CN107453536B - 高效率电动机构传动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于伺服机构技术领域，具体涉及一种高效率电动机构传动机构。为解决现有问题，本发明采用直齿轮、丝杠螺母、齿轮齿条三级传动的结构形式替代现有的传动机构，大幅提高传动效率。传动机构输出轴采用扇形齿轮结构。在导轨的两端设计有限位结构，使丝杠螺母在一定范围内运动，以保证输出轴在限定范围内运动。采用该电动机构在10Nm负载下进行性能测试，母线电流为1.2A，开关时间2s，行程为90°。按照45°/S计算，电动机构输出功率为7.854W。电机输出功率为33.6W。电机效率按照65％计算，传动机构效率为35％。采用蜗轮蜗杆结构的电动机构在10Nm负载下，母线电流为3A，传动机构实际效率为16％。

Description

高效率电动机构传动机构
技术领域
本发明属于伺服机构技术领域，具体涉及一种高效率电动机构传动机构。
背景技术
电动机构广泛应用于各种飞行其中，其通过驱动联轴器带动阀体中的活门转动，实现飞行器中供油管路或气路的通断。由于电机的工作轴线与阀体中活门的工作轴线相互垂直，目前的电动机构普遍采用蜗轮蜗杆与直齿轮和行星齿轮等结构组合的形式进行传动。但蜗轮蜗杆的传动效率在50％以下，这种传动机构的不足之处在于传动效率低，发热量大。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种高效率电动机构传动机构。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种高效率电动机构传动机构，其包括电机1、齿轮2、丝杠3、齿条螺母4、导轨5、输出轴6、销轴8；
所述丝杠3水平设置，定义该丝杠3的轴线方位为X方向；
所述导轨5与丝杠3平行地水平设置于丝杠3一侧；所述导轨5由导向面和导向面两端向上突起的限位结构所构成；所述导向面与丝杠3轴线平行；定义所述限位结构的突起方向为Y方向，所述限位结构用于将齿条螺母4限制在规定的行程范围内；
所述丝杠3一端设有通孔，用于销轴8的安装；
所述齿轮2通过销轴8固定在丝杠3一端上，齿轮2、销轴8、丝杠3三者的轴线重合；
所述电机1输出轴连接齿轮2，用于在开启电机1的情况下，由电机1输出轴带动齿轮2旋转，进而带动丝杠3选择；
所述齿条螺母4套设于丝杠3上，设置为可沿丝杠3轴线运动，导轨5的导向面与齿条螺母4的运动方向平行，齿条螺母4运动过程中，齿条螺母4的底部在导轨5两端限位结构之间的导向面范围内沿X轴前后运动；
所述输出轴6轴线垂直于XY平面，定义输出轴6轴线方向为Z方向；所述输出轴6上沿轴向设有用于与齿条螺母4相互配合的扇形齿轮；
所述输出轴6通过扇形齿轮与齿条螺母4啮合，在齿条螺母4沿沿丝杠3轴线运动的同时，输出轴6绕Z轴转动，受限位结构对齿条螺母4的运动限制，输出轴6的转动范围可控。
其中，所述传动机构的传动过程分为三级传动，原动机构为电机；
第一级传动为外啮合直齿轮传动，主动件为电机1，从动件为齿轮2；电机1与齿轮2呈轴线水平平行的位置关系，齿轮2通过销轴8固定在丝杠3靠近电机1的一端，齿轮2带动丝杠3转动。
其中，第二级传动为丝杠螺母传动，主动件为丝杠3，从动件为齿条螺母4；丝杠3通过丝杠螺母副带动齿条螺母4平移；导轨5设置为与丝杠3平行，并与齿条螺母4接触，其接触面与输出轴6的轴线垂直；使齿条螺母4沿导轨5滑动。导轨5的两端设有限位结构，将齿条螺母4的行程限定在输出角度范围内；
其中，第三级传动为齿轮齿条传动；主动件为齿条螺母4，从动件为齿轮6；齿条螺母4与输出轴6上的扇形齿轮啮合，齿条螺母4作平移运动，通过齿轮副带动输出轴6转动。
