CN114954887A - 基于三维旋转点阵结构的轻质电动舵机抗冲击防护外壳 - Google Patents

基于三维旋转点阵结构的轻质电动舵机抗冲击防护外壳 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于三维旋转点阵结构的轻质电动舵机抗冲击防护外壳，包括舵机外壳本体和嵌入所述舵机外壳本体的抗冲击防护层；所述舵机外壳本体包括上盖和底座；所述抗冲击防护层采用三维点阵结构制作；所述上盖和底座内嵌的抗冲击防护层的三维点阵结构的单胞采用不同的旋转角度，使底座内三维点阵结构的相对密度和能量吸收能力大于上盖内的三维点阵结构。本发明中抗冲击防护层的点阵结构的排布结构和相对密度可调整性都可以通过三维旋转与镜像处理实现，通过调整单胞旋转角度实现上下盖结构不同初始承载能力和能量吸收能力的预设。

Description

基于三维旋转点阵结构的轻质电动舵机抗冲击防护外壳
技术领域
本发明属于水下航行器技术领域，具体涉及一种基于可调整能量吸收能力和结构强度的三维旋转点阵结构的轻质电动舵机抗冲击外壳。
背景技术
舰船设备的抗冲击能力是整个舰船抗冲击性能的重要组成要素，特别是一些关键设备的抗冲击能力更是决定了舰船在战斗中的生存能力。电动舵机系统是一个高精度的位置伺服系统，其外壳抗冲击性能的提升能有效提高其在日常运转中的安全性。
现有的设备抗冲击功能多来源于：使用传统弹性抗冲击材料或使用额外的抗冲击装置。但传统弹性抗冲击材料存在耐久性差、自回复能力弱的问题，且承载能力差、不能满足舵机外壳的刚度要求；而安装额外的抗冲击装置对舵机结构造成额外负担，甚至可能增大整体结构运行时的振动，破坏结构精密性。故舵机结构的抗冲击设计亟需寻找一种既能具备良好承载能力，又不给结构造成额外负担的抗冲击防护外壳。
本发明针对现有抗冲击装置承载能力和结构简洁不能共存的技术问题，综合分析舵机受力条件和承载需求，设计一种可以实现可控制抗冲击性能的防护外壳需求。该防护外壳的抗冲击效果通过内部填充三维变姿态点阵结构实现。
发明内容
因此，本发明的目的是面向当前舵机外壳的抗冲击防护需求，针对现有抗冲击防护装置的承载能力差或结构复杂冗余的缺点，基于三维旋转方式构造的一种可调整能量吸收能力点阵结构，设计一种轻质高强的抗冲击外壳。
本发明的基于三维旋转点阵结构的轻质电动舵机抗冲击防护外壳，包括舵机外壳本体和嵌入所述舵机外壳本体的抗冲击防护层；所述舵机外壳本体包括上盖和底座；所述抗冲击防护层采用三维点阵结构制作；所述上盖和底座内嵌的抗冲击防护层的三维点阵结构的单胞采用不同的旋转角度，使底座内三维点阵结构的相对密度和能量吸收能力大于上盖内的三维点阵结构。
进一步，所述三维点阵结构为八面体点阵结构。
进一步，所述舵机外壳本体上盖内嵌的抗冲击防护层采用原始八面体点阵结构；舵机外壳本体的底座采用45°旋转单胞的八面体点阵结构。
进一步，所述八面体点阵结构的杆径为0.6mm，点阵单胞的边长为4mm。
本发明的有益效果为：
1.本发明的点阵结构替代传统软体抗冲击构件，既具有一定弹性，又能弥补软体构件承载能力不足的缺点。
2.本发明的点阵结构的排布结构和相对密度可调整性都可以通过三维旋转与镜像处理实现，用于抗冲击防护外壳，可通过调整旋转角度实现上下盖结构不同初始承载能力和能量吸收能力的预设。
3.本发明中的点阵结构以嵌入形式填充进舵机防护盖体，一体化结构避免了多余的负重，且点阵结构本身具有轻质特点，有效减轻盖体重量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明：
