CN114111464A - 一种正相交双轴摆动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种正相交双轴摆动装置，包括底座组件、驱动机构和电控装置，底座组件包括两组支架组件，第一静支架和第二静支架底面固定在底座上，十字轴为相正交的“十”字形的双向轴，第一静支架和第二静支架安装在十字轴其中一个轴方向的两端，第一动支架和第二动支架安装在十字轴另一个轴方向的两端，驱动机构设置在底座组件平面两侧，用于驱动十字轴，电控装置设置在双轴摆动装置的外部，电控装置的输入端与外部电源连接，输出端通过导线与驱动机构连接。本发明采用一个电控装置同步控制两组驱动机构，根据输入的控制信号，可实现俯仰和偏航方向的独立摆动，也可两个方向同时摆动，实现全向摆动。
Description
技术领域
本发明属于航空航天范畴的机械传动技术领域，特别涉及一种正相交双轴摆动装置。
背景技术
舵机系统是导弹控制系统的执行机构，主要功能是接收控制系统的指令信号，控制电机的旋转角度，产生一定的角偏转输出，产生所需要的控制力矩实现姿态控制。随着导弹飞行性能要求不断提升，舵机系统相关技术的研究进展，对舵机系统的整体要求向着体积、质量不断减小、承载能力不断增大、控制性能不断提高的方向发展。目前通常是有一个电控装置控制一组驱动机构实现一个方向的角度控制，这样一般就需要两个电控装置，造成体积大重量大等缺点。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种应用于火箭发动机系统的正相交双轴摆动装置能够较好的满足上述要求，为减小体积和重量，采用一个电控装置同步控制两组驱动机构，根据输入的控制信号，可实现俯仰和偏航方向的独立摆动，也可两个方向同时摆动，实现全向摆动。具有摆动冲击小、安全性好、响应时间短、结构简单，接口形式多样等特点，可广泛应用于具有双轴摆动需求的火箭发动机系统。
本发明采用的技术方案是：一种正相交双轴摆动装置，包括底座组件、驱动机构和电控装置，所述底座组件包括两组支架组件，每组支架组件包括一个动支架和一个静支架，第一静支架和第二静支架底面固定在底座上，十字轴为相正交的“十”字形的双向轴，第一静支架和第二静支架安装在十字轴其中一个轴方向的两端，第一动支架和第二动支架安装在十字轴另一个轴方向的两端，支架端面与十字轴中心结构端面接触，深沟球轴承分别安装在第一动支架、第一静支架、第二动支架和第二静支架的环槽内，所述驱动机构设置在底座组件平面两侧，用于驱动十字轴，所述电控装置设置在双轴摆动装置的外部，所述电控装置的输入端与外部电源连接，输出端通过导线与驱动机构连接。
优选的，驱动机构数量为两个，两个独立的驱动机构分别安装在第一静支架和第一动支架上。
其效果在于：两个独立的驱动机构分别驱动十字轴的两个正相交轴。
优选的，驱动机构包括安装在主壳体外部的直流电机和传动部件，传动部件包括齿轮部件、滚珠丝杠副和拨叉。
所述齿轮部件包括电机齿轮和双联齿轮，电机齿轮与直流电机电机轴同轴固定连接，所述双联齿轮安装在主壳体上，且双联齿轮的小齿轮端与电机齿轮啮合，双联齿轮的大齿轮与滚珠丝杠上的尺寸配合，所述滚珠丝杠副包括分别安装在主壳体和端盖的环槽中的角接触球轴承，轴承挡圈安装在滚珠丝杠的端部，轴承挡圈台阶端面与滚珠丝杠的端面接触，滚珠丝杠和轴承挡圈、丝杠螺母一同安装在主壳体内的角接触球轴承中，滚珠丝杠上的齿轮结构与双联齿轮的大齿轮端啮合，端盖安装在主壳体上，端盖上的轴承与各齿轮轴同轴连接，所述拨叉上加工有方形孔，所述拨叉的方形孔与十字轴方形轴安装，拨叉上端的滑动槽与丝杠螺母两端的伸出轴固定，滑动轴承内径安装在丝杠螺母的伸出轴上，外径安装在主壳体的方形槽内，滑动轴承可在方形槽内滑动，电位器安装在主壳体上，且电位器与十字轴同轴连接，用于反馈十字轴的偏转角度。
