CN105043231B - 一种伺服作动器适应内置板片式位移传感器安装机构 - Google Patents
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Abstract
一种伺服作动器适应内置板片式位移传感器安装机构，包括角接触球轴承、第一防转销、电阻组件、电刷组件、第二防转销、减磨圈、活塞杆和锁紧螺母；角接触球轴承背对背进行安装，电刷组件安装在两个角接触球轴承中间；电刷组件的刷丝与电阻组件接触；活塞杆一部分安装在作动器壳体内，另一部分穿过两个角接触球轴承，锁紧螺母安装在活塞杆上；第一防转销和第二防转销将电刷组件和作动器壳体进行连接；本发明在空间狭小的应用条件下，将分体式位移传感器安装结构与伺服作动器结构相结合，既满足了航天伺服系统对紧凑空间的要求，又实现了内置分体板片式位移传感器的可靠工作，大幅提高了该型电反馈伺服作动器的可靠度。
Description
技术领域
本发明涉及一种安装机构，特别是一种伺服作动器适应内置板片式位移传感器安装机构，属于航天伺服系统领域。
背景技术
目前航天运载系列型号上广泛采用了电反馈伺服作动器方案；近年来，随着电子产品可靠性的不断提高，在航天导弹武器上的应用也越来越广泛，大量的战术以及新一代战略武器伺服系统均采用了电反馈伺服作动器方案。电反馈伺服作动器是一种伺服阀位于控制回路的前向通道，位移传感器位于反馈通道，并通过伺服控制器内部算法实现位置闭环的伺服作动器。
电反馈伺服作动器主要由作动器直属件、伺服阀、位移传感器、压差传感器、流体连接器、氟塑料软管和密封圈等组成。其功能是伺服系统的执行机构，推动发动机喷管做全轴摆动。其工作原理：伺服控制器接收控制系统的指令信号和位移传感器的位置信号，并经过控制器内部闭环控制算法处理后，将比较后的信号输出至伺服阀，驱动伺服阀力矩马达控制伺服阀的滑阀开度，使活塞杆按照指令信号运动。由于位移传感器作为反馈元件，其输出准确性和稳定性直接关系到电反馈伺服作动器的功能和性能的可靠性。
航天使用的伺服作动器安装空间十分紧凑，因此内置位移传感器一般采用分体式结构方案，即电刷组件与电阻组件在结构上相互独立，它们之间的相对关系取决于作动器活塞杆与其配合部分共同形成的结构，因此电反馈伺服作动器内置传感器安装结构的稳定性、强壮性与提高传感器本身的可靠性、环境适应性密切相关。
基于空间、重量及体积的限制，电刷结构安装结构只能采用悬臂结构，其距离作动器支撑点的距离一般很大，当产品在进行振动试验时，其较长的悬臂结构使得电刷部位的振动被放大，导致电刷组件相对与电阻组件剧烈相对运动，使电阻组件的表面导电塑料层被磨损破坏，使传感器的输出电压线性度超差直至无电压输出，伺服作动器因闭环反馈回路断路而开环运动至极限位置，当两台产品同时安装至发动机喷管负载台时，最恶劣的情况将导致发动机喷管超摆动范围要求而损坏。因此，如何提高该型伺服作动器内置板片式位移传感器安装机构的可靠性是实现该型伺服作动器稳定可靠工作的关键。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种伺服作动器适应内置板片式位移传感器安装机构，利用减磨圈、角接触球轴承以及双侧防转销等结构件，避免悬臂支撑的同时防止板片意外偏转以及磨损，在特定的结构安装位置上使作动器内置位移传感器工作时更为可靠，既满足了航天伺服系统对紧凑空间的要求，又实现了内置分体板片式位移传感器的可靠工作，大幅提高了该型电反馈伺服作动器的可靠度。
本发明的技术解决方案是：
一种伺服作动器适应内置板片式位移传感器安装机构，其特征在于：包括角接触球轴承、第一防转销、电阻组件、电刷组件、第二防转销、减磨圈、活塞杆和锁紧螺母；
