CN105508505B - 一种锥齿轮换向的离心式作动器 - Google Patents

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王少华
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Abstract

一种锥齿轮换向的离心式作动器，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，偏心块转盘和电机同轴安装，电机转子与其中一转盘连接，两个转盘上均带有锥齿轮，两个转盘上的锥齿轮均与另一锥齿轮正交啮合，利用锥齿轮换向，电机带动两个偏心块转盘同轴反向旋转，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

一种锥齿轮换向的离心式作动器
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。本发明可以应用于直升机、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。
专利“申请专利号：200520020600.0，公开日：2005.04.12，公开号：CN 2787922Y”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，一种锥齿轮换向的离心式作动器，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10、左偏心转盘组件、右偏心转盘组件、无刷直流电机、换向锥齿轮组；
左偏心转盘组件包括左偏心块1、左转盘5、左轴承挡圈6和左轴承7，左轴承7的内圈安装在左转盘5的外圆上，左偏心块1通过螺钉与左转盘5连接，左偏心块1和左轴承挡圈6上的凸台对左轴承7进行夹紧；
右偏心转盘组件包括右轴承13、右轴承挡圈14、右转盘15和右偏心块22。右轴承13的内圈安装在右转盘15的外圆上，右偏心块22通过螺钉与右转盘15连接，右偏心块22和右轴承挡圈14上的凸台对右轴承13进行夹紧，
无刷直流电机包括电机壳体16、电机定子17和电机转子18，右转盘15通过螺钉与电机转子18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；
换向齿轮组包括左锥齿轮3、中锥齿轮4、锥齿轮安装座8、下齿轮轴承9、轴承安装杆11、上齿轮轴承12，和右锥齿轮20。左锥齿轮3与右锥齿轮20同轴安装，与中锥齿轮4均正交啮合，中锥齿轮4通过键与轴承安装杆11连接，轴承安装杆11通过上齿轮轴承12、下齿轮轴承9安装在锥齿轮安装座8中，锥齿轮安装座8安装在作动单元壳体10上；
左锥齿轮3、右锥齿轮20分别与左偏心转盘组件和右偏心转盘组件连接，右偏心转盘组件中的右转盘15同时与电机转子18连接，电机可以带动左偏心转盘组件和右偏心转盘组件同轴反向旋转。
上述结构中，左转盘5上的齿轮轴与偏心块1在转盘的同侧，利用左转盘组件中部空间放置换向锥齿轮组。
上述结构中，在偏心块1和偏心块22中填充有其他大密度金属。
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锥齿轮组进行换向，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离心式作动器离心力作动单元结构示意图；
图2右偏心转盘组件示意图；
图3左偏心转盘组件示意图；
图4啮合锥齿轮示意图。
图中标号名称：
1 左偏心块 2 左壳体盖 3 左锥齿轮 4 中锥齿轮
5 左转盘 6 左轴承挡圈 7 左轴承 8 锥齿轮安装座
9 下齿轮轴承 10 作动单元壳体 11 轴承安装杆 12 上齿轮轴承
13 右轴承 14 右轴承挡圈 15 右转盘 16 电机壳体
17 电机定子 18 电机转子 19 右壳体盖 20 右锥齿轮
21 右偏心块填充 22 右偏心块
具体实施方式
本发明的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、左右偏心转盘组件、无刷直流电机、换向锥齿轮组；
左偏心转盘组件包括左偏心块1、左转盘5、左轴承挡圈6和左轴承7，左转盘轴承的内圈安装在左转盘的外圆上，左偏心块通过螺钉与左转盘连接，左偏心块和左轴承挡圈上的凸台对左转盘轴承进行夹紧，为了增加偏心块的密度，可以在偏心块中填充其他大密度金属；
右偏心转盘组件包括右轴承13、右轴承挡圈14、右转盘15和右偏心块22。右转盘轴承的内圈安装在右转盘的外圆上，右偏心块通过螺钉与右转盘连接，右偏心块和右轴承挡圈上的凸台对右转盘轴承进行夹紧，为了增加偏心块的密度，可以在偏心块中填充其他大密度金属填充22；
无刷直流电机包括电机壳体16、电机定子17和电机转子18，右转盘通过螺钉与电机转子连接，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；
换向齿轮组包括左锥齿轮3、中锥齿轮4、锥齿轮安装座8、下齿轮轴承9、轴承安装杆11、上齿轮轴承12,和右锥齿轮20。左锥齿轮与右锥齿轮同轴安装，与中锥齿轮均正交啮合，中锥齿轮通过键与轴承安装杆连接，轴承安装杆通过上、下齿轮轴承安装在锥齿轮安装座中，锥齿轮安装座安装在作动单元壳体10上；
上述结构中，左转盘5上的齿轮轴与偏心块1在转盘的同侧，利用左转盘组件中部空间放置换向锥齿轮组；
上述结构中，在左偏心块1和右偏心块22中填充有其他大密度金属；
左锥齿轮3和右锥齿轮20分别与左偏心转盘组件和右偏心转盘组件连接，右偏心转盘组件中的转盘同时与电机转子18连接，电机转动时带动右偏心转盘组件旋转，通过换向齿轮组同时带动右偏心转盘组件同轴反向旋转；
安装时保证左偏心转盘组件和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，同轴反向旋转时，每个离心力作动单元在y轴输出正弦力，在x轴(与y轴和电机转动轴垂直)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 (3)

1.一种锥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(10)、左偏心转盘组件、右偏心转盘组件、无刷直流电机、换向锥齿轮组；
左偏心转盘组件包括左偏心块(1)、左转盘(5)、左轴承挡圈(6)和左轴承(7)，左轴承(7)的内圈安装在左转盘(5)的外圆上，左偏心块(1)通过螺钉与左转盘(5)连接，左偏心块(1)和左轴承挡圈(6)上的凸台对左轴承(7)进行夹紧；
右偏心转盘组件包括右轴承(13)、右轴承挡圈(14)、右转盘(15)和右偏心块(22)；右轴承(13)的内圈安装在右转盘(15)的外圆上，右偏心块(22)通过螺钉与右转盘(15)连接，右偏心块(22)和右轴承挡圈(14)上的凸台对右轴承(13)进行夹紧；
无刷直流电机包括电机壳体(16)、电机定子(17)和电机转子(18)，右转盘(15)通过螺钉与电机转子(18)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；
换向齿轮组包括左锥齿轮(3)、中锥齿轮(4)、锥齿轮安装座(8)、下齿轮轴承(9)、轴承安装杆(11)、上齿轮轴承(12)，和右锥齿轮(20)；左锥齿轮(3)与右锥齿轮(20)同轴安装，与中锥齿轮(4)均正交啮合，中锥齿轮(4)通过键与轴承安装杆(11)连接，轴承安装杆(11)通过上齿轮轴承(12)、下齿轮轴承(9)安装在锥齿轮安装座(8)中，锥齿轮安装座(8)安装在作动单元壳体(10)上；
左锥齿轮(3)、右锥齿轮(20)分别与左偏心转盘组件和右偏心转盘组件连接，右偏心转盘组件中的右转盘(15)同时与电机转子(18)连接，电机可以带动左偏心转盘组件和右偏心转盘组件同轴反向旋转。
2.如权利要求1所述的一种锥齿轮换向的离心式作动器，其特征在于：上述结构中，左转盘(5)上的齿轮轴与偏心块(1)在转盘的同侧，利用左转盘组件中部空间放置换向锥齿轮组。
3.如权利要求1或2所述的一种锥齿轮换向的离心式作动器，其特征在于：在左偏心块(1)和右偏心块(22)中填充有其他大密度金属。
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