CN113114003B - 一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置 - Google Patents

一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置 Download PDF

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Abstract

本发明为一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置，包括：外腔体、螺纹滚子、内腔体、行星轮、行星架、定子套筒、定子套筒、太阳轮等。定子散热片安装在定子套筒外侧，为电机定子散热；电机定子与永磁体分别安装在定子套筒内侧和转子套筒外侧，电机定子与永磁体构成集成式永磁同步电机；行星轮与安装在转子套筒外侧的太阳轮、定子套筒内侧的外齿圈组成行星齿轮减速器；外腔体、内腔体的多段环形滚道与螺纹滚子零导程螺纹啮合，构成高承载集成式轴承；外腔体安装在固定壳体的端面上，内腔体与输出法兰固定连接；多种传感器集成在装置内部。此发明解决了现有直线作动装置体积、重量大的问题，提高了全电作动装置的集成度、功重比及载荷能力。

Description

一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置
技术领域
本发明为一种全电直线作动装置，特别是针对一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置，属于航空航天航海机械、电子及控制技术、机电伺服技术领域。
背景技术
近年来，功率电传作动系统已成为航空、航天、航海、核能及工业等领域的研究热点，其通过电能转化及传递的方式，完成二次能源系统到执行机构之间的功率传输，并驱动末端负载运动，比传统液压传动具有绿色能源、安全性高、效率高、便于维护等优点。
功率电传作动系统分为全电作动系统和电静液作动系统，其中电静液作动系统保留部分液压传动组件在作动系统内部，虽可用于大承载条件，但其体积和重量较大，且存在液压作动系统的普遍问题；全电作动系统完全舍弃液压系统，直接将电能转化为机械能，通过电机、机械传动组件推动负载进行直线运动，这种全电作动系统属于绿色能源，具有效率高、便于维护等优点。
随着科技的发展和高性能装备的研制，对全电作动系统综合性能提出了更高的要求。现有直线作动装置的结构形式存在集成度不高、功率密度低、承载能力低、体积大等缺点。因此，设计一款高功重比、集成化、大承载的直线作动装置具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供了一种功重比高、承载能力强及安装空间小的集成化全电直线作动装置，用于舵面伺服控制及直线伺服驱动等。
一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置，包括：中间腔体、螺纹滚子、内腔体、外齿圈、永磁体、电机定子、大螺母、输出丝杠、螺旋传动组件、行星轮、行星架、传感器、定子套筒、太阳轮、散热片、集成式驱动器等。定子套筒、集成式驱动器安装在后壳体的端面上；非接触式温度传感器安装在定子套筒上，用于监测系统内部温度；散热片安装在定子套筒的外侧，用于为电机定子散热；电机定子固定安装在定子套筒内侧，永磁体固定安装在太阳轮的外侧，电机定子与永磁体构成集成式永磁同步电机，电机两侧由超薄支撑轴承作为支撑，超薄支撑轴承安装在定子套筒及太阳轮之间，并由轴端挡圈轴向定位；行星轮安装在行星架上，行星架与转接法兰固定连接，太阳轮与行星轮啮合处加工有齿轮，行星轮与太阳轮、安装在定子套筒内侧的外齿圈组成行星齿轮减速器；角度传感器内圈与角度传感器外圈分别安装在太阳轮及定子套筒上，用于检测作动装置的输出角度；中间腔体内侧与内腔体分别加工有多段环形滚道，导程均为零，螺纹滚子外侧加工有多段双面弧形零导程螺纹，螺纹滚子的螺纹分别与中间腔体、内腔体的滚道啮合，构成高承载集成式轴承；中间腔体安装在后壳体上，内腔体与转接法兰固定连接；大螺母的中间孔内加工有螺纹，并固定安装在转接法兰上；输出丝杠与螺旋传动组件轴向位置固定，相互啮合部分加工有螺纹，除啮合部分外的输出丝杠为光轴；大螺母、输出丝杠、螺旋传动组件共同组成行星滚柱丝杠副，作为传动组件，将大螺母的旋转运动转换为输出丝杠的直线运动；前壳体与中间腔体固连，导向铜套安装在前壳体上，导向铜套与安装在后壳体上的小型轴承共同为大螺母、输出丝杠、螺旋传动组件组成的行星滚柱丝杠副提供径向支撑。
本发明与现有结构相比有以下优点：
(1)本发明将电机定子固定安装在定子套筒内侧，永磁体固定安装在太阳轮外侧，电机定子与永磁体构成集成式永磁同步电机，节省了电机的轴向安装空间，减小系统体积；
(2)本发明的行星轮与太阳轮、安装在定子套筒内侧的外齿圈组成行星齿轮减速器，由电机带动减速器驱动转接法兰、大螺母运动，进一步减小系统体积、提高功重比；
