CN105659783B - 偏心杠杆式伺服机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种偏心式杠杆伺服机构，包括箱体、输入轴、行星架、左杠杆、右杠杆、外锥齿轮、内锥齿轮和球副支座。该装置采用输入轴直接驱动行星架，带动外锥齿轮自装的同时公转，大大简化了结构。本发明的偏心杠杆机构有两个部分组成左杠杆和右杠杆，偏心杠杆的折点为一个圆球，用以对内凹球形的球副支座来支撑。大大提高了构件传动刚度，使其更有有效、更准确地传递运动。该设计优化了左杠杆、右杠杆的长度及内外锥齿轮的齿数，调节螺母20、螺钉19、调节螺钉15和一对球副支架16来调节右杠杆18的位置使输入轴1、球副支架16、左杠杆21和右杠杆18的中心轴线相交于右杠杆的支撑球的球心处，使偏心杠杆右端Z向位移小于1mm。<pb pnum="1" />

Description

偏心杠杆式伺服机构

技术领域

本发明涉及一种机械驱动机构，使之相对于另一结构有枢轴转动，具体涉及一种偏心杠杆式伺服机构。

背景技术

传统的舵面操纵方式是通过驱动舵轴旋转而使舵面摆动，但是在舵厚较薄，舵轴细长、负载力矩非常大的场合下存在着气流诱发舵体振动所涉及的气动弹性耦合振动等问题。偏心杠杆是一种非传统观念的执行机构方案，它的输出段伸入后缘舵直接驱动舵面摆动。偏心杠杆有一个非常特别的优点，就是它的驱动力矩远小于负载力矩，最小时可以趋近于零。因此特别适用于舵厚较薄，舵轴细长、负载力矩大、安装空间狭小的后缘舵伺服机构。

偏心杠杆安装空间小，可以安装在多种机构中，采用液压或电动驱动皆可。该技术在导弹、直升机和飞船等航空航天工业中都有极为广泛的潜在应用。

美国学者马斯格.罗维(RobertG.Musgrove)曾在名为ECCENTRICACTUATOR的专利文献中，给出了几种偏心杠杆的应用结构形式，但是在机构设计上存在强度和刚度不足的问题，且结构复杂增加了制造和装配的难度，另外没有解决偏心杠杆与后缘舵的有效连接方式。

发明内容

本发明的目的是：提供一种能够有效驱动后缘舵，结构设计简单、强度合适的偏心杠杆伺服机构。

实现本发明目的的技术方案：一种偏心杠杆式伺服机构，包括箱体、输入轴、行星架、左杠杆、右杠杆、外锥齿轮、内锥齿轮和球副支架，其特征在于：行星架通过内双列轴承设置在箱体内，在箱体左端的左箱盖的正中通过外双列轴承设有输入轴，输入轴的一端延伸至箱体内并与行星架对中连接，左杠杆的前端借助于第二轴承和第一轴承设置在行星架的偏心轴孔内，套在左杠杆中部的外锥齿轮与设在箱体中部的内锥齿轮啮合，左杠杆的右端与右杠杆的左端连接，具体连接方式为：右杠杆的一端插入到左杠杆的槽内，通过花键连接，其外面通过一个螺母套在两个杠杆的连接处；右杠杆中部由设在箱体上的一对球副支架支撑，右杠杆右端伸出右箱体外部连接舵；右杠杆为一个中部呈圆球形的有折点的偏心杠杆，折点处于中部圆球球心上，从右杠杆的折点处向两端其横截面逐渐减小，右杠杆有一个轴肩。

上述的左杠杆为一端粗另一端细的圆锥体结构，与右杠杆连接端粗，与行星架连接端细。

上述的球副支架呈倒“T”形结构，其“T”形结构的竖部通过可调螺纹连接设在右箱体的球副座的螺纹孔内，“T”形结构的横部端面呈内凹球窝，支撑着右杠杆中部折点处的球副。

上述的内锥齿轮和外锥齿轮的齿数比为2∶1。

上述的左杠杆和右杠杆连接处螺母设为可调螺母，可调螺母调节一周可使左杠杆和右杠杆的距离变化值为导程之差。

上述的球副座通过螺钉固定在右箱体，分别在右箱体和球副座上开有内带螺纹的孔，两个孔的中心轴线一致，但右箱体上的孔径较大，右箱体的孔内设一个螺母，球副支架“T”形结构的竖部与设在球副座孔上的螺纹配合，使球副支架通过螺纹固定在球副座内，并可调节，调节球副支架可以调节偏心杠杆球心支撑的上下位置。

