CN111006552A - 一种微小型拨叉式四工位模块化电动舵机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微小型拨叉式四工位模块化电动舵机，包括底座以及四工位舵机；所述的底座主体为十字交叉结构，四工位舵机分别安装在由十字交叉结构构成的四个象限内；每个工位舵机均由电机齿轮箱模块、丝杠副减速模块和拨叉输出轴模块组成；其中，电机齿轮箱模块通过安装止口与丝杠副减速模块定位，二者之间通过齿轮啮合传递运动，由丝杠副减速模块将电机齿轮箱模块的输出转换为直线运动；丝杠副减速模块的输出端与安装对应十字交叉结构上的拨叉输出轴模块配合，由丝杠副减速模块输出端的直线运动带动拨叉输出轴模块转动，进而驱动负载运动。

Description

一种微小型拨叉式四工位模块化电动舵机
技术领域
本发明涉及一种微小型拨叉式四工位模块化电动舵机，用于微小型导弹的控制系统，通过控制四个空气舵来实现弹体飞行控制。
背景技术
小型导弹主要是通过控制四个空气舵来实现飞行姿态控制，随着无人机平台的发展，对武器系统小型化、轻质化要求越来越高。微小型导弹对动态特性和刚度要求高，由于弹径限制，现阶段的小型化制导武器伺服系统大多采用气动舵机和谐波式电动舵机。由于微小型导弹弹径较小，对舵机的刚度和带宽要求较高，因此本发明设计了一款丝杠拨叉传动的电动舵机。
目前，舵机一般是分工位设计，四路舵机分别安装在自己的工位，而微小型导弹弹径不足100mm，舵机的体积也相应的受到限制，舵机本身体积要小而且要适应细长伺服舱内安装；丝杠拨叉式电动舵机的装配在如此小的空间内也极其困难，零件的加工精度也很难保证。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种微小型拨叉式四工位模块化电动舵机。
本发明解决技术的方案是：一种微小型拨叉式四工位模块化电动舵机，包括底座以及四工位舵机；所述的底座主体为十字交叉结构，四工位舵机分别安装在由十字交叉结构构成的四个象限内；每个工位舵机均由电机齿轮箱模块、丝杠副减速模块和拨叉输出轴模块组成；其中，电机齿轮箱模块通过安装止口与丝杠副减速模块定位，二者之间通过齿轮啮合传递运动，由丝杠副减速模块将电机齿轮箱模块的输出转换为直线运动；丝杠副减速模块的输出端与安装对应十字交叉结构上的拨叉输出轴模块配合，由丝杠副减速模块输出端的直线运动带动拨叉输出轴模块转动，进而驱动负载运动。
优选的，所述的电机齿轮箱模块包括电机、齿轮组、齿轮箱壳体；电机的输出轴安装齿轮，齿轮箱壳体内安装一级减速齿轮，二级减速齿轮的输入齿轮位于齿轮箱壳体外并通过设置在齿轮箱壳体上的止口实现安装定位；所述的齿轮箱壳体上设置螺纹口和或法兰接口，用于与电机实现安装固定。
优选的，所述的丝杠副减速模块包括支撑外壳以及安装在支撑外壳内的二级减速输出齿轮、预紧螺母、角接触轴承、丝杠副、线位移传感器；二级减速输出齿轮与丝杠副的丝杆固定连接，丝杆通过成对的角接触轴承安装在支撑外壳内，角接触轴承的一端通过支撑外壳内的轴肩限位，另一端通过预紧螺母锁紧；丝杠副的螺母上安装套筒，套筒上设置与拨叉输出轴模块配合的耳轴，并在套筒上安装线位移传感器电刷组件，线位移传感器的基体安装在支撑外壳上；所述的套筒上设置防转销与设置在所述支撑外壳上的导向槽配合，限制螺母转动。
优选的，所述的丝杠副减速模块还包括安装在支撑外壳上的支撑轴承，通过该支撑轴承对丝杆上与二级减速输出齿轮相对的一端进行辅助支撑。
优选的，所述的丝杠副减速模块还包括安装在预紧螺母与角接触轴承之间的调整垫片，用于调整丝杠副减速模块的阻尼。
优选的，通过下述方式实现在套筒上安装线位移传感器电刷组件：
将线位移传感器的电刷安装在两个绝缘片之间，通过螺钉将其整体固定在套筒上；实现电刷与套筒之间的绝缘，且通过其中一个绝缘片上设置的翻边结构，实现电刷与螺钉的绝缘。
优选的，所述的套筒为圆柱桶状结构，桶底部设置通孔用于穿过丝杆，丝杠副的螺母通过过盈配合的方式安装在圆柱桶内，并通过安装在套筒的开口端的锁紧螺母锁死。
优选的，所述的拨叉输出轴模块包括转轴及设置在转轴上的拨叉，转轴的两端通过轴承安装在底座的十字交叉结构上。
