RU2750811C1 - Redundant follower electric drive - Google Patents

Redundant follower electric drive Download PDF

Info

Publication number
RU2750811C1
RU2750811C1 RU2020137346A RU2020137346A RU2750811C1 RU 2750811 C1 RU2750811 C1 RU 2750811C1 RU 2020137346 A RU2020137346 A RU 2020137346A RU 2020137346 A RU2020137346 A RU 2020137346A RU 2750811 C1 RU2750811 C1 RU 2750811C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
control system
output shaft
engine
worm
drive
Prior art date
Application number
RU2020137346A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Евгеньевич Артемьев
Сергей Сергеевич Лагунов
Александр Викторович Охонько
Алексей Викторович Пучков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ВР-Технологии"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ВР-Технологии" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ВР-Технологии"
Priority to RU2020137346A priority Critical patent/RU2750811C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2750811C1 publication Critical patent/RU2750811C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C13/00—Control systems or transmitting systems for actuating flying-control surfaces, lift-increasing flaps, air brakes, or spoilers
    • B64C13/24—Transmitting means
    • B64C13/38—Transmitting means with power amplification
    • B64C13/50—Transmitting means with power amplification using electrical energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/02—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H1/04—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving only two intermeshing members
    • F16H1/12—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving only two intermeshing members with non-parallel axes
    • F16H1/16—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving only two intermeshing members with non-parallel axes comprising worm and worm-wheel
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears
    • H02K7/1163—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears where at least two gears have non-parallel axes without having orbital motion
    • H02K7/1166—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears where at least two gears have non-parallel axes without having orbital motion comprising worm and worm-wheel
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • H02P5/46—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another
    • H02P5/48—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another by comparing mechanical values representing the speeds
    • H02P5/485—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another by comparing mechanical values representing the speeds using differential movement of the two motors, e.g. using differential gearboxes

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering, namely to redundant follower electric drives usable as actuating apparatuses (steering drives) in aircraft flight control systems and, particularly, in a control system of the swashplate(s) of an unmanned helicopter. The redundant electric follower drive comprises: a first and a second engines (5, 6) connected with the first and second worm gear wheels (9, 10), wherein the worm gears (9, 10) can only transmit force in one direction. Absolute position sensors (13, 14) are mechanically connected with an output shaft (12) and electrically and informationally connected with control systems (3, 4). The control system allows evenly distributing the contact time of different sections of these parts with the engaging parts without changing the position of the output shaft. The position sensors (1, 2) are mechanically connected with the first (5) and the second (6) engines and also electrically and informationally connected with the control systems (3, 4). A differential is used in form of a summing apparatus, allowing placing the drives on the upper and lower disks of the main rotor column of an unmanned coaxial helicopter.
EFFECT: reduced height of the drive, increased resource thereof, increased fault tolerance of the drive and fault safety of the helicopter control system, reduced backlash of the output shaft.
2 cl, 4 dwg

Description

Область техникиTechnology area

Предлагаемое изобретение относится к резервированным следящим электрическим приводам, которые могут использоваться в качестве исполнительных устройств (рулевых приводов) в системах управления полетом воздушным судном и, в частности, в системе управления автоматом(и) перекоса беспилотного вертолета. Изобретение может быть применено в любой отрасли промышленности, где необходимо обеспечение высокого уровня отказобезопасности.The proposed invention relates to redundant servo electric drives that can be used as actuators (steering drives) in aircraft flight control systems and, in particular, in the control system of the automatic (s) skew of an unmanned helicopter. The invention can be applied in any industry where a high level of fail safety is required.

Уровень техникиState of the art

Известен двухдвигательный следящий электропривод постоянного тока [Зайцев Α.Α., Б.С. Коробов и др. «Двухдвигательный следящий электропривод постоянного тока», Авторское свидетельство SU 432647] с соединением валов двигателей через механический дифференциал, содержащий индивидуальные регулируемые преобразователи в цепях якорей двигателей, усилитель и датчики обратных связей по скорости и току.Known double-motor servo DC drive [Zaitsev .Α., B.S. Korobov and others. "Twin-motor servo electric drive of direct current", Inventor's certificate SU 432647] with the connection of motor shafts through a mechanical differential containing individual adjustable converters in the motor armature circuits, an amplifier and feedback sensors for speed and current.

Недостатком двухдвигательной следящего электропривода постоянного тока как аналога, является отсутствие резервирования по датчикам и каналам управления, устройствам управления, что снижает отказоустойчивость привода и отказобезопасность систем, в которых применяется привод. Применение аналоговых сигналов для управления электроприводом снижает помехоустойчивость привода.The disadvantage of a double-motor servo DC drive as an analogue is the lack of redundancy for sensors and control channels, control devices, which reduces the drive's fault tolerance and the fail safety of systems in which the drive is used. The use of analog signals to control an electric drive reduces the noise immunity of the drive.

