CN104595451B - 一种双输入通道差速器式机电作动器 - Google Patents

一种双输入通道差速器式机电作动器 Download PDF

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    • H02K7/10Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters

Abstract

本发明属于机电作动器,具体公开一种双输入通道差速器式机电作动器,它包括滚珠丝杠、行星架输出轴、Ⅰ号输入齿轮轴、Ⅱ号输入齿轮轴、行星轮的支撑轴、行星轮、内外齿圈、Ⅰ号过渡齿轮、Ⅰ号过渡齿轮安装轴、Ⅱ号过渡齿轮、过渡齿轮的支撑轴承、2个RVDT和配套的RVDT端面齿轮、2个配套的电磁式制动器转子和电磁式制动器定子。本发明在结构上采用双输入电机平行同侧布局,通过行星齿轮差速器传递旋转运动,既减速又实现余度;采用滚珠丝杠作动器异侧布局,有效控制了差速器中心矩和截面长度尺寸;在传统的RVDT传感器上结合减速功能和余度技术,提高了RVDT的检测范围和可靠性。

Description

一种双输入通道差速器式机电作动器
技术领域
本发明属于机电作动器,具体涉及一种双输入通道差速器式机电作动器。
背景技术
余度技术是指通过为系统增加多重资源,包括硬件与软件的重复配置,实现对多重资源的合理管理,从而提高产品和系统可靠性的设计方法。
正常使用的单点输入、单点输出的机电作动器的容错能力比较差,在飞机和航天飞机等对安全性能要求很高的机械上,给机电作动器添加余度技术,可以使安全性能得到增强。而现有的余度技术大多没有能有效地结合减速功能。
在航空用机电作动器中,RVDT因其高可靠性、高环境耐受性,成为传感器的首选,但传统的RVDT量程有限,小于360度。RVDT通常没有结合减速功能、也没有结合余度技术,这都使其使用范围大受限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够结合了减速功能与余度技术的双输入通道差速器式机电作动器。
实现本发明目的的技术方案:一种双输入通道差速器式机电作动器,它包括作动器壳体、差速器壳体盖、差速器壳体、差速器底座和制动器壳体;作动器壳体的左端设有差速器壳体盖,差速器壳体盖的左端设有差速器壳体,差速器壳体左端设有差速器底座,差速器底座左端设有制动器壳体;所述的作动器壳体内设有滚珠丝杠;所述的差速器壳体内设有行星架输出轴、Ⅰ号输入齿轮轴、Ⅱ号输入齿轮轴、行星轮的支撑轴、行星轮、内外齿圈、Ⅰ号过渡齿轮、Ⅰ号过渡齿轮安装轴、Ⅱ号过渡齿轮、过渡齿轮的支撑轴承、Ⅰ号RVDT端面齿轮和Ⅱ号RVDT端面齿轮;行星架输出轴的左端与Ⅰ号输入齿轮轴的右端之间设有行星架输出轴的支撑轴承;行星架输出轴上设有若干个行星轮的支撑轴,每个行星轮的支撑轴上均各自设有一个行星轮;行星架输出轴的左端设有内外齿圈,内外齿圈与差速器壳体之间设有内外齿圈的支撑轴承;Ⅰ号输入齿轮轴的齿轮与行星轮啮合,行星轮与1个内外齿圈的内圈啮合;Ⅰ号过渡齿轮安装轴上设有Ⅰ号过渡齿轮,Ⅱ号输入齿轮轴的齿轮与Ⅰ号过渡齿轮啮合,Ⅰ号过渡齿轮与1个内外齿圈的外圈啮合;行星架输出轴的齿轮与Ⅱ号过渡齿轮啮合;Ⅱ号过渡齿轮上啮合有Ⅰ号RVDT端面齿轮和Ⅱ号RVDT端面齿轮;Ⅱ号过渡齿轮与差速器壳体盖的伸出轴之间设有Ⅱ号过渡齿轮的支撑轴承;所述的制动器壳体内设有Ⅰ号电磁式制动器转子、Ⅰ号电磁式制动器定子、Ⅱ号电磁式制动器转子和Ⅱ号电磁式制动器定子;所述的滚珠丝杠贯穿差速器壳体盖与行星架输出轴连接;所述的Ⅰ号输入齿轮轴贯穿差速器底座与Ⅰ号电磁式制动器转子连接,Ⅱ号输入齿轮轴贯穿差速器底座与Ⅱ号电磁式制动器转子连接。
