CN108692615A - 一种蜗轮蜗杆传动的火炮角度双闭环伺服调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种蜗轮蜗杆传动的火炮角度双闭环伺服调节装置及方法，火炮角度双闭环伺服调节装置包括两组蜗轮蜗杆传动机构及一对转动板，炮架的两侧板上分别固定有呈同轴设置的两固定轴，火炮身管位于两侧板之间并通过两固定轴安装在两侧板上，转动板的一端与对应侧的固定轴可转动地连接，转动板的另一端与火炮身管固定连接，蜗轮蜗杆传动机构包括蜗轮、蜗杆及伺服电机，蜗轮与对应侧的固定轴同轴并固定连接，蜗杆安装在对应侧的转动板上，伺服电机与蜗杆的一端连接，通过伺服电机驱动蜗杆旋转，使蜗杆自转的同时绕蜗轮公转，以带动转动板和火炮身管一起绕固定轴旋转来调节火炮身管的角度。本发明具有省力、自锁性好、精准度高的优点。

Description

一种蜗轮蜗杆传动的火炮角度双闭环伺服调节装置及方法

技术领域

本发明涉及火炮控制技术领域，尤其是涉及一种蜗轮蜗杆传动的火炮角度双闭环伺服调节装置及方法。

背景技术

传统火炮调节装置在调节火炮角度时，现在操作比较费力、精度不高、易发生自锁性能不好的问题，由此导致因火炮角度调整偏差造成发射命中率降低的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种蜗轮蜗杆传动的火炮角度双闭环伺服调节装置及方法，旨在解决现有火炮角度调节装置中不省力、精度不高、自锁性能不好的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种蜗轮蜗杆传动的火炮角度双闭环伺服调节装置，用于对火炮身管进行角度调节，所述火炮角度双闭环伺服调节装置包括两组蜗轮蜗杆传动机构及一对转动板，该对转动板呈对称分布在炮架的两侧板的外侧，所述炮架的两侧板上分别固定有呈同轴设置的两固定轴，所述火炮身管位于炮架的两侧板之间并通过所述两固定轴安装在炮架的两侧板上，每一转动板的一端与对应侧的固定轴可转动地连接，每一转动板的另一端与火炮身管固定连接，每一组蜗轮蜗杆传动机构包括蜗轮、蜗杆及伺服电机，所述蜗轮与对应侧的固定轴同轴并固定连接，所述蜗杆安装在对应侧的转动板上，所述伺服电机与所述蜗杆的一端连接，通过伺服电机驱动蜗杆旋转，使蜗杆自转的同时绕蜗轮公转，以带动转动板和火炮身管一起绕固定轴旋转来调节火炮身管的角度。

优选地，所述转动板的一端通过转动板轴承和固定轴可转动地连接，所述转动板的另一端通过固定螺钉与火炮身管相固定，所述转动板轴承的内圈与固定轴相固定，所述转动板轴承的外圈与转动板相固定。

优选地，所述蜗杆的两端均由螺杆轴承支承并由蜗杆轴承盖压紧，蜗杆两端的蜗杆轴承盖均和转动板连接并固定。

优选地，所述蜗轮的外端面连接有蜗轮压片，所述蜗轮压片和固定轴同轴并被固定在固定轴上。

优选地，还包括光电编码器，所述光电编码器的光栅盘和转动板轴承同轴并和转动板轴承的外圈相固定，所述光电编码器的光电检测装置与固定轴相固定，用于火炮身管在转动板驱动下绕固定轴转动时，测定火炮身管的转角

优选地，还包括固定在炮架上的快速接口和便携式控制器，所述光电编码器的信号和电力线通过所述快速接口和所述便携式控制器连接，以通过便携式控制器设定和自动控制火炮身管的转角。

优选地，所述伺服电机自带测速元件，所述伺服电机的信号和电力线通过所述快速接口和所述便携式控制器连接，用于实时将测速元件测得的伺服电机的当前旋转方向和转速反馈给便携式控制器。

