CN106838179A - 一种机械传动结构 - Google Patents

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Abstract

一种机械传动结构，包含连接滚珠丝杠螺母和舵轴的摇臂、套设在滚珠丝杠螺母的拔杆上且位于摇臂内的消隙环组件，摇臂的通孔内设置有相邻的第一偏置轨道和第二偏置轨道，第一偏置轨道的水平对称中心线与第二偏置轨道的水平对称中心线不在同一水平面上，消隙环组件包含套设在拔杆上的第一消隙环和第二消隙环，第一消隙环位于第一偏置轨道内，第二消隙环位于第二偏置轨道内，第一偏置轨道的水平对称中心线与第二偏置轨道的水平对称中心线的垂直距离为H。本发明实现了丝杠螺母拨杆与摇臂之间的滚动运动，并且在减小摩擦力的基础上使二者之间的配合间隙可调。

Description

一种机械传动结构
技术领域
本发明涉及一种机械传动结构。
背景技术
滚珠丝杠副由于其效率高、体积小、负载能力强等特点，被广泛应用在飞行器伺服机构中。舵机伺服机构常常通过舵轴摇臂与滚珠丝杠螺母配合，将螺母的直线运动转换为摇臂和舵轴的摆动，进而驱动舵面偏转。
间隙、摩擦作为控制系统中的非线性因素，往往会引起系统响应滞后、振荡失稳等一系列不良现象。以往设计中为将滚珠丝杠螺母拨杆的直线运动转换为摇臂的圆周摆动，常在拨杆与摇臂之间安装关节轴承，或直接使拨杆在摇臂开槽内滑动来实现。但由于轴承自身的径向游隙无法消除，存在的间隙易使系统振荡，过盈配合虽然可消除间隙，但是轴承与摇臂之间为相对滑动，且过盈额外增加了摇臂与拨杆之间的滑动摩擦力，使系统功耗加大，响应变慢。
发明内容
本发明提供一种机械传动结构，既满足了间隙控制要求，又降低了传动摩擦力。
为了达到上述目的，本发明提供一种机械传动结构，包含：连接滚珠丝杠螺母和舵轴的摇臂、套设在滚珠丝杠螺母的拔杆上且位于摇臂内的消隙环组件；
所述的摇臂的一端通过通孔套设在滚珠丝杠螺母的拔杆上，另一端连接舵轴，该摇臂的通孔内设置有相邻的第一偏置轨道和第二偏置轨道，第一偏置轨道的水平对称中心线与第二偏置轨道的水平对称中心线不在同一水平面上，第一偏置轨道的水平对称中心线与第二偏置轨道的水平对称中心线的垂直距离为H；
所述的消隙环组件包含套设在拔杆上的第一消隙环和第二消隙环，第一消隙环位于第一偏置轨道内，第二消隙环位于第二偏置轨道内。
所述的第一消隙环的公称厚度h等于第二消隙环的公称厚度h。
所述的第一消隙环的内径和第二消隙环的内径都大于拔杆的直径D。
所述的第一消隙环和第二消隙环的外径都小于第一偏置轨道的宽度和第二偏置轨道的宽度。
第一偏置轨道的宽度W1等于第二偏置轨道的宽度W2，且W1＝W2＝D+2h+H，其中，D是拔杆直径，h是消隙环公称厚度，H是第一偏置轨道的水平对称中心线与第二偏置轨道的水平对称中心线的垂直距离。
所述的机械传动结构还包含：套设在拔杆上且位于第一消隙环和第二消隙环之间的消隙环隔圈。
所述的第一偏置轨道向上偏置，第二偏置轨道向下偏置；或者，第一偏置轨道向下偏置，第二偏置轨道向上偏置。
第一偏置轨道的上边与第二偏置轨道的下边形成的通孔有效宽度W＝拔杆直径D+2×消隙环公称厚度h。
通过公差控制消隙环的实际厚度，本发明使摇臂与丝杠螺母拨杆之间的间隙可控，同时获得尽量小的摩擦力。
附图说明
图1是本发明提供的一种机械传动结构的结构示意图。
图2是本发明提供的一种机械传动结构的剖视图。