所述的Ⅰ号电磁式制动器转子与Ⅰ号伺服电机的输出轴连接;所述的Ⅱ号电磁式制动器转子与Ⅱ号伺服电机的输出轴连接。
所述的滚珠丝杠的中部设有锁紧螺母,滚珠丝杠的外部设有套筒。
所述的差速器壳体盖右端设有Ⅰ号RVDT和Ⅱ号RVDT,Ⅰ号RVDT的转子贯穿差速器壳体盖,与Ⅰ号RVDT端面齿轮的内孔连接,Ⅰ号RVDT的定子与差速器壳体盖的右端固定连接;Ⅱ号RVDT的转子贯穿差速器壳体盖,与Ⅱ号RVDT端面齿轮的内孔连接,Ⅱ号RVDT的定子与差速器壳体盖的右端固定连接。
所述的制动器壳体的上端设有制动器电连接器安装座,制动器电连接器安装座的上端设有制动器电连接器。
所述的制动器壳体内部设有制动器壳体支撑柱。
所述的差速器壳体在Ⅱ号输入齿轮轴右端设有开口,开口处设有小端盖。
所述的行星轮和行星轮的支撑轴均各有3个。
本发明的有益技术效果在于:
(1)本发明在结构上采用双输入电机平行同侧布局,通过行星齿轮差速器传递旋转运动,既减速又实现余度;采用滚珠丝杠作动器异侧布局,有效控制了差速器中心矩和截面长度尺寸;
(2)在传统的RVDT传感器上结合减速功能和余度技术,提高了RVDT的检测范围和可靠性。
附图说明
图1为本发明所提供的一种双输入通道差速器式机电作动器的结构示意图;
图2为图1中A-A方向的剖视图。
图中:1.行星架输出轴,2.输出轴轴承,3.Ⅰ号输入齿轮轴的支撑轴承,4.差速器壳体盖,5.行星轮的支撑轴,6.行星轮的轴承,7.内外齿圈,8.内外齿圈的支撑轴承,9.Ⅰ号输入齿轮轴,10.行星架输出轴的支撑轴承,11.Ⅱ号输入齿轮轴,12.Ⅱ号输入齿轮轴的支撑轴承,13.Ⅰ号过渡齿轮,14.Ⅰ号过渡齿轮的支撑轴承,15.Ⅱ号过渡齿轮的支撑轴承,16.Ⅰ号电磁式制动器转子,17.Ⅰ号电磁式制动器定子,18.Ⅱ号电磁式制动器转子,19.Ⅱ号电磁式制动器定子,20.滚珠丝杠,21.滚珠丝杠支撑轴承,22.Ⅱ号过渡齿轮,23.Ⅰ号RVDT端面齿轮,24.Ⅰ号RVDT,25.Ⅱ号RVDT,26.Ⅰ号伺服电机,27.Ⅱ号伺服电机,28.差速器壳体,29.行星轮,30.Ⅰ号过渡齿轮安装轴,31.Ⅱ号RVDT端面齿轮,32.作动器壳体,33.套筒,34.锁紧螺母,35.制动器电连接器,36.制动器电连接器安装座,37.差速器底座,38.制动器壳体,39.制动器壳体支撑柱,40.小端盖。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示,本发明提供的一种双输入通道差速器式机电作动器包括作动器壳体32、差速器壳体盖4、差速器壳体28、差速器底座37和制动器壳体38。作动器壳体32的左部设有差速器壳体盖4,差速器壳体盖4的左部设有差速器壳体28,差速器壳体28左部设有差速器底座37;差速器底座37左部设有制动器壳体38,制动器壳体38内部的中间设有制动器壳体支撑柱39。
作动器壳体32内设有滚珠丝杠20,滚珠丝杠20与作动器壳体32内壁之间设有滚珠丝杠支撑轴承21,滚珠丝杠20的中部设有锁紧螺母34,滚珠丝杠20与套筒33间隙配合,套筒33的外部与作动器壳体34固定连接。
差速器壳体28内设有行星架输出轴1、Ⅰ号输入齿轮轴9、Ⅱ号输入齿轮轴11、行星轮的支撑轴5、行星轮29、内外齿圈7、Ⅰ号过渡齿轮13、Ⅰ号过渡齿轮安装轴30、Ⅱ号过渡齿轮22、Ⅰ号RVDT端面齿轮23和Ⅱ号RVDT端面齿轮31。
