CN110953313B - 一种大负载防卡死电动舵机的执行机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大负载防卡死电动舵机的执行机构，属于电动舵机技术领域，解决了现有电动舵机的执行机构在大负载作用下容易磨损和卡死的问题。大负载防卡死电动舵机的执行机构包括：电动机、滚珠丝杠副、衬套、输出轴和主框架；电动机驱动滚珠丝杠副的丝杠螺杆转动，使滚珠丝杠副的丝杠螺母沿丝杠螺杆平动；丝杠螺母套设有传动销，传动销上套设有衬套；衬套能够在拨叉内滑动。本发明由衬套的平面承受负载，增大了载荷的作用面积，可有效防止执行机构磨损、卡死现象；本发明仅仅增加了一个衬套，对安装空间要求不高，符合集成化设计发展趋势。

Description

一种大负载防卡死电动舵机的执行机构

技术领域

本发明涉及电动舵机技术领域，尤其涉及一种大负载防卡死电动舵机的执行机构。

背景技术

舵机作为导弹、水下潜航器、无人机等航行器的伺服系统，控制着航行器的运行轨迹，是一种高精度的位置伺服系统。

对于安装在航行器尾舱内的舵机，安装空间是一个锥形区域，且需预留中心孔给航行器动力装置，结合功率要求，安装空间非常紧凑。

常见的舵机一般有液压舵机、气动舵机和电动舵机，液压舵机适用于功率等级比较大的航行器，体积大、重量大且容易出现漏油；气动舵机加工精度要求高、不易调试性能、且需要独立气源，对安装空间也有一定要求；电动舵机结构形式可以根据安装空间改变、使用航行器上的电池作为能源、环保且控制方便，使用范围越来约广泛，已经成为新的发展趋势。电动舵机相比液压舵机，功率等级比较小。但是随着大功率驱动技术的突破，并且由于电动舵机本身的优点，近年来，欧美国家明显增加了大功率电动舵机的研制比例。

大功率电动舵机需要大负载力矩的执行机构，执行机构是电动舵机执行指令动作的作动机构，电动机是执行机构的驱动元件。工作时，电动机接收上位机发出的指令信号并驱动传动机构到达指定位置。执行机构一般需要传动销拨动轴套的拨叉实现旋转输出，传动销轴与拨叉为线接触，在大负载力矩、冲击载荷或者长时工作条件下非常容易出现传动销和拨叉磨损、断裂，进而导致执行机构性能下降甚至卡死，最终舵机失效。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种大负载防卡死电动舵机的执行机构，用以解决现有电动舵机的执行机构在大负载作用下容易磨损和卡死的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明技术方案中，一种大负载防卡死电动舵机的执行机构，大负载防卡死电动舵机的执行机构包括：电动机、滚珠丝杠副、衬套、输出轴和主框架；电动机和滚珠丝杠副均安装在主框架上；电动机驱动滚珠丝杠副的丝杠螺杆转动，使滚珠丝杠副的丝杠螺母沿丝杠螺杆平动；