优选地，所述蜗杆的另一端连接有手轮，用于手动方式来旋转蜗杆。

为实现上述目的，本发明还提供一种蜗轮蜗杆传动的火炮角度双闭环伺服调节方法，适用于前述的火炮角度双闭环伺服调节装置，所述火炮角度双闭环伺服调节方法包括：通过便携式控制器的键盘输入期望角度值，便携式控制器发出控制指令电流i，通过和伺服电机自带测速元件反馈的转动方向、转角信号电流对比后，形成误差驱动电流信号Δi，Δi经过便携式控制器内部的伺服放大器放大后，形成驱动电流ΔI给伺服电机，伺服电机输出特定的转动方向和转速，驱动蜗轮蜗杆传动机构运动，从而通过转动板带动火炮身管转动；

光电编码器测定火炮身管实时转角后，反馈给便携式控制器，便携式控制器快速控制使得火炮身管转角达到目标值。

本发明的火炮角度双闭环伺服调节装置及方法中，由于采用了蜗轮固定、蜗杆转动和绕蜗轮公转的特殊传动方式，蜗杆既是主动件又是从动件，并且自锁性能非常好，使得对火炮身管角度的调节非常省力，火炮身管又能稳定自锁；并且适合采用伺服电机转速、火炮身管角度的双闭环自动控制，使得对火炮身管角度的伺服调节响应快、精确度非常高。

附图说明

图1为本发明一种蜗轮蜗杆传动的火炮角度双闭环伺服调节装置一实施例的总装结构轴侧视图。

图2为图1所示火炮角度双闭环伺服调节装置的结构轴侧视图。

图3为图1所示火炮角度双闭环伺服调节装置的结构剖视图。

图4为本发明蜗轮蜗杆传动的火炮角度双闭环伺服调节装置的自动控制系统方框图。

图中元件标号说明：

1、伺服电机；2、蜗杆；3、蜗杆轴承；4、蜗杆轴承盖；5、火炮身管；6、固定螺钉；7、转动板；8、手轮；9、蜗轮；10、光电编码器；11、快速接口；12、便携式控制器；13、炮架；131、侧板；14、固定轴；15、蜗轮压片；16、转动板轴承。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图3所示为本发明一种蜗轮蜗杆传动的火炮角度双闭环伺服调节装置的一实施例，火炮角度双闭环伺服调节装置用于对火炮身管5进行角度调节，包括两组蜗轮蜗杆传动机构及一对转动板7，该对转动板7呈对称分布在炮架13的两侧板131的外侧，所述炮架7的两侧板131上分别固定有呈同轴设置的两固定轴14，所述火炮身管5位于炮架13的两侧板131之间并通过所述两固定轴14安装在炮架13的两侧板131上，每一转动板7的一端与对应侧的固定轴14可转动地连接，每一转动板7的另一端与火炮身管5固定连接，每一组蜗轮蜗杆传动机构包括蜗轮9、蜗杆2及伺服电机1，所述蜗轮9与对应侧的固定轴14同轴并固定连接，所述蜗杆2安装在对应侧的转动板7上，所述伺服电机1与所述蜗杆2的一端连接，通过伺服电机1驱动蜗杆2旋转，使蜗杆2自转的同时绕蜗轮9公转，以带动转动板7和火炮身管5一起绕固定轴14旋转来调节火炮身管5的角度。采用此种蜗轮蜗杆传动机构，具有非常好的自锁性能，当火炮身管5的角度被调节好后，火炮身管5将被稳定自锁、角度不会变化。

在本实施例中，所述转动板7的一端通过转动板轴承16和固定轴14可转动地连接，所述转动板7的另一端通过固定螺钉6与火炮身管5相固定。，所述转动板轴承16的内圈与固定轴14相固定，所述转动板轴承16的外圈与转动板7相固定，这样，所述转动板轴承16的外圈在转动板7转动过程中随着转动板7一起转动。

