一種電動舵的製造方法

2023-06-04 12:06:26

一種電動舵的製造方法
【專利摘要】本發明屬於一種飛行器舵面控制【技術領域】，具體公開一種電動舵機，殼體和端蓋構成腔體，該腔體內設有舵機輸出軸，舵機輸出軸由鋼輪和位於鋼輪內的第一輸出軸組成，鋼輪位於端蓋內，第一輸出軸的一端位於殼體內，第一輸出軸的另一端位於端蓋內；第一輸出軸的一端與鋼輪之間套有諧波凸輪，諧波凸輪外套有輸入剛輪，鋼輪外還套有第二錐齒輪，第二錐齒輪的側壁與諧波凸輪的側壁貼合、且兩者之間固定連接；電機輸出軸位於殼體內，第一錐齒輪套在電機輸出軸外，第二錐齒輪與第一錐齒輪通過齒輪嚙合；反饋電位計的電位計輸出軸嵌套在第一輸出軸內。該舵機能夠在實現柔性連接的同時保證連接剛度，提高舵機的可靠性以及舵機系統的動態響應。
【專利說明】—種電動蛇機【技術領域】
[0001]本發明屬於一種飛行器舵面控制【技術領域】，具體涉及一種應用於飛行器舵面控制的電動舵機。
【背景技術】
[0002]電動舵機作為一般低、近空飛行器舵面控制的執行機構，近年來得以快速發展。電動舵機一般由電機、傳動機構和反饋電位計等關鍵部件組成，彼此之間的連接結構設計對電動舵機整體性能改善起著重要作用。
[0003]反饋電位計用於測量電動舵機輸出軸的擺角，用於電動舵機的閉環控制，其可靠性至關重要。目前反饋電位計輸出軸與舵機輸出軸均採用剛性相連；而舵機輸出軸與直接承受負載力的舵又彼此剛性連接。由此，造成舵所承受的各種負載力會直接傳給反饋電位計，從而影響電位計工作可靠性，例如反饋電位計滑刷與導電體之間的接觸異常，嚴重的會造成電位計損壞，從而使舵機系統開環。
[0004]諧波齒輪廣泛用於電動舵機的傳動機構。目前諧波凸輪、輸出剛輪與舵機輸出軸大多採用分體設計，傳動剛度也相對較差。由此限制了舵機系統的動態響應。
[0005]伺服電機是電動舵機的動力和控制部件，其輸出軸的第一級傳動通常為錐齒輪，而電機輸出軸與錐齒輪的連接設計也是一個弱點，支撐剛度低，在交變重載情況下，對電機性能造成較嚴重影響。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在於提供一種電動舵機，該舵機能夠在實現柔性連接的同時保證連接剛度，提高舵機的可靠性以及舵機系統的動態響應。
[0007]實現本發明目的的技術方案:一種電動舵機，該舵機包括電機、諧波凸輪、端蓋、舵機輸出軸、輸入剛輪、殼體、反饋電位計、第一錐齒輪、第二錐齒輪；殼體和端蓋構成腔體，該腔體內設有舵機輸出軸，舵機輸出軸由剛輪和位於剛輪內的第一輸出軸組成，剛輪位於端蓋內，第一輸出軸的一端位於殼體內，第一輸出軸的另一端位於端蓋內；殼體內還設有諧波凸輪、輸入剛輪、反饋電位計、第一錐齒輪、第二錐齒輪，第一輸出軸的一端與剛輪之間套有諧波凸輪，諧波凸輪外套有輸入剛輪，剛輪外還套有第二錐齒輪，第二錐齒輪的側壁與諧波凸輪的側壁貼合、且兩者之間固定連接；電機輸出軸位於殼體內，第一錐齒輪套在電機輸出軸外，第二錐齒輪與第一錐齒輪通過齒輪嚙合；反饋電位計的電位計輸出軸嵌套在第一輸出軸內。
[0008]所述的反饋電位計輸出軸通過非金屬連接塊與舵機輸出軸的第一輸出軸柔性連接。
[0009]所述的剛輪和第一輸出軸採用一體式結構。
[0010]所述的第一錐齒輪與殼體之間設有第三軸承
