CN114771790A - 一种应用于潜水器操纵性模型试验的自动变舵装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用于潜水器操纵性模型试验的自动变舵装置，为预安装模块，与舵杆之间可拆卸连接；变舵装置包括安装架，所述安装架上设有电机和减速器，电机的转轴上连接联轴节，联轴节的输出端与减速器的输入轴相接；减速器的输出轴与外界舵杆相连，所述联轴节与减速器的输入端之间连接有调隙螺母，减速器内的输出轴上安装有角度传感器，角度传感器所测得的信号通过安装于减速器上的信号电缆输出，减速器的侧壁上设有定位孔，用于与外界水下潜器尾部连接。自动变动装置中的精密减速器通过传动电机进行控制，实现所连接舵体的角度设置，通过自动变动装置中的精密减速器的自锁功能实现舵体角度的锁定。
Description
技术领域
本发明涉及自动变舵技术领域，尤其是一种应用于潜水器操纵性模型试验的自动变舵装置。
背景技术
鉴于多数潜水器主尺度比较小，导致其尾部空间狭小，因此难于安装常规的变舵装置，在以往的潜水器操纵性模型试验中需要改变潜水器舵角时，均需要人工进行，需要耗费大量的人力物力及时间，且因人的技能水平、作业条件等因素的影响，人工变舵的重复性和舵角精度都不可控，从而对测试结果造成了一定的不稳定因素。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的一种应用于潜水器操纵性模型试验的自动变舵装置，从而。
本发明所采用的技术方案如下：
一种应用于潜水器操纵性模型试验的自动变舵装置，为预安装模块，与舵杆之间可拆卸连接；
变舵装置包括安装架，所述安装架上设有电机和减速器，电机的转轴上连接联轴节，联轴节的输出端与减速器的输入轴相接；减速器的输出轴与外界舵杆相连，
所述联轴节与减速器的输入端之间连接有调隙螺母，
减速器内的输出轴上安装有角度传感器，角度传感器所测得的信号通过安装于减速器上的信号电缆输出，
减速器的侧壁上设有定位孔，用于与外界水下潜器尾部连接。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述减速器的输出轴圆心位置设有舵杆安装孔，舵杆安装孔贯穿输出轴；减速器的输出轴上还设有径向的固定孔。
所述安装架呈直角状，安装架的其中一个侧壁与减速器带有定位孔的侧壁共面。
角度传感器设有两组，一组固定在减速器内的输出轴上，另一组固定在减速器箱壁上。
角度传感器输出的角度分辨率为0.01度。
减速器离输出轴安装端面100mm处承受载荷的极限值为30N，角度形变量≤0.2°。
舵杆所在的舵机盒体的安装面，与减速器的输出轴垂直度误差范围≤0.1°。
全行程范围内，自动变舵装置的操舵速度设定范围：1-30°/s。
减速器具备自锁功能，电机停止工作带动减速器锁止、舵杆锁止；舵杆上所承受载荷的极限值为10N.m，工作载荷的极限值为5N.m。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，自动变动装置中的精密减速器通过传动电机进行控制，实现所连接舵体的角度设置，通过自动变动装置中的精密减速器的自锁功能实现舵体角度的锁定。
在以往的潜水器操纵性模型试验中需要改变潜水器舵角时，均需要人工进行，人工变舵的质量不稳定。本发明与对应模型的舵体相连可实现±50°范围内的任意舵角设置，精度优于0.2°。其舵角设置范围及精度满足潜水器操纵性模型试验规程的要求。
通过本发明的应用，极大的节省了试验中变舵所消耗的人力物力及时间，并提高了变舵质量及其稳定性。
本发明适用于潜水器操纵性模型试验中的舵角设置，同时也可拓展应用于其他需要进行机构角度变动的场合，拥有很广的适用范围。
附图说明
图1为本发明的自动变舵装置的俯视图。
