CN106813537A - 一种四轴组合精密驱动的舵机装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种四轴组合精密驱动的舵机装置，包括一个具有电机驱动系统、舵轴驱动单元和舵机主体结构；舵机主体结构，用于将舵机装置连接在便携式导弹主体内部；电机驱动系统为四套，沿周向均匀分布，每套电机驱动系统的输出端连接一个蜗杆；舵轴驱动单元为四套，每套包括蜗杆、蜗轮、舵轴；所述蜗杆在电机驱动系统的驱动下带动蜗轮旋转，蜗轮通过设置在内部的轴承带动舵轴旋转。本发明舵机主体一体化加工，装置结构简单，各组件拆装维护方便，整个装置外径小于60mm，可与便携式导弹或箭炮主体固定连接，内径大于15mm，可供各种通信线路的走线；同时，整个装置的总重小于1kg，减轻了在便携式导弹重量中所占比重。

Description

一种四轴组合精密驱动的舵机装置
技术领域
本发明涉及一种四轴组合精密驱动的舵机装置，属于电动舵机结构设计领域。
背景技术
电动舵机作为精确制导武器的操纵装置，接收机载计算机或自动驾驶仪发出的舵偏角指令，克服舵面的铰链力矩并进行快速角位置跟踪，从而改变制导武器的飞行姿态及飞行轨迹，达到预期的发射效果。对于便携式导弹或箭炮而言，狭小的内部空间对电动舵机的结构设计提出了挑战，尤其是对四个鸭舵或尾翼分别单独精密驱动控制更是难上加难。在便携式导弹或箭炮中设计电动舵机需要考虑多方面的因素，比如舵机体积、重量、反映到舵轴上的舵偏角和扭矩以及回程间隙(即舵偏角精度)等。
随着现代战争对便携式导弹或箭炮的需求越来越迫切，便携式导弹或箭炮的性能要求也不断地强化，比如速度越快对舵或翼的扭矩要求越大，控制越稳对舵或翼的偏转精度要求越高，复杂姿态的增加对舵或翼的偏转角度要求增多等；另外，便携式导弹或箭炮需要应对各种复杂的温度环境而不影响其性能，对控制舵偏转的舵机装置的结构设计和布局提出了较大的挑战。然而，传统的舵机比如液压、气动舵机结构复杂，体积较大，且维护成本较高，并不适用于便携式导弹；另外，丝杠-螺母传动，为了防止螺母旋转造成舵偏角误差，需要配合微型直线导轨使用，螺母与拨叉之间的摩擦间隙也需要不断地调试，对整个装置的回程间隙有很大影响，最重要的是丝杠-螺母传动能够提供舵轴的舵偏角角度范围不可能太大，限制了便携式导弹对飞行姿态的操控范围。
因此，如何设计一个考虑了成本、体积、重量、回程间隙以及提供给舵轴的舵偏角和扭矩等诸多要求的舵机装置是便携式导弹或箭炮急需解决的难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种四轴组合精密驱动的舵机装置，实现在便携式导弹或箭炮局限的内腔中对四轴组合精密驱动部件进行布局和设计。
本发明目的通过如下技术方案予以实现：
提供一种四轴组合精密驱动的舵机装置，其特征在于：包括一个具有电机驱动系统、舵轴驱动单元和舵机主体结构；
舵机主体结构，用于将舵机装置连接在便携式导弹主体内部；
电机驱动系统为四套，沿周向均匀分布，每套电机驱动系统的输出端连接一个蜗杆；
舵轴驱动单元为四套，每套包括蜗杆、蜗轮、舵轴；所述蜗杆在电机驱动系统的驱动下带动蜗轮旋转，蜗轮通过设置在内部的轴承带动舵轴旋转。
优选的，每套电机驱动系统的输出端通过联轴器连接所述蜗杆。