其中，所述机构还包括机架7；所述丝杠3水平设置于机架7上。
其中，所述扇形齿轮设置为120°扇形形状；所述输出轴6通过120°的扇形齿轮与齿条螺母4啮合。
其中，受限位结构对齿条螺母4的运动限制，输出轴6的转动范围控制在90°内。
其中，所述输出轴6顶部设置为十字槽结构，用于连接机构中的位置反馈装置。
其中，所述输出轴6底部设置为扁孔结构，用于连接阀体中的活门。
其中，所述输出轴6用于驱动外部联轴器带动阀体中的活门转动，从而实现供油管路或气路的通断。
(三)有益效果
为解决现有电动机构传动效率低的问题，本发明采用直齿轮、丝杠螺母、齿轮齿条三级传动的结构形式替代现有的传动机构，大幅提高传动效率。传动机构输出轴采用120°扇形齿轮结构。在导轨的两端设计有限位结构，使丝杠螺母在一定范围内运动，以保证输出轴在限定范围内运动。
本发明采用直齿轮、丝杠螺母、齿轮齿条三级传动的结构，替代了现有电动机构中蜗轮蜗杆的传动形式。避免了蜗轮蜗杆在啮合中存在滑动摩擦致使效率降低的问题。
采用所述发明的电动机构在10Nm负载下进行性能测试，母线电流为1.2A，开关时间2s，行程为90°。按照45°/S计算，电动机构输出功率为7.854W。电机输出功率为33.6W。电机效率按照65％计算，传动机构效率为35％。采用蜗轮蜗杆结构的电动机构在10Nm负载下，母线电流为3A，传动机构实际效率为16％。
附图说明
图1为本发明导轨的结构示意图。
图2为本发明输出轴的结构示意图。
图3(a)及图3(b)为本发明传动机构整体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决上述技术问题，本发明提供一种高效率电动机构传动机构，如图3(a)及图3(b)所示，其包括电机1、齿轮2、丝杠3、齿条螺母4、导轨5、输出轴6、机架7、销轴8；
所述丝杠3水平设置于机架7上，定义该丝杠3的轴线方位为X方向；
所述导轨5与丝杠3平行地水平设置于丝杠3一侧；如图1所示，所述导轨5由导向面和导向面两端向上突起的限位结构所构成；所述导向面与丝杠3轴线平行；定义所述限位结构的突起方向为Y方向，所述限位结构用于将齿条螺母4限制在规定的行程范围内；
所述丝杠3一端设有通孔，用于销轴8的安装；
所述齿轮2通过销轴8固定在丝杠3一端上，齿轮2、销轴8、丝杠3三者的轴线重合；
所述电机1输出轴连接齿轮2，用于在开启电机1的情况下，由电机1输出轴带动齿轮2旋转，进而带动丝杠3选择；
所述齿条螺母4套设于丝杠3上，设置为可沿丝杠3轴线运动，导轨5的导向面与齿条螺母4的运动方向平行，齿条螺母4运动过程中，齿条螺母4的底部在导轨5两端限位结构之间的导向面范围X轴前后运动；
如图2所示，所述输出轴6轴线垂直于XY平面，所述输出轴6上沿轴向设有用于与齿条螺母4相互配合的扇形齿轮，所述扇形齿轮设置为120°扇形形状；所述输出轴6顶部设置为十字槽结构，用于连接机构中的位置反馈装置；所述输出轴6底部设置为扁孔结构，用于连接阀体中的活门；
所述输出轴6通过120°的扇形齿轮与齿条螺母4啮合，在齿条螺母4沿沿丝杠3轴线运动的同时，输出轴6绕Z轴转动，受限位结构对齿条螺母4的运动限制，输出轴6的转动范围为90°；
所述传动机构的传动过程分为三级传动，原动机构为电机；
第一级传动为外啮合直齿轮传动，主动件为电机1，从动件为齿轮2；电机1与齿轮2呈轴线水平平行的位置关系，齿轮2通过销轴8固定在丝杠3靠近电机1的一端，齿轮2带动丝杠3转动；
第二级传动为丝杠螺母传动，主动件为丝杠3，从动件为齿条螺母4；丝杠3通过丝杠螺母副带动齿条螺母4平移；导轨5设置为与丝杠3平行，并与齿条螺母4接触，其接触面与输出轴6的轴线垂直；使齿条螺母4沿导轨5滑动。导轨5的两端设有限位结构，将齿条螺母4的行程限定在输出角度范围内；
