于：包括用于在轴承系统预紧状态下对内环定位且对传感器配合间隙限位的限位工装、用于在轴承系统预紧力调整时压紧内环的压轴承工装和用于在轴承正式装配时支撑保持架及内环的支撑工装；
10.所述限位工装包括限位盘，以及位于限位盘上表面中心且同轴依次设置的第一固定轴、第二固定轴和第三固定轴，所述限位盘上表面设置有圆周均布的多个靠近限位盘中心的第一安装孔和多个靠近限位盘边缘的第二安装孔，所述多个第一安装孔用于作为焊接位置，所述多个第二安装孔用于与陀螺底座的法兰固定；所述第一固定轴、第二固定轴和第三固定轴的直径依次递减，所述第一固定轴与第二固定轴之间形成台阶面，用于对内环进行限位；所述第三固定轴侧壁上设置有螺纹；
11.所述压轴承工装包括同轴设置且直径递减的第一压轴、第二压轴和第三压轴，所述和第三压轴一端设置有与第三固定轴适配的中心孔；
12.所述支撑工装同轴依次设置且直径递减的第一支撑轴和第二支撑轴，所述第二支撑轴与陀螺底座的轴承安装孔适配。
13.同时，本发明还提供一种小型动力调谐陀螺轴承系统装配方法，其特殊之处在于，采用上述小型动力调谐陀螺轴承系统装配工装，包括如下步骤：
14.步骤(1)：轴承、内轴套及外轴套清洗
15.步骤(2)：装配两个轴承
16.步骤(3)：轴承系统预紧力调整
17.(3.1)将两个轴承背对背安装于限位工装上，轴承之间通过内轴套和外轴套进行支承，内轴套支撑内环，外轴套支撑外环，再将限位工装置于手压床上，将压轴承工装安装于轴承系统上方，第三固定轴伸入第三压轴中心孔内，通过压轴承工装沿轴向压紧轴承的内环，用数显测力计沿径向对外轴套施加拉力，测量外轴套在该状态下的最大拉力值；若最大拉力值大于预设范围最大值，则执行步骤(3.2)；若最大拉力值小于预设范围最小值，则执行步骤(3.3)；若最大拉力值在预设范围内，则执行步骤(4)；
18.(3.2)拆除压轴承工装、
19.上端轴承和外轴套，对外轴套其中一个端面进行研磨后，返回步骤(3.1)；
20.(3.3)拆除压轴承工装(2)、上端轴承和内轴套，对内轴套其中一个端面进行研磨后，返回步骤(3.1)；
21.步骤(4)：轴承系统预装配
22.拆除压轴承工装后，将锁紧螺母与第三固定轴固定，使内环、内轴套紧密贴合；将与轴承系统固定的限位工装倒置，使轴承系统装入陀螺底座的轴承安装孔，通过第二安装孔固定限位工装与陀螺底座，使限位工装上表面与传感器铁芯端面紧密贴合；
23.步骤(5)：焊接
24.对两个轴承的外环与陀螺底座的轴承安装孔配合部位进行焊接，将两个轴承的外环、位于外环之间的外轴套固定在陀螺底座的轴承安装孔中；
25.步骤(6)：清理
26.拆除限位工装及轴承系统未与陀螺底座固定的部分，清理焊接位置，并采用步骤(1)的方法清洗所拆除的部分；
27.步骤(7)：轴承系统正式装配
28.(7.1)安装陀螺底座上端轴承
29.陀螺底座上端朝上，在其下方放置支撑工装，第二支撑轴伸进陀螺底座的轴承安装孔中，利用陀螺底座的轴承安装孔上端固定的外环，按照步骤(2)完成轴承其余部分的装配，将该装配完成的轴承作为陀螺底座上端轴承；
30.(7.2)装入陀螺转子组件
31.将陀螺转子组件支承轴由陀螺底座上方伸入陀螺底座上端轴承的内环内孔中，使陀螺转子组件支承轴定位台阶与陀螺底座上端轴承的内环端面贴合；
32.(7.3)安装内轴套及陀螺底座下端轴承
33.将陀螺底座下端朝上，将内轴套装入陀螺底座的轴承安装孔固定的外轴套内，利用陀螺底座的轴承安装孔下端固定的外环，按照步骤(2)完成轴承其余部分的装配，将该装配完成的轴承作为陀螺底座下端轴承，最后安装电机转子、垫片及锁紧螺母。
34.进一步地，步骤(3.1)中，所述预设范围为(0.1,0.5)，单位为kg。