所述角接触球轴承的个数为2，所述电刷组件安装在两个角接触球轴承中间；所述电阻组件安装在作动器壳体上，电刷组件的刷丝与电阻组件接触，形成闭合电路；
所述活塞杆为同轴两阶型圆柱形结构，包括第一阶圆柱形结构和第二阶圆柱形结构，第二阶圆柱形结构活动安装在作动器壳体内的圆柱形通孔中，第一阶圆柱形结构穿过两个角接触球轴承，且与两个角接触球轴承内圈过盈安装，锁紧螺母安装在第一阶圆柱形结构突出两个角接触球轴承的部分；
所述第一防转销和第二防转销将电刷组件和作动器壳体进行连接，防止电刷组件沿角接触球轴承的轴向转动。
所述作动器壳体内开有圆环形凹槽，凹槽内安装有减磨圈，且减磨圈与活塞杆面接触。
所述作动器壳体内的圆环形凹槽距离作动器壳体内的圆柱形通孔右端面的距离为：23.5mm～29.1mm，所述圆柱形通孔的右端面为圆柱形通孔朝向第一阶圆柱形结构的端面。
所述作动器壳体内的圆环形凹槽与活塞杆同轴。
所述减磨圈为圆环状结构，材料为特开斯来圈GR6500210-T47。
所述角接触球轴承为同型号外圈分离型角接触球轴承，且背对背安装。
所述电刷组件为马鞍型结构。
所述第一防转销和第二防转销沿活塞杆轴线轴对称。
所述第一防转销和第二防转销的一端为外螺纹结构，另一端为圆柱状结构；所述外螺纹端与电刷组件连接，另一端嵌入到作动器壳体上与活塞杆平行的导向槽内，导向槽内径与圆柱状结构的外径成间隙配合关系，与圆柱状结构的圆弧部分配合滑动。
所述第一阶圆柱形结构的直径为第二阶圆柱形结构直径的1/4。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)一般的减磨圈应用主要是降低活塞杆与壳体之间的磨损，提高活塞杆使用寿命，本发明除了此种功用外，起到了重要的支撑作用；本发明采用一个减磨圈安装于作动器活塞杆悬臂支撑接触的根部附近，减磨圈外圈嵌入在伺服作动器壳体内，活塞杆从减磨圈内环中穿出，并与减磨圈内环接触，对作动器活塞杆端部安装位移传感器的悬臂结构进行支撑，避免了现有技术中的悬臂支撑，极大的减轻了由于悬臂结构造成的工作过程中的振动放大，使振动时电刷的运动位移减小，增强了力学环境适应性；
(2)在安装传感器“马鞍”型电刷组件的两侧固定防转销，防转销一端与电刷组件固定，另一端嵌入到与作动器活塞杆平行导向槽内，导向槽内表面进行表面硬化处理，与防转销圆弧状端部配合滑动，导向槽内径与防转销外径成间隙配合关系；以活塞杆轴线为中心的对称位置上各有一个防转销；以上这些结构实现了对电刷组件的平衡并导向支撑活塞杆运动，提高了工作稳定性，同时，防止了由于活塞杆旋转造成位移传感器板片的意外翻转；为防止上下刷握由于作动器活塞杆的以轴线为中心的转动而转动，避免造成刷握刷丝与电阻膜和导电条接触时发生偏斜，在垂直于活塞杆轴线的方向上设置的两个防转销，一方面防止刷握上刷丝的偏转，另一方面提高位移传感器处于悬臂支撑的结构可靠性，同时确保位移传感器随作动器活塞杆运动的平稳性。
(3)本发明采用“背对背”角接触球轴承安装防转销，在“马鞍”型电刷组件端面轴向两侧各安装一个“背对背”的角接触球轴承，轴承外圈安装于电刷组件相应内孔，作动器活塞杆尾部从其内圈穿出，一方面承担伺服作动器活塞杆轴向动载荷，另一方面减小由于活塞杆沿自身轴向的转动造成防转销的径向受力，防止内置板片转动的同时降低了对位移传感器电阻组件上电阻膜的磨损，提高了可靠性。
(4)本发明中的活塞杆尾部采用阶梯轴的形式，在安装马鞍型电刷组件处直径缩小为活塞杆主体直径的1/4，这样一方面便于电刷组件的安装调试，另一方面极大的减小了活塞杆悬臂支撑端部的质量，实现了在狭小空间内高强度力学环境下的活塞杆的运动稳定。
附图说明
图1为本发明中安装机构的剖视图；
图2为本发明中安装机构的侧视图；
图3为本发明中电刷组件的结构图，其中，(a)为电刷组件主视图；(b)为电刷组件俯视图；