所述蜗杆2的两端均由螺杆轴承3支承并由蜗杆轴承盖4压紧，蜗杆2两端的蜗杆轴承盖4均和转动板7连接并固定。所述蜗轮9的外端面连接有蜗轮压片15，所述蜗轮压片15和固定轴14同轴并被固定在固定轴14上。

在本实施例中，火炮角度双闭环伺服调节装置还包括光电编码器10，所述光电编码器10的光栅盘和转动板轴承16同轴并和转动板轴承16的外圈相固定，所述光电编码器10的光电检测装置与固定轴14相固定，用于火炮身管5在转动板7驱动下绕固定轴14转动时，测定火炮身管5的转角。当火炮身管5转动时，所述转动板轴承16的外圈及光电编码器10的光栅盘会随着转动板7一起转动，通过光电编码器10的光电检测装置测定转动板轴承16的外圈的转角，从而测定火炮身管5的实时角度。

进一步地，火炮角度双闭环伺服调节装置还包括固定在炮架13上的快速接口11和便携式控制器12，所述光电编码器10的信号和电力线通过所述快速接口11和所述便携式控制器12连接，以通过便携式控制器12设定和自动控制火炮身管5的转角。

所述伺服电机1自带测速元件，所述伺服电机1的信号和电力线通过所述快速接口11和所述便携式控制器12连接，用于实时将测速元件测得的伺服电机1的当前旋转方向和转速反馈给便携式控制器12。

所述蜗杆2的另一端连接有手轮8，用于手动方式来旋转蜗杆2。两蜗杆2连接的两手轮8对称分布在火炮身管5两侧，可以通过采用手动方式旋转蜗杆2来驱动蜗轮，从而手动调节火炮身管5的角度。

火炮角度双闭环伺服调节装置中，采用两组蜗轮蜗杆传动机构对称分布在火炮身管5的两侧，共同驱动和调节火炮身管5的角度。

参照图4，火炮角度双闭环伺服调节装置采用双闭环伺服调节方法自动控制火炮转角的过程是：

通过便携式控制器12的键盘输入期望角度值，便携式控制器12发出控制指令电流i，通过和伺服电机1自带测速元件反馈的转动方向、转角信号电流对比后，形成误差驱动电流信号Δi，Δi经过便携式控制器12内部的伺服放大器放大后，形成驱动电流ΔI给伺服电机1，伺服电机1输出特定的转动方向和转速，驱动蜗轮蜗杆传动机构运动，从而通过转动板7带动火炮身管5转动；

光电编码器10测定火炮身管5实时转角后，反馈给便携式控制器12，便携式控制器12快速控制使得火炮身管5转角达到目标值。

上述控制过程中，采用双闭环控制，其中，

第一个闭环是：伺服电机1自带测速元件，并实时将当前旋转方向、转速反馈给便携式控制器12，便携式控制器12快速控制使得伺服电机1达到实时目标转动方向、转速；

第二个闭环是：光电编码器10测定火炮身管5实时转角后，反馈给便携式控制器12，便携式控制器12快速控制使得火炮身管5转角达到目标值。

由于采用了伺服电机1转速、火炮身管5角度的双闭环自动控制技术，使得对火炮身管5角度的伺服调节响应快、精确度非常高。

火炮角度双闭环伺服调节装置中，由于采用了蜗轮9固定、蜗杆2转动和绕蜗轮9公转的特殊传动方式，蜗杆2既是主动件又是从动件，并且自锁性能非常好，使得对火炮身管5角度的调节非常省力，火炮身管5又能稳定自锁，这在实际工程中非常实用，特别是采用人工手动调节时。

本实施例的火炮角度双闭环伺服调节装置，既能人工手动调节、又能自动控制，具有省力、自动、精确、自锁性能好的特点，解决了传统火炮角度调节装置中不省力、自锁性能不好的技术问题，可以被广泛应用于现代地面、车载、舰载等火炮的角度调节。

