Карданный подвес с системой терморегулирования
Полезная модель «Карданный подвес с системой терморегулирования» относится к области приборостроения, а точнее, к системам управления пространственным перемещением какого-либо объекта, в том числе, в условиях космического пространства, и может быть использована в следящих приборах, роботизированных комплексах, лидарных станциях и высокоточных системах управления оружием. Сущность изобретения состоит в том, что в карданном подвесе с системой терморегулирования, включающем внешнюю раму, установленную в корпусе с возможностью вращения, размещенную в ней вращающуюся внутреннюю раму, в которой закреплена нагрузка, терморегулятор, температурные датчики и связывающий их блок управления системой термостатирования (БУСТ), представляющие в совокупности замкнутую автоматическую систему, терморегулятор выполнен в виде ряда нагревательных пластин, установленных на внутренней поверхности внешней рамы симметрично друг другу, с наружной стороны которой в зоне нагревательных пластин размещены температурные датчики. Технический результат выражается в повышении точности позиционирования тела нагрузки за счет устранения неравномерности нагрева узлов крепления двухкоординатного поворотного устройства.
Полезная модель относится к области приборостроения, а точнее, к системам управления пространственным перемещением какого-либо объекта, в том числе, в условиях космического пространства, и может быть использована в следящих приборах, роботизированных комплексах, лидарных станциях и высокоточных системах управления оружием.
В основе двухкоординатных поворотных устройств лежит кинематический механизм, обеспечивающий вращение двух валов под переменным углом благодаря подвижному соединению звеньев. Последовательное соединение двух карданных механизмов представляет собой карданное устройство.
Это устройство широко известно и описано, например, в авторском свидетельстве 
176080, G01c, публ. 26.10.1965 г., патенте RU 2329467, G01C 19/44, публ. 20.07.2008 г., или патенте RU2395108, G02B 26/10, публ. 10.03.2010 г. Указанные технические решения, в основном, представляют собой кинематическую систему, состоящую из наружной рамки, установленной в подшипниках корпуса, и внутренней рамки, установленной в подшипниках наружной рамки, при этом во внутренней рамке жестко закреплена управляемая нагрузка, которая изменяет свое пространственное положение (перемещается) относительно неподвижного корпуса по сформированным командам, преобразованным в воздействие на нее при помощи приводов вращения, размещенных на валах карданного подвеса.
Следствием вышесказанного является то, что поворотный механизм требует значительных затрат энергии на каждое перемещение и контроль текущего положения, приводящих к нагреву подшипниковых узлов крепления и, соответственно, взаимному смещению установленных в них валов, в результате чего возникает погрешность при определении положения тела нагрузки, снижающая точность позиционирования, например, линии визирования для случая оптико-электронного прибора (ОЭП).
Известно устройство, описанное в патенте US 7671311 B2 «Карданный подвес с воздушной системой охлаждения», H42B 1/00, публ. 02.03.2010 г., выбранное в качестве прототипа. Устройство состоит из внешней рамы, установленной в подшипниках в корпусе, внутренней рамы, закрепленной в подшипниках во внешней раме, снабженной нагрузкой - системой сканирования ОЭП, узла воздушного охлаждения, представляющего собой вентилятор, температурных датчиков, размещенных во внутреннем объеме карданного подвеса, и блока управления термодатчиками, соединенного выходом с приводом вращения вентилятора.
К недостаткам вышеуказанного технического решения следует отнести невозможность обеспечения равномерного охлаждения всей рабочей площади поверхности рамок карданного подвеса и тела нагрузки, а также формирование температурного градиента в направлении движения потока воздуха, что в совокупности препятствует обеспечению одинаковой температуры механических элементов рассматриваемой системы и не позволяет достичь требуемых точностей отработки углов поворота валов карданного подвеса. Кроме того, данное устройство охлаждения неприменимо в условиях разреженной атмосферы из-за отсутствия воздушных масс.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание двухкоординатного поворотного устройства, обладающего высокой точностью управления положением закрепленного в нем тела нагрузки в любых атмосферных условиях.