行星架输出轴1与差速器壳体盖4之间设有输出轴轴承2。行星架输出轴1与Ⅰ号输入齿轮轴9的右端之间设有行星架输出轴的支撑轴承10;行星架输出轴1上设有3个行星轮的支撑轴5,每个行星轮的支撑轴5上设有1个行星轮29。行星轮的支撑轴5的材料选择铍青铜,并采用空心结构。行星架输出轴的支撑轴承10选用深沟球轴承,从而合理利用支撑轴的柔性和深沟球轴承的游隙,结构简单,降低对制造高精度的苛刻要求。
行星架输出轴1左端设有内外齿圈7,内外齿圈7与差速器壳体28之间设有内外齿圈的支撑轴承8。Ⅰ号输入齿轮轴9与行星轮29啮合,行星轮29与内外齿圈7的内圈啮合。Ⅰ号过渡齿轮13与Ⅰ号过渡齿轮安装轴30之间设有3个Ⅰ号过渡齿轮的支撑轴承14,Ⅱ号输入齿轮轴11的齿轮与Ⅰ号过渡齿轮13啮合,Ⅰ号过渡齿轮13的齿轮与1个内外齿圈7的外圈啮合。行星架输出轴1的齿轮与Ⅱ号过渡齿轮22啮合。Ⅱ号过渡齿轮22上啮合有Ⅰ号RVDT端面齿轮23和Ⅱ号RVDT端面齿轮31。Ⅱ号过渡齿轮22与差速器壳体盖4的伸出轴之间设有Ⅱ号过渡齿轮的支撑轴承15。Ⅱ号输入齿轮轴11与差速器壳体盖4之间设有一个Ⅱ号输入齿轮轴的支撑轴承12,Ⅱ号输入齿轮轴11与差速器壳体28之间设有另一个Ⅱ号输入齿轮轴的支撑轴承12。差速器壳体盖4在Ⅱ号输入齿轮轴11的右端设有开口,开口处设有小端盖40。
制动器壳体38内设有Ⅰ号电磁式制动器转子16、Ⅰ号电磁式制动器定子17、Ⅱ号电磁式制动器转子18和Ⅱ号电磁式制动器定子19。
滚珠丝杠20贯穿差速器壳体盖4与行星架输出轴1通过平键连接。Ⅰ号输入齿轮轴9贯穿差速器底座37与Ⅰ号电磁式制动器转子16通过螺钉固定连接,Ⅱ号输入齿轮轴11贯穿差速器底座37与Ⅱ号电磁式制动器转子18通过螺钉固定连接。
Ⅰ号电磁式制动器转子16与Ⅰ号伺服电机26的输出轴通过花键配合。Ⅱ号电磁式制动器转子18与Ⅱ号伺服电机27的输出轴通过花键配合。
制动器壳体38的上端通过螺钉固定连接制动器电连接器安装座36,制动器电连接器安装座36的上端通过螺钉固定连接制动器电连接器35。制动器点连接器35的功能是给Ⅰ号电磁式制动器定子17和Ⅱ号电磁式制动器转子18上的线圈供电。
如图2所示,RVDT采用双余度设计。差速器壳体盖4右端设有Ⅰ号RVDT24和Ⅱ号RVDT25,Ⅰ号RVDT24的转子贯穿差速器壳体盖4,与Ⅰ号RVDT端面齿轮23的内孔通过花键配合,Ⅰ号RVDT24的定子与差速器壳体盖4的右端用螺钉固定连接;Ⅱ号RVDT25的转子贯穿差速器壳体盖4,与Ⅱ号RVDT端面齿轮31的内孔通过花键配合,Ⅱ号RVDT25的定子与差速器壳体盖4的右端用螺钉固定连接。Ⅱ号过渡齿轮22的转矩通过Ⅰ号RVDT端面齿轮23传递给Ⅰ号RVDT24,通过Ⅱ号RVDT端面齿轮31传递给Ⅱ号RVDT25,这样单点输入、双电输出,有效提高了传感器的容错能力。同时通过齿轮实现了RVDT的减速功能。
本发明的工作过程如下:
(1)正常工作模式:Ⅰ号电磁式制动器定子17上的线圈通电,Ⅰ号电磁式制动器转子16和Ⅰ号电磁式制动器定子17处于分离状态.同样,Ⅱ号电磁式制动器定子19右的线圈通电,Ⅱ号电磁式制动器转子18和Ⅱ号电磁式制动器定子19处于分离状态;Ⅰ号伺服电机26的轴通过花键配合将运动及力矩传递给Ⅰ号输入齿轮轴9;Ⅱ号伺服电机27的轴同样通过花键配合将运动及力矩传递给Ⅱ号输入齿轮轴11,Ⅱ号输入齿轮轴11通过齿轮啮合将运动及力矩传递给Ⅰ号过渡齿轮13。Ⅰ号过渡齿轮通过齿轮啮合将运动及力矩传递给内外齿圈7,Ⅰ号输入齿轮轴9和内外齿圈7同时驱动行星轮29作公转及自转运动。行星轮29的公转驱动行星架输出轴1运动,行星架输出轴1通过键连接将运动及力矩传递给滚珠丝杠20,滚珠丝杠20通过作动筒中的导向机构将旋转运动转化为作动器的直线运动;行星架输出轴1通过Ⅱ号过渡齿轮22将运动位置传递给Ⅰ号RVDT端面齿轮23和Ⅱ号RVDT端面齿轮31,Ⅰ号RVDT24和Ⅱ号RVDT25分别测定Ⅰ号RVDT端面齿轮23和Ⅱ号RVDT端面齿轮31右的转角位置信号。
(2)Ⅰ号伺服电机26所在通道上出现故障模式:系统检测出故障后,给Ⅰ号电磁式制动器定子17上的线圈断电,Ⅰ号电磁式制动器转子16和Ⅰ号电磁式制动器定子17处于吸合状态,Ⅰ号电磁式制动器转子16通过紧定螺钉固定在Ⅰ号输入齿轮轴9上,从而使Ⅰ号输入齿轮轴9处于制动状态;Ⅱ号伺服电机27所在通道正常工作,Ⅱ号伺服电机27的轴通过花键配合将运动及力矩传递给Ⅱ号输入齿轮轴11,Ⅱ号输入齿轮轴11通过齿轮啮合将运动及力矩传递给Ⅰ号过渡齿轮13,Ⅰ号过渡齿轮13通过齿轮啮合将运动及力矩传递给内外齿圈7,内外齿圈7驱动行星轮29作公转及自转运动,行星轮29的公转驱动行星架输出轴1运动,行星架输出轴1通过键连接将运动及力矩传递给20,20通过作动筒中的导向机构将旋转运动转化为作动器的直线运动;行星架输出轴1通过Ⅱ号过渡齿轮22将运动位置传递给Ⅰ号RVDT端面齿轮23和Ⅱ号RVDT端面齿轮31,Ⅰ号RVDT24和Ⅱ号RVDT25分别测定Ⅰ号RVDT端面齿轮23和Ⅱ号RVDT端面齿轮31右的转角位置信号。
(3)Ⅱ号伺服电机27所在通道上出现故障模式:系统检测出故障后,给Ⅱ号电磁式制动器定子19上的线圈断电,Ⅱ号电磁式制动器转子18和Ⅱ号电磁式制动器定子19处于吸合状态,Ⅱ号电磁式制动器转子18通过紧定螺钉固定在Ⅱ号输入齿轮轴11上,从而使Ⅱ号输入齿轮轴11处于制动状态,并通过齿轮副约束Ⅰ号过渡齿轮13和内外齿圈7;内外齿圈7固定,Ⅰ号输入齿轮轴9驱动行星轮29作公转及自转运动;行星轮29的公转驱动行星架输出轴1运动,行星架输出轴1通过键连接将运动及力矩传递给20,20通过作动筒中的导向机构将旋转运动转化为作动器的直线运动;行星架输出轴1通过Ⅱ号过渡齿轮22将运动位置传递给Ⅰ号RVDT端面齿轮23和Ⅱ号RVDT端面齿轮31,Ⅰ号RVDT24和Ⅱ号RVDT25分别测定Ⅰ号RVDT端面齿轮23和Ⅱ号RVDT端面齿轮31右的转角位置信号。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施例,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (8)

1.一种双输入通道差速器式机电作动器,其特征在于:它包括作动器壳体(32)、差速器壳体盖(4)、差速器壳体(28)、差速器底座(37)和制动器壳体(38);作动器壳体(32)的左端设有差速器壳体盖(4),差速器壳体盖(4)的左端设有差速器壳体(28),差速器壳体(28)左端设有差速器底座(37),差速器底座(37)左端设有制动器壳体(38);所述的作动器壳体(32)内设有滚珠丝杠(20);所述的差速器壳体(28)内设有行星架输出轴(1)、Ⅰ号输入齿轮轴(9)、Ⅱ号输入齿轮轴(11)、行星轮的支撑轴(5)、行星轮(29)、内外齿圈(7)、Ⅰ号过渡齿轮(13)、Ⅰ号过渡齿轮安装轴(30)、Ⅱ号过渡齿轮(22