第三级传动为齿轮齿条传动；主动件为齿条螺母4，从动件为齿轮6。齿条螺母4与输出轴6上的120°扇形齿轮啮合，齿条螺母4作平移运动，通过齿轮副带动输出轴6转动。输出轴6驱动外部联轴器带动阀体中的活门转动，从而实现供油管路或气路的通断。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高效率电动机构传动机构，其特征在于，其包括电机(1)、齿轮(2)、丝杠(3)、齿条螺母(4)、导轨(5)、输出轴(6)、销轴(8)；
所述丝杠(3)水平设置，定义该丝杠(3)的轴线方位为X方向；
所述导轨(5)与丝杠(3)平行地水平设置于丝杠(3)一侧；所述导轨(5)由导向面和导向面两端向上突起的限位结构所构成；所述导向面与丝杠(3)轴线平行；定义所述限位结构的突起方向为Y方向，所述限位结构用于将齿条螺母(4)限制在规定的行程范围内；
所述丝杠(3)一端设有通孔，用于销轴(8)的安装；
所述齿轮(2)通过销轴(8)固定在丝杠(3)一端上，齿轮(2)、销轴(8)、丝杠(3)三者的轴线重合；
所述电机(1)输出轴连接齿轮(2)，用于在开启电机(1)的情况下，由电机(1)输出轴带动齿轮(2)旋转，进而带动丝杠(3)旋转；
所述齿条螺母(4)套设于丝杠(3)上，设置为可沿丝杠(3)轴线运动，导轨(5)的导向面与齿条螺母(4)的运动方向平行，齿条螺母(4)运动过程中，齿条螺母(4)的底部在导轨(5)两端限位结构之间的导向面范围内沿X轴前后运动；
所述输出轴(6)轴线垂直于XY平面，定义输出轴(6)轴线方向为Z方向；所述输出轴(6)上沿轴向设有用于与齿条螺母(4)相互配合的扇形齿轮；
所述输出轴(6)通过扇形齿轮与齿条螺母(4)啮合，在齿条螺母(4)沿沿丝杠(3)轴线运动的同时，输出轴(6)绕Z轴转动，受限位结构对齿条螺母(4)的运动限制，输出轴(6)的转动范围可控；
所述扇形齿轮设置为120°扇形形状；所述输出轴(6)通过120°的扇形齿轮与齿条螺母(4)啮合；
受限位结构对齿条螺母(4)的运动限制，输出轴(6)的转动范围控制在90°内；
所述输出轴(6)顶部设置为十字槽结构，用于连接机构中的位置反馈装置；
所述输出轴(6)底部设置为扁孔结构，用于连接阀体中的活门；
所述输出轴(6)用于驱动外部联轴器带动阀体中的活门转动，从而实现供油管路或气路的通断。
2.如权利要求1所述的高效率电动机构传动机构，其特征在于，所述传动机构的传动过程分为三级传动，原动机构为电机；
第一级传动为外啮合直齿轮传动，主动件为电机(1)，从动件为齿轮(2)；电机(1)与齿轮(2)呈轴线水平平行的位置关系，齿轮(2)通过销轴(8)固定在丝杠(3)靠近电机(1)的一端，齿轮(2)带动丝杠(3)转动。
3.如权利要求2所述的高效率电动机构传动机构，其特征在于，
第二级传动为丝杠螺母传动，主动件为丝杠(3)，从动件为齿条螺母(4)；丝杠(3)通过丝杠螺母副带动齿条螺母(4)平移；导轨(5)设置为与丝杠(3)平行，并与齿条螺母(4)接触，其接触面与输出轴(6)的轴线垂直；使齿条螺母(4)沿导轨(5)滑动，导轨(5)的两端设有限位结构，将齿条螺母(4)的行程限定在输出角度范围内。
4.如权利要求3所述的高效率电动机构传动机构，其特征在于，
第三级传动为齿轮齿条传动；主动件为齿条螺母(4)，从动件为齿轮(6)；齿条螺母(4)与输出轴(6)上的扇形齿轮啮合，齿条螺母(4)作平移运动，通过齿轮副带动输出轴(6)转动。
5.如权利要求1所述的高效率电动机构传动机构，其特征在于，所述机构还包括机架(7)；所述丝杠(3)水平设置于机架(7)上。
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