图2为本发明的自动变舵装置的侧视图。
图3为本发明的自动变舵装置的主视图。
图4为本发明的自动变舵装置带有尺寸的俯视图。
图5为本发明的自动变舵装置带有尺寸的侧视图。
图6为本发明的自动变舵装置带有尺寸的主视图。
其中：1、电机；2、安装支架；3、联轴器；4、输入轴；5、调隙螺母；6、角度反馈电缆；7、减速器；8、定位孔；9、输出轴；10、角度传感器；11、舵轴固定螺丝。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1-图6所示，本实施例的一种应用于潜水器操纵性模型试验的自动变舵装置，为预安装模块，与舵杆之间可拆卸连接；
变舵装置包括安装架，安装架上设有电机1和减速器7，电机1的转轴上连接联轴节，联轴节的输出端与减速器7的输入轴4相接；减速器7的输出轴9与外界舵杆相连，
联轴节与减速器7的输入端之间连接有调隙螺母5，
减速器7内的输出轴9上安装有角度传感器10，角度传感器10所测得的信号通过安装于减速器7上的信号电缆输出，
减速器7的侧壁上设有定位孔8，用于与外界水下潜器尾部连接。
减速器7的输出轴9圆心位置设有舵杆安装孔，舵杆安装孔贯穿输出轴9；减速器7的输出轴9上还设有径向的固定孔。
安装架呈直角状，安装架的其中一个侧壁与减速器7带有定位孔8的侧壁共面。
角度传感器10设有两组，一组固定在减速器7内的输出轴9上，另一组固定在减速器7箱壁上。
角度传感器10输出的角度分辨率为0.01度。
减速器7离输出轴9安装端面100mm处承受载荷的极限值为30N，角度形变量≤0.2°。
舵杆所在的舵机盒体的安装面，与减速器的输出轴9垂直度误差范围≤0.1°。
全行程范围内，自动变舵装置的操舵速度设定范围：1-30°/s。
减速器7具备自锁功能，电机1停止工作带动减速器7锁止、舵杆锁止；舵杆上所承受载荷的极限值为10N.m，工作载荷的极限值为5N.m。
本实施例的具体结构如下：
电机1安装在安装架2上，通过联轴节3与减速器输入轴9相连，实现电机对减速器的控制。
输入轴4的转动通过减速器7减速后，由输出轴9输出，带动外界舵杆转动。
调隙螺母5用于减速器7的空回间隙，从而确保整个操舵机构的空回间隙不大于0.2度。
减速器7内的输出轴9上安装了角度传感器10，能实时测试输出轴9转动的角度，角度信号通过信号电缆6输出，输出的角度分辨率为0.01度。传感器10分两部分，一部分固定在输出轴9上，随输出轴9转动，另一部分固定在减速器7箱壁上，与转动部分一起实现角度检测。
定位孔8为本自动变动装置的安装定位孔，与水下潜器尾部的盖板连接，从而实现快速安装和拆卸。
输出轴9为上下贯通的转动轴，通过输入轴4带动，做周向转动，其轴中心开有一8*8mm的方孔，能够将舵杆穿入该方孔中，再通过固定螺丝11将舵轴固定在输出轴9上，方孔前后贯通，因此对舵轴的长度没有限制。固定孔11在输出轴9上周向布置了4个，使用时用其中两个即可。
因此外界用于配合安装自动变舵装置的模型需要提前预留一个宽度不小于自动变舵装置宽度、长度可以适当小20-30mm的安装孔，安装孔通过一块盖板覆盖，该盖板外表面与模型尾部外表面曲率一直，既作为安装盖板，也具备保型功能，确保模型外表面不受破坏。盖板下方预留与精密减速器安装平面一样的平面，并在对应位置预留安装孔，通过安装孔固定本变舵装置。本变舵装置与盖板安装好后再整体往模型上安装，从而实现了一体模块化安装和拆卸。
本发明中的减速器7具备自锁功能，电机停止工作，舵体即锁止，舵轴上能承受的自锁载荷为10N.m，工作载荷为5N.m。
本发明的参数限制如下：
电机为采用直流减速电机或伺服电机；
减速器减速比：20:1；
减速器输出轴自锁扭矩：10N.m；
减速器离输出轴安装端面100mm承受30N载荷，角度形变≤0.2°；
减速器角度控制范围：0～360°。