(3)本发明的中间腔体、内腔体的多段环形滚道与螺纹滚子零导程螺纹啮合，构成高承载集成式轴承，这种高承载集成式轴承的承载能力是同体积条件下传统轴承的十几倍，且能承受轴向、径向联合负载，这种结构不仅提高了作动装置的承载能力，还减小了系统轴向空间的占用；
(4)本发明采用了行星滚柱丝杠副作为运动转化及传动部件，行星滚柱丝杠副在传动过程中螺母内滚柱与丝杠螺纹线接触，因此在尺寸相同的情况下，行星滚柱丝杠的承载能力远大于滚珠丝杠的承载力，提高了该装置的功重比，增大了装置的承载能力，并减小了运动过程中丝杠卡死的几率；
(5)本发明将温度传感器、角度传感器集成在作动装置内部，可以实时对系统性能参数进行检测，有利于系统的健康管理及线上故障诊断；
(6)本发明将散热片安装在定子套筒的外侧，在后壳体上设置有通风孔，利于电机定子散热。
附图说明
图1为一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置的轴侧剖切图；
图2为一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置的剖切图；
图3为一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置的A-A剖视图；
图4为一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置的B-B剖视图；
图5为一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置的行星轮与太阳轮啮合图；
图6为一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置的高承载集成式轴承轴侧图；
图中：1为中间腔体；2为螺纹滚子；3为内腔体；4为后壳体；5为散热片；6为角度传感器外圈；7为角度传感器内圈；8为大螺母；9为螺旋传动组件；10为输出丝杠；11为轴端挡圈；12为非接触式温度传感器；13为前壳体；14为转接法兰；15为行星轮；16为太阳轮；17为超薄支撑轴承；18为导向铜套；19为外齿圈；20为永磁体；21为电机定子；22为集成式驱动器；23为行星架；24为定子套筒。
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，提供了一种功重比高、承载能力强及安装空间小的集成化全电直线作动装置，用于舵面伺服控制及直线伺服驱动等。
参阅图1～图6，一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置，包括：中间腔体1；螺纹滚子2；内腔体3；后壳体4；散热片5；角度传感器外圈6；角度传感器内圈7；大螺母8；螺旋传动组件9；输出丝杠10；轴端挡圈11；非接触式温度传感器12；前壳体13；转接法兰14；行星轮15；太阳轮16；超薄支撑轴承17；导向铜套18；外齿圈19；永磁体20；电机定子21；集成式驱动器22；行星架23；定子套筒24。
定子套筒24、集成式驱动器22安装在后壳体4的端面上；非接触式温度传感器12安装在定子套筒24上，用于监测系统内部温度；散热片5安装在定子套筒24的外侧，用于为电机定子21散热；电机定子21固定安装在定子套筒24内侧，永磁体20固定安装在太阳轮16的外侧，电机定子21与永磁体20构成集成式永磁同步电机，电机两侧由超薄支撑轴承17作为支撑，超薄支撑轴承17安装在定子套筒24及太阳轮16之间，并由轴端挡圈11轴向定位；行星轮15安装在行星架23上，行星架23与转接法兰14固定连接，太阳轮16与行星轮15啮合处加工有齿轮，行星轮15与太阳轮16、安装在定子套筒24内侧的外齿圈19组成行星齿轮减速器；角度传感器内圈7与角度传感器外圈6分别安装在太阳轮16及定子套筒24上，用于检测作动装置的输出角度；中间腔体1内侧与内腔体3分别加工有多段环形滚道，导程均为零，螺纹滚子2外侧加工有多段双面弧形零导程螺纹，螺纹滚子2的螺纹分别与中间腔体1、内腔体3的滚道啮合，构成高承载集成式轴承；中间腔体1安装在后壳体4上，内腔体3与转接法兰14固定连接；大螺母8的中间孔内加工有螺纹，并固定安装在转接法兰14上；输出丝杠10与螺旋传动组件9轴向位置固定，相互啮合部分加工有螺纹，除啮合部分外的输出丝杠10为光轴；大螺母8、输出丝杠10、螺旋传动组件9共同组成行星滚柱丝杠副，作为传动组件，将大螺母8的旋转运动转换为输出丝杠10的直线运动；前壳体13与中间腔体1固连，导向铜套18安装在前壳体13上，导向铜套18与安装在后壳体4上的小型轴承共同为大螺母8、输出丝杠10、螺旋传动组件9组成的行星滚柱丝杠副提供径向支撑。
所述的一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置，工作过程中，电机定子21与永磁体20构成的集成式永磁同步电机，带动太阳轮16转动，进而通过行星轮15、外齿圈19驱动转接法兰14和大螺母8旋转，由螺旋传动组件9和输出丝杠10将大螺母8的旋转运动转化为直线运动，进一步驱动输出丝杠10末端的负载进行直线运动。
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)