图4为本发明中防转销的结构图，其中，(a)为防转销主视图；(b)为防转销侧视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
如图1为本发明中安装机构的剖视图，如图2所示为本发明中安装机构的侧视图，从图1和图2可知，本发明中的安装机构包括角接触球轴承1、第一防转销2、电阻组件3、电刷组件4、第二防转销5、减磨圈6、活塞杆7和锁紧螺母8。
所述角接触球轴承1的个数为2，为同型号外圈分离型角接触球轴承，且背对背进行安装，轴承接触角为15°，轴承内、外圈及滚动体材料为9Cr18，保持架材料为模压聚酰亚胺；
图3为本发明中电刷组件的结构图，其中，(a)为电刷组件主视图，整体左右对称各成“马鞍型”，左右两侧均安装有导电刷丝(401)，刷丝(401)由7到10根金属丝并排组成；(b)为电刷组件俯视图，从俯视图看去中心的螺纹孔用于安装防转销；
所述电刷组件4安装在两个角接触球轴承1中间；所述电阻组件3安装在作动器壳体上，电刷组件4的刷丝与电阻组件3接触，形成闭合电路；
所述活塞杆7为同轴两阶型圆柱形结构，包括第一阶圆柱形结构和第二阶圆柱形结构，所述第一阶圆柱形结构的直径为第二阶圆柱形结构直径的1/4，第二阶圆柱形结构活动安装在作动器壳体内的圆柱形通孔内，第一阶圆柱形结构穿过两个角接触球轴承1，且与两个角接触球轴承1内圈过盈安装，锁紧螺母8安装在第一阶圆柱形结构突出两个角接触球轴承1的部分；双螺母实现互锁功能，使2个角接触球轴承、“马鞍型”电刷组件结构及活塞杆连接为一体；
所述作动器壳体采用铝合金2A50CS材料，壳体内开有圆环形凹槽，且圆环形凹槽与活塞杆7同轴，凹槽内安装有减磨圈6，且减磨圈6与活塞杆7面接触，从而缩短活塞杆7悬臂端长度，所述减磨圈6为圆环状结构，材料为特开斯来圈GR6500210-T47。所述作动器壳体内的圆环形凹槽距离作动器壳体内的圆柱形通孔右端面的距离为：23.5mm～29.1mm，所述圆柱形通孔的右端面为圆柱形通孔朝向第一阶圆柱形结构的端面。
所述第一防转销2和第二防转销5结构如图4所示，其中，(a)为防转销主视图，左端为短圆柱状，右端具有M3外螺纹，用于连接“马鞍型”电刷组件；(b)为防转销侧视图，从侧视图看去防转销短圆柱状内部具有内六角孔结构，以便安装和拆卸方便。
第一防转销2和第二防转销5的材料为0Cr17Ni4Cu4Nb，硬度为36至40HRC，一端为外螺纹M3-6h，另一端为短圆柱状，长度为4mm，防转销外螺纹与短圆柱状结构一次装夹加工，同轴度要求小于0.0025mm；防转销外螺纹端与马鞍型电刷组件4连接，另一端嵌入到作动器壳体上与作动器活塞杆7平行的一个导向槽内，导向槽沿活塞杆7轴向对称位置各有一个，导向槽内表面进行表面硬化处理Et.A40hd.S，研磨后厚度不小于20μm，HRC硬度不小于35，导向槽内径与防转销外径成间隙配合关系，配合间隙在0.012mm至0.228mm之间，与防转销短圆柱状结构处圆弧部分配合滑动，最终使得角接触球轴承1、“马鞍型”电刷组件4、第一防转销2、第二防转销5和及活塞杆7连接为一体。
第一防转销2和第二防转销5将电刷组件4和作动器壳体进行连接，防止电刷组件4沿角接触球轴承1的轴向转动。
本发明的工作原理为：
伺服作动器在工作时，配套位移传感器采用板片分体式的直线往复式结构，其固定部件——电阻组件(板片)3固定在伺服作动器壳体上，其运动部件——“马鞍型”电刷组件4与活塞杆7相连，当活塞杆7相对于壳体运动时，设置在活塞杆7尾部的减磨圈6能够有效的支撑活塞杆7与“马鞍型”电刷组件4，“背对背”角接触球轴承1一方面承受活塞杆动载荷，另一方面降低由于活塞杆7自身转动带来的对“马鞍型”电刷组件4的偏转力，当“马鞍型”电刷组件4相对于电阻组件3运动，安装于“马鞍型”电刷组件4两侧的第一防转销2和第二防转销5能够平衡“马鞍型”电刷组件4的运动，它与角接触球轴承1共同作用使“马鞍型”电刷组件4及活塞杆7连接为一体的结构平稳高速的沿直线动作，从而产生于作动器活塞杆7的位移成线性关系的一系列电压，电压信号通过电缆网输入至伺服控制器，并与控制指令比较形成产品的闭环反馈，使伺服作动器按照控制指令运动。