输出轴与丝杠螺杆垂直，且固设有带拨叉的轴套结构；

丝杠螺母套设有传动销，传动销上套设有衬套；衬套能够在拨叉内滑动。

本发明技术方案中，衬套的轴向中心设有通孔，传动销穿过通孔；

衬套的垂直轴向截面为矩形，且四角均设有圆弧倒角。

本发明技术方案中，衬套的轴向的一端设有径向向外延伸的翻边，翻边为扇形或圆形的板状结构。

本发明技术方案中，传动销设有2根，2根传动销同轴设置。

本发明技术方案中，拨叉设有2个，且每个拨叉对应一个传动销和衬套；

拨叉设有直槽，衬套能够在直槽内滑动，且衬套的一组相对的侧面同时与拨叉的侧壁接触。

本发明技术方案中，轴套的轴向的一端与输出轴固定连接，另一端设有安装孔；安装孔中设有支撑轴，支撑轴与安装孔通过深沟球轴承连接。

本发明技术方案中，轴套通过沿径向穿过轴套的定位销与深沟球轴承的外圈固定连接，支撑轴与深沟球轴承的内圈固定连接。

本发明技术方案中，直槽与衬套接触的侧壁上设有沿轴套径向设置的凹槽结构，衬套与直槽接触的侧面上设有沿衬套轴向设置的凸起结构，凸起结构能够与凹槽结构贴合。

本发明技术方案中，电动机通过减速齿轮副驱动丝杠螺杆转动；

减速齿轮副包括：电机齿轮、一级传动齿轮、二级传动齿轮和丝杠齿轮；电机齿轮和一级传动齿轮啮合，二级传动齿轮与丝杠齿轮啮合；电机齿轮与电动机的输出轴固定连接；丝杠齿轮与丝杠螺杆固定连接；一级传动齿轮和二级传动齿轮通过传动轴共轴设置，且一级传动齿轮和二级传动齿轮均与传动轴固定连接。

本发明技术方案中，丝杠螺杆通过角接触轴承与主框架连接。

本发明技术方案至少能够实现以下效果之一：

1、本发明采用传动销-衬套-轴套拨叉的组合，相比传统的传动销-拨叉组合，可以防止传动销及拨叉磨损、断裂，能够有效防止执行机构磨损、卡死现象；

2、本发明采用传动销-衬套-轴套拨叉的组合，相比传统的传动销-角接触轴承-拨叉组合，对传动销轴外径尺寸和拨叉开口尺寸要求较低，大大降低了安装空间的要求；

3、本发明衬套和拨叉采用面接触承受传动力矩，增大了力的接触面积减小了压强，能够适应大负载、大冲击载荷及长时工作的条件；

4、本发明中的衬套既能够绕着传动销轴转动，又能与拨叉口滑动，而且能够防止衬套从传动销轴及拨叉口内脱落，集合了传动和限位两种作用，降低了安装尺寸要求。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为一种大负载防卡死电动舵机的执行机构的内部结构示意图；

图2为一种大负载防卡死电动舵机的执行机构的内部结构仰视剖面图；

图3为衬套在滚珠丝杠副上的安装示意图；

附图标记：

1-电动机；2-减速齿轮副；3-主框架；4-衬套；5-轴套；6-一级传动齿轮；7-电机齿轮；8-二级传动齿轮；9-丝杠齿轮；10-传动销；11-拨叉；12-丝杠螺母；13-丝杠螺杆。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。

如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种大负载防卡死电动舵机的执行机构，大负载防卡死电动舵机的执行机构包括：电动机1、滚珠丝杠副、衬套4、输出轴和主框架3；电动机1和滚珠丝杠副均安装在主框架3上；电动机1驱动滚珠丝杠副的丝杠螺杆13转动，使滚珠丝杠副的丝杠螺母12沿丝杠螺杆13平动；输出轴与丝杠螺杆13垂直，且固设有带拨叉11的轴套5结构；丝杠螺母12套设有传动销10，传动销10上套设有可转的衬套4；衬套4能够在拨叉11内滑动。

本发明实施例通过电机驱动丝杠螺杆13转动，当丝杠螺杆13转动时，丝杠螺母12沿着丝杠螺杆13平移，丝杠螺母12带动传动销10平移，由于传动轴位于拨叉11的直槽内，拨叉11在传动销10的作用下发生转动，从而实现输出轴的转动。

本发明中传动销10通过套设的衬套4来与拨叉11进行传动，衬套4和传动销10之间为转动连接，整个周向都会进行传动，此外衬套4与拨叉11进行滑动传动，从而避免传动过程中拨叉11和传动销10出现线接触的情况，避免线接触处出现过度磨损、点蚀等情况，防止传动销10及拨叉11磨损、断裂，能够有效防止执行机构磨损、卡死现象，此外，由于衬套4和拨叉11均采用面接触的形式进行传动，增大了力的接触面积减小了压强，能够适应大负载、大冲击载荷及长时间工作的条件，在同等负载作用下，可以以更小的尺寸来进行传动，对传动销10轴外径尺寸和拨叉11开口尺寸要求较低，大大降低了安装空间的要求。