其效果在于：驱动机构为底座组件提供动力，在驱动机构不同的转速和转动角度的条件下，底座组件的上平面将获得不同的摆动角度和速度。采用无刷直流电机驱动原理，具有摆动冲击小、安全性好、响应时间短、结构简单的特点。齿轮部件的结构简单、制造成本较低，且易于检修和维护，齿轮部件的主动齿轮和从动齿轮可根据实际需要的减速比进行设计调节。
优选的，电控装置数量为一个，所述电控装置包括控制器壳体、电路板和电连接器，所述控制器壳体包括壳体和上盖板，电位器将摆动角度转换为电信号，当所述电信号满足预设条件时，所述内部控制板将控制信号输出至所述电控装置的输入端。
其效果在于：通过一个电控装置同时控制两组驱动机构，减小装置整体体积以及重量。电控装置接收控制信号，并将控制信号经驱动电路放大后驱动直流电机转动，直流电机经过齿轮减速带动十字轴偏转，实现角度和力矩输出，电位器采集偏转角度并转换为电压信号反馈至电控装置，实现闭环控制。
优选的，直流电机的电机轴能够双向旋转。
其效果在于：满足单轴的双向摆动。
优选的，底座上设置有限位结构。
其效果在于：限制两轴的转动角度。
优选的，底座组件与驱动机构之间采用的方形销结构连接。
其效果在于：传递转速及扭矩，具有连接可靠、消除间隙，结构简单，安装方便的特点。
优选的，驱动机构采用双极齿轮减速。
其效果在于：实现角度和力矩输出。
本发明的有益效果是：本发明采用一个电控装置同步控制两组驱动机构，根据输入的控制信号，可实现俯仰和偏航方向的独立摆动，也可两个方向同时摆动，实现全向摆动。具有摆动冲击小、安全性好、响应时间短、结构简单，接口形式多样，可广泛应用于具有双轴摆动需求的火箭发动机系统中。
附图说明
图1为一种正相交双轴摆动装置立体图；
图2为一种正相交双轴摆动装置俯视图；
图3为一种正相交双轴摆动装置底座组件的剖视图；
图4为一种正相交双轴摆动装置驱动机构的结构示意图；
图5为一种正相交双轴摆动装置驱动机构的剖视图；
图6为一种正相交双轴摆动装置电控装置的俯视图；
图7为一种正相交双轴摆动装置电控装置的剖视图。
附图标记：1-底座组件，2-驱动机构，3-电控装置，101-第一动支架，102-第一静支架，103-第二动支架，104-第二静支架，105-深沟球轴承，106-十字轴，107-底座，201-直流电机，202-滑动轴承，203-电位器，204-电机齿轮，205-主壳体，206-端盖，207-双联齿轮，208-滚珠丝杠，209-角接触球轴承，210-轴承挡圈，211-丝杠螺母，212-拨叉，301-上盖板，302-电连接器，303-壳体，304-电路板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。以图2所示的水平方向为十字轴106的X轴，竖直方向为十字轴106的Y轴。
本发明主要工作原理：
直流电机201通过齿轮部件减速后驱动滚珠丝杠副运动，将滚珠丝杠208的旋转运动转化为丝杠螺母211的直线运动，丝杠螺母211推动拨叉212运动，即当直流电机201在控制系统作用下正反向运动时，经过齿轮部件、滚珠丝杠副、摇臂的减速，带动十字轴106偏转，实现十字轴106的正反角度偏转及力矩输出，与十字轴106同轴安装的电位器203可即时检测并反馈输出角度的变化。
一个驱动机构2带动十字轴106及支架绕X轴转动，另一个驱动机构2带动十字轴106及支架绕Y轴转动，通过底座107上设计的限位结构，限制绕X轴和Y轴的转动角度。驱两个驱动机构2同时工作时，可以实现摆动装置的双轴摆动。