优选的，舵机主体结构为三层结构，顶层沿周向分别设置四个法兰孔，用于固定四套电机驱动系统；联轴器设置在中层，中层对应法兰孔的位置设置第一轴承孔，蜗杆上端穿过轴承连接联轴器，联轴器连接电机驱动系统的输出端，轴承设置在轴承孔内，轴承孔用于对轴承的轴向限位；底层对应第一轴承孔的位置设置第二轴承孔，用于固定第二轴承，蜗杆上端连接第二轴承；底层设置与底板垂直的舵轴固定板，固定板上设置轴承固定孔，用于通过轴承定位舵轴，限制舵轴的轴向运动；舵机主体结构中部为通孔，通孔内径大于15mm。
优选的，所述电机驱动系统，包括可正反转的电机、谐波减速器和高精度编码器。
优选的，外径小于60mm。
优选的，质量少于1kg。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明舵机主体一体化加工，装置结构简单，各组件拆装维护方便，整个装置外径小于60mm，可与便携式导弹或箭炮主体固定连接，内径大于15mm，可供各种通信线路的走线；同时，整个装置的总重小于1kg，减轻了在便携式导弹重量中所占比重。
(2)本发明采用蜗轮蜗杆的传动方式，通过在局限空间中具备传动自锁特征，减少了气流扰动对舵轴振动的影响，增加了舵轴角度偏转的操控能力；同时，该传动方式能够对舵轴进行±360°的角度偏转，提高了便携式导弹应对复杂飞行姿态的控制范围。
(3)本发明采用高功率电机、谐波减速器、高精密编码器以及蜗轮蜗杆传动组合，实现了在局限空间内对四个舵轴的各自单独控制，并分别给每个舵轴提供至少2N.m的扭矩；同时，通过对整个传动过程的间隙控制，能将每个舵轴的旋转回。
附图说明
图1为本发明四轴组合精密驱动的舵机装置结构示意图。
具体实施方式
下面根据附图1对本发明的具体实施方案进行进一步的详细描述。
包括一个具有电机驱动系统(1)、舵轴驱动单元(3-5)和舵机主体结构(8)；
舵机主体结构(8)，用于将舵机装置连接在便携式导弹主体内部；舵机主体结构(8)为三层结构，顶层沿周向分别设置四个法兰孔，用于固定四套电机驱动系统(1)；中层对应法兰孔的位置设置第一轴承孔，内部设置第一轴承，蜗杆3上端穿过第一轴承轴承连接联轴器2，联轴器2连接电机驱动系统(1)的输出端，轴承设置在轴承孔内，轴承孔用于对轴承的轴向限位；底层对应第一轴承孔的位置设置第二轴承孔，用于固定第二轴承，蜗杆3上端连接第二轴承；底层设置与底板垂直的舵轴固定板，固定板上设置轴承固定孔，用于通过轴承定位舵轴5，限制舵轴5的轴向运动；舵机主体结构(8)中部为通孔，通孔内径大于15mm通过内径大于15mm的设计，既可减少装置的整体重量，又可给其他设备提供走线等空间。通过一体化的舵机主体结构(8)，既可减少组装的装配误差，又可增加结构强度和刚度；同时，整个装置所占空间外径小于60mm，内径空腔大于15mm，长度小于100mm，质量少于1kg。同时，部件简单，拆装方便，对装置精度和重量能够得到有效控制。
电机驱动系统(1)为四套，沿周向均匀分布，每套电机驱动系统(1)的输出端通过联轴器2连接一个蜗杆(3)；每套电机驱动系统(1)结构相同，包括可正反转的电机、谐波减速器和高精度编码器，谐波减速器用于对电机的输出进行减速，自身传动回程间隙小，高精度编码器测量电机驱动系统输出角度；电机驱动系统(1)通过法兰固定在所述舵机主体结构(8)上，并提供可正反转的输出动力。
舵轴驱动单元(3-5)为四套，每套包括蜗杆3、蜗轮4、舵轴5；所述蜗杆在电机驱动系统1的驱动下带动蜗轮4旋转，蜗轮4通过设置在内部的轴承带动舵轴5旋转
固定连接，并顺时针/逆时针旋转驱动所述蜗杆(3)；所述蜗杆(3)通过所述轴承1(6)支撑其两端并限制其轴向运动，旋转带动所述蜗轮(4)旋转，所述蜗轮(4)与所述舵轴(5)固定连接，通过所述轴承2(7)支撑所述舵轴(5)两端并限制其轴向运动，实现所述舵轴(5)顺时针/逆时针的角度偏置。四套可正反转的电机、谐波减速器和高精度编码器；