Наиболее близким к изобретению прототипом является привод исполнительного механизма полетом [Гранд М. Серж «Привод исполнительного механизма управления полетом», Авторское свидетельство RU 2599737], содержащий: первый двигатель, соединенный с первым червячным колесом посредством первого червяка, при этом червячная передача может передавать усилие только в одном направлении; и второй двигатель соединенный со вторым червячным колесом посредством второго червяка, при этом червячная передача может передавать усилие только в одном направлении.The closest prototype to the invention is a flight actuator drive [Grand M. Serge "Flight control actuator drive", Inventor's certificate RU 2599737], containing: the first engine connected to the first worm wheel by means of the first worm, while the worm gear can transmit force in one direction only; and a second motor connected to the second worm wheel by means of a second worm, the worm gear being able to transmit force in only one direction.

Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата при использовании прототипа (привод исполнительного механизма управления полетом), являются:The reason for preventing the obtaining of the technical result indicated below when using the prototype (actuator of the flight control actuator) are:

- неприменимая компоновка для системы управления автоматом перекоса беспилотного воздушного судна вертолетного типа соосной схемы, т.к. высота привода ограничивается конструкцией колонки несущего винта вертолета. Для применения поворотного электрического привода в составе системы управления автоматом перекоса, необходимо горизонтальное расположение выходного вала, однако при таком расположении выходного вала у привода исполнительного механизма управления полетом, двигатели прототипа располагаются друг над другом, из-за чего высота привода более чем в два раза превышает высоту двигателя, что не позволяет расположить приводы на дисках колонки несущих винтов беспилотного вертолета соосной схемы;- inapplicable layout for the control system of the swashplate of an unmanned aerial vehicle of a helicopter type of coaxial scheme, since the height of the drive is limited by the design of the main rotor column of the helicopter. To use a rotary electric drive as part of a swashplate control system, a horizontal arrangement of the output shaft is required, however, with this arrangement of the output shaft at the drive of the flight control actuator, the prototype engines are located one above the other, due to which the drive height is more than twice the height of the engine, which does not allow the drives to be located on the disks of the rotor column of an unmanned helicopter with a coaxial scheme;

- более низкий ресурс привода из-за отсутствия возможности определять места соприкосновения червячных колес и конических шестерен дифференциала с зацепляемыми деталями и смещать места соприкосновения во времени обеспечивая таким образом равномерный износ деталей;- lower resource of the drive due to the inability to determine the places of contact of worm wheels and bevel gears of the differential with the meshed parts and to shift the places of contact in time, thus ensuring uniform wear of the parts;

- отсутствие в составе привода информационной системы и системы управления привода в то время, как надежность этих систем оказывает ключевое влияние на отказобезопасности системы управления воздушного судна. Современные электрические приводы как правило совмещают в своем составе двигатели, механические преобразователи, электрические преобразователи, устройства управления и информационные устройства, это позволяет упростить применение электрического привода и повысить отказоустойчивость привода и отказобезопасность системы управления воздушным судна;- the lack of an information system and a drive control system in the drive, while the reliability of these systems has a key impact on the failure safety of the aircraft control system. Modern electric drives, as a rule, combine motors, mechanical converters, electrical converters, control devices and information devices in their composition, this makes it possible to simplify the use of an electric drive and increase the fail-safety of the drive and the fail-safety of the aircraft control system;

- большая величина люфта выходного вала из-за большего количества размерных цепочек в суммирующем устройстве прототипа по сравнению с коническим дифференциалом, невозможность регулировать величину люфта;- a large amount of backlash of the output shaft due to the greater number of dimensional chains in the summing device of the prototype in comparison with the bevel differential, the inability to regulate the amount of backlash;

Сущность изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.

Задачей изобретения является уменьшение высоты резервированного электрического привода, повышение его ресурса, повышение отказоустойчивости привода и отказобезопасности системы управления вертолетом, уменьшение люфта выходного вала. Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, выражается вThe objective of the invention is to reduce the height of the redundant electric drive, increase its resource, increase the fail-safety of the drive and the fail-safety of the helicopter control system, and reduce the backlash of the output shaft. The technical result obtained during the implementation of the invention is expressed in

1) Уменьшении высоты электрического привода за счет изменения его компоновки путем замены суммирующего устройства прототипа в виде планетарной передачи на конический дифференциал, что позволяет разместить привода на верхнем и нижнем дисках колонки несущих винтов беспилотного вертолета соосной схемы.1) Reducing the height of the electric drive by changing its layout by replacing the prototype summing device in the form of a planetary gear with a conical differential, which makes it possible to place the drives on the upper and lower disks of the rotor column of an unmanned helicopter of a coaxial scheme.