[0011]所述的第三軸承與電機之間套有限位套筒。[0012]所述的舵機輸出軸與諧波凸輪之間設有深溝球軸承，舵機輸出軸與第二錐齒輪之間設有角接觸軸承。
[0013]所述的深溝球軸承和角接觸軸承的外側各設有一個第一調整墊片。
[0014]本發明的有益技術效果在於:(1)針對反饋電位計與舵機輸出軸的剛性連接問題，本發明提出柔性連接解決方案，即採用非金屬元件實現反饋電位計擺軸與舵機輸出軸的連接，非金屬元件與兩者均採用過盈配合，以在實現柔性連接的同時保證連接剛度。(2)針對諧波齒輪部分的傳動剛度較差問題，本發明採用剛輪與舵機輸出軸一體化的設計方案，改善整體剛度。(3)針對電機輸出軸連接問題，本發明採用在錐齒輪上再增加軸承和限位套筒的定位連接方案，提高電機輸出軸的支撐剛度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發明所提供的一種電動舵機的結構示意圖；
[0016]圖2是本發明所提供的反饋電位計擺軸與舵機輸出軸的柔性連接結構示意圖；
[0017]圖3本發明所提供的舵機剛輪與舵機輸出軸一體化的結構示意圖；
[0018]圖4本發明所提供的減小電機輸出軸軸向脈動及提高其支撐剛度的結構示意圖。
[0019]圖中:1.電機，2.諧波凸輪，2a.柔輪，3.端蓋，4.第一軸承；
[0020]5.舵機輸出軸,5a.輸出剛輪,5b.第一輸出軸；
[0021]6.電位計輸出軸,7.過渡塊,8.第一調整墊片,9.第二軸承，10.第二調整墊片，
11.輸入剛輪，12.殼體，13.反饋電位計，14.角接觸軸承，15.第三軸承，16.限位套筒，
17.擋圈，18.第一錐齒輪，19.銷釘，20.第二錐齒輪，21.電位計壓板，22.軸承擋板，23.連接螺釘。
【具體實施方式】
[0022]以下結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細進行說明。
[0023]圖1是本發明所提供的一種電動舵機的結構示意圖，該舵機包括電機1、諧波凸輪
2、柔輪2a、端蓋3、第一軸承4、舵機輸出軸(輸出剛輪)5、電位計輸出軸6、過渡塊7、第一調整墊片8、第二軸承9、第二調整墊片10、輸入剛輪11、殼體12、反饋電位計13、角接觸軸承
14、第三軸承15、限位套筒16、擋圈17、第一錐齒輪18、銷釘19、第二錐齒輪20、電位計壓板21、軸承擋板22、連接螺釘23。
[0024]圖2是反饋電位計13的電位計輸出軸6與舵機輸出軸5的柔性連接結構示意圖。如圖2和圖1所示，反饋電位計輸出軸6通過非金屬圓柱形連接塊7與舵機輸出軸5實現柔性連接。具體實施如下:首先將非金屬圓柱形連接塊7壓入舵機輸出軸5的內孔，然後將反饋電位計輸出軸6推入非金屬圓柱形連接塊7 (本例採用氟塑料材料)的內孔，在推入過程中採用推力工裝，嚴格控制反饋電位計輸出軸6的軸向載荷(本例中軸向載荷小於2N)，尺寸上反饋電位計輸出軸6端面高於非金屬圓柱形連接塊端面Imm;並在外側安裝擋圈17。採用非金屬連接體，可以顯著緩衝負載脈動對反饋電位計13輸出軸的影響；過盈配合用於保證連接剛度。為了將電位計輸出軸6承受的軸向載荷轉化到殼體12承載，電位計壓板21將反饋電位計13固定在殼體12內，且電位計壓板21與殼體12之間通過螺釘固定連接。