本发明实施例提出的大负载防卡死电动舵机的执行机构，将传统执行机构中的传动销-拨叉组合的线接触或者传动销-角接触轴承-拨叉组合的滚动接触改为了传动销-衬套-拨叉组合的面接触：相较于传动销-拨叉组合的线接触传动，本发明实施例不仅能够较少磨损，避免卡死，还能传递更大的作用力；相较于传动销-角接触轴承-拨叉组合，除了能防止传动销10滑脱卡死，还不需要过大的安装空间。所以本发明实施例能够有效防止执行机构磨损、卡死或者安装空间要求高的问题。

本发明实施例中，衬套4的轴向中心设有通孔，传动销10穿过通孔，衬套4和传动销10之间为可转动连接，可以采用间隙配合结合润滑剂的来实现，优选为，通过轴承来实现，可以将传动销10与衬套4之间的摩擦旋转转换为轴承的旋转，进一步避免了传动销10的磨损。此外，衬套4的垂直轴向截面为矩形，从现有的传动销10与拨叉11的线接触滑动摩擦的一部分转换为衬套4和拨叉11的面接触滑动摩擦，增加了受力面积，减小了压强，削弱了衬套4和拨叉11的面接触滑动摩擦对衬套4和拨叉11的损耗，使得本发明实施例能够适应大负载、大冲击载荷及长时工作的条件。衬套4截面的四角均设有圆弧倒角，可以防止在衬套4与拨叉11发生面接触滑动摩擦时，相对运动的衬套4和拨叉11被衬套4的四角卡住。

为了让拨叉-衬套-传动销的传动方式更加可靠，本发明实施例中，传动销10设有2根，2根传动销10同轴设置；拨叉11设有2个，且每个拨叉11对应一个传动销10和衬套4。为了方便生产制造和安装固定，本发明实施例的2根传动销10为一体的杆状结构，且通过固定箍固定在所述丝杠螺母12的侧面，传动销10与丝杠螺杆13垂直并与输出轴平行；此外，2个拨叉11并列设置，2个拨叉11之间的空间为让位空间，用来避免轴套5对传动销10的运动造成限位干涉。

本发明实施例中，拨叉11设有直槽，衬套4能够在直槽内滑动，且衬套4的一组相对的侧面同时与拨叉11的侧壁接触，即衬套4在直槽中以面接触的形式来滑动，增加了受力面积，减小了压强，削弱了衬套4和拨叉11的面接触滑动摩擦对衬套4和拨叉11的损耗，使得本发明实施例能够适应大负载、大冲击载荷及长时工作的条件。此外，衬套4设置为矩形，当衬套4在直槽中滑动时，可以防止衬套4沿直槽方向从拨叉11中滑脱，现有的传动销10直接滑动的形式中，当传动销10的轴线脱离直槽边缘，整个传动销10就会从直槽中滑脱，而本发明实施例中，只有整个衬套4完全脱离直槽边缘时，传动销10才会从直槽中滑脱，因此，传动销10在外界异常作用力下，即使出现更大幅度的移动也不会轻易地从拨叉11中滑脱，提高了本发明实施例对使用环境的耐受性。

为了防止传动销10沿传动销10轴向从拨叉11中滑脱，本发明实施例中，衬套4的轴向的一端设有径向向外延伸的翻边，翻边为扇形或圆形的板状结构，即2个衬套4的翻边与2个拨叉11形成了沿传动销10轴向的双向限位，当出现传动销10和衬套4沿传动销10轴向的移动趋势时，可以防止传动销10沿传动销10轴向从拨叉11中滑脱。此外，翻边的设置还可以在衬套4相对拨叉11和传动销10运动时，防止衬套4与传动销10或丝杠螺母12发生运动干涉，保证拨叉-衬套-传动销的形式能够顺畅地进行传动。因此，本发明实施例中的衬套4集合了传动和限位两种作用，降低了安装尺寸要求；本发明实施例采用面接触承受传动力矩，增大了力的接触面积，能够适应大负载、大冲击载荷及长时工作的条件。