35.进一步地，步骤(5)中，所述对两个轴承的外环与陀螺底座的轴承安装孔配合部位进行焊接的具体实施方式为：将其中一个轴承的外环与陀螺底座的轴承安装孔配合部位通过第一安装孔采用激光点焊进行焊接，然后将陀螺底座倒置，将其中一个轴承的外环与陀螺底座的轴承安装孔配合部位采用激光点焊进行焊接。
36.进一步地，步骤(1)中，所述轴承、内轴套及外轴套清洗的具体过程为：采用汽油、丙酮分别对轴承、内轴套及外轴套进行依次清洗，清洗后放置在洁净的电容器纸上，自然条件下晾置20min以上。
37.进一步地，步骤(2)中，所述装配两个轴承的具体过程为：用天平称取定量的润滑脂，用竹签将润滑脂均匀涂抹在保持架及滚珠表面；用铜镊子夹取保持架置于外环内孔，并逐个夹取滚珠放置于保持架兜孔内，最后夹取内环置于保持架中心位置；按照上述步骤完成两个轴承的装配。
38.进一步地，所述小型动力调谐陀螺轴承系统装配方法还包括以下步骤：
39.步骤(8)：陀螺电机参数测试
40.将陀螺电机接通三相交流电源，对其以下性能参数进行测试：启动时间、启动电流、工作电流、工作功率、惯性时间。
41.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
42.(1)本发明基于小型动力调谐陀螺的简化结构，公开了小型动力调谐陀螺轴承系统装配工装，包括限位工装、压轴承工装和支撑工装，其中通过限位工装和压轴承工装配合可以对轴承系统预紧力进行调整，采用焊接的方法使外环固定于陀螺底座的轴承安装孔内，使得轴承系统正式装配中装配基准由内环过渡为外环，在支撑工装的辅助下，大大降低了小型动力调谐陀螺轴承系统装配难度。
43.(2)本发明公开的限位工装，不仅可实现轴承系统预紧状态下对内环的定位，并可同时实现对陀螺转子组件与传感器之间配合间隙的限位。
附图说明
44.图1为小型动力调谐陀螺的结构示意图；
45.图2为本发明实施例中限位工装的结构示意图；
46.图3为本发明实施例中压轴承工装的结构示意图；
47.图4为本发明实施例中支撑工装的结构示意图；
48.图5为本发明一种小型动力调谐陀螺轴承系统装配方法一个实施例的流程图；
49.图6为本发明实施例中步骤(3)轴承系统预紧力调整的流程图；
50.图7为本发明实施例中轴承系统预紧力调整的结构示意图；
51.图8为本发明实施例中轴承系统预装配的结构示意图。
52.附图标记说明如下：
53.01-陀螺转子组件，02-陀螺底座，03-轴承系统，04-电机转子组件，05-电机定子组件，06-传感器，07-力矩器；
54.1-限位工装，11-限位盘，12-第一固定轴，13-第二固定轴，14-第三固定轴，15-第一安装孔，16-第二安装孔；2-压轴承工装，21-第一压轴，22-第二压轴，23-第三压轴；3-支撑工装，31-第一支撑轴，32-第二支撑轴。
具体实施方式
55.下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地说明。
56.参照图2至图4，小型动力调谐陀螺轴承系统装配工装，包括用于在轴承系统03预紧状态下对内环定位且对传感器06配合间隙限位的限位工装1、用于在轴承系统03预紧力调整时压紧内环的压轴承工装2和用于在轴承正式装配时支撑保持架及内环的支撑工装3。
57.限位工装1包括限位盘11，以及位于限位盘11上表面中心且同轴依次设置的第一固定轴12、第二固定轴13和第三固定轴14，限位盘11上表面设置有圆周均布的四个靠近限位盘11中心的第一安装孔15和四个靠近限位盘11边缘的第二安装孔16，四个第一安装孔15用于作为焊接位置，四个第二安装孔16用于与陀螺底座02的法兰固定；第一固定轴12、第二固定轴13和第三固定轴14的直径依次递减，第一固定轴12与第二固定轴13之间形成台阶面，用于对内环进行限位，第三固定轴14侧壁上设置有螺纹。
