CN110751876A - 一种模拟操舵机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟操舵机构，属于机电控制技术领域。该机构包括支架组、俯仰组、方位组和操纵手轮组；俯仰组活动安装在支架组上，方位组穿过俯仰组后与俯仰组形成转动配合后形成呈十字交叉的方位和俯仰轴系，操纵手轮组安装在方位组的上端，手动操作操纵手轮组实现方位和俯仰的模拟操纵动作，方位组和俯仰组通过设置对应齿轮组并利用齿轮增速达到合适的操纵阻力，齿轮与支架组的接触面之间布置弹簧和钢球，通过齿轮端面上的凹槽与钢球的弹性配合实现均匀角度的档位定位。本发明能够实现逼真的模拟操作效果，结构简单，重量轻，制造成本低，安装调整、使用维护方便，角度适应范围宽。

Description

一种模拟操舵机构

技术领域

本发明涉及一种模拟操作舵机的操舵机构，属于机电控制技术领域。

背景技术

舰用舵机是一种内部结构复杂的机电装置，电机传感器众多，且有连杆机构驱动执行部件，并接受反馈连杆信号，内部具有助力机构，方便人手操作。

操舵装置根据动力源的不同，可分为电动操舵装置和液压操舵装置等。

电机操舵装置主要由电动机、蜗杆、蜗轮、小齿轮、轮扇、缓冲弹簧和舵柄等组成。当由驾驶室操舵装置遥控电动机转动时，通过蜗杆、蜗轮、小齿轮带动松套在舵杆的舵扇旋转，舵扇再通过缓冲弹簧推动键套在舵杆上的舵柄，从而使舵杆和舵偏转。采用蜗杆蜗轮的传动方式主要是为了获得较大的减速比，以增大转矩。缓冲弹簧的硬度较大，平时在正常的力作用下，弹簧不会变形，并能顺利的传递转舵力矩；当舵叶收到外界巨大的冲击力作用时，弹簧能吸引冲击能量，起保护舵机的作用。

液压操舵装置主要是指液压舵机，液压舵机也称电动液压舵机或电液舵机。它是利用电动机带动主油泵运转，当有操舵信号时，主油泵开始排吸油，产生的高压油通过管路系统进入转舵油缸，推动油缸中的柱塞或叶片运动，从而带动舵杆、舵叶转动；当舵转至要求的角度后通过反馈系统使油泵停止排吸油，舵就停止在所需的舵角上。

驾驶者在学习和训练过程中需要对操舵装置进行长时间的熟悉和操作，而操舵装置操控舵机需要运行众多的机械和电子器件，此外，舵机的运行和采购成本很高，人们自然提出了采用模拟操舵机构来代替真实的舵机和操舵机构。

目前有两种模拟舵机的形式，第一种是采用杠杆重物或摆锤的方式，但尺寸较大，布置不方便；第二种是驱动发电机产生阻力，但电气控制复杂，费用高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种模拟操舵机构，机构通过齿轮增速达到合适的操纵阻力，利用在齿轮与安装部件之间布置预压缩的钢球来实现均匀角度的档位定位。

一种模拟操舵机构，该机构包括支架组、俯仰组、方位组和操纵手轮组；

所述俯仰组活动安装在支架组上，所述方位组穿过俯仰组后与俯仰组形成转动配合后形成呈十字交叉的方位和俯仰轴系，所述操纵手轮组安装在方位组的上端，手动操作操纵手轮组实现方位和俯仰的模拟操纵动作，所述方位组和俯仰组通过设置对应齿轮组并利用齿轮增速达到合适的操纵阻力，齿轮与支架组的接触面之间布置弹簧和钢球，通过齿轮端面上的凹槽与钢球的弹性配合实现均匀角度的档位定位。

进一步地，所述支架组包括支座、第一侧板和第二侧板；所述支座为圆形法兰结构，支座的上表面用于与外部的安装结构固定，支座的下表面固定连接第一侧板和第二侧板，第一侧板和第二侧板上具有安装俯仰组的安装孔。

