CN102062192A - 一种偏心杠杆式轻型伺服机构 - Google Patents

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张洪波
周蓓
崔佩娟
黄玉平
王春明
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本发明涉及机械驱动机构，使之相对于另一结构有枢轴转动，具体公开了一种偏心杠杆式轻型伺服机构。该机构包括外锥齿轮、内锥齿轮、机壳、行星架以及折杆，内锥齿轮内部为圆锥形齿轮结构，并与机壳左端相匹配，行星架通过行星架滚针轴承，及推力滚针B与推力滚针A，紧密安装在机壳内部；行星架内部开有偏心阶梯通孔，且折杆左侧阶梯棒状结构的输入端安装在行星架的偏心阶梯通孔中，并通过折杆滚针轴承与角接触球轴承将折杆支撑在行星架上，外锥齿轮固定在折杆输入端的前端，并与内锥齿轮相啮合。本发明的行星架设置在外锥齿轮和内锥齿轮的右侧，减小了行星架的尺寸，满足安装空间小，变工况负载功率大，以及高刚度、高强度、总重量轻等要求。

Description

一种偏心杠杆式轻型伺服机构
技术领域
本发明涉及机械驱动机构，使之相对于另一结构有枢轴转动，具体涉及一种偏心杠杆式轻型伺服机构。
背景技术
传统的舵面操纵方式是通过驱动舵轴旋转而使舵面摆动，但是在舵厚较薄，舵轴细长、负载力矩非常大的场合下存在着气流诱发舵体振动所涉及的气动弹性耦合振动等问题。偏心杠杆是一种非传统观念的执行机构方案，它的输出段伸入后缘舵直接驱动舵面摆动。偏心杠杆有一个非常特别的优点，就是它的驱动力矩远小于负载力矩，最小时可以趋近于零。因此特别适用于舵厚较薄，舵轴细长、负载力矩大、安装空间狭小的后缘舵伺服机构。
在航天航空某些场合下伺服机构安装空间小，变工况负载功率大，同时要满足伺服机构高刚度、高强度、总重量轻等要求，使得伺服机构设计的输入和输出相互矛盾，机构设计难度大大提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可安装在狭长安装空间，且传动比可变的偏心杠杆式轻型伺服机构，可降低电机设计难度，降低电机输入功率，实现伺服舵机小型化。
本发明的技术方案如下：一种偏心杠杆式轻型伺服机构，包括外锥齿轮、内锥齿轮、机壳以及行星架，机壳内设行星架，机壳与内锥齿轮连接，外锥齿轮与内锥齿轮配合，还包括折杆，其中，机壳内部开有阶梯通孔，行星架径向端套有两个并列设置的行星架滚针轴承，左右两端设有推力滚针B与推力滚针A，并一起安装在机壳内部的阶梯通孔中；内锥齿轮与机壳左端相匹配，且内锥齿轮内部为圆锥形的齿轮结构，并利用内锥齿轮压紧行星架；行星架内部开有偏心阶梯通孔，且折杆左侧阶梯棒状结构的输入端安装在行星架的偏心阶梯通孔中，并通过折杆滚针轴承与角接触球轴承将折杆支撑在行星架上，外锥齿轮固定在折杆输入端的前端，并与内锥齿轮相啮合。
所述的折杆左侧输入端的轴线与右侧棒状结构的输出端的轴线形成折点O，且保证折杆折点O处于行星架最右端的中心轴线处。
所述的折杆输入端与输出端轴线所形成夹角的锐角为θ；所述行星架内部偏心阶梯通孔的轴线与行星架中心轴线的夹角为θ。
所述的行星架通过推力滚针A与两个并列设置的行星架滚针轴承紧密地安装在机壳内，其中，环形轴向推力滚针A设在机壳最右侧的阶梯棱上，两个并列的行星架滚针轴承套在行星架滚针轴承上，且在两个行星架滚针轴承之间设有环形的挡圈。
所述的折杆滚针轴承套在折杆输入端的后部，并与行星架内部偏心阶梯通孔的右边紧密配合，且保证折杆滚针轴承的左端卡在行星架偏心阶梯通孔的阶梯棱上，右端通过钢丝挡圈将其卡紧。
所述的角接触球轴承固定在折杆输入端的中部，其右侧顶住折杆输入端的阶梯棱上，左侧通过螺母挡圈与环形管状的调整环共同卡紧在行星架上。
所述的螺母挡圈与行星架偏心阶梯通孔的左侧通过螺纹连接匹配，并顶紧角接触球轴承的外圈，调节环顶紧角接触球轴承的内圈。
所述的外锥齿轮通过花键与折杆输入端的前部固定连接，并在外锥齿轮前依次安装大垫圈、弹簧垫圈和螺母将外锥齿轮固定在折杆上。
所述的内锥齿轮与外锥齿轮的齿轮齿数比为2∶1。
