CN108019479B - 一种机电作动器滑槽式导向齿限位导向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机电作动器内部结构设计技术领域，具体涉及一种机电作动器滑槽式导向齿限位导向装置。本发明中，导向齿的基体固定安装在作动器壳体的内孔一侧沿轴向方向的凹槽内；作动杆位于作动器壳体内部，且一端穿出作动器壳体，螺母套在丝杠丝杆的外壁上，并与作动杆的另一端连接；导向齿槽基体压入作动杆上的凹槽内并固定；支承环安装在作动杆上，且与作动器壳体接触；导向齿和导向齿槽啮合连接。本发明将面面摩擦改为线线摩擦或线面摩擦，在短时工作场合，可以实现与滚动摩擦一样的效果，大大减小摩擦力和效率损失。

Description

一种机电作动器滑槽式导向齿限位导向装置
技术领域
本发明属于机电作动器内部结构设计技术领域，具体涉及一种机电作动器滑槽式导向齿限位导向装置。
背景技术
在航天飞行器控制系统中，机电伺服系统是重要的执行系统，起到控制飞行器飞行姿态的作用。近年来，由于具有结构紧凑、比功率较高以及维护方便等优势，机电伺服系统发展迅猛，有很多成功的应用。
机电作动器作为机电伺服系统的重要组成部分，是机电伺服系统的执行机构，在工作中将电机的旋转运动通过丝杠副的作用转化为直线输出，该转化过程同时需要限制作动杆的转动，这种既能直线滑动又能限制作动杆转动的结构就是导向装置。传统的导向结构有导向轴承导向、导向条导向等，其中导向条导向可用于负载较大的场合。然而，导向条导向在实际应用中可能会出现一些问题，导向条与作动杆之间是面接触，摩擦较大，这样会造成效率损失；另外，导向条安装在作动筒内壁，对中性不好把握，如果安装有偏差，容易引起机构卡滞。
检索到的现有技术：
《一种机电作动器的导向结构》，中国，申请号为201520118959.5，公开日2015年2月28日。该导向结构属于一种适应长距离直线往复运动的导向结构，具体应用于机电作动器的一种结构简单，承载能力强，体积小的滑槽式导向块导向结构。导向结构由作动杆、作动器壳体、安装于作动器壳体上的导向条以及作动杆上的凹槽组成。导向结构组成如图1所示，导向条结构如图2所示。
现有技术工作原理：
所述导向条为长条形，与所述作动器壳体内壁的相邻面为同直径的圆弧形面，锐边倒钝，安装于所述作动器壳体的内腔并与所述作动器壳体固定连接在一起，作动杆上有与导向条等宽的槽口，并与导向条构成移动副，所述作动杆沿着导向条作直线往复运动。导向结构采用移动副，移动副直线运动时，可以承受沿轴线方向的扭矩，限制作动杆的转动，从而将旋转运动转化为直线运动。在相同承载的条件下，导向结构具有安装空间小、结构简单、成本低的特点。
现有技术所存在的问题和缺陷：
该专利中的导向结构包含作动杆凹槽和导向条之间的滑块结构、两个支撑环与作动器壳体内孔之间的滑块结构两部分，而这两部分中凹槽和导向块之间和支承环和作动器壳体内孔之间都是面面摩擦。导向条与作动杆之间是面接触，摩擦较大，这样会造成效率损失，长时间工作发热较为明显；另外，导向条安装在作动筒内壁，对中性不好把握，如果安装有偏差，容易引起机构卡滞。
发明内容
本发明解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明提供一种机电作动器滑槽式导向齿限位导向装置，将面面摩擦改为线线摩擦或线面摩擦，在短时工作场合，可以实现与滚动摩擦一样的效果，大大减小摩擦力和效率损失。
本发明采用的技术方案：