进一步地，所述俯仰组包括俯仰轴和多个齿轮形成；所述俯仰轴的两端分别活动安装在支架组的第一侧板和第二侧板的安装孔内，俯仰轴的一端固定连接一个齿轮，该齿轮依次与剩余安装在齿轮端面以及第二侧板外侧面上的齿轮啮合后形成传动系，利用齿轮之间齿数的配合实现齿轮增速；传动系中最后一个齿轮与第二侧板相对面上加工沿周向分布的凹槽，第二侧板上的安装孔一端安装紧定螺钉，安装孔的另一端装入弹簧和钢球，齿轮的端面将钢球压缩在安装孔内，当齿轮的凹槽旋转到钢球的位置时，钢球落入凹槽后随即被挤回安装孔，这一过程形成俯仰档位的手感。

进一步地，所述方位组包括方位轴、横板和多个齿轮；所述方位轴与俯仰轴的中心孔活动配合，所述横板与俯仰组中的俯仰轴下表面固定连接，方位轴与横板互相垂直且为间隙配合，方位轴位于横板下方的一端固定连接一个齿轮，该齿轮依次与剩余安装在齿轮端面以及横板外侧面上的齿轮啮合后形成传动系，利用齿轮之间齿数的配合实现齿轮增速；传动系中最后一个齿轮与横板相对面上加工沿周向分布的凹槽，横板上的安装孔一端安装紧定螺钉，安装孔的另一端装入弹簧和钢球，齿轮的端面将钢球压缩在安装孔内，当齿轮的凹槽旋转到钢球的位置时，钢球落入凹槽后随即被挤回安装孔，这一过程形成方位档位的手感。

进一步地，所述俯仰组的转动范围为方位轴与支座的内孔之间的间隙，支座的内孔对俯仰范围进行机械限位。

进一步地，所述俯仰组中安装有俯仰角度传感器，俯仰转动时即可输出角度数字信号。

进一步地，所述方位组的转动范围通过在横板上安装限位柱以及在限位柱对应的齿轮端面上加工限位槽来实现。

进一步地，所述方位组中安装有方位角度传感器，方位转动时即可输出角度数字信号。

进一步地，所述操纵手轮组包括手轮、上盖和按钮；所述手轮固定连接在方位轴的上端，所述上盖用于遮蔽连接部位的连接结构，手轮的上表面嵌入安装按钮，按钮用于相关指令信号的发送。

有益效果：

1、本发明通过方位组和俯仰组配合形成的十字交叉的方位和俯仰轴系模拟真实的操舵机构，俯仰组和方位组对应的齿轮组采用合理的齿数比就可以得到合适的操纵阻力，结合弹簧和钢球与凹槽的配合产生的档位手感使模拟操作具有真实感。

2、本发明的结构简单，重量轻，制造成本低，安装调整、使用维护方便，角度适应范围宽，整机牢固可靠，可抵御冲击操作。

3、本发明的俯仰和方位运动均采用机械限位的方式，方位俯仰均可输出数字角度信号，手轮上布置按钮并能发出相关指令信号，模拟训练更加贴近真实场景。

4、本发明将小齿轮安装在大齿轮的一侧端面上形成组合式的台阶齿轮，能够降低台阶齿轮的加工难度，降低产品的加工成本。

附图说明

图1为本发明模拟操舵机构的三维结构示意图；

图2为本发明模拟操舵机构的二维剖视图

图3为本发明支架组的三维结构示意图；

图4为本发明支架组的俯视图；

图5为本发明支架组的A-A剖视图；

图6为本发明俯仰组的三维结构示意图；

图7为本发明俯仰组的二维剖视图；

图8为本发明方位组的三维结构示意图；

图9为本发明方位组的二维剖视图；

图10为本发明操纵手轮组的结构示意图；

图11为本发明的安装示意图。

其中，1-支架组、2-俯仰组、3-方位组、4-操纵手轮组、5-橡胶波纹管、6-支座、7-第一侧板、8-第二侧板、9-俯仰轴、10-法兰、11-齿轮一、12-齿轮二、13-齿轮三、14-齿轮四、15-齿轮五、16-齿轮六、17-轴一、18-轴二、19-轴三、20-传感器支架、21-俯仰角度传感器、22-方位轴、23-横板、24-限位柱、25-齿轮A、26-齿轮B、27-齿轮C、28-齿轮D、29-轴A、30-轴B、31-传感器支架、32-方位角度传感器、33-手轮、34-上盖、35-按钮、36-面板。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1和2所示，本发明提供了一种模拟操舵机构，该机构包括支架组1、俯仰组2、方位组3、操纵手轮组4和橡胶波纹管5。

