CN101508339A - 直联式摇臂结构直流电动舵机 - Google Patents
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Abstract
直联式摇臂结构直流电动舵机，涉及一种直流电动舵机。包括安装支架、电机、与电机相连的减速器、与减速器输出轴紧固联接的摇臂，摇臂用于控制舵面转动，还包括角位移传感器；其特征在于：上述角位移传感器输入轴通过所述摇臂与所述减速器输出轴同轴紧固联接；上述摇臂与减速器输出轴及角位移传感器输入轴联接处为开口式结构；通过开口式结构，采用紧固螺钉夹紧；上述减速器输出轴在安装端的外表面有止动平面；通过止动平面与止动螺钉配合进一步保证摇臂与减速器输出轴同轴转动。该舵机具有紧固性可靠、结构简单、维护方便、精度高优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流电动舵机，尤其涉及关于对直流电动舵机摇臂结构的技术改进。
背景技术
舵回路是航空飞行器中不可缺少的组成部分，是其控制系统的执行机构。舵回路由舵机和控制器组成，其中舵机是执行单元。飞行器的各种运动都要靠舵机带动舵面偏转来实现。舵机实际为一位置伺服系统，是典型的机电一体化高科技产品。
直流电动舵机以电力为能源，一般结构如图3所示，通常由直流电动机1、减速机构2、角位移传感器3等组成。舵机一般通过改变电动机的电枢电压或激磁电压，直接控制舵机输出轴的转速与转向。通过摇臂4(或鼓轮方式)将舵机输出轴和舵面拉杆连接，控制舵面偏转。角位移传感器输入轴与传动机构5相连，获取角位置信号反馈到舵回路的输入端，从而使控制信号与舵偏角一一对应。
在小型飞行器上，摇臂是舵机常见的力矩输出方式。摇臂与舵机减速器之间的连接紧固问题是舵机设计的一项关键技术。舵机通常在有振动、冲击等恶劣条件下工作，连接件之间容易出现松动。如果摇臂与减速器之间出现松动，将对控制系统带来很严重的影响，因此防松设计得到了广泛重视。
经过长期的实践探索，人们对于摇臂紧固方式提出了很多解决方案。常见的方式有以下3种：(1)摇臂和减速器输出轴通过键连接过盈配合的方式进行连接，同时减速器通过齿轮传动与角位移传感器相联，实现减速器与角位移传感器之间的随动。以上做法可以解决大多数应用场合的需要，带来的问题是结构复杂、装配繁琐、存在间隙、体积和重量增加、使用维护性较差，如需更换摇臂或角位移传感器时比较麻烦；(2)通过销钉将减速器主轴与摇臂连接，这种方式在输出力矩不大(小于0.2Kgm)场合可以使用，装配也比较方便。由于减速器主轴、摇臂、销钉三种零件所采用的金属材料不同，热处理、淬火或调质技术要求不同，零件硬度、强度不一致，存在的问题是长时间摇臂重复使用后会慢慢出现间隙增大的情况，同时由于销钉要穿过减速器主轴，因此在淬火的减速器主轴上要进行钻孔，难度较大，又破坏了轴的强度，在大的输出力矩应用场合强度问题突出；(3)采用减速器主轴与摇臂点焊的方法，点焊后二者连成一体。这种方式优点是有效消除了间隙，解决了松动问题，带来的问题是点焊会造成零件的局部变形，维护性差，一般只能一次性使用。
上面几种形式的舵机为了同步测量舵机角位移，在角位移传感器输入轴和减速器之间一般设计专门的齿轮传动机构，使两者随动。该设计导致了减速器结构复杂，舵机体积和重量增加。同时为了保证测量精度，对于齿轮传动机构的加工精度、装配提出了很高的要求。
目前国内直流电动舵机的电机、角位移传感器、减速机构、机械加工件多为自行研制加工，生产周期较长，结构复杂，批量生产质量难以保证。其减速机构的齿轮箱设计加工成本高，可靠性和加工精度比国外同档次产品低，同时存在舵机间隙大、一致性差和机械加工难等问题。