一般的电反馈伺服作动器采用分体式板片位移传感器，由于未设置“背对背”角接触球轴承及防转销，作动器工作时，由于活塞杆可能的自身转动造成电刷组件受到较大偏转力，从而使得刷丝与电阻组件非正常磨损加剧，同时活塞杆运动出现卡瑟，伺服作动器寿命和可靠性较低，工作稳定性较差。
Claims (10)
1.一种伺服作动器适应内置板片式位移传感器安装机构，其特征在于：包括角接触球轴承(1)、第一防转销(2)、电阻组件(3)、电刷组件(4)、第二防转销(5)、减磨圈(6)、活塞杆(7)和锁紧螺母(8)；
所述角接触球轴承(1)的个数为2，所述电刷组件(4)安装在两个角接触球轴承(1)中间；所述电阻组件(3)安装在作动器壳体上，电刷组件(4)的刷丝与电阻组件(3)接触，形成闭合电路；
所述活塞杆(7)为同轴两阶型圆柱形结构，包括第一阶圆柱形结构和第二阶圆柱形结构，第二阶圆柱形结构活动安装在作动器壳体内的圆柱形通孔中，第一阶圆柱形结构穿过两个角接触球轴承(1)，且与两个角接触球轴承(1)内圈过盈安装，锁紧螺母(8)安装在第一阶圆柱形结构突出两个角接触球轴承(1)的部分；
所述第一防转销(2)和第二防转销(5)将电刷组件(4)和作动器壳体进行连接，防止电刷组件(4)沿角接触球轴承(1)的轴向转动，所述作动器壳体内的圆环形凹槽距离作动器壳体内的圆柱形通孔右端面的距离为：23.5mm～29.1mm。
2.根据权利要求1所述的一种伺服作动器适应内置板片式位移传感器安装机构，其特征在于：所述作动器壳体内开有圆环形凹槽，凹槽内安装有减磨圈(6)，且减磨圈(6)与活塞杆(7)面接触。
3.根据权利要求2所述的一种伺服作动器适应内置板片式位移传感器安装机构，其特征在于：所述圆柱形通孔的右端面为圆柱形通孔朝向第一阶圆柱形结构的端面。
4.根据权利要求2所述的一种伺服作动器适应内置板片式位移传感器安装机构，其特征在于：所述作动器壳体内的圆环形凹槽与活塞杆(7)同轴。
5.根据权利要求2所述的一种伺服作动器适应内置板片式位移传感器安装机构，其特征在于：所述减磨圈(6)为圆环状结构，材料为特开斯来圈GR6500210-T47。
6.根据权利要求1所述的一种伺服作动器适应内置板片式位移传感器安装机构，其特征在于：所述角接触球轴承(1)为同型号外圈分离型角接触球轴承，且背对背安装。
7.根据权利要求1所述的一种伺服作动器适应内置板片式位移传感器安装机构，其特征在于：所述电刷组件(4)为马鞍型结构。
8.根据权利要求1所述的一种伺服作动器适应内置板片式位移传感器安装机构，其特征在于：所述第一防转销(2)和第二防转销(5)沿活塞杆(7)轴线轴对称。
9.根据权利要求1所述的一种伺服作动器适应内置板片式位移传感器安装机构，其特征在于：所述第一防转销(2)和第二防转销(5)的一端为外螺纹结构，另一端为圆柱状结构；所述外螺纹端与电刷组件(4)连接，另一端嵌入到作动器壳体上与活塞杆(7)平行的导向槽内，导向槽内径与圆柱状结构的外径成间隙配合关系，与圆柱状结构的圆弧部分配合滑动。
10.根据权利要求1所述的一种伺服作动器适应内置板片式位移传感器安装机构，其特征在于：所述第一阶圆柱形结构的直径为第二阶圆柱形结构直径的1/4。
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