对应的外界舵机盒体尺寸为150×55×42mm；
舵机盒体安装端面和精密减速器出轴垂直度误差≤0.1°；
本发明的自动变舵装置舵角精度：全行程范围内优于0.2°；精密减速器的空回可调，因此能确保带载情况下的空回小于0.2°，满足现有模型试验中对舵机角度控制精度要求。
本发明的自动变舵装置分辨率0.01°；能实时检测和反馈真实舵角，能满足试验中对操舵装置的精度要求；
本发明的自动变舵装置操舵速度设定范围：1-30°/s。
舵机盒体要求整体防锈，盒体材质为不锈钢SUS304。
本发明的优点是舵机紧凑，小巧，与盖板一起拆装，确保了模型外形的前提下，还能在狭小的模型空间内实现舵机的自动化控制，且能实时获知真实舵角，舵角的精度优于0.2°，且在电机无论有电或无电情况下，都能带载自锁，角度反馈灵敏度为0.01°，因此能实时感知角度是否因载荷的扰动而在空回间隙里变动，从而做到角度的实时性，为后期数据处理提供了真实有效的准确角度，可有效避免因空回引起的误差，尽管该空回已经满足试验需要。
该舵机可以360°旋转，因此其初始参考零度舵角可以在舵机和舵叶安装好后，通过电机带动舵叶移动到零度，进行清零后确定参考零位舵角，不再需要舵叶必须对准模型零位进行安装，因此大大简化了安装工艺。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (9)
1.一种应用于潜水器操纵性模型试验的自动变舵装置，其特征在于：为预安装模块，与舵杆之间可拆卸连接；
变舵装置包括安装架，所述安装架上设有电机(1)和减速器(7)，电机(1)的转轴上连接联轴节，联轴节的输出端与减速器(7)的输入轴(4)相接；减速器(7)的输出轴(9)与外界舵杆相连，
所述联轴节与减速器(7)的输入端之间连接有调隙螺母(5)，
减速器(7)内的输出轴(9)上安装有角度传感器(10)，角度传感器(10)所测得的信号通过安装于减速器(7)上的信号电缆输出，
减速器(7)的侧壁上设有定位孔(8)，用于与外界水下潜器尾部连接。
2.如权利要求1所述的一种应用于潜水器操纵性模型试验的自动变舵装置，其特征在于：所述减速器(7)的输出轴(9)圆心位置设有舵杆安装孔，舵杆安装孔贯穿输出轴(9)；减速器(7)的输出轴(9)上还设有径向的固定孔。
3.如权利要求1所述的一种应用于潜水器操纵性模型试验的自动变舵装置，其特征在于：所述安装架呈直角状，安装架的其中一个侧壁与减速器(7)带有定位孔(8)的侧壁共面。
4.如权利要求1所述的一种应用于潜水器操纵性模型试验的自动变舵装置，其特征在于：角度传感器(10)设有两组，一组固定在减速器(7)内的输出轴(9)上，另一组固定在减速器(7)箱壁上。
5.如权利要求4所述的一种应用于潜水器操纵性模型试验的自动变舵装置，其特征在于：角度传感器(10)输出的角度分辨率为0.01度。
6.如权利要求1所述的一种应用于潜水器操纵性模型试验的自动变舵装置，其特征在于：减速器(7)离输出轴(9)安装端面100mm处承受载荷的极限值为30N，角度形变量≤0.2°。
7.如权利要求6所述的一种应用于潜水器操纵性模型试验的自动变舵装置，其特征在于：舵杆所在的舵机盒体的安装面，与减速器(7)的输出轴(9)垂直度误差范围≤0.1°。
8.如权利要求7所述的一种应用于潜水器操纵性模型试验的自动变舵装置，其特征在于：全行程范围内，自动变舵装置的操舵速度设定范围：1-30°/s。
9.如权利要求1所述的一种应用于潜水器操纵性模型试验的自动变舵装置，其特征在于：减速器(7)具备自锁功能，电机(1)停止工作带动减速器(7)锁止、舵杆锁止；舵杆上所承受载荷的极限值为10N.m，工作载荷的极限值为5N.m。
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