发明内容
本发明针对舵机摇臂紧固方式，提出了一种紧固性可靠、结构简单、维护方便、精度高的直联式摇臂结构直流电动舵机。
一种直联式摇臂结构直流电动舵机，包括安装支架、电机、与电机相连的减速器、与减速器输出轴紧固联接的摇臂，摇臂用于控制舵面转动，还包括角位移传感器；
其特征在于：
上述角位移传感器输入轴通过所述摇臂与所述减速器输出轴同轴紧固联接；
上述摇臂与减速器输出轴及角位移传感器输入轴联接处为开口式结构；通过开口式结构，采用紧固螺钉夹紧；
上述减速器输出轴在安装端的外表面有止动平面；通过止动平面与止动螺钉配合进一步保证摇臂与减速器输出轴同轴转动。
因此，本发明具有以下优点：(1)结构简单，加工方便；(2)提高了可维护性。结构的简化，使得安装方便且易于使用维护；(3)长时间在额定载荷下工作不会出现摇臂松动现象，夹紧牢固，防松性能良好，性能可靠；(4)通过对300多只该型舵机的实际使用，舵机从未出现故障，说明该结构舵机的故障率极低。
附图说明
图1是本发明的安装结构示意图；
图2是本发明中直联式摇臂结构示意图；
图中标号名称：1、电机，2、角位移传感器，3、舵机基座，4、电机压板，5、电机支架，6、减速器，7、伺服安装组件，8、摇臂，9、关节轴承，10、引出线，11、电连接器，12、连接器支架，13、沉头螺钉，14、紧固螺钉，15、平圆头螺钉，16、平垫片，17、弹簧垫片，18、六角螺母，19、止动螺钉，20、止动平面，21、电机罩壳，22、开口结构，23、轴承安装孔，24、止动螺钉安装孔，25、紧固螺钉安装孔。
具体实施方式
通过实施例，结合附图，对本发明的技术方案进行进一步具体说明：
实施例
本实施例描述的直联式摇臂结构直流电动舵机主要由舵机基座3、摇臂8、电机组件、角位移传感器2和电连接器11组成，具体如图1、2所示。其中电机组件包括电机1和减速器6两部分，采用瑞士MAXON公司的订制产品，根据舵机总体技术指标通过理论计算选择电机型号和减速器的减速比。
舵机机加件主要包括舵机基座3、电机罩壳21、电机压板4、连接器支架12和摇臂8。其中摇臂8选用30CrMnSi材料加工，其它机加件均采用硬铝材料(LY12)加工，在机械加工工艺过程中，通过粗加工、半精加工、精加工、二次失效处理和表面处理，防止变形、塑性降低。摇臂8加工时先采用线切割方法制作毛坯件，失效处理后进行精加工，再经过表面处理，最后采用过盈配合的方式安装关节轴承9。对于1.0Kgm以下的力矩输出范围，摇臂的强度满足要求，不会发生变形。
舵机基座3在机械设计时要保证电机组件和角位移传感器2安装后出轴共线。摇臂8安装后电机组件和角位移传感器2转动轴线应重合。角位移传感器2选用进口产品，提供配套安装组件。角位移传感器2的安装采用端面定位和伺服安装组件紧固相结合的方式，既保证安装牢固同时安装位置又可以在一定范围内调整。
摇臂8紧固方式采用夹紧和平面止动相结合的方式(参见附图1，A-A剖视)。其原理是利用摩擦力效应，采用开口式结构22将减速器6主轴夹紧，另一方面采用止动螺钉19，压紧减速器主轴止动平面20，并采用弹簧垫片17和螺母18锁紧的方法，形成双重保险的效果，防止松动。
角位移传感器2出轴夹紧与减速器主轴夹紧的原理相同，区别在于该出轴不是承力部件，只要与摇臂随动即可，但不允许出现松动现象，因此在紧固螺钉14上也安装了弹簧垫片17。
舵机由多个零件以积木式的拼接方式在基座上完成组装、调试，步骤如下：
