CN110649756B - 一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置 - Google Patents

一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置 Download PDF

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Abstract

本发明为一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置，包括：行星滚柱丝杠副组件、冗余作动组件、中空传动轴、缓冲组件、安装壳体和电机等。中空传动轴安装在安装壳体上，主电机和副电机安装在安装壳体上，通过齿轮驱动中空传动轴旋转；两级滚柱丝杠副组成了级联式行星滚柱丝杠副，当某级丝杠副发生卡滞时，另一级丝杠副仍可实现传动；冗余作动组件的蜗轮与一级丝杠末端固连，在主电机和副电机同时发生故障时，冗余作动组件带动一级丝杠旋转，实现系统的直线输出；缓冲环安装在推力轴承和背紧螺母中间用于减缓中空传动轴及一级丝杠的到位冲击。本发明能够防止舵面伺服驱动系统的机械卡滞及卡死，并实现多余度全电驱动，提高系统的可靠性。

Description

一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置
技术领域
本发明为一种多余度全电作动装置，特别是针对一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置，属于功率电传、飞行器伺服驱动控制领域。
背景技术
随着全电飞机的的发展要求，全电作动装置逐渐得到了更多的关注。相对于传统的集中式液压伺服作动装置和电静液作动装置，全电作动装置具有结构简单，功重比高，安装空间小等优势，然而机械卡滞、卡死等问题很大程度上限制了全电作动装置的应用。
现用全电作动装置存在容错能力差、机械卡滞、卡死等问题，难以保证飞控系统的可靠度。因此，为了满足未来国家民用和军用飞机发展需求，提高功率电传作动系统中全电作动装置的可靠性，设计一种能够解决机械卡滞、卡死现象的多余度全电作动装置，对适应功率电传飞控操纵系统的发展需求具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于级联式行星滚柱丝杠副，能够解决机械卡滞、卡死现象的多余度全电作动装置，用于对飞行器舵面的伺服驱动控制。
一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置，包括：行星滚柱丝杠副组件、冗余作动组件、中空传动轴、缓冲组件、安装壳体和电机等。一级行星滚柱丝杠副组件包括一级丝杠、一级滚动副及一级限位块，一级滚动副安装在中空传动轴内部，与一级丝杠组成了一级行星滚柱丝杠副，一级限位块安装在中空传动轴末端，用于防止一级丝杠旋出；一级缓冲组件包括一级缓冲环1、一级缓冲环2、一级缓冲环3、一级缓冲环4、小推力轴承和小背紧螺母，小推力轴承座圈紧贴一级丝杠轴肩安装，一级缓冲环安装在小推力轴承和小背紧螺母中间用于减缓一级丝杠的到位冲击；二级行星滚柱丝杠副组件包括二级螺母、二级滚动副及二级限位块，二级滚动副安装在中空传动轴外侧，与二级螺母组成了二级行星滚柱丝杠副，二级限位块安装在二级螺母末端，用于防止中空传动轴旋出；二级缓冲组件包括二级缓冲环1、二级缓冲环2、二级缓冲环3、二级缓冲环4、大推力轴承和大背紧螺母，大推力轴承座圈紧贴中空传动轴的轴肩安装，二级缓冲环安装在大推力轴承和大背紧螺母中间用于减缓中空传动轴的到位冲击；中空传动轴通过轴承等安装在安装壳体上，主电机和副电机安装在安装壳体上，通过齿轮驱动中空传动轴旋转；冗余作动组件的蜗轮与一级丝杠末端固连；冗余作动组件包括备份电机、蜗杆轴、蜗轮、舵面连接壳体1、辅助刹车和舵面连接壳体2，备份电机和辅助刹车分别通过蜗杆轴两端齿轮驱动蜗杆轴，蜗蜗轮和蜗杆轴通过轴承安装在舵面连接壳体1和舵面连接壳体2内部，并互相啮合。
所述的一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置，中空传动轴通过轴承等安装在安装壳体上，主电机和副电机安装在安装壳体上，通过齿轮驱动中空传动轴旋转；