2) Повышении ресурса электрического привода за счет снижения износа червячных колес дифференциала и конических шестерен дифференциала с помощью системы управления, которая позволяет равномерно распределять время соприкосновения различных участков этих деталей с зацепляемыми деталями без изменения положения выходного вала. Это свойство является полезным в случае, например, полета вертолета на крейсерской скорости, при котором работа приводов системы управления воздушного судна как привило происходит на одном небольшом участке соприкосновения шестерен, при этом вследствие постоянных флуктуационных возмущений внешней среды, воздействующих на вертолет, положение привода, устанавливаемое системой управления, колеблется в одной области, вызывая износ только тех участков шестерен, которые соответствует крейсерскому режиму. Таким образом равномерно смещая во времени точки соприкосновения шестерен без изменения положения выходного вала можно существенно повысить ресурс резервированного электрического привода.2) Increasing the resource of the electric drive by reducing the wear of the worm wheels of the differential and bevel gears of the differential using a control system that allows you to evenly distribute the contact time of various parts of these parts with the engaged parts without changing the position of the output shaft. This property is useful in the case, for example, of a helicopter flight at cruising speed, in which the operation of the drives of the aircraft control system, as a rule, occurs on one small area of contact of the gears, while due to constant fluctuation disturbances of the external environment acting on the helicopter, the position of the drive set control system, fluctuates in one area, causing wear only on those sections of the gears that correspond to the cruising mode. Thus, uniformly shifting in time the points of contact of the gears without changing the position of the output shaft, it is possible to significantly increase the resource of the redundant electric drive.

3) Повышение отказоустойчивости привода и отказобезопасности системы управления вертолетом за счет размещения в составе привода информационной и управляющей системы с четырехкратным резервированием по датчикам положения, двукратным по системе управления и каналу информационного обмена с системой автоматического управления воздушного судна.3) Increase of the drive fail-safety and fail-safety of the helicopter control system by placing an information and control system as part of the drive with four-fold redundancy for position sensors, two-fold for the control system and the information exchange channel with the aircraft automatic control system.

4) Уменьшении люфта выходного вала электрического привода за счет меньшего количества размерных цепочек в дифференциале по сравнению с суммирующим устройством прототипа в виде планетарной передачи и возможности регулировать величину люфта.4) Reducing the backlash of the output shaft of the electric drive due to the smaller number of dimensional chains in the differential in comparison with the adder of the prototype in the form of a planetary gear and the ability to adjust the amount of backlash.

Указанный технический результат достигается тем, что в известный прототип, который содержит первый двигатель, соединенный с первым червячным колесом посредством первого червяка, при этом червячная передача может передавать усилие только в одном направлении; и второй двигатель соединенный со вторым червячным колесом посредством второго червяка, при этом червячная передача может передавать усилие только в одном направлении, согласно изобретению дополнительно вводятся: вместо устройства суммирования скоростей на базе планетарной передачи конический дифференциал 11 обеспечивающий горизонтальное параллельное расположение двигателей на одной плоскости и горизонтальное расположением выходного вала, суммирование скоростей вращения червячных колес передач 9, 10 и обеспечивающий вращение выходного вала 12; первый датчик абсолютного положения выходного вала 13, механически соединенный с выходным валом 12, и электрически и информационно с системой управления первого двигателя 3, системой управления второго двигателя 4; второй датчик абсолютного положения выходного вала 14, механически соединенный с выходным валом 12, и электрически и информационно с системой управления второго двигателя 4, системой управления первого двигателя 3; датчик положения 1 первого двигателя, механически соединенный с первым двигателем 5, также соединяющийся электрически и информационно с системой управления первого двигателя 3, системой управления второго двигателя 4; датчик положения 2 второго двигателя, механически соединенный со вторым двигателем 6, также соединяющийся электрически и информационно с системой управления второго двигателя 4, системой управления первого двигателя 3; система управления первого двигателя 3, которая управляет первым двигателем 5 и получает информацию от датчиков 1, 2, 13, 14 и системы управления 4; система управления 4 второго двигателя, которая управляет вторым двигателем 6 и получает информацию от датчиков 1, 2, 13, 14 и системы управления 3; канал информационного обмена 1а по которому передаются управляющие воздействия на систему управления 3 от системы управления воздушным судном; канал информационного обмена 2а по которому передаются управляющие воздействия на систему управления 4 от системы управления воздушным судном.The specified technical result is achieved in that the known prototype, which contains the first motor connected to the first worm wheel by means of the first worm, while the worm gear can transmit force only in one direction; and the second motor is connected to the second worm wheel by means of the second worm, while the worm gear can transmit force only in one direction, according to the invention, the following are additionally introduced: instead of a speed summation device based on the planetary gear, a bevel differential 11 provides a horizontal parallel arrangement of motors on one plane and a horizontal the location of the output shaft, the summation of the speeds of rotation of the worm gears of gears 9, 10 and ensuring the rotation of the output shaft 12; the first absolute position sensor of the output shaft 13, mechanically connected to the output shaft 12, and electrically and informationally with the control system of the first engine 3, the control system of the second engine 4; a second absolute position sensor of the output shaft 14, mechanically connected to the output shaft 12, and electrically and informationally with the control system of the second engine 4, the control system of the first engine 3; position sensor 1 of the first engine, mechanically connected to the first engine 5, also electrically and informationally connected to the control system of the first engine 3, the control system of the second engine 4; a position sensor 2 of the second engine, mechanically connected to the second engine 6, also electrically and informationally connected to the control system of the second engine 4, the control system of the first engine 3; the control system of the first engine 3, which controls the first engine 5 and receives information from the sensors 1, 2, 13, 14 and the control system 4; control system 4 of the second engine, which controls the second engine 6 and receives information from sensors 1, 2, 13, 14 and control system 3; information exchange channel 1a through which control actions are transmitted to the control system 3 from the aircraft control system; information exchange channel 2a through which control actions are transmitted to the control system 4 from the aircraft control system.

