CN104654933B - 一种电动伺服机构及其调试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动伺服机构及其调试方法，是针对运载火箭小型伺服机构对体积、重量的敏感性，以及对反馈可靠性要求较高的特点进行设计。本发明通过在输出轴两侧设置一对反馈放大装置，且每个反馈放大装置包含电位器、主齿轮、副齿轮等；其中，电位器采用导电塑料电位器，大大降低了电动伺服机构的重量、体积；主齿轮、副齿轮采用错齿配合，能够消除间隙。本发明提供的一种电动伺服机构调试方法，是一种基于双位置反馈装置的电动伺服机构的调试方法；通过电位器装机前测试筛选、齿轮放大装置、错齿消除间隙方式，提高了位置反馈的检测精度，同时保证了两路反馈输出的一致性。

Description

一种电动伺服机构及其调试方法

技术领域

本发明涉及基于双位置反馈装置电动伺服机构的调试方法，具体涉及一种电动伺服机构及其调试方法。

背景技术

位置伺服系统通过比较位置反馈信号与指令信号，进而跟踪指令进行动作，从而获得精确地位置、速度及动力输出。伺服系统作为运载火箭的重要执行机构，通过实时采集位置反馈信号，实现位置跟踪，驱动火箭发动机双向摇摆，位置传感器作为伺服系统的重要部件，其可靠性至关重要。

国内运载火箭位置传感器大都采用了冗余技术，如现役运载火箭上使用的一体式双/三冗余位置传感器，但这种电位器单个体积偏大，对于体积、重量要求严格的伺服系统，这种一体式冗余位置传感器难以达到体积的小型化要求。因可靠性要求低，国内战术型号电动伺服机构位置传感器没有采用冗余技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动伺服机构及其调试方法，是针对运载火箭小型伺服机构对体积、重量的敏感性，以及对反馈可靠性要求较高的特点进行设计。本发明通过在输出轴两侧设置一对反馈放大装置，且每个反馈放大装置包含电位器、主齿轮、副齿轮等；其中，电位器采用导电塑料电位器，大大降低了电动伺服机构的重量、体积；主齿轮、副齿轮采用错齿配合，能够消除间隙。本发明提供的一种电动伺服机构调试方法，是一种基于双位置反馈装置的电动伺服机构的调试方法；通过电位器装机前测试筛选、齿轮放大装置、错齿消除间隙方式，提高了位置反馈的检测精度，同时保证了两路反馈输出的一致性。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种电动伺服机构，其特点是，该机构包含：