其中，支架组1为主体，俯仰组2通过俯仰轴9装于第一侧板7和第二侧板8的通孔中，两边装上法兰10后，用螺钉固定。方位组3通过其方位轴22装于俯仰轴9的中孔中，并在下端用挡圈限位。方位和俯仰两个轴系即建立，呈十字交叉布置。方位靠限位柱24与弧形槽进行机械限位，见C-C剖面，范围±105°。俯仰靠方位轴22与支座6的内孔进行机械限位，见B-B剖面，范围±25°。

橡胶波纹管5装于支座6的伸出孔端并固定。

操纵手轮组4装于方位轴22的上端，放入平键，用螺母固定。

图3、4和5是本发明实施例支架组结构示意图，支座6为圆环形，左侧装第一侧板7，平面贴合，用3个螺钉固定，右侧同样方式装第二侧板8，调整好两侧板上内孔同轴度后，用销固定。支座6上螺孔，用于与面板36连接。

图6和7是本发明实施例俯仰组结构示意图，俯仰轴9装于支架组1上。在俯仰轴9的两端装入法兰10，用螺钉分别与第一侧板7和第二侧板8固定。俯仰轴9的右端放入平键，装上齿轮一11，用螺母固定。齿轮二12与齿轮三13用销连接形成台阶齿轮，轴一17与第二侧板8上的孔过盈固定，在轴一17的右端装入铜套后，再装入台阶齿轮，并用挡圈限位，齿轮一11与齿轮三13啮合传动，齿数分别为90和30。齿轮四14与齿轮五15用销连接形成台阶齿轮，轴二18与第二侧板8上的孔过盈固定，在轴二18的右端装入铜套后，再装入台阶齿轮，并用挡圈限位，齿轮二12与齿轮五15啮合传动，齿数分别为90和30。轴三19与第二侧板8上的孔过盈固定，在轴三19的右端装入铜套后，再装入齿轮六16，并用挡圈限位，齿轮四14与齿轮六16啮合传动，齿数分别为60和30。

见视图Ⅰ，齿轮六16端面有四个均布的凹槽，凹槽为圆形的孔，孔的直径小于钢球的直径，在第二侧板8上的螺孔中依次放入钢球、弹簧，用紧定螺钉调节弹簧压缩量，保持合适的压力。

由于俯仰角度为±25°，增速

倍，定位孔4个，则一个

传感器支架20装于第一侧板7上，用螺钉固定。俯仰角度传感器21装于传感器支架20上，用螺钉固定，俯仰转动时即可输出角度数字信号。

图8和9是本发明实施例方位组结构示意图，方位轴22装于俯仰轴9的中孔中。在俯仰轴9下面装横板23，平面贴合，并用螺钉固定。装入限位柱24，穿过横板23及俯仰轴9，过盈固定。

在方位轴22的下端放入平键，装上齿轮A 25，用螺母固定。齿轮B 26与齿轮C 27用销连接形成台阶齿轮，轴A 29与横板23上的孔过盈固定，在轴A 29的下端装入铜套后，再装入台阶齿轮，并用挡圈限位，齿轮A 25与齿轮C 27啮合传动，齿数分别为90和30。轴B 30与横板23上的孔过盈固定，在轴B 30的下端装入铜套后，再装入齿轮D 28，并用挡圈限位，齿轮B 26与齿轮D 28啮合传动，齿数分别为60和30。

见视图Ⅰ，齿轮D 28端面有四个均布的孔或坑，在横板23上螺孔中依次放入钢球、弹簧，用紧定螺钉调节弹簧压缩量，保持合适的压力。

由于俯仰角度为±105°，增速

定位孔4个，则一个

传感器支架31与横板23和轴A 29螺钉连接，方位角度传感器32装于传感器支架A31上，用螺钉固定。方位角度传感器32的轴伸入方位轴22的孔中同轴连接，用紧定螺钉固定，方位转动时即可输出角度数字信号。