Причинно-следственные связи признаков изобретения с техническим результатом выражаются в следующем. Использование дифференциала 11 вместо суммирующего устройства прототипа в виде планетарной передачи позволяет уменьшить высоту электрического привода таким образом, чтобы его можно было скомпоновать в колонке несущего винта беспилотного вертолета. Данный эффект достигается за счет того, что дифференциал при горизонтальном расположении выходного вала позволяет разместить двигатели горизонтально в одной плоскости, в отличие от прототипа, где двигатели необходимо располагать вертикально, из-за чего увеличивается высота привода.Causal relationships of the features of the invention with the technical result are expressed in the following. The use of differential 11 instead of the adder of the prototype in the form of a planetary gear makes it possible to reduce the height of the electric drive so that it can be assembled in the main rotor column of an unmanned helicopter. This effect is achieved due to the fact that the differential with a horizontal arrangement of the output shaft allows you to place the motors horizontally in one plane, in contrast to the prototype, where the motors must be placed vertically, which increases the height of the drive.

Введение первого датчика абсолютного положения выходного вала 13, второго датчика абсолютного положения выходного вала 14, датчика положения вала первого двигателя 1, датчика положения вала второго двигателя 2, системы управления первым двигателем 3, системы управления вторым двигателем 4 позволяет контролировать места соприкосновения червячных шестерен червячных передач 9, 10 конических шестерен дифференциала 11 с зацепляемыми деталями и автоматически смещать эти точки соприкосновения по командам систем управления 3, 4 обеспечивая равномерный износ шестерен дифференциала и червячных колес по всей окружности, при этом не происходит изменения положения выходного вала, либо же не происходит отклонения выходного вала от заданного значения, что позволяет значительно повысить ресурс изделия в тех случаях когда выходной вал совершает небольшие колебания в одной области в течение длительного времени, например, при полете воздушного судна на крейсерской скорости.The introduction of the first absolute position sensor of the output shaft 13, the second absolute position sensor of the output shaft 14, the shaft position sensor of the first engine 1, the shaft position sensor of the second engine 2, the control system of the first engine 3, the control system of the second engine 4 allows to control the contact points of the worm gears of worm gears 9, 10 bevel gears of the differential 11 with engaging parts and automatically displace these points of contact according to the commands of the control systems 3, 4 ensuring uniform wear of the differential gears and worm wheels around the entire circumference, while the position of the output shaft does not change, or the output does not deviate shaft from the set value, which can significantly increase the resource of the product in cases where the output shaft makes small fluctuations in one area for a long time, for example, when flying an aircraft at cruising speed.

Введение первого датчика абсолютного положения выходного вала 13, второго датчика абсолютного положения выходного вала 14, датчика положения вала первого двигателя 1, датчика положения вала второго двигателя 2, системы управления первым двигателем 3, системы управления вторым двигателем 4, канала информационного обмена 1а, канала информационного обмена 2а, позволяет повысить отказобезопасности системы управления вертолетом за счет четырехкратного резервирования по датчикам положения, дублирования системы управления, дублирования канала информационного обмена.Introduction of the first absolute position sensor of the output shaft 13, the second absolute position sensor of the output shaft 14, the shaft position sensor of the first engine 1, the shaft position sensor of the second engine 2, the control system of the first engine 3, the control system of the second engine 4, the information exchange channel 1a, the information channel exchange 2a, allows to increase the fail safety of the helicopter control system due to fourfold redundancy in position sensors, duplication of the control system, duplication of the information exchange channel.

Использование дифференциала 11 вместо суммирующего устройства прототипа позволяет уменьшить люфт выходного вала, за счет уменьшения количества размерных цепочек с 3 в суммирующем устройстве прототипа до 2 в дифференциале, а также за счет появляющейся возможности регулировать люфт за счет регулировочных прокладок, которые позволяют смещать конические шестерни к центру крестовины.The use of differential 11 instead of the prototype adder allows to reduce the backlash of the output shaft, by reducing the number of dimensional chains from 3 in the prototype adder to 2 in the differential, as well as due to the emerging opportunity to adjust the backlash due to adjusting shims that allow the bevel gears to be shifted to the center crosses.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлены: фиг. 1 - схема структурная резервированного электрического следящего привода;The invention is illustrated by drawings, which show: FIG. 1 is a structural diagram of a redundant electric servo drive;

фиг.2 - трехмерный вид снизу в 3/4 электрического следящего привода фиг. 3 - трехмерный вид сверху в 3/4 электрического следящего привода; фиг. 4 - кинематическая схема узла, содержащего конический дифференциал 11, червячные передачи 9, 10, выходной вал 12FIG. 2 is a 3/4 bottom three-dimensional view of the electric follower of FIG. 3 is a three-dimensional top view of 3/4 of the electric servo drive; fig. 4 - kinematic diagram of a unit containing a bevel differential 11, worm gears 9, 10, output shaft 12