输出轴；

轴承，套置在所述输出轴上；

支撑装置，套置在所述轴承外部；

一对反馈放大装置，分别对称设置在所述输出轴两侧的支撑装置上；

一对扇形齿片，对称固定设置在所述输出轴上，每个所述扇形齿片与对应的所述反馈放大装置相啮合匹配。

优选地，每个所述反馈放大装置包含：

电位器；

主齿轮，套置在所述电位器轴上，并与对应的所述扇形齿片啮合匹配；

副齿轮，套置在所述电位器轴上，设置在所述主齿轮上；并与对应的所述扇形齿片啮合匹配；

一对扭簧，分别设置在所述电位器轴的两侧；每个所述扭簧设置在所述主齿轮、副齿轮之间；

挡圈，套置在所述电位器的轴上，并设置在副齿轮上。

优选地，每个所述反馈放大装置的电位器采用导电塑料电位器。

优选地，每个所述扇形齿片中轴线上设有零位刻线，在该扇形齿片中轴线上设有定位孔。

一种电动伺服机构的调试方法，其特点是，该方法包含如下步骤：

S1，选配线性度一致的一对电位器作为所述一对电位器；

S2，采用电气零位与机械零位对齐的方式进行电动伺服机构的粗调零；

S3，通过旋转每个所述电位器将所述电动伺服机构进行精调零；

S4，当所述电动伺服机构工作、试验后处于稳定状态时，通过调节一对所述扇形齿片，调节该对扇形齿片即可实现微调。

优选地，所述步骤S1包含如下步骤：

S1.1，选择最大摆角时输出电压相差不超过0.2V的一对电位器作为所述一对电位器；

S1.2，将每个述反馈放大装置的主齿轮、副齿轮采用错齿方式进行结合后，与其对应的固定在所述输出轴上的扇形齿片啮合匹配。

优选地，所述步骤S2包含如下步骤：

S2.1，将零位工装插入所述扇形齿片的定位孔内，在所述扇形齿片与其对应的主齿轮、副齿轮进行啮合的过程中，进行零位粗调；

S2.2，当所述电动伺服机构的机械零位与电气零位重合度达到±0.5°范围内，完成粗调。

优选地，所述步骤S3包含如下步骤：

S3.1，旋转每个所述电位器，将该电位器的零位调整到±0.3°以内，拧紧该电位器的所有安装螺钉；

S3.2，当每个电位器的所有安装螺钉拧紧后，判断该对电位器的零位是否都在±0.3°以内；若不是，跳转至所述步骤S3.1；若是，执行所述步骤S4。

优选地，所述步骤S4包含如下步骤：

在无需拆开该电动伺服机构内部结构的情况下，通过拧松每个所述扇形齿片的定位孔内的安装螺钉，调整该扇形齿片，确保该电动伺服机构的反馈精度控制在±0.1°范围内。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明提供的一种电动伺服机构及其调试方法，能够针对体积、重量要求苛刻，反馈可靠性要求较高，反馈精度高的情况，基于双位置反馈装置的电动伺服机构采用了两个独立的小型导电塑料电位器，两个电位器对称分布于输出轴两侧，可同时检测伺服机构的摆角输出，是一种稳定、可靠、精确的双冗余位置反馈装置。本发明提出了一种电动伺服机构的调试方法，是基于双位置反馈装置的电动伺服机构的调试方法，能够解决现有技术中电动伺服机构双位置反馈装置两套位置反馈一致性差的问题，达到了伺服机构精度指标要求。

附图说明

图1为本发明一种电动伺服机构的整体结构示意图。

图2为本发明一种电动伺服机构的立体结构示意图。

图3为本发明一种电动伺服机构的实施例示意图之一。

图4为本发明一种电动伺服机构的实施例示意图之二。

图5为本发明一种电动伺服机构的实施例示意图之三。

图6为本发明一种电动伺服机构调试方法的实施例示意图之一。

图7为本发明一种电动伺服机构调试方法的实施例示意图之二。

图8为本发明一种电动伺服机构调试方法的实施例示意图之三。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1-图3所示，一种电动伺服机构，该机构包含：输出轴1、轴承2、支撑装置3、一对反馈放大装置4及一对扇形齿片5。

其中，轴承2套置在输出轴1上；支撑装置3套置在轴承2外部；一对反馈放大装置4分别对称设置在输出轴1两侧的支撑装置3上；一对扇形齿片5对称固定设置在输出轴1上，每个扇形齿片5与对应的反馈放大装置4相啮合匹配。

如图1-图3所示，每个反馈放大装置4包含：电位器41、主齿轮42、副齿轮43、一对扭簧44及挡圈45。

其中，主齿轮42套置在电位器41轴上，并与对应的扇形齿片5啮合匹配。副齿轮43套置在电位器41轴上，设置在主齿轮42上；并与对应的扇形齿片5啮合匹配。一对扭簧44，分别设置在电位器41轴的两侧；每个扭簧44设置在主齿轮42、副齿轮43之间。挡圈45套置在电位器41的轴上，并设置在副齿轮43上。

本发明中，每个反馈放大装置4的电位器41采用导电塑料电位器。

本实施例中，在体积、重量要求苛刻的情况下，考虑空间布局要求，采用体积小、重量轻的2个型号为WDD-14导电塑料电位器（每个导电塑料电位器重量为15g）作为一对电位器41。

本发明中，每个反馈放大装置4的主齿轮42、副齿轮43将反馈放大；同时采用错齿的方式结合，即每个反馈放大装置4的主齿轮42、副齿轮43之间安装了一对扭簧44，通过该对扭簧44变形力，消除反馈齿轮副（该反馈齿轮副由主齿轮42、副齿轮43组成）传动间隙，提高了位置检测精度。