58.压轴承工装2包括同轴设置且直径递减的第一压轴21、第二压轴22和第三压轴23，第三压轴23一端设置有与第三固定轴14适配的中心孔。
59.支撑工装3同轴依次设置且直径递减的第一支撑轴31和第二支撑轴32，第二支撑轴32与陀螺底座02的轴承安装孔适配。
60.参照图5至图8，本发明还提供一种小型动力调谐陀螺轴承系统装配方法，采用上述小型动力调谐陀螺轴承系统装配工装，包括如下步骤：
61.步骤(1)：轴承、内轴套及外轴套清洗
62.采用汽油、丙酮分别对轴承、内轴套及外轴套进行依次清洗，清洗后放置在洁净的电容器纸上，自然条件下晾置20min以上；
63.步骤(2)：装配两个轴承
64.用天平称取定量的润滑脂，用竹签将润滑脂均匀涂抹在保持架及滚珠表面；用铜镊子夹取保持架置于外环内孔，并逐个夹取滚珠放置于保持架兜孔内，最后夹取内环置于保持架中心位置；按照上述步骤完成两个轴承的装配；
65.步骤(3)：轴承系统03预紧力调整
66.(3.1)将两个轴承背对背安装于限位工装1上，轴承之间通过内轴套和外轴套进行支承，内轴套支撑内环，外轴套支撑外环，再将限位工装1置于手压床上，将压轴承工装2安装于轴承系统03上方，第三固定轴14伸入第三压轴23中心孔内，通过压轴承工装2沿轴向压紧轴承的内环，用数显测力计沿径向对外轴套施加拉力，测量外轴套在该状态下的最大拉力值，预设范围为(0.1,0.5)，单位为kg；若最大拉力值大于预设范围最大值，则执行步骤(3.2)；若最大拉力值小于预设范围最小值，则执行步骤(3.3)；若最大拉力值在预设范围内，则执行步骤(4)；
67.(3.2)拆除压轴承工装2、上端轴承和外轴套，对外轴套其中一个端面进行研磨后，返回步骤(3.1)；
68.(3.3)拆除压轴承工装2、上端轴承和内轴套，对内轴套其中一个端面进行研磨后，返回步骤(3.1)；
69.步骤(4)：轴承系统03预装配
70.拆除压轴承工装2后，将锁紧螺母与第三固定轴14固定，使内环、内轴套紧密贴合；将与轴承系统03固定的限位工装1倒置，使轴承系统03装入陀螺底座02的轴承安装孔，通过第二安装孔16固定限位工装1与陀螺底座02的法兰，使限位工装1上表面与传感器06铁芯端面紧密贴合；
71.步骤(5)：焊接
72.将其中一个轴承的外环与陀螺底座02的轴承安装孔配合部位通过四个第一安装孔15采用激光点焊进行焊接，然后将陀螺底座02倒置，将其中一个轴承的外环与陀螺底座02的轴承安装孔配合部位采用激光点焊进行焊接，点焊位置圆周均布，从而将两个轴承的外环、位于外环之间的外轴套固定在陀螺底座02的轴承安装孔中；
73.步骤(6)：清理
74.拆除限位工装1及轴承系统03未与陀螺底座02固定的部分，用钢钎裹取橡皮膏对激光焊接部位进行清理，粘除表面残渣等附着物，并采用步骤(1)的方法清洗所拆除的部分；
75.步骤(7)：轴承系统03正式装配
76.(7.1)安装陀螺底座02上端轴承
77.陀螺底座02上端朝上，在其下方放置支撑工装3，第二支撑轴32伸进陀螺底座02的轴承安装孔中，利用陀螺底座02的轴承安装孔上端固定的外环，按照步骤(2)完成轴承其余部分的装配，将该装配完成的轴承作为陀螺底座02上端轴承；
78.(7.2)装入陀螺转子组件01
79.将陀螺转子组件01支承轴由陀螺底座02上方伸入陀螺底座02上端轴承的内环内孔内，使陀螺转子组件01支承轴定位台阶与陀螺底座02上端轴承的内环端面贴合；
