CN111181327A - 一种力矩电机与执行机构组合装配用工装及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种力矩电机与执行机构的组合装配用工装和装配方法，其工装包括导向梯形丝杆与导向螺母；装配时，将无刷力矩电机的转子、执行机构的转盘、轴承与导向梯形丝杆组合装配在一起；将力矩电机的定子、执行机构的基座与导向螺母的组合装配在一起；利用导向梯形丝杆与导向螺母的滑动配合和轴向螺纹传动，进行力矩电机直接驱动伺服系统的集成装配；拆卸导向螺母与导向梯形丝杆。本发明采用孔轴滑动配合与梯形丝杆传动一体化集成工装，具备轴向导向与定心功能的同时，兼具轴向自锁和控制转子与定子靠近速度和安全距离的功能，防止定子与转子受强磁吸引力作用而发生侧向、轴向接触或撞击。

Description

一种力矩电机与执行机构组合装配用工装及装配方法

技术领域

本发明涉及直接伺服驱动系统机电混合装配技术领域，尤其涉及一种力矩电机与执行机构的组合装配技术。

背景技术

无刷力矩电机具有结构紧凑，体积小，重量轻，力矩系数大、过载能力强，可靠性与安全性高等众多优点，是直接驱动伺服系统的理想执行元件。随着航天、天文观测、雷达、机器人、家用电器、精密测量等领域的发展，对轻量化伺服驱动的需求日益迫切，应用无刷力矩电机进行直接驱动是实现伺服系统轻量化的关键技术。

无刷力矩电机直接驱动伺服系统由定子、转子与执行机构(包括基座、转盘、轴承)组成，定子与基座联接，转子与转盘联接，定子与转子之间的间隙约1mm。定子与转子的磁极采用汝铁硼等永磁材料制成，磁性较强，两者接近时，产生强烈的吸引力，采用徒手安装等方法进行无刷电机与执行机构的集成装配时，极易发生定子与转子的接触和碰撞，造成磁体撞碎或紫铜线圈绕组的碰伤，进而造成直流力矩电机的损坏失效。另外，超高能量密度无刷直流力矩电机价格昂贵，报废引起的损失较大。

目前，机器人、电器等行业多采用专用设备进行无刷力矩电机与执行机构的批量组装，但在航天、天文观测、雷达、精密测量等科研领域，多为单台套研制性产品，专用设备难以适应力矩电机尺寸规格与形式的多样化，目前力矩电机与执行机构的集成装配仍以徒手装配方式为主。《齐齐哈尔大学学报》2015年第6期21页《大型圆环形力矩电机装配工艺设计》提出了采用千斤顶对定子与转子的靠近速度进行控制，防止转子与定子轴向撞击，并通过在定子与转子之间放置铜皮防止转子与定子径向接触的方法。这种安装方法不能实现转子与定子轴向导向和径向定心，在磁力作用下，转子与铜皮会发生接触和摩擦，易造成擦伤；另外，磁体之间瞬间吸力带来的冲击作用在铜皮上时，铜皮起到的缓冲作用有限，仍然存在损伤磁体、紫铜线圈的隐患。《精密制造与自动化》2011年第3期第57页-59页《花键轴磨床头架力矩电机装配分析》采用控制吊绳下降速度的方式控制定子与转子的靠近速度，定子与转子之间放置铜皮进行隔离防护。这种安装方法同样难以实现转子与定子轴向导向和径向定心，无法避免发生径向接触、撞击，且吊绳存在弹性，在瞬间磁力作用下，甚至发生轴向撞击。

发明内容

本发明的目的是提供一种力矩电机与执行机构组合装配用工装及装配方法，其能够解决现有无刷力矩电机直接驱动系统安装过程中定子与转子因受强磁吸引力作用发生接触或碰撞而造成电机损伤失效的技术问题。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

本发明提供一种力矩电机与执行机构的组合安装用工装，所述力矩电机的转子和定子；所述执行机构包括基座、轴承和转盘；所述工装包括：导向螺母和与其配合使用的导向梯形丝杆；

力矩电机的转子、执行机构的转盘、轴承组合装配，导向梯形丝杆4以止口定位方式与转盘组合安装，并通过螺钉紧固；力矩电机的定子、执行机构的基座组合装配在一起，导向螺母以止口定位方式与执行机构的基座组合安装在一起，并通过螺钉紧固；导向梯形丝杆旋入导向螺母中，基座与轴承安装面贴合。