附图1的剖视图位置仅能看到一套完整的舵轴驱动单元，但显示的四套电机驱动系统围绕舵机主体结构圆形阵列可知，在一个舵机主体结构上沿其周向圆形布置了四套舵轴驱动单元+电机驱动系统组合，当然不仅限于圆形阵列。每套舵轴驱动单元+电机驱动系统通过与舵机主体结构相连或固定，进行带动其连接的舵轴5进行角度偏转，因此，分别对每套舵轴驱动单元+电机驱动系统进行单独控制，即可实现四个鸭舵或尾翼各自的角度偏转而互不影响。因为四套舵轴驱动单元+电机驱动系统所运行的方式均类似，故只对其中一套舵轴驱动单元+电机驱动系统的传动过程进行介绍。
如附图1所示，电机驱动系统1通过联轴器2，与蜗杆3固定连接，并顺时针/逆时针旋转驱动蜗杆3；蜗杆3通过轴承1(6)支撑其两端并限制其轴向运动，旋转带动蜗轮4旋转，蜗轮4与舵轴5固定连接，通过轴承2(7)支撑舵轴5两端并限制其轴向运动，实现舵轴5顺时针/逆时针的角度偏置，最终传递给舵轴5的扭矩至少2N.m，能够使舵轴5实现±360°的角度偏转。
对于整个装置回程间隙的控制，电机驱动系统1主要包括可正反转的电机、传动间隙小的谐波减速器以及可实时反馈舵轴5偏转角度的编码器，联轴器2包括具备高刚性、零间隙等性能的联轴器，或者通过所述电机驱动系统1的输出动力轴与所述蜗杆3硬连接替代；蜗轮4和蜗杆3传动具备自锁性能，同时，舵轴5与蜗轮4进行固定连接，最终实现了舵轴5的回转精度在3′以内。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种四轴组合精密驱动的舵机装置，其特征在于：包括一个具有电机驱动系统(1)、舵轴驱动单元(3-5)和舵机主体结构(8)；
舵机主体结构(8)，用于将舵机装置连接在便携式导弹主体内部；
电机驱动系统(1)为四套，沿周向均匀分布，每套电机驱动系统(1)的输出端连接一个蜗杆(3)；
舵轴驱动单元(3-5)为四套，每套包括蜗杆(3)、蜗轮(4)、舵轴(5)；所述蜗杆在电机驱动系统(1)的驱动下带动蜗轮(4)旋转，蜗轮(4)通过设置在其内部的轴承带动舵轴(5)旋转。
2.根据权利要求1所述四轴组合精密驱动的舵机装置，其特征在于每套电机驱动系统(1)的输出端通过联轴器(2)连接所述蜗杆(3)。
3.根据权利要求1或2所述四轴组合精密驱动的舵机装置，其特征在于，舵机主体结构(8)为三层结构，顶层沿周向分别设置四个法兰孔，用于固定四套电机驱动系统(1)；联轴器(2)设置在中层，中层对应法兰孔的位置设置第一轴承孔，蜗杆(3)上端穿过轴承连接联轴器(2)，联轴器(2)连接电机驱动系统(1)的输出端，轴承设置在轴承孔内，轴承孔用于对轴承的轴向限位；底层对应第一轴承孔的位置设置第二轴承孔，用于固定第二轴承，蜗杆(3)上端连接第二轴承；底层设置与底板垂直的舵轴固定板，固定板上设置轴承固定孔，用于通过轴承定位舵轴(5)，限制舵轴(5)的轴向运动；舵机主体结构(8)中部为通孔，通孔内径大于15mm。
4.根据权利要求1或2所述四轴组合精密驱动的舵机装置，其特征在于，所述电机驱动系统(1)，包括可正反转的电机、谐波减速器和高精度编码器。
5.根据权利要求1或2所述四轴组合精密驱动的舵机装置，其特征在于，外径小于60mm。
6.根据权利要求1或2所述四轴组合精密驱动的舵机装置，其特征在于，质量少于1kg。
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