Резервированный электрический следящий привод (фиг. 1) содержит: первый двигатель 5, соединенный с первым промежуточным редуктором 7, который соединен с первой червячной передачей 9, передающий усилие только в одном направлении, на дифференциал 11; второй двигатель 6 соединенный со вторым промежуточным редуктором 8, который соединен со второй червячной передачей 10, передающий усилие только в одном направлении, на дифференциал 11; конический дифференциал 11, обеспечивающий горизонтальное параллельное расположение двигателей на одной плоскости и горизонтальное расположением выходного вала и обеспечивающий вращение выходного вала 12; первый датчик абсолютного положения выходного вала 13, механически соединенный с выходным валом 12, и электрически и информационно с системой управления первого двигателя 3, системой управления второго двигателя 4; второй датчик абсолютного положения выходного вала 14, механически соединенный с выходным валом 12, и электрически и информационно с системой управления второго двигателя 4, системой управления первого двигателя 3; датчик положения 1 первого двигателя, механически соединенный с первым двигателем 5, также соединяющийся электрически и информационно с системой управления первого двигателя 3, системой управления второго двигателя 4; датчик положения 2 второго двигателя, механически соединенный со вторым двигателем 6, также соединяющийся электрически и информационно с системой управления второго двигателя 4, системой управления первого двигателя 3; систему управления первого двигателя 3, которая управляет первым двигателем 5 и получает информацию от датчиков 1, 2, 13, 14 и системы управления 4; систему управления второго двигателя 4, которая управляет вторым двигателем 6 и получает информацию от датчиков 1, 2, 13, 14 и системы управления 3; канал информационного обмена 1а по которому передаются управляющие воздействия на систему управления 3 от системы управления воздушным судном; канал информационного обмена 2а по которому передаются управляющие воздействия на систему управления 4 от системы управления воздушным судном.The redundant electric servo drive (Fig. 1) contains: the first motor 5, connected to the first intermediate gear 7, which is connected to the first worm gear 9, transmitting the force in only one direction, to the differential 11; a second motor 6 connected to a second intermediate gearbox 8, which is connected to a second worm gear 10, transmitting force in only one direction to the differential 11; bevel differential 11, providing horizontal parallel arrangement of motors on the same plane and horizontal arrangement of the output shaft and ensuring rotation of the output shaft 12; the first absolute position sensor of the output shaft 13, mechanically connected to the output shaft 12, and electrically and informationally with the control system of the first engine 3, the control system of the second engine 4; a second absolute position sensor of the output shaft 14, mechanically connected to the output shaft 12, and electrically and informationally with the control system of the second engine 4, the control system of the first engine 3; position sensor 1 of the first engine, mechanically connected to the first engine 5, also electrically and informationally connected to the control system of the first engine 3, the control system of the second engine 4; a position sensor 2 of the second engine, mechanically connected to the second engine 6, also electrically and informationally connected to the control system of the second engine 4, the control system of the first engine 3; the control system of the first engine 3, which controls the first engine 5 and receives information from the sensors 1, 2, 13, 14 and the control system 4; the control system of the second engine 4, which controls the second engine 6 and receives information from the sensors 1, 2, 13, 14 and the control system 3; information exchange channel 1a through which control actions are transmitted to the control system 3 from the aircraft control system; information exchange channel 2a through which control actions are transmitted to the control system 4 from the aircraft control system.

Резервированный электрический следящий привод работает следующим образом. Устройства управления 3, 4 принимают заданное значение положения выходного вала от системы управления полетом воздушного судна через каналы информационного обмена 1а, 2а при этом оценивая текущее положение выходного вала по датчикам 13, 14 и датчикам положения роторов двигателей 1, 2, определяют величину рассогласования между заданными и текущим положением выходного вала и в соответствии с этой величиной вырабатывают управляющие воздействия на двигатели 5, 6, которые выполняют вращение в соответствии с управляющим воздействием, вращая промежуточные редукторы, 7, 8, а те в свою очередь червячные передачи 9, 10, которые вращают шестерни дифференциала 11, дифференциал же работая как устройство сложения скоростей обеспечивает вращение выходного вала 12. Системы управления 3, 4 обеспечивают выдачу управляющего воздействия на двигатели 5, 6 до тех пор, пока положение выходного вала не достигнет заданного положения, обратная связь обеспечивается датчиками 1, 2, 11, 12, по достижении выходным валом 12 заданного положения двигатели 5, 6 могут быть отключены и в этом случае они не будут потреблять электроэнергию т.к. удержание положения вала обеспечивается за счет самостопорящихся червячных передач 9, 10. Если оба двигателя 5, 6 вращаются в разные стороны с одинаковыми скоростями, то вращение выходного вала происходит либо по часовой стрелке, либо против в зависимости от того в каком направлении вращаются двигатели, при этом на выходном валу происходит сложение скоростей вращения червячных колес червячных передач 9, 10.The redundant electric servo drive works as follows. Control devices 3, 4 receive the set value of the position of the output shaft from the aircraft flight control system through the information exchange channels 1a, 2a while evaluating the current position of the output shaft by sensors 13, 14 and position sensors of the rotors of the engines 1, 2, determine the amount of mismatch between the given and the current position of the output shaft and, in accordance with this value, generate control actions on the motors 5, 6, which rotate in accordance with the control action, rotating intermediate gears, 7, 8, and those, in turn, worm gears 9, 10, which rotate differential gears 11, while the differential, working as a speed addition device, ensures the rotation of the output shaft 12. Control systems 3, 4 provide control action to the motors 5, 6 until the position of the output shaft reaches a predetermined position, feedback is provided by sensors 1, 2, 11, 12, upon reaching the weekend shaft 12 of a given position, the motors 5, 6 can be turned off and in this case they will not consume electricity because holding the shaft position is ensured by self-locking worm gears 9, 10. If both motors 5, 6 rotate in different directions at the same speeds, then the rotation of the output shaft occurs either clockwise or counterclockwise, depending on which direction the motors rotate, with this on the output shaft is the addition of the speeds of rotation of the worm wheels of worm gears 9, 10.