上述的输入轴、行星架、内锥齿轮、外锥齿轮和球副支架的中心轴线相交于右杠杆的圆球球心处。

本发明的有益效果：(1)提供了一种简单有效的驱动后缘舵的偏心杠杆式伺服机构；输入轴直接驱动行星架的驱动方式，大大简化了结构。(2)外锥齿轮和内锥齿轮的齿数比为1∶2使得偏心杠杆右端Z向位移非常小，偏心杆的右端基本在X-Y平面呈弧线运动的轨迹；另外轴承导游腔的Z向空间大，不限制右杠杆的Z向自由度，使整个机构更加稳定；(3)该设计使得偏心杠杆可以把大部分的负载力矩通过轴承传递给行星架，再传递给箱体，驱动电机的驱动力矩只需平衡一小部分的负载力矩，驱动力矩远小于负载力矩，最小时可以趋近于零。(4)偏心杠杆机构中各个锥齿轮的轴线均交于偏心杠杆折点处，各运动部件均绕着折点转动。在折点处设置球关节支撑相当于引入了一个虚约束，不影响机构的运动，但能大大地提高构件传动刚度，使其更有效、更准确地传递运动。(5)很好的解决了偏心杠杆伺服机构与后缘舵的连接问题。

附图说明

图1为本发明的一种偏心杠杆伺服机构结构示意图。

图2为本发明的一种偏心杠杆伺服机构的B-B截面剖视图。

图3为本发明的一种偏心杠杆伺服机构与后缘舵的连接示意图。

图4为本发明的一种偏心杠杆伺服机构与后缘舵的连接的A向剖视图。

其中：1-输入轴；2-弹性挡圈；3-左端盖；4-外双列轴承；5-左箱体；6-轴挡圈；7-内双列轴承；8-孔挡圈；9-行星架；10-螺钉；11-内锥齿轮；12-螺钉；13-右箱体；14-球副座；15-螺母；16-球副支架；17-销；18-右杠杆；19-螺钉；20-调节螺母；21-左杠杆；22-外锥齿轮；23-第一轴承；24-第二轴承；25-键；26-轴套；27-垫圈；28-螺母；29-螺钉；30-挡圈；31-耳片；32-支架；33-翅板；34-轴承座；35-轴承导游；36-螺钉；37-导游轴承；38-舵；39-挡片。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的偏心杠杆式伺服机构。

如图1所示，本发明的偏心杠杆式伺服机构，包括箱体、齿轮传动机构、偏心杠杆和支撑机构。

如图1和2所示，箱体为一个带耳片的长方体结构，包括左端盖3、左箱体5、内锥齿轮11和右箱体13。左端盖3上的中心轴线方向开有轴孔，右箱体13的内壁上开有对中安装孔。内锥齿轮11的外形为与左箱体5相似的长方体，内部为一个圆锥形的齿轮结构。内锥齿轮11处于左箱体5和右箱体13之间，并通过螺钉10与左箱体5固定紧，通过螺钉12与右箱体13固定好，内锥齿轮11与右箱体13之间可加调节垫片。左箱盖3通过螺钉与左箱体5连接。

齿轮传动机构包括输入轴1、行星架9、左杠杆21和外锥齿轮22及内锥齿轮11。输入轴1从左箱盖3的轴向孔插入箱体内，并通过外双列轴承4与左箱盖3连接，外双列轴承4外圈由一个设置在左箱盖3的外面的挡圈30定位，输入轴1穿过挡圈30。挡圈30与左箱盖3之间的空隙处设有弹性垫圈2，用于限制轴的轴向位移。在左箱体5内有一个行星架9，行星架9上开设有偏心阶梯通孔，行星架9的外部通过内双列轴承7与左箱体5连接，内双列轴承7的外圈由设置在左箱体5内壁上的孔挡圈8和由左箱盖3的内缘固定，内双列轴承7的内圈由设在行星架9上的轴挡圈6和行星架上的轴肩固定。行星架9的轴线与输入轴1的轴线处于同一条直线上，输入轴1处于箱体内的一端开有一个键槽，输入轴1和行星架9通过键25连接。左杠杆21为一个左端细右端粗的锥形轴，在粗端开花键槽，在粗端外壁上设有螺纹；左杠杆21的中部由花键与套在左杠杆21上的外锥齿轮22连接。左杠杆21处于倾斜状态，其左端插入行星架9上的偏心阶梯通孔内通过第一轴承23和第二轴承24与行星架9连接，在行星架9和左杠杆21的细端连接处还设有一个轴套26定位第二轴承24，在左杠杆21伸出行星架的部分由套在左杠杆21上的垫圈27和螺母28固定好。处于左杠杆21中部的外锥齿轮22与内锥齿轮11通过齿轮咬合连接，内外齿轮的齿数比为2∶1。