优选的，所述的拨叉输出轴模块还包括挡环，通过挡环上的径向孔与底座之间实现连接，对最外端轴承进行轴向限位。
优选的，所述的拨叉为两个且位于转轴同一侧面。
优选的，四工位舵机的拨叉开口方向顺时针或逆时针。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1、装配简单，生产效率高。将各模块分别组装完成后，合装成四工位整体舵机，进而直接装到弹舱内，解决了弹径小没有安装空间、操作困难的难题。
2、分模块生产，各模块有很好的互换性，利于批量生产。
3、壳体进行了铸造适应性设计，提高零件生产效率。
附图说明
图1为本发明传动原理图；
图2为本发明结构示意图；
图3为本发明电机齿轮箱模块图；
图4为本发明丝杠副减速模块图；
图5为本发明拨叉输出轴模块图；
图6为本发明拨叉轴与套筒配合关系图；
其中，1.电机齿轮箱模块；2.丝杠副减速模块；3.拨叉输出轴模块；4.伺服电机；5.二级减速齿轮输入齿轮；6.齿轮箱壳体；7.支撑外壳；8.二级减速齿轮输出齿轮；9.预紧螺母；10.调整点垫片；11.角接触轴承；12.丝杆；13.丝杠螺母；14.套筒；15.锁紧螺母；16.支撑轴承；17.电刷组件；18.线位移传感器；19.拨叉轴；20.挡环；21.底座；22.防转销；23.耳轴。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
本发明提出一种微小型拨叉式四工位模块化电动舵机，原理图如图1所示。
本电动舵机由电机、齿轮组、丝杠副、拨叉输出轴和直线电位计组成，由电机提供动力，经齿轮减速传递到丝杠副，将转动转化为平动，进而通过拨叉输出轴将平动转化为转动，通过直线电位计采集丝杠螺母的平动位置，来实现位置闭环。
本发明将四工位舵机进行模块化设计，如附图2所示主要包括电机齿轮箱模块1、丝杠副减速模块2和拨叉输出轴模块3；各模块的整合组装通过简单的接口实现定位连接，电机齿轮箱通过安装止口与丝杠减速组件定位，拨叉输出轴组件通过安装轴承和拨叉与丝杠减速组件进行定位安装。
如附图3所示，电机齿轮箱模块包括电机4、齿轮组、齿轮箱壳体6；电机的输出轴直接安装齿轮，齿轮箱壳体内安装一级减速齿轮，二级减速齿轮输入齿轮5位于齿轮箱壳体外并通过设置在齿轮箱壳体上的止口实现安装定位；所述的齿轮箱壳体上设置螺纹口和或法兰接口，用于与电机实现安装固定。
如附图4所示，丝杠副减速模块包括支撑外壳7以及安装在支撑外壳内的二级减速输出齿轮8、预紧螺母9、调整垫片10、角接触轴承11、丝杆12、丝杠螺母13、套筒14、锁紧螺母15、支撑轴承16、电刷组件17、线位移传感器18；二级减速输出齿轮与丝杠副的丝杆固定连接，丝杆通过成对的角接触轴承安装在支撑外壳内，角接触轴承的一端通过支撑外壳内的轴肩限位，另一端通过预紧螺母锁紧；丝杠螺母上安装套筒，套筒上设置与拨叉输出轴模块配合的耳轴23(如附图6所示)，并在套筒上安装线位移传感器电刷组件，线位移传感器的基体安装在支撑外壳上；套筒上设置防转销22与设置在所述支撑外壳上的导向槽配合，限制丝杠螺母转动。
如附图4所示，通过安装在支撑外壳上的支撑轴承16，对丝杆12进行辅助支撑，以减小拨叉转动一个角度时，丝杠轴线垂直方向的分力对丝杠传动的影响。
微小型电动舵机功率较小，低温下-40℃下舵机内部阻尼增大，使其速度较常温下降50％～70％，通过安装在预紧螺母9与角接触轴承10之间的调整垫片11，如附图4所示，来调整丝杠副减速模块的阻尼，使丝杠副减速组件的启动力矩在设计要求的范围内，来保证在低温下速度较常温减少不超过20％。
将线位移传感器的电刷安装在两个绝缘片之间，通过螺钉将其整体固定在套筒上，实现电刷与套筒之间的绝缘，且通过其中一个绝缘片上设置的翻边结构，实现电刷与螺钉的绝缘。
套筒14为圆柱桶状结构，桶底部设置通孔用于穿过丝杆12，丝杠螺母13通过过盈配合的方式安装在套筒内，并通过安装在套筒开口端的锁紧螺母15锁死。