Система управления первым двигателем 3 и система управления вторым двигателем 4 с помощью датчиков 13, 14, 1, 2, а так же за счет информационной связи между собой контролируют места соприкосновения червячных шестерен червячных передач 9, 10 конических шестерен дифференциала 11 с зацепляемыми деталями и автоматически смещают эти точки соприкосновения выдавая необходимые управляющие воздействия на двигатели 5, 6 обеспечивая равномерный износ шестерен дифференциала и червячных колес по всей окружности, при этом не происходит изменения положения выходного вала, либо же не происходит отклонения выходного вала от заданного значения, что позволяет значительно повысить ресурс изделия в тех случаях когда выходной вал совершает небольшие колебания в одной области в течение длительного времени, например, при полете воздушного судна на крейсерской скорости.The control system of the first engine 3 and the control system of the second engine 4 using sensors 13, 14, 1, 2, as well as through information communication with each other, control the contact points of the worm gears of the worm gears 9, 10 of the bevel gears of the differential 11 with the engaging parts and automatically shift these points of contact giving out the necessary control actions on the motors 5, 6 ensuring uniform wear of the differential gears and worm wheels around the entire circumference, while the position of the output shaft does not change, or the output shaft does not deviate from the set value, which can significantly increase the resource products in cases where the output shaft makes small fluctuations in one area for a long time, for example, when flying an aircraft at cruising speed.

В случае отказа двигателя 5, самостопорящеяся червячная передача 9 не позволяет передать обратное движение червячного колеса на вал промежуточного редуктора 7 в этом случае дифференциал 13 работает только от двигателя 6, при этом снижается скорость вращения выходного вала в два раза, но сохраняется крутящий момент, аналогично, в случае выхода из строя двигателя 6 самостопорящеяся червячная передача 10 не позволяет передать обратное движение червячного колеса на вал промежуточного редуктора 8 в этом случае дифференциал 11 работает только от двигателя 5. В случае отказа промежуточного редуктора 7 самостопорящеяся червячная передача 9 не позволяет передать обратное движение червячного колеса на вал промежуточного редуктора в этом случае дифференциал 11 работает только от двигателя 6. В случае отказа промежуточного редуктора 8 самостопорящеяся червячная передача 10 не позволяет передать обратное движение червячного колеса на вал промежуточного редуктора, в этом случае дифференциал 11 работает только от двигателя 5. В случае отказа одного из датчиков 1, 2, 11, 12 управляющее устройство 3 используя мажоритарный принцип или другим способом определяет действительное положение вала, определяет отказавший датчик и выдает на двигатель 5 соответствующее управляющее воздействие. В случае отказа одного из датчиков 1, 2, 11, 12 управляющее устройство 4 по мажоритарному принципу или другим способом определяет действительное положение вала, определяет отказавший датчик и выдает на двигатель 6 соответствующее управляющее воздействие. В случае отказа управляющего устройства, 3 при котором оно не выдает управляющее воздействие на двигатель 5 работа будет обеспечена работой управляющего устройства 4 и двигателя 6. В случае отказа управляющего устройства, 4 при котором оно не выдает управляющее воздействие на двигатель 6 работа будет обеспечена работой управляющего устройства 3 и двигателя 5.In the event of engine 5 failure, the self-locking worm gear 9 does not allow transferring the reverse movement of the worm wheel to the intermediate gear shaft 7 in this case, the differential 13 works only from the engine 6, while the rotational speed of the output shaft is reduced by half, but the torque remains, similarly , in the event of failure of the engine 6, the self-propelled worm gear 10 does not allow transferring the reverse movement of the worm wheel to the shaft of the intermediate gearbox 8 in this case, the differential 11 works only from the engine 5. In the event of failure of the intermediate gearbox 7, the self-propelled worm gear 9 does not allow transferring the reverse movement In this case, differential 11 works only from the engine 6. In case of failure of the intermediate gearbox 8, the self-propelled worm gear 10 does not allow transferring the reverse movement of the worm wheel to the intermediate gearbox shaft, in this case the differential 11 works It is powered only from the motor 5. In the event of a failure of one of the sensors 1, 2, 11, 12, the control device 3, using the majority principle or in another way, determines the actual position of the shaft, determines the failed sensor and gives the corresponding control action to the motor 5. In the event of a failure of one of the sensors 1, 2, 11, 12, the control device 4, by the majority principle or in another way, determines the actual position of the shaft, determines the failed sensor and issues the corresponding control action to the engine 6. In the event of a failure of the control device, 3 in which it does not issue a control action to the engine 5, the work will be ensured by the operation of the control device 4 and the engine 6. In the event of a failure of the control device, in which it does not issue a control action to the engine 6, the work will be ensured by the operation of the device 3 and motor 5.