所述的一级行星滚柱丝杠副组件，包括一级丝杠、一级滚动副及一级限位块，一级滚动副安装在中空传动轴内部，与一级丝杠组成了一级行星滚柱丝杠副，一级限位块安装在中空传动轴末端，用于防止一级丝杠旋出；
所述的一级缓冲组件，包括一级缓冲环1、一级缓冲环2、一级缓冲环3、一级缓冲环4、小推力轴承和小背紧螺母，小推力轴承座圈紧贴一级丝杠轴肩安装，一级缓冲环安装在小推力轴承和小背紧螺母中间用于减缓一级丝杠的到位冲击；
所述的一级缓冲组件中的缓冲环，在轴向作用力的挤压下会发生径向弹性变形，当一级丝杠运动到极限位置时，一部分冲击产生的能量会被缓冲环的弹性变形吸收，另一部分被相邻缓冲环之间的摩擦力转化为热能耗散掉；
所述的二级行星滚柱丝杠副组件，包括二级螺母、二级滚动副及二级限位块，二级滚动副安装在中空传动轴外侧，与二级螺母组成了二级行星滚柱丝杠副，二级限位块安装在二级螺母末端，用于防止中空传动轴旋出；
所述的二级缓冲组件，包括二级缓冲环1、二级缓冲环2、二级缓冲环3、二级缓冲环4、大推力轴承和大背紧螺母，大推力轴承座圈紧贴中空传动轴的轴肩安装，二级缓冲环安装在大推力轴承和大背紧螺母中间用于减缓中空传动轴的到位冲击；
所述的二级缓冲组件中的缓冲环，在轴向作用力的挤压下会发生径向弹性变形，当中空传动轴运动到极限位置时，一部分冲击产生的能量会被缓冲环的弹性变形吸收，另一部分被相邻缓冲环之间的摩擦力转化为热能耗散掉；
所述的一级滚柱丝杠副组件和二级滚柱丝杠副组件组成了级联式行星滚柱丝杠副，当某级行星滚柱丝杠副发生卡滞或卡死时，另一级行星滚柱丝杠副仍可进行传动；
所述的主电机和副电机采用转矩综合模式驱动系统进行输出，正常工作状态下由主电机驱动系统，当主电机发生故障，副电机仍可驱动系统进行输出；
所述的冗余作动组件，包括备份电机、蜗杆轴、蜗轮、舵面连接壳体1、辅助刹车和舵面连接壳体2，电机和辅助刹车分别通过蜗杆轴两端齿轮驱动蜗杆轴，蜗轮和蜗杆轴通过轴承安装在舵面连接壳体1和舵面连接壳体2内部，并互相啮合；
所述的冗余作动组件的蜗轮与一级丝杠末端固连，在主电机和副电机同时发生故障时，冗余作动组件的备份电机驱动蜗轮蜗杆带动一级丝杠旋转，实现系统的直线位移和力的输出；
本发明与现有结构相比有以下优点：
(1)本发明采用级联式行星滚柱丝杠副作为传动部件，当某级行星滚柱丝杠副发生卡滞或卡死时，另一级行星滚柱丝杠副仍可进行传动，该种机械两余度的结构方式可以有效防止系统在作动过程中发生卡滞或卡死等故障，提高了系统可靠性；
(2)本发明采用主电机和副电机在转矩综合模式状态下共同驱动系统进行输出的方式，正常工作状态下由主电机驱动系统，当主电机发生故障，副电机仍可驱动系统进行输出，实现了系统电气两余度控制；同时在一级丝杠末端安装有冗余作动组件，在主电机和副电机同时发生故障时，冗余作动组件的备份电机驱动蜗轮蜗杆带动一级丝杠旋转，实现系统的直线位移和力的输出，进而实现了系统电气三余度控制，提高了系统可靠性；
(3)本发明在各级丝杠副末端及中空传动轴末端安装有缓冲组件和限位块，有效防止到位冲击和传动部件旋出。
附图说明
图1为一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置的剖视图；
图2为一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置的轴侧图；
图3为一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置的一级行星滚柱丝杠副剖视图；
图4为一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置的二级行星滚柱丝杠副剖视图；
图5为一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置的冗余作动组件侧剖视图；
图6为一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置的冗余作动组件主剖视图；
图7为一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置的一级缓冲组件剖视图；
图8为一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置的二级缓冲组件剖视图；