[0025]圖3是舵機剛輪與舵機輸出軸一體化的結構示意圖。如圖3和圖1所示，舵機輸出軸5由輸出剛輪5a和與負載相適應的第一輸出軸5b組成。一般設計是輸出剛輪5a和第一輸出軸5b之間是兩體式結構，連接後定位精度難以保證。本發明的舵機輸出軸5的輸出剛輪5a和第一輸出軸5b採用一體式結構，並且將舵機輸出軸5作為諧波凸輪2的支撐基體，舵機輸出軸5與諧波凸輪2之間通過兩個深溝球軸承9進行定位。舵機輸出軸5與第二錐齒輪20的一端之間設有用於承受軸向力的角接觸軸承14。深溝球軸承9和角接觸軸承14的外側各設有一個第一調整墊片8。
[0026]第二錐齒輪20通過連接螺釘23與諧波凸輪2剛性連接，將第一錐齒輪的轉動傳遞給諧波凸輪2 ;諧波凸輪2外套有柔輪2a，且兩者之間過盈配合。輸入剛輪11與殼體12通過螺釘剛性連接，輸入剛輪11與柔輪2a嚙合，輸入剛輪11的齒數與柔輪2a的齒數差兩個齒，同時由於輸入剛輪11靜止不動，因此諧波凸輪2轉動一周，柔輪2a相對輸入剛輪11轉過兩個齒，柔輪2a的齒數與輸出剛輪5a齒數相同，將轉速和力矩傳遞給舵機輸出軸5，帶動舵機輸出軸5同向轉動。此一體化設計在提高剛度的同時，改善了諧波齒輪2的嚙合平穩及嚙合側隙分布均勻性，消除了由於不同軸嚙合造成的局部齒根應力集中，使電動舵機輸出扭矩能力提高了至少20%，同時由於系統剛度的提高，系統頻帶寬度提高了將近10%。
[0027]舵機輸出軸5通過兩個第一軸承4定位，第一軸承4與舵機輸出軸5的軸肩之間設有第二調整墊片10。第一調整墊片8和第二調整墊片10用於方便裝配。殼體12和端蓋3構成圓柱形腔體，端蓋3與殼體12之間通過螺栓固定連接。
[0028]圖4是減小電機I的輸出軸的軸向脈動及提高其支撐剛度的結構示意。如圖4和圖1所示，第一錐齒輪18套在電機I的輸出軸外，第一錐齒輪18嵌套在殼體12內，在第一錐齒輪18與殼體12之間增加第三軸承15，第三軸承15與電機I之間套有限位套筒16，第三軸承15的軸向定位由限位套筒16實現，錐齒輪18與電機I的輸出軸採用銷釘19實現定位連接，且銷釘19垂直於電機I的輸出軸的軸線。現有設計中，通常沒有第三軸承15，第一錐齒輪18相當於懸臂安裝。第一錐齒輪18上增加第三軸承15後，可以顯著提高電機I的輸出軸的支撐剛度。採用了本發明連接結構後，消除了原有設計中電機I的輸出軸難以消除的抖動，提高電機I工作的可靠性。第一錐齒輪18與第二錐齒輪20通過齒輪嚙合，第二錐齒輪20通過連接螺釘23與諧波凸輪2剛性連接，將第一錐齒輪的轉動傳遞給諧波凸輪2，諧波凸輪2帶動柔輪2a與輸出剛輪5a齒輪嚙合，將轉速和力矩傳遞給舵機輸出軸5，通過調節電機I的轉速和力矩，最終實現控制負載按照控制指令擺動的目的。
[0029]如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本發明所提供的一種電動舵機的工作原理:電機I通過錐齒輪18 —級減速和諧波齒輪2的二級減速，將電機I的力矩傳遞到舵機輸出軸5，電位計輸出軸6與舵機輸出軸5連接，用於位置閉環，實現舵機驅動舵面隨照指令運動。電動舵機的工作原理如下:
[0030]第一錐齒輪18通過銷釘19與電機I的輸出軸剛性連接，將電機I的轉速和力矩通過齒輪嚙合傳遞給第二錐齒輪20，第二錐齒輪20通過連接螺釘23與諧波凸輪2剛性連接，第二錐齒輪20帶動諧波凸輪2轉動，諧波凸輪2帶動柔輪2a與輸入剛輪11和輸出剛輪5a進行差動嚙合，將轉速和力矩傳遞給輸出剛輪5a，由於輸出剛輪5a與舵機輸出軸5 —體化設計，因此通過兩次齒輪減速，將電機I的轉速和力矩傳遞給負載，最終通過控制電機I達到使負載按照指令進行擺動。
[0031]上面結合附圖和實施例對本發明作了詳細說明，但是本發明並不限於上述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下作出各種變化。本發明中未作詳細描述的內容均可以採用現有技術。
【權利要求】
1.一種電動舵機，其特徵在於:該舵機包括電機(I)、諧波凸輪(2)、端蓋(3)、舵機輸出軸(5)、輸入剛輪(11)、殼體(12)、反饋電位計(13)、第一錐齒輪(18)、第二錐齒輪(20);殼體(12)和端蓋(3)構成腔體，該腔體內設有舵機輸出軸(5)，舵機輸出軸(5)由輸出剛輪(5a)和與負載相適應的第一輸出軸(5b)組成,輸出剛輪(5a)位於端蓋(3)內，第一輸出軸(5b)的一端位於殼體(12)內，第一輸出軸(5b)的另一端位於端蓋(3)內；殼體(12)內還設有諧波凸輪(2)、輸入剛輪(11)、反饋電位計(13)、第一錐齒輪(18)、第二錐齒輪(20)，第一輸出軸(5b )的一端與剛輪(5a)之間套有諧波凸輪(2 )，諧波凸輪(2 )外套有輸入剛輪(11)，剛輪(5a)外還套有第二錐齒輪(20)，第二錐齒輪(20)的側壁與諧波凸輪(2)的側壁貼合、且兩者之間固定連接；電機(I)輸出軸位於殼體(12)內，第一錐齒輪(18)套在電機(I)輸出軸外，第二錐齒輪(20)與第一錐齒輪(18)通過齒輪嚙合；反饋電位計(13)的電位計輸出軸(6)嵌套在第一輸出軸(5b)內。
2.根據權利要求1所述的一種電動舵機，其特徵在於:所述的反饋電位計輸出軸(6)通過非金屬連接塊(7)與舵機輸出軸(5)的第一輸出軸(5b)柔性連接。
3.根據權利要求1或2所述的一種電動舵機，其特徵在於:所述的輸出剛輪(5a)和第一輸出軸(5b)採用一體式結構。
4.根據權利要求3所述的一種電動舵機,其特徵在於:所述的第一錐齒輪(18)與殼體(12 )之間設有第三軸承(15)。
5.根據權利要求4所述的一種電動舵機，其特徵在於:所述的第三軸承(15)與電機(I)之間套有限位套筒(16)。
6.根據權利要求5所述的一種電動舵機，其特徵在於:所述的舵機輸出軸(5b)與諧波凸輪(2 )之間設有深溝球軸承(9 )，舵機輸出軸(5b )與第二錐齒輪(20 )之間設有角接觸軸承(14)。
7.根據權利要求6所述的一種電動舵機，其特徵在於:所述的深溝球軸承(9)和角接觸軸承(14)的外側各設有一個第一調整墊片(8)。
【文檔編號】B64C13/50GK103523207SQ201210230666
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年7月4日 優先權日:2012年7月4日
【發明者】張龍, 田勝利, 聶振金, 王取, 王春俠 申請人:北京精密機電控制設備研究所, 中國運載火箭技術研究院