В зависимости от характеристик двигателей 5, 6 привод может быть реализован как с дополнительными редукторами 7, 8 фиг. 1, так и без них, в этом случае первый двигатель 5 соединен напрямую с первой червячной передачей 9, а второй двигатель 6 аналогично соединен со второй червячной передачей 10.Depending on the characteristics of the motors 5, 6, the drive can be implemented with additional gearboxes 7, 8 in FIG. 1 and without them, in this case the first motor 5 is connected directly to the first worm gear 9, and the second motor 6 is similarly connected to the second worm gear 10.

На фиг. 2 и фиг. 3 представлены трехмерные виды электрического следящего привода. На изображении двигатель 6 дополнительный редуктор 8 объединены в одном корпусе, двигатель 5, дополнительный редуктор 7 также объединены в одном корпусе. Первый червяк с корпусом 9а, первое червячное колесо 10б образуют червячную передачу 9, второй червяк с корпусом 10а, второе червячное колесо 10б образуют вторую червячную передачу 10. Системы управления 3, 4 могут располагаться на одной печатной плате, либо на раздельных.FIG. 2 and FIG. 3 shows three-dimensional views of the electric servo drive. In the image, motor 6, additional gearbox 8 are combined in one housing, motor 5, additional gearbox 7 are also combined in one housing. The first worm with a housing 9a, the first worm wheel 10b form a worm gear 9, the second worm with a housing 10a, the second worm wheel 10b form a second worm gear 10. Control systems 3, 4 can be located on one printed circuit board, or on separate ones.

Принцип работы конического дифференциала хорошо известен он широко применяется в промышленности, в [Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин: Учеб. Для втузов - ч-е изд., перераб. И доп. - М.: Наука. Гл. ред. физ. мат. мит., 1988. - 640 с., стр. 163, 164] представлена схема дифференциального суммирующего механизма с коническими колесами взятого за основу. Принцип работы узла, содержащего конический дифференциал 11, червячные передачи 9, 10, выходной вал 12 поясняется на фиг.3. Конический дифференциал 11 обеспечивает сложение скоростей вращения колес червячных передач 9, 10 на выходном валу 12.The principle of operation of the bevel differential is well known, it is widely used in industry, in [Artobolevsky I.I. Theory of mechanisms and machines: Textbook. For technical colleges - ed., Rev. And add. - M .: Science. Ch. ed. physical mat. mit., 1988. - 640 p., pp. 163, 164] a diagram of a differential summing mechanism with bevel wheels taken as a basis is presented. The principle of operation of the unit containing the bevel differential 11, worm gears 9, 10, the output shaft 12 is illustrated in Fig. 3. The bevel differential 11 provides the addition of the speeds of rotation of the wheels of the worm gears 9, 10 on the output shaft 12.

Claims (2)