图中：1为一级行星滚柱丝杠副组件，1-1为一级丝杠，1-2为一级滚动副，1-3为一级限位块；2为一级缓冲组件，2-1为一级缓冲环1，2-2为一级缓冲环2，2-3为一级缓冲环3，2-4为一级缓冲环4，2-5为小推力轴承，2-6为小背紧螺母；3为二级行星滚柱丝杠副组件，3-1为二级螺母，3-2为二级滚动副，3-3为二级限位块；4为二级缓冲组件，4-1为二级缓冲环1，4-2为二级缓冲环2，4-3为二级缓冲环3，4-4为二级缓冲环4，4-5为大推力轴承，4-6为大背紧螺母；5为冗余作动组件，5-1为备份电机，5-2为蜗杆轴，5-3为蜗轮，5-4为舵面连接壳体1，5-5为辅助刹车，5-6为舵面连接壳体2；6为中空传动轴；7为安装壳体；8为主电机；9为副电机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步详细的描述：
本发明的目的在于克服现有结构上的不足，提供了一种基于级联式行星滚柱丝杠副，能够解决机械卡滞、卡死现象的多余度全电作动装置，用于对飞行器舵面的伺服驱动控制。
参阅图1～图8，一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置，包括：一级行星滚柱丝杠副组件(1)，一级丝杠(1-1)，一级滚动副(1-2)，一级限位块(1-3)；一级缓冲组件(2)，一级缓冲环1(2-1)，一级缓冲环2(2-2)，一级缓冲环3(2-3)，一级缓冲环4(2-4)，小推力轴承(2-5)，小背紧螺母(2-6)；二级行星滚柱丝杠副组件(3)，二级螺母(3-1)，二级滚动副(3-2)，二级限位块(3-3)；二级缓冲组件(4)，二级缓冲环1(4-1)，二级缓冲环2(4-2)，二级缓冲环3(4-3)，二级缓冲环4(4-4)，大推力轴承(4-5)，大背紧螺母(4-6)；冗余作动组件(5)，备份电机(5-1)，蜗杆轴(5-2)，蜗轮(5-3)，舵面连接壳体1(5-4)，辅助刹车(5-5)，舵面连接壳体2(5-6)；中空传动轴(6)；安装壳体(7)；主电机(8)；副电机(9)。
一级行星滚柱丝杠副组件(1)包括一级丝杠(1-1)、一级滚动副(1-2)及一级限位块(1-3)，一级滚动副(1-2)安装在中空传动轴(6)内部，与一级丝杠组成了一级行星滚柱丝杠副，一级限位块(1-3)安装在中空传动轴(6)末端，用于防止一级丝杠(1-1)旋出；一级缓冲组件(2)包括一级缓冲环1(2-1)、一级缓冲环2(2-2)、一级缓冲环3(2-3)、一级缓冲环4(2-4)、小推力轴承(2-5)和小背紧螺母(2-6)，小推力轴承(2-5)座圈紧贴一级丝杠(1-1)轴肩安装，一级缓冲环安装在小推力轴承(2-5)和小背紧螺母(2-6)中间，用于减缓一级丝杠(1-1)的到位冲击；二级行星滚柱丝杠副组件(3)包括二级螺母(3-1)、二级滚动副(3-2)及二级限位块(3-3)，二级滚动副(3-2)安装在中空传动轴(6)外侧，与二级螺母(3-1)组成了二级行星滚柱丝杠副，二级限位块(3-3)安装在二级螺母(3-1)末端，用于防止中空传动轴(6)旋出；二级缓冲组件(4)包括二级缓冲环1(4-1)、二级缓冲环2(4-2)、二级缓冲环3(4-3)、二级缓冲环4(4-4)、大推力轴承(4-5)和大背紧螺母(4-6)，大推力轴承(4-5)座圈紧贴中空传动轴(6)的轴肩安装，二级缓冲环安装在大推力轴承(4-5)和大背紧螺母(4-6)中间用于减缓中空传动轴(6)的到位冲击；中空传动轴(6)通过轴承等安装在安装壳体(7)上，主电机(8)和副电机(9)安装在安装壳体(7)上，通过齿轮驱动中空传动轴(6)旋转；冗余作动组件(5)的蜗轮(5-3)与一级丝杠(1-1)末端固连；冗余作动组件(5)包括备份电机(5-1)、蜗杆轴(5-2)、蜗轮(5-3)、舵面连接壳体1(5-4)、辅助刹车(5-5)和舵面连接壳体2(5-6)，备份电机(5-1)和辅助刹车(5-5)分别通过蜗杆轴(5-2)两端齿轮驱动蜗杆轴(5-2)，蜗轮(5-3)和蜗杆轴(5-2)通过轴承安装在舵面连接壳体1(5-4)和舵面连接壳体2(5-6)内部，并互相啮合。
所述的一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置，中空传动轴(6)通过轴承等安装在安装壳体(7)上，主电机(8)和副电机(9)安装在安装壳体(7)上，通过齿轮驱动中空传动轴(6)旋转；