图3是摇臂的结构示意图。
图4是图3中A-A向剖视图。
图5是图3中A-A向剖视图，显示了摇臂和拔杆的传动关系。
图6是滚珠丝杠螺母上行阶段消隙环的受力示意图。
图7是滚珠丝杠螺母下行阶段消隙环的受力示意图。
具体实施方式
以下根据图1～图7，具体说明本发明的较佳实施例。
如图1和图2所示，本发明提供一种机械传动结构，包含：连接滚珠丝杠螺母1(其与滚珠丝杠7螺纹连接)和舵轴8的摇臂3、套设在滚珠丝杠螺母1的拔杆2上并位于摇臂3内的消隙环组件。
如图3所示，所述的摇臂3的一端通过通孔302套设在滚珠丝杠螺母1的拔杆2上，另一端连接舵轴8，该摇臂3的通孔302内设置有相邻的第一偏置轨道301和第二偏置轨道302，如图5所示，第一偏置轨道301的宽度W1等于第二偏置轨道302的宽度W2。如图4所示，第一偏置轨道301的水平对称中心线31与第二偏置轨道302的水平对称中心线32不在同一水平面上，第一偏置轨道301的水平对称中心线31与第二偏置轨道302的水平对称中心线32的垂直距离为H；
如图1和图2所示，所述的消隙环组件包含套设在拔杆2上的第一消隙环4和第二消隙环5，第一消隙环4位于第一偏置轨道301内，第二消隙环5位于第二偏置轨道302内，如图5所示，第一消隙环4的内径和第二消隙环5的内径都大于拔杆2的直径，第一消隙环4和第二消隙环5的外径都小于第一偏置轨道301的宽度W1和第二偏置轨道302的宽度W2，第一消隙环4的公称厚度h等于第二消隙环5的公称厚度h。如图1和图2所示，所述的机械传动结构还包含：套设在拔杆2上且位于第一消隙环4和第二消隙环5之间的消隙环隔圈6，有助于降低两个消隙环之间的互相磨损。
所述的第一偏置轨道301可以向上偏置，则第二偏置轨道302向下偏置；或者，第一偏置轨道301向下偏置，则第二偏置轨道302向上偏置。
本实施例中，消隙环材料为高硬度不锈钢，消隙环隔圈采用较低硬度不锈钢。
如图3和图5所示，在本发明的一个实施例中，第一偏置轨道301的宽度W1＝10mm，第二偏置轨道302的宽度W2＝10mm，第一偏置轨道301位于远离滚珠丝杠1的外侧，第二偏置轨道302位于靠近滚珠丝杠1的内侧，第一偏置轨道301相对于摇臂中心线向上偏置1mm，第二偏置轨道302相对于摇臂中心线向下偏置1mm，则第一偏置轨道301的上边与第二偏置轨道302的下边形成的通孔有效宽度(丝杠螺母拨杆与摇臂传动配合公称宽度)W＝9mm，第一消隙环4和第二消隙环5的内径为Φ7.5mm，外径为Φ9.5mm，公称厚度h＝1mm，拔杆2的直径D为Φ7mm，第一消隙环4和第二消隙环5的内表面均与拔杆2的外表面接触，拔杆2通过第一消隙环4接触第一偏置轨道301的上边，通过第二消隙环5接触第二偏置轨道302的下边，其中，W1＝W2＝D+2h+H，通孔有效宽度W＝D+2h，通过调整消隙环的公称厚度，可以调整摇臂3与拨杆2的间隙，使其得到较理想的控制。
图5是滚珠丝杠螺母1在上行阶段中消隙环的受力分析，解释了第一消隙环4是如何在运动中形成滚动，以滚动摩擦代替过盈配合的滑动摩擦。
如图5所示，滚珠丝杠螺母1上行，拔杆2对第一消隙环4产生作用力F及摩擦力f1，作用点为P，第一消隙环4与摇臂3的第一偏置轨道301的上边紧密接触，摇臂3对第一消隙环4产生支撑力N及摩擦力f，两力均作用于Q点。假设摇臂3与水平方向的夹角为θ，忽略第一消隙环4的自重，对第一消隙环4作受力分析：
N＝F