本发明中，支撑装置3既可用作轴承2的轴承套，又可用作一对反馈放大装置4的安装面。

如图4、图5所示，本发明中，每个扇形齿片5中轴线上设有零位刻线M，在该扇形齿片5中轴线上设有定位孔51。

一种电动伺服机构的调试方法原理是将输出轴1的旋转角度通过一对扇形齿片5、位于该输出轴1两侧的一对反馈放大装置4的主齿轮42、副齿轮43行放大，并将输出角度放大后传递给对应的电位器41，每个电位器41将该反馈放大装置4旋转的角度信号反馈给外部控制机构。

本发明中，一对反馈放大装置4分别可以独立反馈位置信号，在该电动伺服机构调试精确的情况下，可以达到一体式冗余传感器的效果，又达到了产品特殊的空间布局要求。因此本发明的首要因素是调试方法，即“选配-粗调-精调-微调”的调试方法。

一种电动伺服机构的调试方法具体包含如下步骤：

S1，选配线性度一致的一对电位器作为一对电位器41。该步骤S1包含如下步骤：

S1.1，选择最大摆角时输出电压相差不超过0.2V的一对电位器作为一对电位器41。

本实施例中，首先对同一批电位器进行测试，测得每5°电位器输出电压。图6为同一批次15只电位器测得输出电压，选出了对应于±10°的输出电压值进行对比。在电位器有效摆角(有效摆角=输出轴摆角*放大装置传动比)范围内对比测试数据，选出一致性较好的电位器，即选择最大摆角时输出电压相差不超过0.2V的一对电位器，如图6所示，选出的电位器1209035#和1209045#。将电位器安装于伺服机构工艺件上，旋转电位器，验证反馈输出地一致性。如图7所示，测得两只电位器最大摆角和零位时的反馈值。

S1.2，将每个反馈放大装置4的主齿轮42、副齿轮43采用错齿方式进行结合，与对应的固定在输出轴1上的扇形齿片5啮合匹配。

S2，采用电气零位与机械零位对齐的方式进行电动伺服机构的粗调零。该步骤S2包含如下步骤：

S2.1，将零位工装插入扇形齿片5的定位孔51内，在扇形齿片5与其对应的主齿轮42、副齿轮43进行啮合的过程中，进行零位粗调。

S2.2，当电动伺服机构的机械零位与电气零位重合度达到±0.5°范围内，完成粗调。

本实施例中，首先用零位工具及零位工装将每个反馈放大装置4的主齿轮42、副齿轮43错齿结合后与对应固定在输出轴1上的扇形齿片5啮合，啮合过程中进行零位的粗调，当机械零位与电气零位基本重合后，完成初步安装。

S3，通过旋转每个电位器41将电动伺服机构进行精调零。该步骤S3包含如下步骤：

S3.1，旋转每个电位器41，将该电位器41的零位调整到±0.3°以内，拧紧该电位器41的所有安装螺钉。

本实施例中，在拧紧电位器41的所有安装螺钉的过程中，时刻关注该电位器41零位变化，通过调整拧紧螺钉的顺序，使得该电位器41零位尽量靠近0°。

S3.2，当每个电位器41的所有安装螺钉拧紧后，判断该对电位器41的零位是否都在±0.3°以内；若不是，跳转至步骤S3.1；若是，执行步骤S4。

本实施例中，当一对位器41的零位都在±0.3°以内时，仔细检查每个反馈放大装置4的主齿轮42、副齿轮43是否是错齿结合，确保每个安装螺钉均已拧紧且使用了紧固胶。

S4，当电动伺服机构工作、试验后处于稳定状态时，通过调节一对扇形齿片5，调节该对扇形齿片5即可实现微调。该步骤S4包含如下步骤：

在无需拆开该电动伺服机构内部结构的情况下，通过拧松每个扇形齿片5的定位孔51内的安装螺钉，调整该扇形齿片5，确保该电动伺服机构的反馈精度控制在±0.1°范围内。

通过“选配-粗调-精调-微调”的调试方法，电动伺服机构双余度位置反馈装置反馈情况见如图8所示，零位相差0.01°，最大摆角相差0.05°，通过调试，取得了很好的反馈精度。