本发明的显著效果在于：本发明所述的一种偏心杠杆式轻型伺服机构，其行星架设置在外锥齿轮和内锥齿轮的右侧，较小了行星架的尺寸，有利于伺服机构的小型化；行星架滚针轴承与推力滚针，保证了行星架能承受径向载荷并防止轴向移动；折杆一体化设计，可以了传统分体式的弊端，可满足伺服机构安装空间小，变工况负载功率大，以及高刚度、高强度、总重量轻等要求
附图说明
图1为偏心杠杆式轻型伺服机构结构示意图；
图中：1、外锥齿轮；2、内锥齿轮；3、机壳；4、行星架；5、行星架滚针轴承；6、折杆滚针轴承；7、折杆；8、推力滚针A；9、钢丝挡圈；10、挡圈；11、角接触球轴承；12、推力滚针B；13、螺母挡圈；14、调整环；15、大垫圈；16、弹簧垫圈；17、螺母。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种偏心杠杆式轻型伺服机构，包括外锥齿轮1、内锥齿轮2、机壳3、行星架4以及折杆7，其中，机壳3内部开有圆柱形阶梯通孔，行星架4通过推力滚针A8和两个并列设置的行星架滚针轴承5与机壳3的内壁紧密接触，其中，环形的轴向推力滚针A8设置在机壳3最右侧的阶梯棱上，使行星架4的轴向端通过推力滚针A8与机壳3的内壁转动；两个并列的行星架滚针轴承5套在行星架4的中部，使行星架4的径向端通过行星架滚针轴承5与机壳3的内壁转动，且在两个行星架滚针轴承5之间安装有环形的挡圈10，防止行星架滚针轴承5相互窜动；内锥齿轮2与机壳3左侧相匹配，且内锥齿轮2通过推力滚针B12将行星架4压紧，使行星架4在左右两端安装的推力滚针B12、推力滚针A8与径向端安装的两个并列行星架滚针轴承5的共同作用下，在机壳3内部可沿X轴向转动，且无轴向窜动，其中，内锥齿轮2内部为一个圆锥形的齿轮结构。在行星架4内部开有偏心角度为θ的偏心阶梯通孔，且在行星架4的偏心阶梯通孔中安装有折杆7，其中，折杆7左侧阶梯棒状结构的输入端与右侧棒状结构的输出端的轴线形成折点O，且在折点O处，输入端与输出端轴线所形成夹角的锐角为θ，折杆7左侧的输入端安装在行星架4内部的偏心阶梯通孔中，右侧的输出端伸出机壳3最右端的通孔，且保证折杆7折点O处于行星架4最右端的轴线处，折杆7输入端的后部通过两个并排的折杆滚针轴承6与行星架4内部偏心阶梯通孔的右边紧密配合，且使折杆滚针轴承6的左端卡在行星架6的偏心阶梯棱上，并通过安装在折杆滚针轴承6右端钢丝挡圈9将其卡紧，使折杆滚针轴承6承受折杆7径向的力；折杆7输入端的中部直径略小于输入端的后部，并通过角接触球轴承11与行星架4的偏心阶梯通孔紧密配合，其中，角接触球轴承11右侧顶住折杆7输入端的阶梯棱，左侧通过螺母挡圈13与环形管状的调整环14共同卡紧在行星架4上，螺母挡圈13与行星架4偏心阶梯通孔的左侧通过螺纹连接匹配，顶紧角接触球轴承11的外圈，外锥齿轮1通过花键与折杆7输入端的前部固定连接，并通过调整环14顶紧角接触球轴承11的内圈，使角接触球轴承11承受折杆7轴向的力，其中，外锥齿轮1与内锥齿轮2通过齿轮咬合连接，内外齿轮的齿数比为2∶1，调整环14可以选择不同的尺寸，保证外锥齿轮1与内锥齿轮2的齿轮部分对齐匹配；在折杆7输入端的最前端依次安装有大垫圈15、弹簧垫圈16和螺母17，将外锥齿轮1固定在折杆7上。
本发明所述的一种偏心杠杆式轻型伺服机构具体工作原理为：折杆7的折角为θ，折杆7输出端轴线、行星架4的中心轴线以及折杆7输入端轴线在同一个平面内，行星架4中心的轴线与折杆7输入端轴线的夹角为θ；折杆7的输入端通过折杆滚针轴承6与角接触球轴承11支撑在行星架4上，折杆滚针轴承6承受折杆7径向力，角接触球轴承11承受折杆7的轴向力；两个并列的滚针轴承5承受行星架4的径向载荷，并在两滚针轴承5中间设置挡圈11防止滚针轴承5的相互窜动，利用推力滚针轴承A8与推力滚针轴承B12，限制行星架4的轴向位移。当行星架4旋转时，外锥齿轮1沿着内锥齿轮2自转的同时公转，使得折杆7的输入端自转且绕着行星架4中心轴线公转，折杆7的输出端为在XY平面内以经过折点O的Z向轴线为旋转轴的一段对称弧线，从而折杆7的输出端输出摆角为±2θ的输出摆角。

