CN105508501B - 一种圆柱齿轮换向的离心式作动器 - Google Patents
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Abstract
一种圆柱齿轮换向的离心式作动器结构，属于作动器领域。其特征在于：本发明包括两台离心力作动单元，每台离心力作动单元包含一个无刷直流电机和两个偏心块转盘，两个偏心块转盘和电机同轴安装，电机转子与其中一转盘连接，两个偏心块转盘通过一系列相互啮合的圆柱齿轮组实现同轴反向旋转，电机转动时，每台离心力作动单元输出一定幅值和频率和力，通过调整两台离心力作动单元中电机的相位差，可以使作动器输出给定幅值和频率的力。
Description
所属技术领域
一种新型离心式作动器的设计方法，属于作动器领域。本发明可以应用的直升机、舰艇的振动主动控制系统。
技术背景
振动主动控制伺服作动系统满足直升机和舰艇的应用需求，解决机体和舰艇振动的共性问题，通过加装该控制系统，可大幅降低机体和舰艇的结构振动，减少疲劳失效，提高直升机和舰艇的使用寿命，结构振动的降低也能提升机体和舰艇的隐身能力和战场生存能力，乘员舒适性也得到极大改善。
目前使用的振动主动控制作动系统主要包括液压式作动器、电磁式作动器和离心式作动器。离心式作动器通过控制一个或者多个偏心块转动的频率和相位，即可实现给定幅值和频率的力输出，其结构简单紧凑，输出力/质量比大，综合性能优于液压式和电磁式作动器。
目前已有的离心式作动器主要用于舰艇，主要用来抑制动力装置和螺旋桨噪声的振动，结构尺寸大，不适用于机体和舰艇特定结构的振动抑制。
专利“申请专利号：200520020600.0，公开日：2005.04.12，公开号：CN 2787922 Y”中提出的离心式作动器，其特点是：通过异步电机和皮带轮带动两套偏心转子反向旋转，两套偏心转子通过齿轮啮合。通过拨叉带动螺旋齿轮轴向移动，来调整减振力的幅值。
专利“申请专利号：200810137202.5，公开日：2009.02.11，公开号：CN 101363502A”中提出的离心式作动器，其特点是：通过异步电机带动两套偏心转子反向旋转，偏心质量块套在与平行转动轴垂直的滑竿上，通过拨叉和调节机构来调整质量块的偏心距离来改变输出力的大小。
专利200520020600.0和专利200810137202.5的机构和力幅值的调节方式均和本发明不一致，该种类型的离心式作动器主要用于舰艇，主要用来抑制动力装置和螺旋桨噪声的振动，结构尺寸大，不适用于机体和舰艇特定结构的振动抑制。
专利“申请专利号：201310109857.2，公开日：2005.07.24，公开号：CN 103216577A”中提出的离心式作动器，其特点是：每台作动器中包含两套力发生器，每套力发生器中的电机依靠正交啮合的锥齿轮带动两个偏心转盘同轴反向旋转，电机与转动轴正交安装，通过控制一台电机即可实现一套力发生器的输出力的频率，通过控制两套力发生器之间的相位差，可以实现作动器输出力幅值的控制。该发明所设计的电机与偏心转盘正交安装的方式结构不紧凑，体积较大，不适用于对重量体积要求较高的直升机等装置的振动主动控制。
发明内容
为了克服现有离心式作动器尺寸重量大的缺点，本发明设计了一种紧凑的离心式作动器结构，其中：每台离心式作动器包含两台离心力作动单元，离心式作动器通过法兰盘或安装座与振动体连接；
每台离心力作动单元包含作动单元壳体1、左偏心转盘组件、右偏心转盘组件、无刷直流电机、换向圆柱齿轮组；
左偏心转盘组件包括左轴承2、左偏心块3、左转盘7和左轴承挡圈8，左轴承2的内圈安装在左转盘7的外圆上，左偏心块3通过螺钉与左转盘7连接，左偏心块3和左轴承挡圈8上的凸台对左轴承2进行夹紧；
右偏心转盘组件包括右轴承9、右偏心块10、右转盘16和右轴承挡圈20。右轴承9的内圈安装在右转盘16的外圆上，右偏心块10通过螺钉与右转盘16 连接，右偏心块10和右轴承挡圈20上的凸台对右轴承9进行夹紧；
无刷直流电机包括电机转子17、电机定子18和电机壳体19，右转盘16通过螺钉与电机转子17连接，电机转动轴与左偏心转盘组件转轴和右偏心转盘组件转轴同轴安装；
