CN109533261A - 一种舵机用离合装置及离合方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种舵机用离合装置及离合方法，具体说涉及一种舰船操舵机构用、大力矩、高可靠以及实现旋转类电动舵机用离合装置技术领域。本发明的装置可实现“大力矩高可靠自动离合”等优点，具有良好的可控性、可靠性以及操作简单方便的优点，本发明中所采用的离合装置将被用在舰船操舵系统上，所承受的扭矩较大。

Description

一种舵机用离合装置及离合方法

技术领域

本发明涉及一种舵机用离合装置及离合方法，具体说涉及一种舰船操舵机构用、大力矩、高可靠以及实现旋转类电动舵机用离合装置技术领域。

背景技术

舰船在航行过程中，在不同工况下，为保证航行安全或有利使用武器或规避险情等，主要装备一般配备有应急备份装置，例如某些舰船操舵装置除设置常规的主操舵机构外，一般还要配备应急操舵机构，提高操舵系统的整体安全性、可靠性。主操舵机构操舵时，应急操舵机构应具备随动或隔离功能。

使用离合装置实现在主操舵机构和应急操舵机构之间的切换，当主操舵机构出现问题不能工作时，现有技术中的离合装置能够自动切换到应急操舵机构，使用应急操舵机构进行工作，当主操舵机构维修恢复正常功能后，需要手动操作离合装置，完成应急操舵机构到主操舵机构的切换，切换可操作性及其智能自动化程度不高，在舰船实际航行操舵过程中无形造成了应急操舵机构较低的使用率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种舵机用离合装置及离合方法，该装置为一种大力矩高承载离合装置，适用于舰船操舵系统环境，且还能够实现离合装置的快速自动离合要求。

本发明的技术解决方案是：

一种舵机用离合装置，该离合装置包括主动轴、壳体、轴承、螺母、螺杆、主动驱动件、主动啮合件、从动啮合件、弹簧组件、蜗杆、手轮、驱动电机、从动轴和环形挡块；

从动轴和主动轴为同轴放置；

主动驱动件为圆环结构，圆环结构内表面为花键结构；

主动啮合件为圆环结构，圆环结构内表面为花键结构，圆环结构的一个端面带有轮齿，主动啮合件没有齿轮的端面通过弹簧组件与主动驱动件连接；

从动啮合件为圆环结构，圆环结构内表面为花键结构，圆环结构的一个端面带有轮齿，从动啮合件上的轮齿与主动啮合件上的轮齿能够相啮合；

所述的螺母和螺杆形成螺纹副；

所述的螺母和蜗杆形成蜗轮蜗杆副；

螺母通过轴承固定安装在壳体内；

主动驱动件与主动啮合件通过弹簧组件连接；

通过弹簧组件连接后的主动驱动件与主动啮合件套装在主动轴上，主动轴转动时能够同时带动主动驱动件与主动啮合件转动，主动驱动件与主动啮合件两者之间无相对转动；

从动啮合件固定套装在从动轴上；

手轮固定安装在蜗杆的一端，驱动电机固定安装在蜗杆的另一端；

螺杆的端部带有凸台，主动驱动件的外表面上带有环形凹槽，螺杆端部的凸台安装到主动驱动件的外表面上的环形凹槽内，且螺杆端部的凸台与主动驱动件的外表面上的凹槽相匹配，并通过环形挡块对螺杆进行轴向限位，螺杆通过其端部的凸台能够相对于主动驱动件转动，螺杆通过其端部的凸台能够带动主动驱动件做直线运动；

在主动啮合件的外表面上带有一凸台，通过该凸台实现螺杆带动主动啮合件的反向直线运动。

从动轴与主操舵机构连接，主动轴与应急操舵机构连接。

主动驱动件通过花键结构与主动轴连接，主动轴转动时通过花键结构带动主动驱动件转动。

主动啮合件通过花键结构与主动轴连接，主动轴转动时通过花键结构带动主动啮合件转动。

从动啮合件通过花键结构与从动轴连接，从动轴转动时通过花键结构带动从动啮合件转动。

弹簧组件包括第一套筒、第二套筒和弹簧，第一套筒与第二套筒能够套嵌到一起，弹簧安装在第一套筒和第二套筒内，第一套筒固定安装在主动啮合件的端面上，第二套筒固定安装在主动驱动件的端面上。