更优选地，所述导向梯形丝杆包括：梯形端头、螺杆部分和导向圆柱部分；所述导向梯形丝杆的梯形端头以止口定位方式与转盘配合安装并通过螺钉固定；所述螺杆部分位于梯形端头和导向圆柱部分之间。

更优选地，所述导向螺母整体为T型结构，其包括：螺母和靠近螺母一端部且设置在螺母两侧的翼板，螺母内依次设置螺孔部分、大径圆孔和导向圆孔；

所述导向螺母的翼板以止口定位方式与执行机构的基座组合安装，并通过螺钉固定；

所述导向梯形丝杆的螺杆部分旋入导向螺母的螺孔部分，且导向梯形丝杆的导向圆柱部分能够伸进导向螺母的导向圆孔中。

本发明还提供一种力矩电机与执行机构组合装配方法，其包括：

步骤S1，将无刷力矩电机的转子、执行机构的转盘、轴承与导向梯形丝杆组合装配在一起；

步骤S2，将力矩电机的定子、执行机构的基座与导向螺母的组合装配在一起；

步骤S3，利用导向梯形丝杆与导向螺母的滑动配合和轴向螺纹传动，进行力矩电机直接驱动伺服系统的集成装配；

步骤S4，拆卸导向螺母与导向梯形丝杆。

更优选地，所述步骤S1包括：

首先，清洁力矩电机的转子、执行机构的转盘表面，将转子与转盘组合安装；然后，以止口定位方式，将导向梯形丝杆与转盘组合安装，并用圆周均布的多个螺钉将导向梯形丝杆与转盘联接紧固；安装轴承使其内圈与执行机构的转盘相接。

更优选地，所述步骤S2包括：

首先，清洁力矩电机的定子、执行机构的基座表面，将力矩电机的定子、执行机构的基座组合安装；然后，以止口定位方式，将导向螺母与执行机构的基座组合安装，并利用圆周均布的多个螺钉将导向螺母与执行机构的基座联接紧固。

更优选地，所述步骤S3包括：

首先，将步骤S1已组装完毕的组合结构平放在操作台上，导向梯形丝杆朝上；然后，将步骤S2已组装完毕的组合结构整体套装在导向梯形丝杆上，旋转基座，沿螺纹传动方向向下运动，直到基座与轴承安装面贴合。

由上述本发明的技术方案可以看出，本发明具有如下技术效果：

1、通过本发明，能够在无专用设备的情况下，实现轴向导向，防止安装过程中定子与转子受强磁吸引力作用发生径向偏离而侧向撞击，同时控制转子与定子的安全距离和接近速度，防止定子与转子受强磁吸引力作用发生轴向撞击，从而从根本上避免磁体和紫铜绕组在安装过程中受损伤，实现无刷力矩电机与执行机构组合安装过程的零风险装配，实现了直接驱动伺服系统的零风险装配。

2、本发明与现有方法相比，本发明所采用方法适应性强，无需专用设备，操作简便，易上手，对装配经验与操作技能的要求低。

3、本发明不仅适用于无刷力矩电机与执行机构的组合装配，同样适用于无刷力矩电机与执行机构的拆卸维修。

4、本发明为机载、车载设备轻量化直接驱动伺服系统无刷电机与执行机构的零风险装配提供了简单快捷的安装方法，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明力矩电机与执行机构的组合装配结构示意图；

图2为本发明中的导向梯形丝杆的结构示意图；

图3为本发明中的导向螺母的结构示意图；

图4为本发明一种力矩电机与执行机构组合装配方法的流程图；

图5为电机转子、导向梯形丝杆、执行机构转盘组合装配结构示意图；

图6为电机定子、导向螺母、执行机构基座组合装配结构示意图；

图7为力矩电机与执行机构组合装配结构图。

其中：

力矩电机1；转子11、定子12；执行机构2；基座21、轴承22、转盘23；导向螺母3；导向梯形丝杆4。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

本发明中，属于“安装”、“相连”、“相接”、“连接”、“联接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，也可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信，也可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元器件内部的联通，也可以是两个元器件的相互作用关系。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。

本发明提供一种力矩电机与执行机构组合装配用工装，其采用孔轴滑动配合机构与梯形丝杆机构的一体化集成，其结构如图1所示，包括：导向螺母3和与其配合使用的导向梯形丝杆4。导向梯形丝杆4以止口定位方式与转盘23组合安装，并通过螺钉紧固。导向螺母3以止口定位方式与执行机构2的基座21组合安装在一起，并通过螺钉固定。