一种机电作动器滑槽式导向齿限位导向装置，包括作动杆、作动器壳体、导向齿、导向齿槽、丝杠丝杆、支承环、圆柱销、螺母；
导向齿的基体固定安装在作动器壳体的内孔一侧沿轴向方向的凹槽内；作动杆位于作动器壳体内部，且一端穿出作动器壳体，螺母套在丝杠丝杆的外壁上，并与作动杆的另一端连接；导向齿槽基体压入作动杆上的凹槽内并固定；支承环安装在作动杆上，且与作动器壳体接触；导向齿和导向齿槽啮合连接。
所述导向齿的基体压入作动器壳体凹槽内，配合为小过盈配合。
所述导向齿和导向齿槽由两个分度圆直径相同但是齿顶圆和齿根圆不同的外齿轮加工而成，两者的啮合与两个齿轮的在节点处的啮合完全一样。
所述导向齿和导向齿槽的材料为钢材，硬度可为60HRC。
所述支撑环外表面为弧形面，与作动器壳体内孔接触时是外弧面的正中间最大直径处的圆形线与作动器壳体内孔的圆柱面接触，为线面接触。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的一种机电作动器滑槽式导向齿限位导向装置，导向齿和导向齿槽的啮合线为沿轴向方向的一条直线，滑动摩擦也为线线接触，这和现有技术中的面面接触相比，摩擦力大大减小，效率损失也减小，在短时工作验证体系下，实现与滚动摩擦一样的效果，提高了机电作动器中导向结构的效率；
(2)本发明提供的一种机电作动器滑槽式导向齿限位导向装置，安装在作动杆上的支撑环，外表面为弧形面，与作动缸壳体之间的接触为一条直线，改变了接触方式，摩擦状态变好，效率损失减小；
(3)本发明提供的一种机电作动器滑槽式导向齿限位导向装置，导向齿和导向齿槽的材料为钢材，通过线切割或采用拉刀方法加工，热处理工艺采用齿轮的渗碳淬火、碳氮共渗、真空淬火等方法，硬度可达60HRC，大大提高导线齿和导向齿槽的耐磨损能力。
附图说明
图1为现有技术导向结构示意图；
图2为现有技术导向条结构示意图；
图3为本发明导向装置结构示意图；
图4为图3C-C向剖视图；
图5为图4中A部分放大图；
图6为导向齿和导向齿槽的接触方式示意图；
图7为弧形面支撑环的结构示意图；
图8为弧形面支撑环的剖切面结构示意图；
图中：1-作动杆、2-作动器壳体、3-固定螺钉、4-导向条、5-丝杠丝杆、6-支撑环、7-作动杆、8-作动器壳体、9-导向齿、10-导向齿槽、11-丝杠丝杆、12-支承环、13-螺钉和弹垫、14-螺钉和弹平垫、15-圆柱销、16-螺母。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种机电作动器滑槽式导向齿限位导向装置作进一步详细说明。
如图3所示，本发明提供的一种机电作动器滑槽式导向齿限位导向装置，包括作动杆7、作动器壳体8、导向齿9、导向齿槽10、丝杠丝杆11、支承环12、螺钉和弹垫13、螺钉和弹平垫14、圆柱销15、螺母16；
导向齿9的基体安装在作动器壳体8的内孔一侧沿轴向方向的凹槽内，并通过螺钉和弹平垫14对导向齿9轴向固定，导向齿9的基体压入作动器壳体8凹槽内，配合为小过盈配合；作动杆7位于作动器壳体8内部，且一端穿出作动器壳体8，螺母16套在丝杠丝杆11的外壁上，并通过螺钉和弹垫13与作动杆7的另一端连接；导向齿槽10基体压入作动杆7上的凹槽内，配合为小过盈配合，并通过圆柱销15对导向齿槽10轴向固定；支承环12安装在作动杆7上，且与作动器壳体8接触；导向齿9和导向齿槽10啮合连接。