本发明可以根据伺服机构摆角大小，设计相应的齿片角度，甚至可以用一片360°齿环代替两片齿片，以达到摆角要求。根据空间布局以及反馈精度要求，可采用小模数齿轮放大角度。如图4、图5所示，可以根据需要设定伺服机构摆角。如图4所示，将每个扇形齿片5设为60°扇形齿片，则与其对应的每个反馈放大装置4沿该扇形齿片5的中轴线转动30°。如图5所示，将每个扇形齿片5设为40°扇形齿片，则与其对应的每个反馈放大装置4沿该扇形齿片5的中轴线转动20°。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种电动伺服机构，其特征在于，该机构包含：

输出轴（1）；

轴承（2），套置在所述输出轴（1）上；

支撑装置（3），套置在所述轴承（2）外部；

一对反馈放大装置（4），分别对称设置在所述输出轴（1）两侧的支撑装置（3）上；

一对扇形齿片（5），对称固定设置在所述输出轴（1）上，每个所述扇形齿片（5）与对应的所述反馈放大装置（4）相啮合匹配。

2.如权利要求1所述的电动伺服机构，其特征在于，每个所述反馈放大装置（4）包含：

电位器（41）；

主齿轮（42），套置在所述电位器（41）轴上，并与对应的所述扇形齿片（5）啮合匹配；

副齿轮（43），套置在所述电位器（41）轴上，设置在所述主齿轮（42）上；并与对应的所述扇形齿片（5）啮合匹配；

一对扭簧（44），分别设置在所述电位器（41）轴的两侧；每个所述扭簧（44）设置在所述主齿轮（42）、副齿轮（43）之间；

挡圈（45），套置在所述电位器（41）的轴上，并设置在副齿轮（43）上。

3.如权利要求2所述的电动伺服机构，其特征在于，每个所述反馈放大装置（4）的电位器（41）采用导电塑料电位器。

4.如权利要求1所述的电动伺服机构，其特征在于，每个所述扇形齿片（5）中轴线上设有零位刻线，在该扇形齿片（5）中轴线上设有定位孔（51）。

5.一种电动伺服机构的调试方法，其特征在于，该方法包含如下步骤：

S1，选配线性度一致的一对电位器作为所述电动伺服机构的一对电位器（41）；

S2，采用电气零位与机械零位对齐的方式进行电动伺服机构的粗调零；

S3，通过旋转每个所述电位器（41）将所述电动伺服机构进行精调零；

S4，当所述电动伺服机构试验后处于稳定状态时，通过调节一对扇形齿片（5）实现对所述电动伺服机构的微调。

6.如权利要求5所述的电动伺服机构的调试方法，其特征在于，所述步骤S1包含如下步骤：

S1.1，选择最大摆角时输出电压相差不超过0.2V的一对电位器作为所述电动伺服机构的一对电位器（41）；

S1.2，将每个述反馈放大装置（4）的主齿轮（42）、副齿轮（43）以错齿方式结合后，与对应的固定在所述输出轴（1）上的扇形齿片（5）啮合匹配。

7.如权利要求5所述的电动伺服机构的调试方法，其特征在于，所述步骤S2包含如下步骤：

S2.1，将零位工装插入所述扇形齿片（5）的定位孔（51）内，在所述扇形齿片（5）与其对应的主齿轮（42）、副齿轮（43）进行啮合的过程中，进行零位粗调；

S2.2，当所述电动伺服机构的机械零位与电气零位重合度达到±0.5°范围内，完成粗调。

8.如权利要求5所述的电动伺服机构的调试方法，其特征在于，所述步骤S3包含如下步骤：

S3.1，旋转每个所述电位器（41），将该电位器（41）的零位调整到±0.3°以内，拧紧该电位器（41）的所有安装螺钉；

S3.2，当每个电位器（41）的所有安装螺钉拧紧后，判断该对电位器（41）的零位是否都在±0.3°以内；若不是，跳转至所述步骤S3.1；若是，执行所述步骤S4。

9.如权利要求5所述的电动伺服机构的调试方法，其特征在于，所述步骤S4包含如下步骤：

在无需拆开该电动伺服机构内部结构的情况下，通过拧松每个所述扇形齿片（5）的定位孔（51）内的安装螺钉，调整该扇形齿片（5），确保该电动伺服机构的反馈精度控制在±0.1°范围内。