换向齿轮组包括左上齿轮4、左下齿轮6、右上齿轮11、右中齿轮13、右下齿轮15、上轴承杆5，下轴承杆14以及第一轴承杆轴承21、第二轴承杆轴承22、第三轴承杆轴承23和第四轴承杆轴承24，左上齿轮4和右上齿轮11通过键连接到上轴承杆5上，上轴承杆5通过第一轴承杆轴承21和第二轴承杆轴承22 安装到作动单元壳体1上，右中齿轮13通过键安装在下轴承杆14上，下轴承杆 14通过第三轴承杆轴承23和第四轴承杆轴承24安装在作动单元壳体1上，右上齿轮11和右中齿轮13啮合，左下齿轮6通过键安装在左转盘7上，右下齿轮 15通过键安装在右转盘16上，左上齿轮4和左下齿轮6啮合，右中齿轮13和右下齿轮15啮合，左下齿轮6和右下齿轮15同轴反向旋转。
上述结构中，在左偏心块3和右偏心块10中填充有其他大密度金属。
上述结构中，左上齿轮4和左下齿轮6安装在作动单元壳体1左侧，与左转盘7连接，右上齿轮11、右中齿轮13和右下齿轮15 安装在作动单元壳体1右侧，与右转盘16连接，也可更换为左上齿轮4和左下齿轮6安装在作动单元壳体1 右侧，与右转盘16连接，右上齿轮11、右中齿轮13和右下齿轮15 安装在作动单元壳体1左侧，与左转盘7连接。
上述结构中，当转盘足够大时，设计左转盘7上的轴与左偏心块3在左转盘 7同侧，左转盘7上的左偏心块3朝向电机安装，换向齿轮组位于左偏心转盘组件内部。
有益效果：
1)每台离心式作动器采用两个离心力作动单元，两个作动单元分别安装于振动体，可以减少离心式作动器的加工难度；
2)驱动电机采用盘式无刷直流电机，偏心转盘直接与电机转子固连，偏心块直接围绕电机壳体外沿旋转，可以有效减小离心式作动器的轴向尺寸；
3)左右偏心转盘组件采用圆柱齿轮组进行换向，由一台无刷直流电机同时驱动两个转盘同轴反向旋转，可以减小电机驱动器的个数，减少控制方法的复杂程度；
4)左右偏心转盘组件依靠齿轮机械啮合的方式保证在任意时刻相对力输出轴转过相同的角度(方向相反)，可以减少控制方法的复杂程度。
附图说明：
图1本发明离心式作动器离心力作动单元结构示意图
图2偏心转盘组件示意图
图3齿轮组示意图
图4齿轮组示意图
图5左偏心转盘组件示意图
图6右偏心转盘组件示意图
图7换向齿轮组示意图
图中标号名称：
1作动单元壳体 2左轴承 3左偏心块 4左上齿轮
5上轴承杆 6左下齿轮 7左转盘 8左轴承挡圈
9右轴承 10右偏心块 11右上齿轮 12连接螺钉
13右中齿轮 14下轴承杆 15右下齿轮 16右转盘
17电机转子 18电机定子 19电机壳体 20右轴承挡圈
21第一轴承杆轴承22第二轴承杆轴承23第三轴承杆轴承24第四轴承杆轴承
具体实施方式
每台离心式作动器包含两台离心力作动单元，离心式作动器通过法兰盘或安装座与振动体连接。
每台离心力作动单元包含作动单元壳体1、左偏心转盘组件、右偏心转盘组件、无刷直流电机、换向圆柱齿轮组。
左偏心转盘组件包括左轴承2、左偏心块3、左转盘7和左轴承挡圈8，左轴承2的内圈安装在左转盘7的外圆上，左偏心块3通过螺钉与左转盘7连接，左偏心块3和左轴承挡圈8上的凸台对左轴承2进行夹紧。
右偏心转盘组件包括右轴承9、右偏心块10、右转盘16和右轴承挡圈20。右轴承9的内圈安装在右转盘16的外圆上，右偏心块10通过螺钉与右转盘16 连接，右偏心块10和右轴承挡圈20上的凸台对右轴承9进行夹紧。
无刷直流电机包括电机转子17、电机定子18和电机壳体19，右转盘16通过螺钉与电机转子17连接，电机转动轴与左偏心转盘组件转轴和右偏心转盘组件转轴同轴安装。
换向齿轮组包括左上齿轮4、左下齿轮6、右上齿轮11、右中齿轮13、右下齿轮15、上轴承杆5，下轴承杆14以及第一轴承杆轴承21、第二轴承杆轴承22、第三轴承杆轴承23和第四轴承杆轴承24，左上齿轮4和右上齿轮11通过键连接到上轴承杆5上，上轴承杆5通过第一轴承杆轴承21和第二轴承杆轴承22 安装到作动单元壳体1上，右中齿轮13通过键安装在下轴承杆14上，下轴承杆 14通过第三轴承杆轴承23和第四轴承杆轴承24安装在作动单元壳体1上，右上齿轮11和右中齿轮13啮合，左下齿轮6通过键安装在左转盘7上，右下齿轮 15通过键安装在右转盘16上，左上齿轮4和左下齿轮6啮合，右中齿轮13和右下齿轮15啮合，左下齿轮6和右下齿轮15同轴反向旋转。