80.(7.3)安装内轴套及陀螺底座02下端轴承
81.将陀螺底座02下端朝上，将内轴套装入陀螺底座02的轴承安装孔固定的外轴套内，利用陀螺底座02的轴承安装孔下端固定的外环，按照步骤(2)完成轴承其余部分的装配，将该装配完成的轴承作为陀螺底座02下端轴承，最后安装电机转子组件04、垫片及锁紧螺母；
82.步骤(8)：陀螺电机参数测试
83.将陀螺电机接通三相交流电源，对其以下性能参数进行测试：启动时间、启动电流、工作电流、工作功率、惯性时间。
84.通过实际装配验证，该方法可实现对轴承系统03的正确安装、定位，可同时保证传感器06配合间隙满足要求。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。

技术特征：
1.小型动力调谐陀螺轴承系统装配工装，其特征在于：包括用于在轴承系统(03)预紧状态下对内环定位且对传感器(06)配合间隙限位的限位工装(1)、用于在轴承系统(03)预紧力调整时压紧内环的压轴承工装(2)和用于在轴承系统(03)正式装配时支撑保持架及内环的支撑工装(3)；所述限位工装(1)包括限位盘(11)，以及位于限位盘(11)上表面中心且同轴依次设置的第一固定轴(12)、第二固定轴(13)和第三固定轴(14)，所述限位盘(11)上表面设置有圆周均布的多个靠近限位盘(11)中心的第一安装孔(15)和多个靠近限位盘(11)边缘的第二安装孔(16)，所述多个第一安装孔(15)用于作为焊接位置，所述多个第二安装孔(16)用于与陀螺底座(02)的法兰固定；所述第一固定轴(12)、第二固定轴(13)和第三固定轴(14)的直径依次递减，所述第一固定轴(12)与第二固定轴(13)之间形成台阶面，用于对内环进行限位；所述第三固定轴(14)侧壁上设置有螺纹；所述压轴承工装(2)包括同轴设置且直径递减的第一压轴(21)和第二压轴(22)和第三压轴(23)，所述第三压轴(23)一端设置有与第三固定轴(14)适配的中心孔；所述支撑工装(3)同轴依次设置且直径递减的第一支撑轴(31)和第二支撑轴(32)，所述第二支撑轴(32)与陀螺底座(02)的轴承安装孔适配。2.一种小型动力调谐陀螺轴承系统装配方法，其特征在于，采用权利要求1所述小型动力调谐陀螺轴承系统装配工装，包括如下步骤：步骤(1)：轴承、内轴套及外轴套清洗步骤(2)：装配两个轴承步骤(3)：轴承系统(03)预紧力调整(3.1)将两个轴承背对背安装于限位工装(1)上，轴承之间通过内轴套和外轴套进行支承，内轴套支撑内环，外轴套支撑外环，再将限位工装(1)置于手压床上，将压轴承工装(2)安装于轴承系统(03)上方，第三固定轴(14)伸入第三压轴(23)中心孔内，通过压轴承工装(2)沿轴向压紧轴承的内环，用数显测力计沿径向对外轴套施加拉力，测量外轴套在该状态下的最大拉力值；若最大拉力值大于预设范围最大值，则执行步骤(3.2)；若最大拉力值小于预设范围最小值，则执行步骤(3.3)；若最大拉力值在预设范围内，则执行步骤(4)；(3.2)拆除压轴承工装(2)、上端轴承和外轴套，对外轴套其中一个端面进行研磨后，返回步骤(3.1)；(3.3)拆除压轴承工装(2)、上端轴承和内轴套，对内轴套其中一个端面进行研磨后，返回步骤(3.1)；步骤(4)：轴承系统(03)预装配拆除压轴承工装(2)后，将锁紧螺母与第三固定轴(14)固定，使内环、内轴套紧密贴合；将与轴承系统(03)固定的限位工装(1)倒置，使轴承系统(03)装入陀螺底座(02)的轴承安装孔，通过第二安装孔(16)固定限位工装(1)与陀螺底座(02)，使限位工装(1)上表面与传感器(06)铁芯端面紧密贴合；步骤(5)：焊接对两个轴承的外环与陀螺底座(02)的轴承安装孔配合部位进行焊接，将两个轴承的外环、位于外环之间的外轴套固定在陀螺底座(02)的轴承安装孔中；步骤(6)：清理