本发明并不局限于以上实施方式，在上述实施方式公开的技术内容下，还可以进行各种变化。凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种蜗轮蜗杆传动的火炮角度双闭环伺服调节装置，用于对火炮身管进行角度调节，其特征在于，所述火炮角度双闭环伺服调节装置包括两组蜗轮蜗杆传动机构及一对转动板，该对转动板呈对称分布在炮架的两侧板的外侧，所述炮架的两侧板上分别固定有呈同轴设置的两固定轴，所述火炮身管位于炮架的两侧板之间并通过所述两固定轴安装在炮架的两侧板上，每一转动板的一端与对应侧的固定轴可转动地连接，每一转动板的另一端与火炮身管固定连接，每一组蜗轮蜗杆传动机构包括蜗轮、蜗杆及伺服电机，所述蜗轮与对应侧的固定轴同轴并固定连接，所述蜗杆安装在对应侧的转动板上，所述伺服电机与所述蜗杆的一端连接，通过伺服电机驱动蜗杆旋转，使蜗杆自转的同时绕蜗轮公转，以带动转动板和火炮身管一起绕固定轴旋转来调节火炮身管的角度。

2.如权利要求1所述的火炮角度双闭环伺服调节装置，其特征在于，所述转动板的一端通过转动板轴承和固定轴可转动地连接，所述转动板的另一端通过固定螺钉与火炮身管相固定，所述转动板轴承的内圈与固定轴相固定，所述转动板轴承的外圈与转动板相固定。

3.如权利要求1所述的火炮角度双闭环伺服调节装置，其特征在于，所述蜗杆的两端均由螺杆轴承支承并由蜗杆轴承盖压紧，蜗杆两端的蜗杆轴承盖均和转动板连接并固定。

4.如权利要求1所述的火炮角度双闭环伺服调节装置，其特征在于，所述蜗轮的外端面连接有蜗轮压片，所述蜗轮压片和固定轴同轴并被固定在固定轴上。

5.如权利要求2所述的火炮角度双闭环伺服调节装置，其特征在于，还包括光电编码器，所述光电编码器的光栅盘和转动板轴承同轴并和转动板轴承的外圈相固定，所述光电编码器的光电检测装置与固定轴相固定，用于火炮身管在转动板驱动下绕固定轴转动时，测定火炮身管的转角。

6.如权利要求5所述的火炮角度双闭环伺服调节装置，其特征在于，还包括固定在炮架上的快速接口和便携式控制器，所述光电编码器的信号和电力线通过所述快速接口和所述便携式控制器连接，以通过便携式控制器设定和自动控制火炮身管的转角。

7.如权利要求6所述的火炮角度双闭环伺服调节装置，其特征在于，所述伺服电机自带测速元件，所述伺服电机的信号和电力线通过所述快速接口和所述便携式控制器连接，用于实时将测速元件测得的伺服电机的当前旋转方向和转速反馈给便携式控制器。

8.如权利要求1所述的火炮角度双闭环伺服调节装置，其特征在于，所述蜗杆的另一端连接有手轮，用于手动方式来旋转蜗杆。

9.一种蜗轮蜗杆传动的火炮角度双闭环伺服调节方法，适用于权利要求1至8项中任意一项所述的火炮角度双闭环伺服调节装置，所述火炮角度双闭环伺服调节方法包括：通过便携式控制器的键盘输入期望角度值，便携式控制器发出控制指令电流i，通过和伺服电机自带测速元件反馈的转动方向、转角信号电流对比后，形成误差驱动电流信号Δi，Δi经过便携式控制器内部的伺服放大器放大后，形成驱动电流ΔI给伺服电机，伺服电机输出特定的转动方向和转速，驱动蜗轮蜗杆传动机构运动，从而通过转动板带动火炮身管转动；

光电编码器测定火炮身管实时转角后，反馈给便携式控制器，便携式控制器快速控制使得火炮身管转角达到目标值。