本发明通过轴套5与输出轴的连接来将拨叉-衬套-传动销传递给轴套5的转动进一步传递给输出轴，具体地，轴套5的轴向的一端与输出轴固定连接。而轴套5也需要固定其与主框架3的相对位置，因此，轴套5的另一端设有安装孔，安装孔中设有支撑轴，支撑轴与安装孔通过深沟球轴承连接，支撑轴与主框架3连接，实现轴套5位置的相对固定。

本发明实施例中，支撑轴和轴承套的具体联机方式为：轴套5通过沿径向穿过轴套5的定位销与深沟球轴承的外圈固定连接，支撑轴与深沟球轴承的内圈固定连接。定位销抵住深沟球轴承的外圈，或直接插入到深沟球轴承的外圈，使得轴套5和深沟球轴承的外圈一同转动；深沟球轴承的内圈与支撑轴可以采用焊接、螺纹连接、过盈配合来使深沟球轴承的内圈与支撑轴一同转动。

为了进一步防止传动销10沿传动销10轴向从拨叉11中滑脱，本发明实施例中，直槽与衬套4接触的侧壁上设有沿轴套5径向设置的凹槽结构，衬套4与直槽接触的侧面上设有沿衬套4轴向设置的凸起结构，凸起结构能够与凹槽结构贴合。凸起结构和凹槽结构的贴合除了能够进一步防止传动销10沿传动销10轴向从拨叉11中滑脱外，还进一步增加了衬套4与拨叉11的接触面积，从而进一步增加了受力面积，减小了压强，削弱了衬套4和拨叉11的面接触滑动摩擦对衬套4和拨叉11的损耗，使得本发明实施例能够更加适应大负载、大冲击载荷及长时工作的条件。

考虑到本发明实施例的舵机通常的应用对象为无人机、机器人等面临小型化设计的机电一体化设备，本发明实施例中，需要在实现整个电动舵机的执行机构的前提下，尽量缩小本发明实施例的体积。基于上述理由，本发明实施例中，电动机1通过减速齿轮副2驱动丝杠螺杆13转动；减速齿轮副2包括：电机齿轮7、一级传动齿轮6、二级传动齿轮8和丝杠齿轮9；电机齿轮7和一级传动齿轮6啮合，二级传动齿轮8与丝杠齿轮9啮合；电机齿轮7与电动机1的输出轴固定连接；丝杠齿轮9与丝杠螺杆13固定连接；一级传动齿轮6和二级传动齿轮8通过传动轴共轴设置，且一级传动齿轮6和二级传动齿轮8均与传动轴固定连接。本发明实施例通过两次啮合的二级齿轮传动，可以在保证高输出功率和大减速比的前提下，缩小了减速齿轮副2的体积，实现了本发明实施例的电动舵机的执行机构的小型化设计，进一步提高了本发明实施例对空间有限的工作条件的适应性。

需要说明的是，本发明实施例的各个部件的具体链接方式如下：电动机1与主框架3螺纹连接；电机齿轮7通过销钉固定在电动机1轴上；传动轴通过深沟球轴承固定在主框架3上。

本发明实施例中，丝杠螺杆13通过角接触轴承与主框架3连接，丝杠螺母12沿轴向的两端的外缘设有沿轴向的凸缘，并保证丝杠螺母12运动至丝杠螺杆13两端时，丝杠螺母12的凸缘与角接触轴承的外圈接触，撞缸产生的碰撞可使角接触轴承内外圈拖开，不会使角接触轴承卡死，从而进一步提高了电动舵机的执行机构的防撞死能力，在保证执行机构具有防撞死功能的前提下，有利于实现电动舵机的执行机构小型化结构设计。

本发明实施例在进行工作时，电动机1接收转动的指令信号，并按照指令信号的指示转动一定角度，同时电动机1通过电机齿轮7驱动减速齿轮副2旋转，从而带动丝杠齿轮9转动，丝杠齿轮9带动滚珠丝杠的螺杆转动，进而带动滚珠丝杠的丝杠螺母12眼丝杠螺杆13平动，丝杠螺母12带动衬套4在轴套5的拨叉11内进行面接触滑动，同时衬套4的内侧面与传动销10的外侧面进行面接触滑动，进而通过拨叉11的转动带动轴套5旋转，最终通过输出轴输出转动，实现执行机构的旋转输出。