f＝f1
To＝f(R+h)-f1*R＝fh
其中，To为第一消隙环4绕O点的转矩，R为拨杆2的半径，h为消隙环实际厚度。
在滚珠丝杠螺母1向上移动时，支撑力N和摩擦力f均大于零，因此在力矩TO的作用下第一消隙环4将绕O点转动。当滚珠丝杠螺母1连续运动时，第一消隙环4将在第一偏置轨道301里形成滚动，从而有效地减少摩擦阻力，提高机构的工作效率。
如图6所示，同样的原理也适用于滚珠丝杠螺母1下行，此时第二消隙环5将在第二偏置轨道302里滚动。
由于第一消隙环4和第二消隙环5仅与各自轨道的单边接触，因而丝杠螺母1上下移动时，拔杆2将带动第一消隙环4和第二消隙环5在各自的偏置轨道内滚动，从而使摇臂3和舵轴8偏转。
本发明提供的传动结构结合了关节轴承连接和过盈配合连接的各自优点，实现了丝杠螺母拨杆与摇臂之间的滚动运动，并且在减小摩擦力的基础上使二者之间的配合间隙可调。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种机械传动结构，其特征在于，包含：连接滚珠丝杠螺母（1）和舵轴（8）的摇臂（3）、套设在滚珠丝杠螺母（1）的拔杆（2）上且位于摇臂（3）内的消隙环组件；
所述的摇臂（3）的一端通过通孔（302）套设在滚珠丝杠螺母（1）的拔杆（2）上，另一端连接舵轴（8），该摇臂（3）的通孔（302）内设置有相邻的第一偏置轨道（301）和第二偏置轨道（302），第一偏置轨道（301）的水平对称中心线（31）与第二偏置轨道（302）的水平对称中心线（32）不在同一水平面上，第一偏置轨道（301）的水平对称中心线（31）与第二偏置轨道（302）的水平对称中心线（32）的垂直距离为H；
所述的消隙环组件包含套设在拔杆（2）上的第一消隙环（4）和第二消隙环（5），第一消隙环（4）位于第一偏置轨道（301）内，第二消隙环（5）位于第二偏置轨道（302）内。
2.如权利要求1所述的机械传动结构，其特征在于，所述的第一消隙环（4）的公称厚度h等于第二消隙环（5）的公称厚度h。
3.如权利要求1所述的机械传动结构，其特征在于，所述的第一消隙环（4）的内径和第二消隙环（5）的内径都大于拔杆（2）的直径D。
4.如权利要求1所述的机械传动结构，其特征在于，所述的第一消隙环（4）和第二消隙环（5）的外径都小于第一偏置轨道（301）的宽度和第二偏置轨道（302）的宽度。
5.如权利要求2所述的机械传动结构，其特征在于，第一偏置轨道（301）的宽度W1等于第二偏置轨道（302）的宽度W2，且W1=W2=D+2h+H，其中，D是拔杆直径，h是消隙环公称厚度，H是第一偏置轨道的水平对称中心线与第二偏置轨道的水平对称中心线的垂直距离。
6.如权利要求1所述的机械传动结构，其特征在于，所述的机械传动结构还包含：套设在拔杆（2）上且位于第一消隙环（4）和第二消隙环（5）之间的消隙环隔圈（6）。
7.如权利要求1所述的机械传动结构，其特征在于，所述的第一偏置轨道（301）向上偏置，第二偏置轨道（302）向下偏置；或者，第一偏置轨道（301）向下偏置，第二偏置轨道（302）向上偏置。
8.如权利要求1所述的机械传动结构，其特征在于，第一偏置轨道（301）的上边与第二偏置轨道（302）的下边形成的通孔有效宽度W=拔杆直径D+2×消隙环公称厚度h。
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