通过手轮或驱动电机驱动螺母旋转，螺母旋转时带动螺杆沿轴向做直线运动，螺杆沿轴向做直线运动时带动主动驱动件沿轴向做直线运动，主动驱动件沿轴向做直线运动时压缩弹簧组件，主动啮合件在弹簧组件的作用下沿轴向做直线运动，直至主动啮合件的轮齿与从动啮合件的轮齿相挤压，当主动轴转动时带动主动驱动件与主动啮合件转动，从而使得主动啮合件与从动啮合件啮合。

该离合装置还包括位移传感器，位移传感器用于检测螺杆的位移，从而实现对主动啮合件和从动啮合件啮合状态的检测。

一种舵机用离合方法，该方法的步骤为：

主操舵机构和从动轴连接，应急操舵机构和主动轴连接，当主操舵机构正常工作时，主动啮合件和从动啮合件为分离状态，当主操舵机构出现异常时，需要切换到应急操舵机构时，驱动电机或手轮驱动蜗杆旋转，蜗杆带动螺母旋转，螺母旋转带动螺杆做直线运动，螺杆再驱动主动驱动件和主动啮合件做直线运动，直至主动啮合件的轮齿压紧从动啮合件的轮齿，此时主动轴开始旋转，主动轴带动主动驱动件和主动啮合件旋转，使得主动啮合件和从动啮合件啮合，完成由主操舵机构到应急操舵机构的切换；当应急操舵机构处于工作状态时，且需要切换到主操舵机构时，驱动电机或手轮驱动蜗杆反向旋转，蜗杆带动螺母反向旋转，螺母反向旋转带动螺杆做反向直线运动，螺杆再驱动主动驱动件和主动啮合件做反向直线运动，直至主动啮合件与从动啮合件脱离，完成由应急操舵机构到主操舵机构的切换。

有益效果

(1)本发明的装置可实现“大力矩高可靠自动离合”等优点，具有良好的可控性、可靠性以及操作简单方便的优点，本发明中所采用的离合装置将被用在舰船操舵系统上，所承受的扭矩较大；

(2)本发明的装置中的主动啮合件和从动啮合件是实现啮合的主要零件，两者啮合的齿形为牙嵌式，其中主动啮合件为主动啮合件，从动啮合件为从动离合件；

(3)主动啮合件的驱动力依靠弹簧组件的弹簧力，弹簧具有力响应速度快，出力稳定等特点，能够较好的实现快速啮合需求；弹簧组件的储能和释能依靠主动驱动件和主动啮合件的轴向距离变化，其距离变化依靠螺杆的轴向位移，螺杆的轴向位移由一套蜗轮蜗杆驱动机构实现。

(4)本发明的离合装置是否离合到位及与主操舵机构的信号切换由位移传感器实现。根据空间布局需求，主动驱动件和主动啮合件之间周向均布若干个(优选9个)弹簧组件。

附图说明

图1舵机用离合装置结构图；

图2主动驱动件示意图；

图3主动啮合件示意图；

图4从动啮合件示意图；

图5压缩弹簧部件剖视图。

具体实施方式

舵机用离合装置大致可以分为四部分，即牙嵌离合部分、弹簧储能部分、驱动部分及限位检测部分。

牙嵌离合部分有从动离合、主动离合、输出轴、输入轴及压盖组成。从动离合、主动离合为离合器的主要结合和分离承载件，两者离合形式为牙嵌式。从动离合通过花键形式利用压盖固定于输出轴上，两者无相对转动及轴向运动，为离合装置啮合部件的相对静止件。主动离合通过花键形式安装在输入轴上，两者我相对转动，但主动离合可以在输入轴上轴向运动，为离合装置啮合部件的相对运动件。输出轴通过支撑轴承固定，为舵机的旋转输出终端。

弹簧储能部分主要包括压缩弹簧部件、离合驱动件、螺杆、端盖组成。压缩弹簧部件的两端分别用螺栓固定于主动离合和离合驱动件上，弹簧的压缩量随两者之间距离的变化而变化。离合驱动件通过花键形式安装在输入轴上，两者之间可产生轴向相对运动。螺杆通过端盖安装在离合驱动件上，螺杆与离合驱动件之间可产生相对旋转运动。