拆除限位工装(1)及轴承系统(03)未与陀螺底座(02)固定的部分，清理焊接位置，并采用步骤(1)的方法清洗所拆除的部分；步骤(7)：轴承系统(03)正式装配(7.1)安装陀螺底座(02)上端轴承陀螺底座(02)上端朝上，在其下方放置支撑工装(3)，第二支撑轴(32)伸进陀螺底座(02)的轴承安装孔中，利用陀螺底座(02)的轴承安装孔上端固定的外环，按照步骤(2)完成轴承其余部分的装配，将该装配完成的轴承作为陀螺底座(02)上端轴承；(7.2)装入陀螺转子组件(01)将陀螺转子组件(01)支承轴由陀螺底座(02)上方伸入陀螺底座(02)上端轴承的内环内孔中，使陀螺转子组件(01)支承轴定位台阶与陀螺底座(02)上端轴承的内环端面贴合；(7.3)安装内轴套及陀螺底座(02)下端轴承将陀螺底座(02)下端朝上，将内轴套装入陀螺底座(02)的轴承安装孔固定的外轴套内，利用陀螺底座(02)的轴承安装孔下端固定的外环，按照步骤(2)完成轴承其余部分的装配，将该装配完成的轴承作为陀螺底座(02)下端轴承，最后安装电机转子组件(04)、垫片及锁紧螺母。3.根据权利要求2所述的一种小型动力调谐陀螺轴承系统装配方法，其特征在于：步骤(3.1)中，所述预设范围为(0.1,0.5)，单位为kg。4.根据权利要求3所述的一种小型动力调谐陀螺轴承系统装配方法，其特征在于：步骤(5)中，所述对两个轴承的外环与陀螺底座(02)的轴承安装孔配合部位进行焊接的具体实施方式为：将其中一个轴承的外环与陀螺底座(02)的轴承安装孔配合部位通过第一安装孔(15)采用激光点焊进行焊接，然后将陀螺底座(02)倒置，将其中一个轴承的外环与陀螺底座(02)的轴承安装孔配合部位采用激光点焊进行焊接。5.根据权利要求4所述的一种小型动力调谐陀螺轴承系统装配方法，其特征在于：步骤(1)中，所述轴承、内轴套及外轴套清洗的具体过程为：采用汽油、丙酮分别对轴承、内轴套及外轴套进行依次清洗，清洗后放置在洁净的电容器纸上，自然条件下晾置20min以上。6.根据权利要求5所述的一种小型动力调谐陀螺轴承系统装配方法，其特征在于：步骤(2)中，所述装配两个轴承的具体过程为：用天平称取定量的润滑脂，用竹签将润滑脂均匀涂抹在保持架及滚珠表面；用铜镊子夹取保持架置于外环内孔，并逐个夹取滚珠放置于保持架兜孔内，最后夹取内环置于保持架中心位置；按照上述步骤完成两个轴承的装配。7.根据权利要求2至6任一所述的一种小型动力调谐陀螺轴承系统装配方法，其特征在于：还包括以下步骤：步骤(8)：陀螺电机参数测试将陀螺电机接通三相交流电源，对其以下性能参数进行测试：启动时间、启动电流、工作电流、工作功率、惯性时间。

技术总结
本发明涉及小型动力调谐陀螺，具体涉及小型动力调谐陀螺轴承系统装配工装及方法，用于解决现有动力调谐陀螺轴承系统装配方法无法在安装轴承系统的同时保证传感器配合间隙的不足之处。该小型动力调谐陀螺轴承系统装配工装包括用于在轴承系统预紧状态下对内环定位且对传感器配合间隙限位的限位工装、用于在轴承系统预紧力调整时压紧内环的压轴承工装和用于在轴承正式装配时支撑保持架及内环的支撑工装。同时，本发明还提供一种小型动力调谐陀螺轴承系统装配方法。陀螺轴承系统装配方法。陀螺轴承系统装配方法。


技术研发人员：司玉辉 蔡曜 郭月 王玉琢 张力 郭伟 阮芳 武展 刘缵
受保护的技术使用者：西安航天精密机电研究所
技术研发日：2021.11.15
技术公布日：2022/3/8