如图1至图3结合图6所示，正相交双轴摆动装置，包括底座组件1、驱动机构2和电控装置3。底座组件1包括第一动支架101、第一静支架102、第二动支架103、第二静支架104、深沟球轴承105、十字轴106、底座107。深沟球轴承105分别安装在第一动支架101、第一静支架102、第二动支架103、第二静支架104的环槽内。第一静支架102和第二静支架104安装在十字轴106的X轴方向的两端，支架端面与十字轴106中心结构端面接触，第一静支架102和第二静支架104的底面法兰固定在底座107的安装槽中。第一动支架101和第二动支架103安装在十字轴106的Y轴方向的两端，支架端面与十字轴106中心结构端面接触。
底座107采用法兰结构通过螺栓固定安装在需要连接摆动装置的端面上，底座107上的限位结构可根据实际摆动角度要求进行设计。
如图4和图5所示，驱动机构2包括直流电机201、滑动轴承202、电位器203、电机齿轮204、主壳体205、端盖206、双联齿轮207、滚珠丝杠208、角接触球轴承209、轴承挡圈210、丝杠螺母211、拨叉212。直流电机201与电机齿轮204固定连接，直流电机201安装在主壳体205外部，双联齿轮207安装在主壳体205上，且双联齿轮207的小齿轮端与电机齿轮204啮合。角接触球轴承209分别安装在主壳体205和端盖206的环槽中，轴承挡圈210安装在滚珠丝杠208的端部，轴承挡圈210台阶端面与滚珠丝杠208的端面接触，滚珠丝杠208和轴承挡圈210、丝杠螺母211一同安装在主壳体205内的角接触球轴承209中，滚珠丝杠208上的齿轮结构与双联齿轮207的大齿轮端啮合。端盖206安装在主壳体205上，端盖206上的轴承与各齿轮轴同轴连接。拨叉212方形孔与十字轴106方形轴安装，拨叉212上端的滑动槽与丝杠螺母211两端的伸出轴固定，滑动轴承202内径安装在丝杠螺母211的伸出轴上，外径安装在主壳体205的方形槽内，滑动轴承202可在方形槽内滑动。电位器203安装在主壳体205上，且电位器203与十字轴106同轴连接，用于反馈十字轴106的偏转角度。
如图5所示，驱动机构2中直流电机201设置在主壳体205外部，为了满足单轴的双向摆动，直流电机201的电机轴能够双向旋转。传动部件包括电机齿轮204和双联齿轮207，电机齿轮204与直流电机201电机轴同轴连接，齿轮部件的主动齿轮即电机齿轮204和从动齿轮即双联齿轮207可根据实际需要的减速比进行调节。
如图6和图7所示，摆动装置还包括电控装置3，电控装置3设置在摆动装置外部，包括上盖板301、电连接器302、壳体303、电路板304，壳体303内部装有电路板304，上端与上盖板301连接，壳体303的侧面设有电连接器302用于连接导线。电控装置3的输入端与外部电源连接，电控装置3的输出端通过导线与驱动机构2连接。电控装置3接收控制信号，并将控制信号经驱动电路放大后驱动直流电机201转动，直流电机201经过齿轮减速带动十字轴106偏转，实现角度和力矩输出，电位器203采集偏转角度并转换为电压信号反馈至电控装置3，实现闭环控制。
本发明提供的正相交双轴摆动装置，通过一个电控装置3控制两个驱动机构2，并提供能源，通过驱动机构2为底座组件1提供动力。在驱动机构2不同的转速和转动角度的条件下，底座组件1的上平面将获得不同的摆动角度和速度。本发明采用互相正交的十字轴106结构将双向摆动结构连接在一起，十字轴106交叉中心为摆心位置。本发明底座组件1与驱动机构2之间采用的方形销结构，传递转速及扭矩，具有连接可靠、消除间隙，结构简单，安装方便的特点。本发明驱动机构2采用双极齿轮减速，实现角度和力矩输出。底座107上设计有限位结构，限制XY两轴的转动角度。本发明采用的接口简单多样，可实现通用化，可广泛应用于具有双轴摆动需求的火箭发动机系统。