所述的一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置，一级行星滚柱丝杠副组件(1)包括一级丝杠(1-1)、一级滚动副(1-2)及一级限位块(1-3)，一级滚动副(1-2)安装在中空传动轴(6)内部，与一级丝杠(1-1)组成了一级行星滚柱丝杠副，一级限位块(1-3)安装在中空传动轴(6)末端，用于防止一级丝杠(1-1)旋出；
所述的一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置，一级缓冲组件(2)包括一级缓冲环1(2-1)、一级缓冲环2(2-2)、一级缓冲环3(2-3)、一级缓冲环4(2-4)、小推力轴承(2-5)和小背紧螺母(2-6)，小推力轴承(2-5)座圈紧贴一级丝杠(1-1)轴肩安装，一级缓冲环安装在小推力轴承(2-5)和小背紧螺母(2-6)中间，用于减缓一级丝杠(1-1)的到位冲击；
所述的一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置，一级缓冲组件(2)中的缓冲环，在轴向作用力的挤压下会发生径向弹性变形，当一级丝杠(1-1)运动到极限位置时，一部分冲击产生的能量会被缓冲环的弹性变形吸收，另一部分被相邻缓冲环之间的摩擦力转化为热能耗散掉；
所述的一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置，二级行星滚柱丝杠副组件(3)包括二级螺母(3-1)、二级滚动副(3-2)及二级限位块(3-3)，二级滚动副(3-2)安装在中空传动轴(6)外侧，与二级螺母(3-1)组成了二级行星滚柱丝杠副，二级限位块(3-3)安装在二级螺母(3-1)末端，用于防止中空传动轴(6)旋出；
所述的一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置，二级缓冲组件(4)包括二级缓冲环1(4-1)、二级缓冲环2(4-2)、二级缓冲环3(4-3)、二级缓冲环4(4-4)、大推力轴承(4-5)和大背紧螺母(4-6)，大推力轴承(4-5)座圈紧贴中空传动轴(6)的轴肩安装，二级缓冲环安装在大推力轴承(4-5)和大背紧螺母(4-6)中间用于减缓中空传动轴(6)的到位冲击；
所述的一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置，二级缓冲组件(4)中的缓冲环，在轴向作用力的挤压下会发生径向弹性变形，当中空传动轴(6)运动到极限位置时，一部分冲击产生的能量会被缓冲环的弹性变形吸收，另一部分被相邻缓冲环之间的摩擦力转化为热能耗散掉；
所述的一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置，一级滚柱丝杠副组件(1)和二级滚柱丝杠副组件(3)组成了级联式行星滚柱丝杠副，当某级行星滚柱丝杠副发生卡滞或卡死时，另一级行星滚柱丝杠副仍可进行传动；
所述的一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置，主电机(8)和副电机(9)采用转矩综合模式驱动系统输出，正常工作状态下由主电机(8)驱动系统，当主电机(8)发生故障，副电机(9)仍可驱动系统进行输出；
所述的一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置，冗余作动组件(5)包括备份电机(5-1)、蜗杆轴(5-2)、蜗轮(5-3)、舵面连接壳体1(5-4)、辅助刹车(5-5)和舵面连接壳体2(5-6)，备份电机(5-1)和辅助刹车(5-5)分别通过蜗杆轴(5-2)两端齿轮驱动蜗杆轴(5-2)，蜗杆(5-1)和蜗杆轴(5-2)通过轴承安装在舵面连接壳体1(5-4)和舵面连接壳体2(5-6)内部，并相互啮合；
所述的一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置，冗余作动组件(5)的蜗轮(5-3)与一级丝杠(1-1)末端固连，在主电机(8)和副电机(9)同时发生故障时，冗余作动组件(5)的备份电机(5-1)驱动蜗轮(5-3)蜗杆轴(5-2)带动一级丝杠(1-1)旋转，实现系统的直线位移和力的输出；