使用本工装时，将力矩电机1的转子11、执行机构2的转盘23、轴承22组合装配，将导向梯形丝杆4以止口定位方式与转盘23组合安装，并通过螺钉紧固。将力矩电机1的定子12、执行机构2的基座21组合装配在一起，将导向螺母3以止口定位方式与执行机构2的基座21组合安装在一起，并通过圆周均布的螺钉紧固在执行机构2的基座21上。将导向梯形丝杆4旋入导向螺母3中，直到基座21与轴承22安装面贴合。安装完毕后，拆除导向螺母3以及导向梯形丝杆4。

上述导向梯形丝杆4的结构如图2所示，其包含梯形端头、螺杆部分和导向圆柱部分。导向梯形丝杆4的梯形端头以止口定位方式与转盘23配合安装并通过螺钉固定。螺杆部分位于梯形端头和导向圆柱部分之间。

导向螺母3的结构如图3所示，其整体为T型结构，包含螺母和靠近螺母一端部且设置在螺母两侧的翼板，螺母内依次设置螺孔部分、大径圆孔和导向圆孔。导向螺母3的翼板以止口定位方式与执行机构2的基座21组合安装，并通过螺钉固定。

上述导向梯形丝杆4的螺杆部分旋入导向螺母3的螺孔部分，且导向梯形丝杆4的导向圆柱部分能够伸进导向螺母3的导向圆孔中。

本发明还提供一种无刷力矩电机与执行机构的组合方法，其实施流程如图4所示，包括如下步骤：

步骤S1，将无刷力矩电机1的转子11、执行机构2的转盘23、轴承22与导向梯形丝杆4组合装配在一起。

首先，清洁力矩电机1的转子11、执行机构2的转盘23表面，将转子11与转盘23组合安装；然后，以止口定位方式，将导向梯形丝杆4与转盘23组合安装，并用圆周均布的多个螺钉将导向梯形丝杆4与转盘23联接紧固；安装轴承22使其内圈与执行机构2的转盘23相接；形成如图5所示的结构。

最后在导向梯形丝杆4的螺杆部分和导向圆柱部分涂抹适量航空润滑脂，形成润滑油膜。

步骤S2，将力矩电机1的定子12、执行机构2的基座21与导向螺母3的组合装配在一起。

首先，清洁力矩电机1的定子12、执行机构2的基座21表面，将力矩电机1的定子12、执行机构的基座21组合安装；然后，以止口定位方式，将导向螺母3与执行机构2的基座21组合安装，并利用圆周均布的多个螺钉将导向螺母3与执行机构2的基座21联接紧固。形成如图6所示的结构。

步骤S3，利用导向梯形丝杆4与导向螺母3的滑动配合和轴向螺纹传动，进行力矩电机1直接驱动伺服系统的集成装配。

首先，将已组装完毕的“力矩电机1的转子11、执行机构2的转盘23与导向梯形丝杆4的组合结构”平放在操作台上，导向梯形丝杆4朝上。然后，按图1所示，将“力矩电机的定子12、执行机构的基座21与导向螺母3的组合结构”整体套装在导向梯形丝杆4上，旋转基座21，沿螺纹传动方向向下运动，直到基座21与轴承22安装面贴合。此时，导向梯形丝杆4的导向圆柱部分与导向螺母3的导向圆孔部分配合。由此可见通过导向梯形丝杆4与导向螺母3，不仅能够实现轴向导向和径向定心功能，同时还兼具轴向自锁和控制转子与定子靠近速度和安全距离的功能，从而能够防止无刷力矩电机1的转子11与定子12受强磁吸引力作用而发生侧向、轴向接触或撞击。

步骤S4，拆卸导向螺母3与导向梯形丝杆4。

拆卸导向螺母3与基座21的联接螺钉，反向旋转导向螺母3，将导向螺母3依次与基座21、导向梯形丝杆4分离；拆卸导向梯形丝杆4与转盘23的联接螺钉，将导向梯形丝杆4与转盘23分离，形成如图7所示的结构图。至此完成力矩电机1与执行结构2的组合安装。

由上可以看出，本发明能够实现以下两种功能及其组合：

1.本发明能够实现转子与定子轴向导向安装功能：利用孔轴滑动配合的轴向导向与径向定心性质，采用孔轴滑动配合机构，实现转子与定子安装过程的轴向导向和径向定心，防止定子与转子受强磁吸引力作用发生径向偏离和侧向撞击。