)、Ⅱ号过渡齿轮的支撑轴承(15)、Ⅰ号RVDT端面齿轮(23)和Ⅱ号RVDT端面齿轮(31);行星架输出轴(1)的左端与Ⅰ号输入齿轮轴(9)的右端之间设有行星架输出轴的支撑轴承(10);行星架输出轴(1)上设有若干个行星轮的支撑轴(5),每个行星轮的支撑轴(5)上均各自设有行星轮(29);行星架输出轴(1)的左端设有内外齿圈(7),内外齿圈(7)与差速器壳体(28)之间设有内外齿圈的支撑轴承(8);Ⅰ号输入齿轮轴(9)的齿轮与行星轮(29)啮合,行星轮(29)与内外齿圈(7)的内圈啮合;Ⅰ号过渡齿轮安装轴(30)上设有Ⅰ号过渡齿轮(13),Ⅰ号过渡齿轮(13)与Ⅰ号过渡齿轮安装轴(30)之间设有3个Ⅰ号过渡齿轮(13)的支承轴承(14),Ⅱ号输入齿轮轴(11)的齿轮与Ⅰ号过渡齿轮(13)啮合,Ⅰ号过渡齿轮(13)与内外齿圈(7)的外圈啮合;行星架输出轴(1)的齿轮与Ⅱ号过渡齿轮(22)啮合;Ⅱ号过渡齿轮(22)上啮合有Ⅰ号RVDT端面齿轮(23)和Ⅱ号RVDT端面齿轮(31);Ⅱ号过渡齿轮(22)与差速器壳体盖(4)的伸出轴之间设有Ⅱ号过渡齿轮的支撑轴承(15);所述的制动器壳体(38)内设有Ⅰ号电磁式制动器转子(16)、Ⅰ号电磁式制动器定子(17)、Ⅱ号电磁式制动器转子(18)和Ⅱ号电磁式制动器定子(19);所述的滚珠丝杠(20)贯穿差速器壳体盖(4)与行星架输出轴(1)连接;所述的Ⅰ号输入齿轮轴(9)贯穿差速器底座(37)与Ⅰ号电磁式制动器转子(16)连接,Ⅱ号输入齿轮轴(11)贯穿差速器底座(37)与Ⅱ号电磁式制动器转子(18)连接。
2.根据权利要求1所述的一种双输入通道差速器式机电作动器,其特征在于:所述的Ⅰ号电磁式制动器转子(16)与Ⅰ号伺服电机(26)的输出轴连接;所述的Ⅱ号电磁式制动器转子(18)与Ⅱ号伺服电机(27)的输出轴连接。
3.根据权利要求2所述的一种双输入通道差速器式机电作动器,其特征在于:所述的滚珠丝杠(20)的中部设有锁紧螺母(34),滚珠丝杠(20)的外部设有套筒(33)。
4.根据权利要求3所述的一种双输入通道差速器式机电作动器,其特征在于:所述的差速器壳体盖(4)右端设有Ⅰ号RVDT(24)和Ⅱ号RVDT(25),Ⅰ号RVDT(24)的转子贯穿差速器壳体盖(4),与Ⅰ号RVDT端面齿轮(23)的内孔连接,Ⅰ号RVDT(24)的定子与差速器壳体盖(4)的右端固定连接;Ⅱ号RVDT(25)的转子贯穿差速器壳体盖(4),与Ⅱ号RVDT端面齿轮(31)的内孔连接,Ⅱ号RVDT(25)的定子与差速器壳体盖(4)的右端固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种双输入通道差速器式机电作动器,其特征在于:所述的制动器壳体(38)的上端设有制动器电连接器安装座(36),制动器电连接器安装座(36)的上端设有制动器电连接器(35)。
6.根据权利要求5所述的一种双输入通道差速器式机电作动器,其特征在于:所述的制动器壳体(38)内部设有制动器壳体支撑柱(39)。
7.根据权利要求6所述的一种双输入通道差速器式机电作动器,其特征在于:所述的差速器壳体盖(4)在Ⅱ号输入齿轮轴(11)右端设有开口,开口处设有小端盖(40)。
8.根据权利要求6所述的一种双输入通道差速器式机电作动器,其特征在于:所述的行星轮(29)和行星轮的支撑轴(5)均各有3个。
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