压缩弹簧部件主要有弹簧芯轴、压缩弹簧、弹簧固定外壳组成。该部件为离合器结合的核心部分，结合时，弹簧压缩储能，一旦牙嵌离合部分具备结合条件，弹簧部件能够迅速释放弹性释能，达到快速结合的目的。

驱动部分主要有涡轮螺母、蜗杆、离合驱动电机、离合壳体、主支撑轴承、蜗杆支撑轴承组成。涡轮螺母与螺杆为旋转变直线驱动关系，它的旋转依靠蜗杆驱动。蜗杆的动力来源于驱动电机。涡轮螺母通过主支撑轴承固定于离合壳体上，其运动形式为旋转。蜗杆通过支撑轴承固定于离合壳体上，其运动形式为旋转。涡轮螺母与蜗杆之间除有传递力矩的运动关系外，兼具转换输入方向的作用，因此，此处的驱动不局限与涡轮蜗杆形式。

限位检测部分有联动元器件、传感器安装板、限位传感器组成。联动元器件与主操舵机构切换信号用，其信号的出发依靠传感器安装板。传感器安装板安装于螺杆上，随离合器轴向运动而动作。同时在传感器安装板上安装限位传感器发生器，限位传感器接收器安装在离合壳体上。

下面结合附图对本发明进行说明。

如图1-5所示，一种舵机用离合装置，该离合装置包括主动轴1、壳体2、轴承3、螺母4、螺杆5、主动驱动件6、主动啮合件7、从动啮合件8、弹簧组件9、蜗杆10、手轮11、驱动电机12、从动轴13和环形挡块14；从动轴13和主动轴1为同轴放置，从动轴13与主操舵机构连接，主动轴1与应急操舵机构连接；

主动驱动件6为圆环结构，圆环结构内表面为花键结构，即主动驱动件6通过花键结构与主动轴1连接，主动轴1转动时通过花键结构带动主动驱动件6转动；

主动啮合件7为圆环结构，圆环结构内表面为花键结构，即主动啮合件7通过花键结构与主动轴1连接，主动轴1转动时通过花键结构带动主动啮合件7转动；圆环结构的一个端面带有轮齿，主动啮合件7没有齿轮的端面通过弹簧组件9与主动驱动件6连接；

从动啮合件8为圆环结构，圆环结构内表面为花键结构，即从动啮合件8通过花键结构与从动轴13连接，从动轴13转动时通过花键结构带动从动啮合件8转动；圆环结构的一个端面带有轮齿；从动啮合件8上的轮齿与主动啮合件7上的轮齿能够相啮合；

弹簧组件9包括第一套筒91、第二套筒92和弹簧93，第一套筒91与第二套筒92能够套嵌到一起，即第一套筒91的内径与第二套筒92的外径相匹配，弹簧93安装在第一套筒91和第二套筒92内，第一套筒91固定安装在主动啮合件7的端面上，第二套筒92固定安装在主动驱动件6的端面上；

所述的螺母4和螺杆5能够形成螺纹副；

所述的螺母4和蜗杆10能够形成蜗轮蜗杆副；

螺母4通过轴承3固定安装在壳体2内；

主动驱动件6与主动啮合件7通过弹簧组件9连接；

通过弹簧组件9连接后的主动驱动件6与主动啮合件7套装在主动轴1上，主动轴1转动时能够同时带动主动驱动件6与主动啮合件7转动，主动驱动件6与主动啮合件7两者之间无相对转动；

从动啮合件8固定套装在从动轴13上；

手轮11固定安装在蜗杆10的一端，驱动电机12固定安装在蜗杆10的另一端；

螺杆5的端部带有凸台，主动驱动件6的外表面上带有环形凹槽，螺杆5端部的凸台安装到主动驱动件6的外表面上的环形凹槽内，且螺杆5端部的凸台与主动驱动件6的外表面上的凹槽相匹配，并通过环形挡块14对螺杆5进行轴向限位，螺杆5通过其端部的凸台能够相对于主动驱动件6转动，螺杆5通过其端部的凸台能够带动主动驱动件6做直线运动；