Claims (9)

1.一种偏心杠杆式轻型伺服机构，包括外锥齿轮(1)、内锥齿轮(2)、机壳(3)以及行星架(4)，机壳(3)内设行星架(4)，机壳(3)与内锥齿轮(2)连接，外锥齿轮(1)与内锥齿轮(2)配合，其特征在于：还包括折杆(7)，其中，机壳(3)内部开有阶梯通孔，行星架(4)径向端套有两个并列设置的行星架滚针轴承(5)，左右两端设有推力滚针B(12)与推力滚针A(8)，并一起安装在机壳(3)内部的阶梯通孔中；内锥齿轮(2)与机壳(3)左端相匹配，且内锥齿轮(2)内部为圆锥形的齿轮结构，并利用内锥齿轮(2)压紧行星架(4)；行星架(4)内部开有偏心阶梯通孔，且折杆(7)左侧阶梯棒状结构的输入端安装在行星架(4)的偏心阶梯通孔中，并通过折杆滚针轴承(6)与角接触球轴承(11)将折杆(7)支撑在行星架(4)上，外锥齿轮(1)固定在折杆(7)输入端的前端，并与内锥齿轮(1)相啮合。
2.根据权利要求1所述的一种偏心杠杆式轻型伺服机构，其特征在于：所述的折杆(7)左侧输入端的轴线与右侧棒状结构的输出端的轴线形成折点O，且保证折杆(7)折点O处于行星架(4)最右端的中心轴线处。
3.根据权利要求1或2所述的一种偏心杠杆式轻型伺服机构，其特征在于：所述的折杆(7)输入端与输出端轴线所形成夹角的锐角为θ；所述行星架(4)内部偏心阶梯通孔的轴线与行星架中心轴线的夹角为θ。
4.根据权利要求1所述的一种偏心杠杆式轻型伺服机构，其特征在于：所述的行星架(4)通过推力滚针A(8)与两个并列设置的行星架滚针轴承(5)紧密地安装在机壳(3)内，其中，环形轴向推力滚针A(8)设在机壳(3)最右侧的阶梯棱上，两个并列的行星架滚针轴承(5)套在行星架滚针轴承(5)上，且在两个行星架滚针轴承(5)之间设有环形的挡圈(10)。
5.根据权利要求1所述的一种偏心杠杆式轻型伺服机构，其特征在于：所述的折杆滚针轴承(6)套在折杆(7)输入端的后部，并与行星架(4)内部偏心阶梯通孔的右边紧密配合，且保证折杆滚针轴承(6)的左端卡在行星架(4)偏心阶梯通孔的阶梯棱上，右端通过钢丝挡圈(9)将其卡紧。
6.根据权利要求1所述的一种偏心杠杆式轻型伺服机构，其特征在于：所述的角接触球轴承(11)固定在折杆(7)输入端的中部，其右侧顶住折杆(7)输入端的阶梯棱上，左侧通过螺母挡圈(13)与环形管状的调整环(14)共同卡紧在行星架(4)上。
7.根据权利要求6所述的一种偏心杠杆式轻型伺服机构，其特征在于：所述的螺母挡圈(13)与行星架(4)偏心阶梯通孔的左侧通过螺纹连接匹配，并顶紧角接触球轴承(11)的外圈，调节环(14)顶紧角接触球轴承(11)的内圈。
8.根据权利要求1所述的一种偏心杠杆式轻型伺服机构，其特征在于：所述的外锥齿轮(1)通过花键与折杆(7)输入端的前部固定连接，并在外锥齿轮前依次安装大垫圈(15)、弹簧垫圈(16)和螺母(17)将外锥齿轮(1)固定在折杆(7)上。
9.根据权利要求1所述的一种偏心杠杆式轻型伺服机构，其特征在于：所述的内锥齿轮(2)与外锥齿轮(1)的齿轮齿数比为2∶1。
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PB01 Publication
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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