(1)关节轴承9与摇臂8装配
将关节轴承9压入摇臂8安装孔，并在安装交界处打洋冲孔防止松动。
(2)电机组件与舵机基座3装配
将电机支架5与舵机基座3使用沉头螺钉13相连。
电机组件通过电机支架5和电机压板4借助平圆头螺钉15、平垫片16、弹簧垫片17与舵机基座3相连接。在安装电机组件的同时应将摇臂8套入电机组件出轴(减速器6输出轴)，安装固定电机的4套安装组件(由平圆头螺钉15、平垫片16、弹簧垫片17组合使用)。
将六角螺母18旋到止动螺钉19上直至螺纹底部，加装弹簧垫片17，用于电机止动。通过摇臂8止动螺钉安装孔24观察减速器主轴，看安装孔是否处于主轴止动平面20位置，否则，可通过旋转摇臂8或对电机组件瞬时通电旋转的办法使止动螺钉安装孔24处为止动平面20。将止动螺钉19旋入止动螺钉安装孔24，拧紧后将六角螺母18锁紧。
(3)电机组件与角位移传感器2零位调节
将角位移传感器2安装至舵机基座3，前出轴伸入摇臂8的孔内。用3只配套的伺服安装组件7将角位移传感器2与舵机基座3连接。
采用对电机组件加低电压的方法将摇臂8转到与舵机基座3垂直，用螺丝起调整角位移传感器2的后出轴，使角位移传感器2的输出端处于工作区的中心位置，即输出端与两个固定端之间的阻值接近相等。把摇臂8的两颗紧固螺钉14拧紧。
将连接器支架12通过沉头螺钉13与舵机基座3连接。
(4)电连接器11安装和引线焊接
将电机组件输出端和角位移传感器2接线端子通过引出线10连接至电连接器11。通过平圆头螺钉15、平垫片16和弹簧垫片17将电连接器11固定到连接器支架12。通过平圆头螺钉15将电机罩壳21与电机压板4、电机支架5相连。
本实施例描述的直联式摇臂结构直流电动舵机以电机组件和角位移传感器2出轴轴径相同的情况为例，根据不同的功率和工作电转角需求可以选用不同直径的电机组件和角位移传感器2，只需将摇臂8的安装孔径作相应更改即可。
直联式摇臂结构舵机特点在于：(1)设计合理，通过对减速器选型订购，避免了繁琐的减速器加工和传动部分设计，减轻了舵机重量，成本相对较低；(2)结构简单，加工方便，通过摇臂8将电机组件出轴和角位移传感器2出轴直接连接，减速器6和角位移传感器2同步转动，摇臂既作为力矩输出部件又有联轴器的作用，结构上得到了简化；(3)结构设计保证了舵机可以提供宽转角范围的转矩输出(通过选用不同型号角位移传感器，工作转角最大可达240度)。
本文较多地使用了电机组件、电机、减速器、紧固螺钉、止动螺钉、止动平面、开口结构、角位移传感器、舵机基座、电机压板、电机支架、电机罩壳、伺服安装组件、摇臂、关节轴承、引出线、电连接器、连接器支架、沉头螺钉、内六角螺钉、平圆头螺钉、平垫片、弹簧垫片和六角螺母等术语，但不排除使用其它术语的可能性，使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质。
Claims (1)
1、一种直联式摇臂结构直流电动舵机，包括安装支架、电机、与电机相连的减速器、与减速器输出轴紧固联接的摇臂，摇臂用于控制舵面转动，还包括角位移传感器；其特征在于：
上述角位移传感器输入轴通过所述摇臂与所述减速器输出轴同轴紧固联接；
上述摇臂与减速器输出轴及角位移传感器输入轴联接处为开口式结构；通过开口式结构，采用紧固螺钉夹紧；
上述减速器输出轴在安装端的外表面有止动平面；通过止动平面与止动螺钉配合进一步保证摇臂与减速器输出轴同轴转动。
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