在主动啮合件7的外表面上带有一凸台，通过该凸台实现螺杆5带动主动啮合件7的反向直线运动；

工作过程：通过手轮11或驱动电机12驱动螺母4旋转，螺母4旋转时带动螺杆5沿轴向做直线运动，螺杆5沿轴向做直线运动时带动主动驱动件6沿轴向做直线运动，主动驱动件6沿轴向做直线运动时压缩弹簧组件9，主动啮合件7在弹簧组件9的作用下沿轴向做直线运动，直至主动啮合件7的轮齿与从动啮合件8的轮齿相挤压，当主动轴1转动时带动主动驱动件6与主动啮合件7转动，从而使得主动啮合件7与从动啮合件8啮合。

该离合装置还包括位移传感器，位移传感器用于检测螺杆5的位移，从而实现对主动啮合件7和从动啮合件8啮合状态的检测。

一种舵机用离合方法，该方法的步骤为：

主操舵机构和从动轴13连接，应急操舵机构和主动轴1连接，当主操舵机构正常工作时，主动啮合件7和从动啮合件8为分离状态。当主操舵机构出现异常时，需要切换到应急操舵机构时，驱动电机12或手轮11驱动蜗杆10旋转，蜗杆10带动螺母4旋转，螺母4旋转带动螺杆5做直线运动，螺杆5再驱动主动驱动件6和主动啮合件7做直线运动，直至主动啮合件7的轮齿压紧从动啮合件8的轮齿，此时主动轴1开始旋转，主动轴1带动主动驱动件6和主动啮合件7旋转，使得主动啮合件7和从动啮合件8啮合，完成由主操舵机构到应急操舵机构的切换。

当应急操舵机构处于工作状态时，且需要切换到主操舵机构时，驱动电机12或手轮11驱动蜗杆10反向旋转，蜗杆10带动螺母4反向旋转，螺母4反向旋转带动螺杆5做反向直线运动，螺杆5再驱动主动驱动件6和主动啮合件7做反向直线运动，直至主动啮合件7与从动啮合件8脱离，完成由应急操舵机构到主操舵机构的切换。

上面结合附图和实施例对本发明进行了描述，显然本发明的具体实现并不受上述方式的限制，是一种适用于各类多机构并联冗余结构中。只要采用了本发明的构思和技术方案进行的非实质性改进，或者未经改进，将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种舵机用离合装置，其特征在于：该离合装置包括主动轴(1)、壳体(2)、轴承(3)、螺母(4)、螺杆(5)、主动驱动件(6)、主动啮合件(7)、从动啮合件(8)、弹簧组件(9)、蜗杆(10)、手轮(11)、驱动电机(12)、从动轴(13)和环形挡块(14)；

从动轴(13)和主动轴(1)为同轴放置；

主动驱动件(6)为圆环结构，圆环结构内表面为花键结构；

主动啮合件(7)为圆环结构，圆环结构内表面为花键结构，圆环结构的一个端面带有轮齿，主动啮合件(7)没有齿轮的端面通过弹簧组件(9)与主动驱动件(6)连接；

从动啮合件(8)为圆环结构，圆环结构内表面为花键结构，圆环结构的一个端面带有轮齿，从动啮合件(8)上的轮齿与主动啮合件(7)上的轮齿能够相啮合；

所述的螺母(4)和螺杆(5)形成螺纹副；

所述的螺母(4)和蜗杆(10)形成蜗轮蜗杆副；

螺母(4)通过轴承(3)固定安装在壳体(2)内；

主动驱动件(6)与主动啮合件(7)通过弹簧组件(9)连接；

通过弹簧组件(9)连接后的主动驱动件(6)与主动啮合件(7)套装在主动轴(1)上，主动轴(1)转动时能够同时带动主动驱动件(6)与主动啮合件(7)转动，主动驱动件(6)与主动啮合件(7)两者之间无相对转动；