Данная задача решается за счет того, что в карданном подвесе с системой терморегулирования, включающем внешнюю раму, установленную в корпусе с возможностью вращения, размещенную в ней вращающуюся внутреннюю раму, в которой закреплена нагрузка, терморегулятор, температурные датчики и связывающий их блок управления системой термостатирования (БУСТ), представляющие в совокупности замкнутую автоматическую систему, при этом терморегулятор выполнен в виде ряда нагревательных пластин, установленных на внутренней поверхности внешней рамы симметрично друг другу, с наружной стороны которой в зоне нагревательных пластин размещены температурные датчики.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение точности позиционирования тела нагрузки за счет устранения неравномерности нагрева узлов крепления двухкоординатного поворотного устройства.
Выполнение терморегулятора как нагревательных элементов и в виде пластин, установка их непосредственно на поверхности внешней рамы 3 и размещение датчиков 4 в их зоне действия позволило измерять и регулировать нагрев механических элементов в самой рабочей зоне, обеспечивая тем самым высокую точность измерения их температуры и ее своевременную стабилизацию в условиях пониженного давления.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1, иллюстрирующей ее общий вид.
Заявляемое техническое решение включает в себя сканирующее зеркало 1, установленное на оси внутренней рамы 2 карданного подвеса. На внутренней стороне наружной рамы 3 карданного подвеса, закрепленной в корпусе (на чертеже не показан), размещены попарно четыре нагревательных элемента 4 (41, 42, 43, 4 4) с одной стороны и четыре - с противоположной (4 5, 46, 47, 48 - на чертеже не показаны). При этом в зоне каждой пары нагревательных элементов на наружной стороне рамы 3 установлены термодатчики - терморезисторы 5 (51, 52; 53 и 54 на чертеже не показаны). Термодатчики 5 подключены к входу блока управления термостатированием 6, в котором осуществляется преобразование измеряемых температур в сигналы управления, а выходы БУСТ 6 подсоединены к соответствующим входам пластинчатых нагревательных элементов 4 (41-48).
Работает устройство следующим образом. В процессе эксплуатации изделия периодически, например, один раз в секунду, осуществляют опрос термодатчиков 5. Сигналы с них направляют в БУСТ 6, в котором с помощью программных средств фиксируют датчик с максимальной величиной электрического сигнала, а затем определяют разностный сигнал между максимальным и измеренными значениями соответствующих датчиков. По полученным разностям формируют управляющее воздействие (напряжение питания) для каждого нагревательного компонента, при этом в процессе изготовления устройства осуществляют калибровку каждого датчика с вычислением и запоминанием поправочного коэффициента, а после каждого измерения температуры корректируют управляющее воздействие с учетом запомненных поправочных коэффициентов. Таким образом, сформированное напряжение питания для нагревательных элементов 4 (41-48 ) компенсирует температурный градиент во внутреннем пространстве карданного подвеса с зеркалом.
В качестве нагрузки используется сканирующее зеркало ОЭП, установленное в карданном подвесе с высокоточными датчиками углов и момента, размещенными на двух взаимно перпендикулярных валах. Подшипники для установки валов используются покупные, а рамы изготавливаются из титанового сплава марки ВТ 1-0. Для реализации БУСТ 6 применяются стандартные блоки, материалы и оборудование.
Таким образом, использование в приборе системы термостабилизации позволяет определять углы поворота сканирующего зеркала с точностями порядка единиц угл. с.
Итак, предлагаемая полезная модель обеспечивает:
- высокие точности термостатирования,
- простоту технологического процесса изготовления,
- надежность в эксплуатации.
Карданный подвес с системой терморегулирования, содержащий внешнюю раму, установленную в корпусе с возможностью вращения, размещённую в ней вращающуюся внутреннюю раму, в которой закреплена нагрузка, терморегулятор, температурные датчики и связывающий их блок управления термостатированием, отличающийся тем, что терморегулятор выполнен в виде ряда нагревательных пластин, установленных на внутренней поверхности внешней рамы симметрично друг другу, с наружной стороны которой в зоне нагревательных пластин размещены температурные датчики.