1.一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置，由中间腔体(1)；螺纹滚子(2)；内腔体(3)；后壳体(4)；散热片(5)；角度传感器外圈(6)；角度传感器内圈(7)；大螺母(8)；螺旋传动组件(9)；输出丝杠(10)；轴端挡圈(11)；非接触式温度传感器(12)；前壳体(13)；转接法兰(14)；行星轮(15)；太阳轮(16)；超薄支撑轴承(17)；导向铜套(18)；外齿圈(19)；永磁体(20)；电机定子(21)；集成式驱动器(22)；行星架(23)；定子套筒(24)组成；
其特征在于：定子套筒(24)、集成式驱动器(22)安装在后壳体(4)的端面上；非接触式温度传感器(12)安装在定子套筒(24)上，用于监测系统内部温度，散热片(5)安装在定子套筒(24)的外侧，用于为电机定子(21)散热；
电机定子(21)固定安装在定子套筒(24)内侧，永磁体(20)固定安装在太阳轮(16)的外侧，电机定子(21)与永磁体(20)构成集成式永磁同步电机，电机两侧由超薄支撑轴承(17)作为支撑，超薄支撑轴承(17)安装在定子套筒(24)及太阳轮(16)之间，并由轴端挡圈(11)轴向定位；
行星轮(15)安装在行星架(23)上，行星架(23)与转接法兰(14)固定连接，太阳轮(16)与行星轮(15)啮合处加工有齿轮，行星轮(15)与太阳轮(16)、安装在定子套筒(24)内侧的外齿圈(19)组成行星齿轮减速器；
角度传感器内圈(7)与角度传感器外圈(6)分别安装在太阳轮(16)及定子套筒(24)上，用于检测作动装置的输出角度；
中间腔体(1)内侧与内腔体(3)分别加工有多段环形滚道，导程均为零，螺纹滚子(2)外侧加工有多段双面弧形零导程螺纹，螺纹滚子(2)的螺纹分别与中间腔体(1)、内腔体(3)的滚道啮合，构成高承载集成式轴承；
中间腔体(1)安装在后壳体(4)上，内腔体(3)与转接法兰(14)固定连接；
大螺母(8)的中间孔内加工有螺纹，并固定安装在转接法兰(14)上；输出丝杠(10)与螺旋传动组件(9)轴向位置固定，相互啮合部分加工有螺纹，除啮合部分外的输出丝杠(10)为光轴，大螺母(8)、输出丝杠(10)、螺旋传动组件(9)共同组成行星滚柱丝杠副，作为传动组件，将大螺母(8)的旋转运动转换为输出丝杠(10)的直线运动；
前壳体(13)与中间腔体(1)固连，导向铜套(18)安装在前壳体(13)上，导向铜套(18)与安装在后壳体(4)上的小型轴承共同为大螺母(8)、输出丝杠(10)、螺旋传动组件(9)组成的行星滚柱丝杠副提供径向支撑；
工作过程中，电机定子(21)与永磁体(20)构成的集成式永磁同步电机，带动太阳轮(16)转动，进而通过行星轮(15)、外齿圈(19)驱动转接法兰(14)和大螺母(8)旋转，由螺旋传动组件(9)和输出丝杠(10)将大螺母(8)的旋转运动转化为直线运动，进一步驱动输出丝杠(10)末端的负载进行直线运动。
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