图10是本发明实施例操纵手轮组结构示意图，手轮33是主体，与方位轴22、平键、螺母连接固定，上盖34用螺钉连接在手轮33的中间，用于保护美观用。在手轮33的前方嵌入4个按钮，用于相关指令信号的发送。

图11是本发明实施例面板安装示意图，本模拟操舵机构装于控制台上，需牢固稳定，能承受一定的冲击力。具体为本机构穿过面板36的孔，用4个螺钉固定。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，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 (9)

1.一种模拟操舵机构，其特征在于，该机构包括支架组、俯仰组、方位组和操纵手轮组；

所述俯仰组活动安装在支架组上，所述方位组穿过俯仰组后与俯仰组形成转动配合后形成呈十字交叉的方位和俯仰轴系，所述操纵手轮组安装在方位组的上端，手动操作操纵手轮组实现方位和俯仰的模拟操纵动作，所述方位组和俯仰组通过设置对应齿轮组并利用齿轮增速达到合适的操纵阻力，齿轮与支架组的接触面之间布置弹簧和钢球，通过齿轮端面上的凹槽与钢球的弹性配合实现均匀角度的档位定位。

2.如权利要求1所述的模拟操舵机构，其特征在于，所述支架组包括支座、第一侧板和第二侧板；所述支座为圆形法兰结构，支座的上表面用于与外部的安装结构固定，支座的下表面固定连接第一侧板和第二侧板，第一侧板和第二侧板上具有安装俯仰组的安装孔。

3.如权利要求1或2所述的模拟操舵机构，其特征在于，所述俯仰组包括俯仰轴和多个齿轮形成；所述俯仰轴的两端分别活动安装在支架组的第一侧板和第二侧板的安装孔内，俯仰轴的一端固定连接一个齿轮，该齿轮依次与剩余安装在齿轮端面以及第二侧板外侧面上的齿轮啮合后形成传动系，利用齿轮之间齿数的配合实现齿轮增速；传动系中最后一个齿轮与第二侧板相对面上加工沿周向分布的凹槽，第二侧板上的安装孔一端安装紧定螺钉，安装孔的另一端装入弹簧和钢球，齿轮的端面将钢球压缩在安装孔内，当齿轮的凹槽旋转到钢球的位置时，钢球落入凹槽后随即被挤回安装孔，这一过程形成俯仰档位的手感。

4.如权利要求3所述的模拟操舵机构，其特征在于，所述方位组包括方位轴、横板和多个齿轮；所述方位轴与俯仰轴的中心孔活动配合，所述横板与俯仰组中的俯仰轴下表面固定连接，方位轴与横板互相垂直且为间隙配合，方位轴位于横板下方的一端固定连接一个齿轮，该齿轮依次与剩余安装在齿轮端面以及横板外侧面上的齿轮啮合后形成传动系，利用齿轮之间齿数的配合实现齿轮增速；传动系中最后一个齿轮与横板相对面上加工沿周向分布的凹槽，横板上的安装孔一端安装紧定螺钉，安装孔的另一端装入弹簧和钢球，齿轮的端面将钢球压缩在安装孔内，当齿轮的凹槽旋转到钢球的位置时，钢球落入凹槽后随即被挤回安装孔，这一过程形成方位档位的手感。

5.如权利要求4所述的模拟操舵机构，其特征在于，所述俯仰组的转动范围为方位轴与支座的内孔之间的间隙，支座的内孔对俯仰范围进行机械限位。

6.如权利要求5所述的模拟操舵机构，其特征在于，所述俯仰组中安装有俯仰角度传感器，俯仰转动时即可输出角度数字信号。

7.如权利要求6所述的模拟操舵机构，其特征在于，所述方位组的转动范围通过在横板上安装限位柱以及在限位柱对应的齿轮端面上加工限位槽来实现。

8.如权利要求7所述的模拟操舵机构，其特征在于，所述方位组中安装有方位角度传感器，方位转动时即可输出角度数字信号。

9.如权利要求8所述的模拟操舵机构，其特征在于，所述操纵手轮组包括手轮、上盖和按钮；所述手轮固定连接在方位轴的上端，所述上盖用于遮蔽连接部位的连接结构，手轮的上表面嵌入安装按钮，按钮用于相关指令信号的发送。

Images