1. Резервированный электрический следящий привод, который содержит: первый двигатель (5), соединенный с первым червячным колесом посредством первого червяка, при этом червячная передача (9) может передавать усилие только в одном направлении; и второй двигатель (6), соединенный со вторым червячным колесом посредством второго червяка, при этом червячная передача может передавать усилие только в одном направлении (10), отличающийся тем, что дополнительно снабжен первым датчиком абсолютного положения (13), механически соединенным с выходным валом (12) и электрически и информационно с системой управления (3), системой управления (4); вторым датчиком абсолютного положения (14), механически соединенным с выходным валом (12) и электрически и информационно с системой управления (4), системой управления (3); датчиком положения (1), механически соединенным с первым двигателем (5), также соединенным электрически и информационно с системой управления (3), системой управления (4); датчиком положения (2), механически соединенным со вторым двигателем (6), также соединенным электрически и информационно с системой управления (4), системой управления (3), которая управляет первым двигателем (5) и получает информацию от датчиков (1), (2), (13), (14) и системы управления второго двигателя (4), которая управляет вторым двигателем (6) и получает информацию от датчиков (1), (2), (13), (14) и системы управления первого двигателя (5); каналом информационного обмена (1а), по которому передаются управляющие воздействия на систему управления (3) от системы управления воздушным судном; каналом информационного обмена (2а), по которому передаются управляющие воздействия на систему управления (4) от системы управления воздушным судном, в качестве устройства суммирования используется конический дифференциал (11), вращение которого обеспечивается через первое червячное колесо (9) и второе червячное колесо (10).1. Redundant electric servo drive, which contains: a first motor (5) connected to the first worm wheel by means of the first worm, while the worm gear (9) can transmit force in only one direction; and a second motor (6) connected to the second worm wheel by means of a second worm, while the worm gear can transmit force only in one direction (10), characterized in that it is additionally equipped with a first absolute position sensor (13) mechanically connected to the output shaft (12) and electrically and informationally with a control system (3), a control system (4); the second absolute position sensor (14), mechanically connected to the output shaft (12) and electrically and informationally with the control system (4), control system (3); a position sensor (1), mechanically connected to the first motor (5), also electrically and informationally connected to the control system (3), control system (4); position sensor (2), mechanically connected to the second motor (6), also electrically and informationally connected to the control system (4), the control system (3), which controls the first motor (5) and receives information from the sensors (1), ( 2), (13), (14) and the control system of the second engine (4), which controls the second engine (6) and receives information from the sensors (1), (2), (13), (14) and the control system of the first engine (5); an information exchange channel (1a), through which control actions are transmitted to the control system (3) from the aircraft control system; information exchange channel (2a), through which control actions are transmitted to the control system (4) from the aircraft control system, a conical differential (11) is used as a summation device, the rotation of which is provided through the first worm wheel (9) and the second worm wheel ( 10). 2. Резервированный электрический следящий привод по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит первый промежуточный редуктор (7), соединяющий первый двигатель (5) и самостопорящуюся червячную передачу (9), и второй промежуточный редуктор (8), соединяющий второй двигатель (6) и самостопорящуюся червячную передачу (10).2. A redundant electric servo drive according to claim 1, characterized in that it further comprises a first intermediate gear (7) connecting the first motor (5) and a self-locking worm gear (9), and a second intermediate gear (8) connecting the second motor ( 6) and self-locking worm gear (10).
RU2020137346A 2020-11-13 2020-11-13 Redundant follower electric drive RU2750811C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020137346A RU2750811C1 (en) 2020-11-13 2020-11-13 Redundant follower electric drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020137346A RU2750811C1 (en) 2020-11-13 2020-11-13 Redundant follower electric drive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2750811C1 true RU2750811C1 (en) 2021-07-05

Family

ID=76755838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020137346A RU2750811C1 (en) 2020-11-13 2020-11-13 Redundant follower electric drive

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2750811C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU432647A1 (en) * 1969-07-04 1974-06-15 TWO-MOTOR FOLLOWING DC ELECTRIC DRIVE
RU2599737C2 (en) * 2014-03-05 2016-10-10 Гудрич Актюасьён Системз Сас Flight control actuator drive
RU2653606C2 (en) * 2016-04-05 2018-05-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) Redundant self-locking drive
RU185163U1 (en) * 2018-09-28 2018-11-22 Андрей Валерьянович Дудьев Group twin-motor differential drive
CN110701249A (en) * 2019-08-27 2020-01-17 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 Parallel type dual-redundancy electric steering engine based on overrunning clutch

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU432647A1 (en) * 1969-07-04 1974-06-15 TWO-MOTOR FOLLOWING DC ELECTRIC DRIVE
RU2599737C2 (en) * 2014-03-05 2016-10-10 Гудрич Актюасьён Системз Сас Flight control actuator drive
RU2653606C2 (en) * 2016-04-05 2018-05-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) Redundant self-locking drive
RU185163U1 (en) * 2018-09-28 2018-11-22 Андрей Валерьянович Дудьев Group twin-motor differential drive
CN110701249A (en) * 2019-08-27 2020-01-17 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 Parallel type dual-redundancy electric steering engine based on overrunning clutch

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2066924B1 (en) Actuator and method of operating the actuator
US8690101B2 (en) Triplex cockpit control data acquisition electronics
US4534524A (en) Position and control system for helicopter blade actuation
US5769748A (en) Gimbal employing differential combination of offset drives
US20110112705A1 (en) Electronic control device for a piloting member with multifunctional microcontrollers, piloting device and aircraft
US20050011307A1 (en) Split-torque gear box
CN100436860C (en) An antivibration device having rotary flyweights and an epicyclic geartrain
RU2750811C1 (en) Redundant follower electric drive
US5729100A (en) Method and apparatus for controlling backlash in motor drive systems
US11008097B2 (en) Actuator for use in aviation
RU2599737C2 (en) Flight control actuator drive
CN112041217A (en) Method for controlling two electric motors
US8985501B2 (en) Vibration control system
US3679956A (en) Multiple servomotor actuator
CN209776133U (en) Wheel drive module
CN106151484A (en) A kind of eliminate the device of gear backlash, method, control system and control method
CN104295708A (en) Electronic-control anti-backlash gear pair
CN102381352B (en) Electronic steering control system of industrial vehicle
US9951825B2 (en) Multi-plate clutch
WO2008080957A9 (en) Drive device comprising a plurality of drives and regulating system for this overall drive
US3665278A (en) Compact servo actuator
EP0205111A1 (en) Drive transmission unit
US20230382517A1 (en) Fly-by-wire servo actuator for primary flight control
KR101658459B1 (en) Dual-redundancy electro-mechanical actuator for the aircraft with torque conflict prevention function
US1674143A (en) Apparatus for imparting movements