拨叉输出轴模块如附图5所示。拨叉输出轴模块主体为十字交叉结构的底座21和拨叉轴19组件组成，拨叉轴的两端通过轴承安装在底座的十字交叉结构上，通过挡环20上的径向孔与底座之间实现连接，对最外端轴承进行轴向限位。将电机齿轮箱模块和丝杠副减速模块分别安装在底座的四个工位内，组成四工位电动舵机；每个工位舵机均由电机齿轮箱模块通过安装止口与丝杠副减速模块定位，二者之间通过齿轮啮合传递运动，由丝杠副减速模块将电机齿轮箱模块的输出转换为直线运动；丝杠副减速模块的输出端(套筒上的耳轴)与拨叉输出轴模块对应工位的拨叉轴配合，由丝杠副减速模块输出端的直线运动带动拨叉轴转动，进而驱动负载运动，负载与拨叉轴连接。
拨叉轴包括转轴及设置在转轴上的双拨叉结构，采用双拨叉结构以消除单拨叉结构导致的丝杠侧向弯矩。
四工位舵机拨叉输出组件的拨叉开口方向为顺时针或逆时针，并置于电机齿轮模块的电机尾部，使空间结构更紧凑。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员的公知常识。

Claims (11)

1.一种微小型拨叉式四工位模块化电动舵机，其特征在于：包括底座以及四工位舵机；所述的底座主体为十字交叉结构，四工位舵机分别安装在由十字交叉结构构成的四个象限内；每个工位舵机均由电机齿轮箱模块、丝杠副减速模块和拨叉输出轴模块组成；其中，电机齿轮箱模块通过安装止口与丝杠副减速模块定位，二者之间通过齿轮啮合传递运动，由丝杠副减速模块将电机齿轮箱模块的输出转换为直线运动；丝杠副减速模块的输出端与安装对应十字交叉结构上的拨叉输出轴模块配合，由丝杠副减速模块输出端的直线运动带动拨叉输出轴模块转动，进而驱动负载运动。
2.根据权利要求1所述的模块化电动舵机，其特征在于：所述的电机齿轮箱模块包括电机、齿轮组、齿轮箱壳体；
电机的输出轴安装齿轮，齿轮箱壳体内安装一级减速齿轮，二级减速齿轮的输入齿轮位于齿轮箱壳体外并通过设置在齿轮箱壳体上的止口实现安装定位；所述的齿轮箱壳体上设置螺纹口和或法兰接口，用于与电机实现安装固定。
3.根据权利要求1所述的模块化电动舵机，其特征在于：所述的丝杠副减速模块包括支撑外壳以及安装在支撑外壳内的二级减速输出齿轮、预紧螺母、角接触轴承、丝杠副、线位移传感器；二级减速输出齿轮与丝杠副的丝杆固定连接，丝杆通过成对的角接触轴承安装在支撑外壳内，角接触轴承的一端通过支撑外壳内的轴肩限位，另一端通过预紧螺母锁紧；丝杠副的螺母上安装套筒，套筒上设置与拨叉输出轴模块配合的耳轴，并在套筒上安装线位移传感器电刷组件，线位移传感器的基体安装在支撑外壳上；所述的套筒上设置防转销与设置在所述支撑外壳上的导向槽配合，限制螺母转动。
4.根据权利要求3所述的模块化电动舵机，其特征在于：还包括安装在支撑外壳上的支撑轴承，通过该支撑轴承对丝杆上与二级减速输出齿轮相对的一端进行辅助支撑。
5.根据权利要求3或4所述的模块化电动舵机，其特征在于：还包括安装在预紧螺母与角接触轴承之间的调整垫片，用于调整丝杠副减速模块的阻尼。
6.根据权利要求3所述的模块化电动舵机，其特征在于：通过下述方式实现在套筒上安装线位移传感器电刷组件：
将线位移传感器的电刷安装在两个绝缘片之间，通过螺钉将其整体固定在套筒上；实现电刷与套筒之间的绝缘，且通过其中一个绝缘片上设置的翻边结构，实现电刷与螺钉的绝缘。
7.根据权利要求1所述的模块化电动舵机，其特征在于：所述的套筒为圆柱桶状结构，桶底部设置通孔用于穿过丝杆，丝杠副的螺母通过过盈配合的方式安装在圆柱桶内，并通过安装在套筒的开口端的锁紧螺母锁死。
8.根据权利要求1所述的模块化电动舵机，其特征在于：所述的拨叉输出轴模块包括转轴及设置在转轴上的拨叉，转轴的两端通过轴承安装在底座的十字交叉结构上。
9.根据权利要求8所述的模块化电动舵机，其特征在于：还包括挡环，通过挡环上的径向孔与底座之间实现连接，对最外端轴承进行轴向限位。
10.根据权利要求8所述的模块化电动舵机，其特征在于：所述的拨叉为两个且位于转轴同一侧面。
11.根据权利要求8所述的模块化电动舵机，其特征在于：四工位舵机的拨叉开口方向顺时针或逆时针。
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