如图4、图5、图6所示，导向齿9和导向齿槽10由两个分度圆直径相同但是齿顶圆和齿根圆不同的外齿轮上切削下来，加工而成，其基体为小长条结构，两者的啮合与两个齿轮的在节点处的啮合完全一样。
导向齿9和导向齿槽10的材料为钢材，通过线切割或采用拉刀方法加工，热处理工艺采用齿轮的渗碳淬火、碳氮共渗、真空淬火等方法，硬度可达60HRC。
如图7和图8所示，在作动杆7上安装两个有一定间距的支撑环12，且支撑环外表面为弧形面，使得作动杆7在正负行程范围内移动时，两个支承环12与作动器壳体8内孔接触时是外弧面的正中间最大直径处的圆形线与作动器壳体内孔的圆柱面接触，为线面接触，与原来的面面接触相比，摩擦状态变好，效率损失减小，在短时工作验证体系下，实现与滚动摩擦一样的效果。
本发明的工作原理
机电作动器的电机转动，通过减速装置将旋转运动传递到丝杠丝杆11，从而带动丝杠丝杆11转动；丝杠丝杆11可以把旋转运动转化为直线输出，通过转动丝杠丝杆11，带动作动杆7直线运动，或者转动螺母16和作动杆7，带动丝杠丝杆11直线运动，完成运动方式转化的前提是必须限制直线运动元件的旋转运动，这个功能需要导向结构来实现。
在工作中，丝杠丝杆11向某一方向转动，由于丝杠丝杆11和螺母16的作用，作动杆7也有向该方向转动的趋势，由于导向齿9和导向齿槽10之间是微间隙配合，导向齿槽10的一侧与导向齿9的一侧产生线接触并相对滑动，限制了导向齿槽10所在的作动杆7的转动，并在弧形面支撑环12的支撑作用下，作动杆7实现正方向直线运动；当丝杠丝杆11向另一方向转动，导向齿槽10的另一侧与导向齿9的另一侧产生线接触并相对滑动，限制了导向齿槽10所在的作动杆7的转动，并在弧形面支撑环12的支撑作用下，使作动杆7实现反方向直线运动。

Claims (5)

1.一种机电作动器滑槽式导向齿限位导向装置，其特征在于：包括作动杆(7)、作动器壳体(8)、导向齿(9)、导向齿槽(10)、丝杠丝杆(11)、支承环(12)、圆柱销(15)、螺母(16)；导向齿(9)的基体固定安装在作动器壳体(8)的内孔一侧沿轴向方向的凹槽内；作动杆(7)位于作动器壳体(8)内部，且一端穿出作动器壳体(8)，螺母(16)套在丝杠丝杆(11)的外壁上，并与作动杆(7)的另一端连接；导向齿槽(10)基体压入作动杆(7)上的凹槽内并固定；支承环(12)安装在作动杆(7)上，且与作动器壳体(8)接触；导向齿(9)和导向齿槽(10)啮合连接，导向齿(9)和导向齿槽(10)之间是微间隙配合，导向齿槽(10)的一侧与导向齿(9)的一侧产生线接触并相对滑动。
2.根据权利要求1所述的一种机电作动器滑槽式导向齿限位导向装置，其特征在于：所述导向齿(9)的基体压入作动器壳体(8)凹槽内，配合为小过盈配合。
3.根据权利要求1所述的一种机电作动器滑槽式导向齿限位导向装置，其特征在于：所述导向齿(9)和导向齿槽(10)由两个分度圆直径相同但是齿顶圆和齿根圆不同的外齿轮加工而成，两者的啮合与两个齿轮的在节点处的啮合完全一样。
4.根据权利要求3所述的一种机电作动器滑槽式导向齿限位导向装置，其特征在于：所述导向齿(9)和导向齿槽(10)的材料为钢材，硬度为60HRC。
5.根据权利要求1所述的一种机电作动器滑槽式导向齿限位导向装置，其特征在于：所述支承 环(12)外表面为弧形面，与作动器壳体(8)内孔接触时是外弧面的正中间最大直径处的圆形线与作动器壳体(8)内孔的圆柱面接触，为线面接触。
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