从动啮合件(8)固定套装在从动轴(13)上；

手轮(11)固定安装在蜗杆(10)的一端，驱动电机(12)固定安装在蜗杆(10)的另一端；

螺杆(5)的端部带有凸台，主动驱动件(6)的外表面上带有环形凹槽，螺杆(5)端部的凸台安装到主动驱动件(6)的外表面上的环形凹槽内，且螺杆(5)端部的凸台与主动驱动件(6)的外表面上的凹槽相匹配，并通过环形挡块(14)对螺杆(5)进行轴向限位，螺杆(5)通过其端部的凸台能够相对于主动驱动件(6)转动，螺杆(5)通过其端部的凸台能够带动主动驱动件(6)做直线运动；

在主动啮合件(7)的外表面上带有一凸台，通过该凸台实现螺杆(5)带动主动啮合件(7)的反向直线运动。

2.根据权利要求1所述的一种舵机用离合装置，其特征在于：从动轴(13)与主操舵机构连接，主动轴(1)与应急操舵机构连接。

3.根据权利要求1所述的一种舵机用离合装置，其特征在于：主动驱动件(6)通过花键结构与主动轴(1)连接，主动轴(1)转动时通过花键结构带动主动驱动件(6)转动。

4.根据权利要求1所述的一种舵机用离合装置，其特征在于：主动啮合件(7)通过花键结构与主动轴(1)连接，主动轴(1)转动时通过花键结构带动主动啮合件(7)转动。

5.根据权利要求1所述的一种舵机用离合装置，其特征在于：从动啮合件(8)通过花键结构与从动轴(13)连接，从动轴(13)转动时通过花键结构带动从动啮合件(8)转动。

6.根据权利要求1所述的一种舵机用离合装置，其特征在于：弹簧组件(9)包括第一套筒91、第二套筒92和弹簧93，第一套筒91与第二套筒92能够套嵌到一起，弹簧93安装在第一套筒91和第二套筒92内，第一套筒91固定安装在主动啮合件(7)的端面上，第二套筒92固定安装在主动驱动件(6)的端面上。

7.根据权利要求1所述的一种舵机用离合装置，其特征在于：通过手轮(11)或驱动电机(12)驱动螺母(4)旋转，螺母(4)旋转时带动螺杆(5)沿轴向做直线运动，螺杆(5)沿轴向做直线运动时带动主动驱动件(6)沿轴向做直线运动，主动驱动件(6)沿轴向做直线运动时压缩弹簧组件(9)，主动啮合件(7)在弹簧组件(9)的作用下沿轴向做直线运动，直至主动啮合件(7)的轮齿与从动啮合件(8)的轮齿相挤压，当主动轴(1)转动时带动主动驱动件(6)与主动啮合件(7)转动，从而使得主动啮合件(7)与从动啮合件(8)啮合。

8.根据权利要求1所述的一种舵机用离合装置，其特征在于：该离合装置还包括位移传感器，位移传感器用于检测螺杆(5)的位移，从而实现对主动啮合件(7)和从动啮合件(8)啮合状态的检测。

9.一种舵机用离合方法，其特征在于该方法的步骤为：

主操舵机构和从动轴(13)连接，应急操舵机构和主动轴(1)连接，当主操舵机构正常工作时，主动啮合件(7)和从动啮合件(8)为分离状态，当主操舵机构出现异常时，需要切换到应急操舵机构时，驱动电机(12)或手轮(11)驱动蜗杆(10)旋转，蜗杆(10)带动螺母(4)旋转，螺母(4)旋转带动螺杆(5)做直线运动，螺杆(5)再驱动主动驱动件(6)和主动啮合件(7)做直线运动，直至主动啮合件(7)的轮齿压紧从动啮合件(8)的轮齿，此时主动轴(1)开始旋转，主动轴(1)带动主动驱动件(6)和主动啮合件(7)旋转，使得主动啮合件(7)和从动啮合件(8)啮合，完成由主操舵机构到应急操舵机构的切换。

10.一种舵机用离合方法，其特征在于该方法的步骤为：当应急操舵机构处于工作状态时，且需要切换到主操舵机构时，驱动电机(12)或手轮(11)驱动蜗杆(10)反向旋转，蜗杆(10)带动螺母(4)反向旋转，螺母(4)反向旋转带动螺杆(5)做反向直线运动，螺杆(5)再驱动主动驱动件(6)和主动啮合件(7)做反向直线运动，直至主动啮合件(7)与从动啮合件(8)脱离，完成由应急操舵机构到主操舵机构的切换。