如图1和2所示，杠杆和支撑机构包括一对球副支架16、一对球副座14和右杠杆18。球副座14通过螺钉固定在右箱体13的内壁上。分别在右箱体13和球副座14上开有内带螺纹的孔，两个孔的中心轴线一致，但右箱体13上的孔径较大，右箱体13的孔内设一个螺母15。球副支架16为一个“T”形结构，上部为圆柱形，其上设有螺纹，下端面为内凹球窝结构，有螺纹圆柱形端与设在球副座14孔上的螺纹配合，使球副支架16通过螺纹固定在球副座14内，并可调节。右杠杆18的折点处于中部圆球球心上，从中部圆球处至右杠杆18的两端逐渐变细。右杠杆18的一端插入到左杠杆21的槽内，通过花键连接，其外面通过一个调节螺母20套在两个杠杆的连接处，在调节螺母20的右端开有一个螺纹孔设置一个螺钉19，当安装调节好后，用螺钉19锁紧。右杠杆18折点处的圆球由一对球副支座16通过其内凹球窝来支撑，右杠杆18的右端伸出右箱体13外部，右杠杆18通过轴承导游35与处于导游腔内的导游轴承37连接，从而与后缘舵38连接。轴承导游35的导游腔在Z向的长度大于导游轴承37外圈直径，在Y向长度等于导游轴承37的外圈直径，轴承导游35的右端外部设有挡片39，以轴向定位。通过调节螺母20和球副支架16来调节右杠杆18的位置使右杠杆18支撑球的球心处于内锥齿轮11与外锥齿轮22中心轴线延长线的交点处，安装调好后，用螺钉19定位调节螺母20，在球副支架16上开销孔，用销17固定，再旋入螺母15。

在实际应用时，输入轴1处连接一个驱动装置。该偏心杠杆伺服机构通过箱体上的耳片31用螺钉固定在支架32上，如图3所示。右杠杆18的端部伸进舵38内。舵38通过铰链连接在支架32上，在舵38上设有轴承导游35，右杠杆18沿着轴承导游35伸入到舵内，由设在其端部的导游轴承37来连接右杠杆18，导游轴承37的外部设有挡片39，如图3和4所示。在运行时，驱动装置带动输入轴1转动，输入轴1带动行星架9，行星架9带动左杠杆21和右杠杆18运动，从而带动后缘舵38摆动。左杠杆21一边自转，一边沿着内锥齿轮11的内齿公转，使得右杠杆18的运动轨迹为在纸平面的一段弧线。

Claims (7)

1.一种偏心杠杆式伺服机构，包括箱体、输入轴(1)、行星架(9)、左杠杆(21)、右杠杆(18)、外锥齿轮(22)、内锥齿轮(11)和球副支架(16)，其特征在于：行星架(9)通过内双列轴承(7)设置在箱体内，在箱体左端的左箱盖(3)的正中通过外双列轴承(4)设有输入轴(1)，输入轴(1)的一端延伸至箱体内并与行星架(9)对中连接，左杠杆(21)的前端借助于第二轴承(24)和第一轴承(23)设置在行星架(9)的偏心轴孔内，套在左杠杆(21)中部的外锥齿轮(22)与设在箱体中部的内锥齿轮(11)啮合，左杠杆(21)的右端与右杠杆(18)的左端连接，具体连接方式为：右杠杆(18)的一端插入到左杠杆(21)的槽内，通过花键连接，其外面通过一个螺母套在两个杠杆的连接处；右杠杆(18)中部由设在箱体上的一对球副支架(16)支撑，右杠杆(18)右端伸出右箱体(13)外部连接舵(38)；右杠杆(18)为一个中部呈圆球形的有折点的偏心杠杆，折点处于中部圆球球心上，从右杠杆(18)的折点处向两端其横截面逐渐减小，右杠杆(18)有一个轴肩。

2.根据权利要求1所述的一种偏心杠杆式伺服机构，其特征在于，上述的左杠杆(21)为一端粗另一端细的圆锥体结构，与右杠杆(18)连接端粗，与行星架(9)连接端细。

3.根据权利要求1所述的一种偏心杠杆式伺服机构，其特征在于，上述的球副支架(16)呈倒“T”形结构，“T”形结构的竖部通过可调螺纹连接设在右箱体(13)的球副座(14)的螺纹孔内，“T”形结构的横部端面呈内凹球窝，支撑着右杠杆(18)中部折点处的圆球。

4.根据权利要求1所述的一种偏心杠杆式伺服机构，其特征在于，上述的内锥齿轮(11)和外锥齿轮(22)的齿数比为2∶1。

5.根据权利要求1或者2所述的一种偏心杠杆式伺服机构，其特征在于，上述的左杠杆(21)和右杠杆(18)连接处的螺母设为可调螺母(20)，可调螺母(20)调节一周可使左杠杆(21)和右杠杆(18)的距离变化值为导程之差。

6.根据权利要求3所述的一种偏心杠杆式伺服机构，其特征在于，上述的球副座(14)通过螺钉固定在右箱体(13)，分别在右箱体(13)和球副座(14)上开有内带螺纹的孔，两个孔的中心轴线一致，但右箱体(13)上的孔径较大，右箱体(13)的孔内设一个螺母(15)，球副支架(16)“T”形结构的竖部与设在球副座(14)孔上的螺纹配合，使球副支架(16)通过螺纹固定在球副座(14)内，并可调节，调节球副支架(16)可以调节偏心杠杆球心支撑的上下位置。

7.根据权利要求6所述的一种偏心杠杆式伺服机构，其特征在于，上述的输入轴(1)、行星架(9)、内锥齿轮(11)、外锥齿轮(22)和球副支架(16)的中心轴线相交于右杠杆(18)的圆球球心处。