本发明实施例的大负载、防卡死电动舵机的执行机构改进了传动销10与拨叉11传动时线接触形式，在传动销10轴外缘增加衬套4，改为衬套4与拨叉11之间的面接触形式。在大负载力矩、冲击载荷或者长时工作条件下，由衬套4的平面承受负载，增大了载荷的作用面积，可有效防止执行机构磨损、卡死现象。这种大负载、防卡死执行机构仅仅增加了一个衬套4，对安装空间要求不高，符合集成化设计发展趋势。

综上所述，本发明实施例提供了一种大负载防卡死电动舵机的执行机构，本发明采用-衬套-轴套拨叉的组合，相比传统的传动销-拨叉组合，可以防止传动销及拨叉磨损、断裂，能够有效防止执行机构磨损、卡死现象；本发明采用传动销-衬套-轴套拨叉的组合，相比传统的传动销-角接触轴承-拨叉组合，对传动销轴外径尺寸和拨叉开口尺寸要求较低，大大降低了安装空间的要求；本发明衬套和拨叉采用面接触承受传动力矩，增大了力的接触面积减小了压强，能够适应大负载、大冲击载荷及长时工作的条件；本发明中的衬套既能够绕着传动销轴转动，又能与拨叉口滑动，而且能够防止衬套从传动销轴及拨叉口内脱落，集合了传动和限位两种作用，降低了安装尺寸要求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种大负载防卡死电动舵机的执行机构，其特征在于，所述大负载防卡死电动舵机的执行机构包括：电动机(1)、滚珠丝杠副、衬套(4)、输出轴和主框架(3)；所述电动机(1)和滚珠丝杠副均安装在主框架(3)上；所述电动机(1)驱动滚珠丝杠副的丝杠螺杆(13)转动，使滚珠丝杠副的丝杠螺母(12)沿丝杠螺杆(13)平动；

所述输出轴与丝杠螺杆(13)垂直设置，且所述输出轴固设有带拨叉(11)的轴套(5)结构；

所述丝杠螺母(12)套设有传动销(10)，传动销(10)套设有衬套(4)；所述衬套(4)能够在拨叉(11)内滑动；

所述衬套(4)的轴向中心设有通孔，所述传动销(10)穿过所述通孔，所述衬套(4)和所述传动销(10)之间转动连接；

所述衬套(4)的垂直于衬套(4)的轴向的截面为矩形，且矩形四角均设有圆弧倒角；

所述拨叉(11)设有直槽，所述衬套(4)能够在所述直槽内滑动，且衬套(4)的一组相对的侧面同时与拨叉(11)的侧壁接触；

所述衬套(4)的轴向的一端设有径向向外延伸的翻边，所述翻边为扇形或圆形的板状结构；

所述传动销(10)设有2根，2根传动销(10)同轴设置；

所述拨叉(11)设有2个，且每个拨叉(11)对应一个传动销(10)和衬套(4)；

所述轴套(5)的轴向的一端与输出轴固定连接，另一端设有安装孔；所述安装孔中设有支撑轴，所述支撑轴与安装孔通过深沟球轴承连接；

所述轴套(5)通过沿径向穿过轴套(5)的定位销与所述深沟球轴承的外圈固定连接，所述支撑轴与所述深沟球轴承的内圈固定连接；

所述直槽与衬套(4)接触的侧壁上设有沿轴套(5)径向设置的凹槽结构，所述衬套(4)与直槽接触的侧面上设有沿衬套(4)轴向设置的凸起结构，所述凸起结构能够与凹槽结构贴合。

2.根据权利要求1所述的大负载防卡死电动舵机的执行机构，其特征在于，所述电动机(1)通过减速齿轮副(2)驱动所述丝杠螺杆(13)转动。

3.根据权利要求2所述的大负载防卡死电动舵机的执行机构，其特征在于，所述丝杠螺杆(13)通过角接触轴承与主框架(3)连接。

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