综上所述，以上仅为本发明较佳的实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于级联式行星滚柱丝杠副的多余度全电作动装置，其特征在于：由一级行星滚柱丝杠副组件(1)，一级丝杠(1-1)，一级滚动副(1-2)，一级限位块(1-3)；一级缓冲组件(2)，一级缓冲环1(2-1)，一级缓冲环2(2-2)，一级缓冲环3(2-3)，一级缓冲环4(2-4)，小推力轴承(2-5)，小背紧螺母(2-6)；二级行星滚柱丝杠副组件(3)，二级螺母(3-1)，二级滚动副(3-2)，二级限位块(3-3)；二级缓冲组件(4)，二级缓冲环1(4-1)，二级缓冲环2(4-2)，二级缓冲环3(4-3)，二级缓冲环4(4-4)，大推力轴承(4-5)，大背紧螺母(4-6)；冗余作动组件(5)，备份电机(5-1)，蜗杆轴(5-2)，蜗轮(5-3)，舵面连接壳体1(5-4)，辅助刹车(5-5)，舵面连接壳体2(5-6)；中空传动轴(6)；安装壳体(7)；主电机(8)；副电机(9)组成；
中空传动轴(6)通过轴承等安装在安装壳体(7)上，主电机(8)和副电机(9)安装在安装壳体(7)上，通过齿轮驱动中空传动轴(6)旋转；
一级行星滚柱丝杠副组件(1)包括一级丝杠(1-1)、一级滚动副(1-2)及一级限位块(1-3)，一级滚动副(1-2)安装在中空传动轴(6)内部，与一级丝杠(1-1)组成了一级行星滚柱丝杠副，一级限位块(1-3)安装在中空传动轴(6)末端，用于防止一级丝杠(1-1)旋出；
两组一级缓冲组件(2)分别安装在一级丝杠(1-1)轴肩的两侧；一级缓冲组件(2)包括一级缓冲环1(2-1)、一级缓冲环2(2-2)、一级缓冲环3(2-3)、一级缓冲环4(2-4)、小推力轴承(2-5)和小背紧螺母(2-6)，小推力轴承(2-5)座圈紧贴一级丝杠(1-1)轴肩安装，一级缓冲环安装在小推力轴承(2-5)和小背紧螺母(2-6)中间，用于减缓一级丝杠(1-1)的到位冲击；一级缓冲组件(2)中的缓冲环，在轴向作用力的挤压下会发生径向弹性变形，当一级丝杠(1-1)运动到极限位置时，一部分冲击产生的能量会被缓冲环的弹性变形吸收，另一部分被相邻缓冲环之间的摩擦力转化为热能耗散掉；
二级行星滚柱丝杠副组件(3)包括二级螺母(3-1)、二级滚动副(3-2)及二级限位块(3-3)，二级滚动副(3-2)安装在中空传动轴(6)外侧，与二级螺母(3-1)组成了二级行星滚柱丝杠副，二级限位块(3-3)安装在二级螺母(3-1)末端，用于防止中空传动轴(6)旋出；
两组二级缓冲组件(4)分别安装在中空传动轴(6)与二级滚动副(3-2)接触部分的两侧；二级缓冲组件(4)包括二级缓冲环1(4-1)、二级缓冲环2(4-2)、二级缓冲环3(4-3)、二级缓冲环4(4-4)、大推力轴承(4-5)和大背紧螺母(4-6)，大推力轴承(4-5)座圈紧贴中空传动轴(6)的轴肩安装，二级缓冲环安装在大推力轴承(4-5)和大背紧螺母(4-6)中间用于减缓中空传动轴(6)的到位冲击；二级缓冲组件(4)中的缓冲环，在轴向作用力的挤压下会发生径向弹性变形，当中空传动轴(6)运动到极限位置时，一部分冲击产生的能量会被缓冲环的弹性变形吸收，另一部分被相邻缓冲环之间的摩擦力转化为热能耗散掉；
一级滚柱丝杠副(1)和二级滚柱丝杠副(3)组成了级联式行星滚柱丝杠副，当某级行星滚柱丝杠副发生卡滞或卡死时，另一级行星滚柱丝杠副仍可进行传动；
主电机(8)和副电机(9)采用转矩综合模式驱动系统输出，正常工作状态下由主电机(8)驱动系统，当主电机(8)发生故障，副电机(9)仍可驱动系统进行输出；
冗余作动组件(5)包括备份电机(5-1)、蜗杆轴(5-2)、蜗轮(5-3)、舵面连接壳体1(5-4)、辅助刹车(5-5)和舵面连接壳体2(5-6)，备份电机(5-1)和辅助刹车(5-5)分别通过蜗杆轴(5-2)两端齿轮驱动蜗杆轴(5-2)，蜗杆(5-1)和蜗杆轴(5-2)通过轴承安装在舵面连接壳体1(5-4)和舵面连接壳体2(5-6)内部，并相互啮合；冗余作动组件(5)的蜗轮(5-3)与一级丝杠(1-1)末端固连，在主电机(8)和副电机(9)同时发生故障时，冗余作动组件(5)的备份电机(5-1)驱动蜗轮(5-3)蜗杆轴(5-2)带动一级丝杠(1-1)旋转，实现系统的直线位移和力的输出。
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