图1为不同旋转角度八面体点阵结构的能量吸收能力示意图；
图2为不同旋转角度八面体点阵结构的相对密度；
图3(a)为原始八面体点阵结构的单胞模型；
图3(b)为原始八面体点阵结构四层单胞在空间方向排列而成的结构示意图；
图3(c)为为原始八面体点阵结构四层单胞在空间方向排列而成的结构的俯视图；
图4(a)为45°旋转单胞八面体点阵结构的单胞模型；
图4(b)为45°旋转单胞八面体点阵结构四层单胞在空间方向排列而成的结构示意图；
图4(c)为45°旋转单胞八面体点阵结构四层单胞在空间方向排列而成的结构的俯视图；
图5为舵机抗冲击外壳的上盖和底座嵌入不同点阵结构的示意图。
具体实施方式
本实施例的基于三维旋转点阵结构的轻质电动舵机抗冲击防护外壳，包括舵机外壳本体和嵌入所述舵机外壳本体的抗冲击防护层；所述舵机外壳本体包括上盖和底座；所述抗冲击防护层采用八面体点阵结构制作；八面体点阵结构的杆径为0.6mm，点阵单胞的边长为4mm。所述上盖内嵌的抗冲击防护层的八面体点阵结构采用原始八面体点阵结构，而底座内嵌的抗冲击防护层采用45°旋转单胞的八面体点阵结构；通过将现有的普通八面体点阵结构在空间坐标系中绕固定轴旋转后可形成三维旋转点阵结构：八面体单胞以体心为旋转中心，因其具有各向同性，体心与水平面上任意杆交界点的连线都可为旋转轴。通过绕旋转轴旋转不同角度来改变姿态，从而获得能量吸收能力更好的单胞。旋转角度变化周期是90°，但其在[0°，45°]区间对应的结构与[45°，90°]区间内对应的结构相同，故可只考虑[0°，45°]的旋转区间，为了使旋转后的点阵单胞能够在空间内周期性有规律排列而不出现任何突出杆端，对旋转后的单胞进行镜像处理；同时，通过将原始点阵单胞进行旋转的角度不同，可以获得不同能量吸收能力、不同相对密度、不同承载能力的点阵结构；如图1所示为单胞旋转不同角度的八面体点阵结构的能量吸收能力对比图；而图2为单胞旋转不同角度的八面体点阵结构的相对密度对比图；如图可知，45°旋转单胞的八面体点阵结构具有最高的能量吸收能力而相对密度也较大，因此，本实施例中的舵机底座内嵌采用45°旋转单胞的八面体点阵结构，让主要承重的底座既有良好的抗冲击能力，又具有较好的承载能力；原始八面体点阵结构(单胞旋转角度为0°)的能量吸收能力较低而相对密度较小，因此选择相对密度最低的原始八面体单胞进行上盖填充，使上盖既有一定抗冲击能力，又最大程度做到了轻量化设计。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种基于三维旋转点阵结构的轻质电动舵机抗冲击防护外壳，其特征在于：包括舵机外壳本体和嵌入所述舵机外壳本体的抗冲击防护层；所述舵机外壳本体包括上盖和底座；所述抗冲击防护层采用三维点阵结构制作；所述上盖和底座内嵌的抗冲击防护层的三维点阵结构的单胞采用不同的旋转角度，使底座内三维点阵结构的相对密度和能量吸收能力大于上盖内的三维点阵结构。
2.根据权利要求1所述的电动舵机抗冲击防护外壳，其特征在于：所述三维点阵结构为八面体点阵结构。
3.根据权利要求2所述的电动舵机抗冲击防护外壳，其特征在于：所述舵机外壳本体上盖内嵌的抗冲击防护层采用原始八面体点阵结构；舵机外壳本体的底座采用45°旋转单胞的八面体点阵结构。
4.根据权利要求3所述的电动舵机抗冲击防护外壳，其特征在于：所述八面体点阵结构的杆径为0.6mm，点阵单胞的边长为4mm。
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