2.本发明能够实现转子与定子接近速度与安全距离控制功能：利用梯形螺纹副的自锁特性，采用梯形丝杆传动机构，控制转子与定子的接近速度和安全距离，防止定子与转子受强磁吸引力作用发生轴向撞击。

3.本发明能够实现上述两项功能组合：通过对梯形丝杆副传动机构进行结构变形设计，使其既具有孔、轴滑动副结构，又包含梯形丝杆副结构，通过孔、轴滑动配合机构与梯形丝杆机构的一体化集成，在实现轴向导向和径向定心功能的同时，兼具轴向自锁和控制转子与定子靠近速度和安全距离的功能。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不限定本发明。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (7)

1.一种力矩电机与执行机构组合装配用工装，所述力矩电机(1)的转子(11)和定子(12)；所述执行机构包括基座(21)、轴承(22)和转盘(23)；其特征在于，所述工装包括：

导向螺母(3)和与其配合使用的导向梯形丝杆(4)；

力矩电机(1)的转子(11)、执行机构(2)的转盘(23)、轴承(22)组合装配，导向梯形丝杆(4)以止口定位方式与转盘(23)组合安装，并通过螺钉紧固；力矩电机(1)的定子(12)、执行机构(2)的基座(21)组合装配在一起，导向螺母(3)以止口定位方式与执行机构(2)的基座(21)组合安装在一起，并通过螺钉紧固；导向梯形丝杆(4)旋入导向螺母(3)中，基座(21)与轴承(22)安装面贴合。

2.根据权利要求1所述的一种力矩电机与执行机构组合装配用工装，其特征在于，所述导向梯形丝杆(4)包括：

梯形端头、螺杆部分和导向圆柱部分；所述导向梯形丝杆(4)的梯形端头以止口定位方式与转盘(23)配合安装并通过螺钉固定；所述螺杆部分位于梯形端头和导向圆柱部分之间。

3.根据权利要求2所述的一种力矩电机与执行机构组合装配用工装，其特征在于，所述导向螺母(3)整体为T型结构，其包括：

螺母和靠近螺母一端部且设置在螺母两侧的翼板，螺母内依次设置螺孔部分、大径圆孔和导向圆孔；

所述导向螺母(3)的翼板以止口定位方式与执行机构(2)的基座(21)组合安装，并通过螺钉固定；

所述导向梯形丝杆(4)的螺杆部分旋入导向螺母(3)的螺孔部分，且导向梯形丝杆(4)的导向圆柱部分能够伸进导向螺母(3)的导向圆孔中。

4.一种力矩电机与执行机构组合装配方法，其特征在于，所述装配方法包括：

步骤S1，将无刷力矩电机(1)的转子(11)、执行机构(2)的转盘(23)、轴承(22)与导向梯形丝杆(4)组合装配在一起；

步骤S2，将力矩电机(1)的定子(12)、执行机构(2)的基座(21)与导向螺母(3)的组合装配在一起；

步骤S3，利用导向梯形丝杆(4)与导向螺母(3)的滑动配合和轴向螺纹传动，进行力矩电机(1)直接驱动伺服系统的集成装配；

步骤S4，拆卸导向螺母(3)与导向梯形丝杆(4)。

5.根据权利要求4所述的一种力矩电机与执行机构组合装配方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

首先，清洁力矩电机(1)的转子(11)、执行机构(2)的转盘(23)表面，将转子(11)与转盘(23)组合安装；然后，以止口定位方式，将导向梯形丝杆(4)与转盘(23)组合安装，并用圆周均布的多个螺钉将导向梯形丝杆(4)与转盘(23)联接紧固；安装轴承(22)使其内圈与执行机构(2)的转盘(23)相接。

6.根据权利要求4所述的一种力矩电机与执行机构组合装配方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

首先，清洁力矩电机(1)的定子(12)、执行机构(2)的基座(21)表面，将力矩电机(1)的定子(12)、执行机构的基座(21)组合安装；然后，以止口定位方式，将导向螺母(3)与执行机构(2)的基座(21)组合安装，并利用圆周均布的多个螺钉将导向螺母(3)与执行机构(2)的基座(21)联接紧固。

7.根据权利要求4所述的一种力矩电机与执行机构组合装配方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

首先，将步骤S1已组装完毕的组合结构平放在操作台上，导向梯形丝杆(4)朝上；然后，将步骤S2已组装完毕的组合结构整体套装在导向梯形丝杆(4)上，旋转基座(21)，沿螺纹传动方向向下运动，直到基座(21)与轴承(22)安装面贴合。

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