以上所述是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，任何基于本发明技术方案基础上的任何修改、等效变换，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种正相交双轴摆动装置，其特征在于：包括底座组件、驱动机构和电控装置，所述底座组件包括两组支架组件，每组支架组件包括一个动支架和一个静支架，第一静支架和第二静支架底面固定在底座上，十字轴为相正交的“十”字形的双向轴，第一静支架和第二静支架安装在十字轴其中一个轴方向的两端，第一动支架和第二动支架安装在十字轴另一个轴方向的两端，支架端面与十字轴中心结构端面接触，深沟球轴承分别安装在第一动支架、第一静支架、第二动支架和第二静支架的环槽内，所述驱动机构设置在底座组件平面两侧，用于驱动十字轴，所述电控装置设置在双轴摆动装置的外部，所述电控装置的输入端与外部电源连接，输出端通过导线与驱动机构连接。
2.根据权利要求1所述的一种正相交双轴摆动装置，其特征在于：所述驱动机构数量为两个，两个独立的驱动机构分别安装在第一静支架和第一动支架上。
3.根据权利要求2所述的一种正相交双轴摆动装置，其特征在于：所述驱动机构包括安装在主壳体外部的直流电机和传动部件，传动部件包括齿轮部件、滚珠丝杠副和拨叉。
4.根据权利要求3所述的一种正相交双轴摆动装置，其特征在于：所述齿轮部件包括电机齿轮和双联齿轮，电机齿轮与直流电机电机轴同轴固定连接，所述双联齿轮安装在主壳体上，且双联齿轮的小齿轮端与电机齿轮啮合，双联齿轮的大齿轮与滚珠丝杠上的尺寸配合，所述滚珠丝杠副包括分别安装在主壳体和端盖的环槽中的角接触球轴承，轴承挡圈安装在滚珠丝杠的端部，轴承挡圈台阶端面与滚珠丝杠的端面接触，滚珠丝杠和轴承挡圈、丝杠螺母一同安装在主壳体内的角接触球轴承中，滚珠丝杠上的齿轮结构与双联齿轮的大齿轮端啮合，端盖安装在主壳体上，端盖上的轴承与各齿轮轴同轴连接，所述拨叉上加工有方形孔，所述拨叉的方形孔与十字轴方形轴安装，拨叉上端的滑动槽与丝杠螺母两端的伸出轴固定，滑动轴承内径安装在丝杠螺母的伸出轴上，外径安装在主壳体的方形槽内，滑动轴承可在方形槽内滑动，电位器安装在主壳体上，且电位器与十字轴同轴连接，用于反馈十字轴的偏转角度。
5.根据权利要求3所述的一种正相交双轴摆动装置，其特征在于：所述直流电机的电机轴能够双向旋转。
6.根据权利要求4所述的一种正相交双轴摆动装置，其特征在于：所述电控装置数量为一个，所述电控装置包括控制器壳体、电路板和电连接器，所述控制器壳体包括壳体和上盖板，电位器将摆动角度转换为电信号，当所述电信号满足预设条件时，所述内部控制板将控制信号输出至所述电控装置的输入端。
7.根据权利要求1所述的一种正相交双轴摆动装置，其特征在于：所述底座上设置有限位结构。
8.根据权利要求1所述的一种正相交双轴摆动装置，其特征在于：所述底座组件与驱动机构之间采用的方形销结构连接。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的一种正相交双轴摆动装置，其特征在于：所述驱动机构采用双极齿轮减速。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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