上述结构中，在左偏心块3和右偏心块10中填充有其他大密度金属。
上述结构中，左上齿轮4和左下齿轮6安装在作动单元壳体1左侧，与左转盘7连接，右上齿轮11、右中齿轮13和右下齿轮15 安装在作动单元壳体1右侧，与右转盘16连接，也可更换为左上齿轮4和左下齿轮6安装在作动单元壳体1 右侧，与右转盘16连接，右上齿轮11、右中齿轮13和右下齿轮15 安装在作动单元壳体1左侧，与左转盘7连接。
上述结构中，当转盘足够大时，设计左转盘7上的轴与左偏心块3在左转盘 7同侧，左转盘7上的左偏心块3朝向电机安装，换向齿轮组位于左偏心转盘组件内部。
安装时保证左右偏心转盘组件的重心任意时刻在y轴(与转动轴线垂直)的坐标相同，电机带动左偏心转盘组件旋转时，依靠圆柱齿轮组同时带动右偏心转盘组件同轴反向旋转，每个离心力作动单元在y轴输出正弦力，在x轴(与y 轴和转动轴垂直)输出力为0。
通过控制每台离心式作动器中两台离心力作动单元中y输出的正弦力的频率和相位差，可以使离心式作动器输出给定幅值和相位的作动力。
Claims (4)
1.一种圆柱齿轮换向的离心式作动器，其特征在于：每台离心式作动器包含两台离心力作动单元，离心式作动器通过法兰盘或安装座与振动体连接；
每台离心力作动单元包含作动单元壳体(1)、左偏心转盘组件、右偏心转盘组件、无刷直流电机、换向圆柱齿轮组；
左偏心转盘组件包括左轴承(2)、左偏心块(3)、左转盘(7)和左轴承挡圈(8)，左轴承(2)的内圈安装在左转盘(7)的外圆上，左偏心块(3)通过螺钉与左转盘(7)连接，左偏心块(3)和左轴承挡圈(8)上的凸台对左轴承(2)进行夹紧；
右偏心转盘组件包括右轴承(9)、右偏心块(10)、右转盘(16)和右轴承挡圈(20)；右轴承(9)的内圈安装在右转盘(16)的外圆上，右偏心块(10)通过螺钉与右转盘(16)连接，右偏心块(10)和右轴承挡圈(20)上的凸台对右轴承(9)进行夹紧；
无刷直流电机包括电机转子(17)、电机定子(18)和电机壳体(19)，右转盘(16)通过螺钉与电机转子(17)连接，电机转动轴与左偏心转盘组件转轴和右偏心转盘组件转轴同轴安装；
换向齿轮组包括左上齿轮(4)、左下齿轮(6)、右上齿轮(11)、右中齿轮(13)、右下齿轮(15)、上轴承杆(5)，下轴承杆(14)以及第一轴承杆轴承(21)、第二轴承杆轴承(22)、第三轴承杆轴承(23)和第四轴承杆轴承(24)，左上齿轮(4)和右上齿轮(11)通过键连接到上轴承杆(5)上，上轴承杆(5)通过第一轴承杆轴承(21)和第二轴承杆轴承(22)安装到作动单元壳体(1)上，右中齿轮(13)通过键安装在下轴承杆(14)上，下轴承杆(14)通过第三轴承杆轴承(23)和第四轴承杆轴承(24)安装在作动单元壳体(1)上，右上齿轮(11)和右中齿轮(13)啮合，左下齿轮(6)通过键安装在左转盘(7)上，右下齿轮(15)通过键安装在右转盘(16)上，左上齿轮(4)和左下齿轮(6)啮合，右中齿轮(13)和右下齿轮(15)啮合，左下齿轮(6)和右下齿轮(15)同轴反向旋转。
2.如权利要求1所述的一种圆柱齿轮换向的离心式作动器，其特征在于：在左偏心块(3)和右偏心块(10)中填充有大密度金属。
3.如权利要求1和权利要求2中之一所述的一种圆柱齿轮换向的离心式作动器，其特征在于：左上齿轮(4)和左下齿轮(6)安装在作动单元壳体(1)左侧，与左转盘(7)连接，右上齿轮(11)、右中齿轮(13)和右下齿轮(15 )安装在作动单元壳体(1)右侧，与右转盘(16)连接，也可更换为左上齿轮(4)和左下齿轮(6)安装在作动单元壳体(1)右侧，与右转盘(16)连接，右上齿轮(11)、右中齿轮(13)和右下齿轮(15 )安装在作动单元壳体(1)左侧，与左转盘(7)连接。
4.如权利要求3中所述的一种圆柱齿轮换向的离心式作动器，其特征在于：当转盘足够大时，设计左转盘(7)上的轴与左偏心块(3)在左转盘(7)同侧，左转盘(7)上的左偏心块(3)朝向电机安装，换向齿轮组位于左偏心转盘组件内部。
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