專利名稱：直聯(lián)式搖臂結(jié)構(gòu)直流電動(dòng)舵機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流電動(dòng)舵機(jī)，尤其涉及關(guān)于對(duì)直流電動(dòng)舵機(jī)搖臂結(jié)構(gòu)的技 術(shù)改進(jìn)。
背景技術(shù)：
舵回路是航空飛行器中不可缺少的組成部分，是其控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。舵 回路由舵機(jī)和控制器組成，其中舵機(jī)是執(zhí)行單元。飛行器的各種運(yùn)動(dòng)都要靠舵機(jī) 帶動(dòng)舵面偏轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。舵機(jī)實(shí)際為一位置伺服系統(tǒng)，是典型的機(jī)電一體化高科技
pfe 口 廣叩o
直流電動(dòng)舵機(jī)以電力為能源， 一般結(jié)構(gòu)如圖3所示，通常由直流電動(dòng)機(jī)l、 減速機(jī)構(gòu)2、角位移傳感器3等組成。舵機(jī)一般通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的電樞電壓或激 磁電壓，直接控制舵機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向。通過(guò)搖臂4 (或鼓輪方式)將舵機(jī) 輸出軸和舵面拉桿連接，控制舵面偏轉(zhuǎn)。角位移傳感器輸入軸與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)5相連， 獲取角位置信號(hào)反饋到舵回路的輸入端，從而使控制信號(hào)與舵偏角一一對(duì)應(yīng)。
在小型飛行器上，搖臂是舵機(jī)常見的力矩輸出方式。搖臂與舵機(jī)減速器之間 的連接緊固問(wèn)題是舵機(jī)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。舵機(jī)通常在有振動(dòng)、沖擊等惡劣條 件下工作，連接件之間容易出現(xiàn)松動(dòng)。如果搖臂與減速器之間出現(xiàn)松動(dòng)，將對(duì)控 制系統(tǒng)帶來(lái)很嚴(yán)重的影響，因此防松設(shè)計(jì)得到了廣泛重視。
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐探索，人們對(duì)于搖臂緊固方式提出了很多解決方案。常見 的方式有以下3種(1)搖臂和減速器輸出軸通過(guò)鍵連接過(guò)盈配合的方式進(jìn)行連 接，同時(shí)減速器通過(guò)齒輪傳動(dòng)與角位移傳感器相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)減速器與角位移傳感器 之間的隨動(dòng)。以上做法可以解決大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合的需要，帶來(lái)的問(wèn)題是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 裝配繁瑣、存在間隙、體積和重量增加、使用維護(hù)性較差，如需更換搖臂或角位 移傳感器時(shí)比較麻煩；(2)通過(guò)銷釘將減速器主軸與搖臂連接，這種方式在輸出力矩不大(小于0.2Kgm)場(chǎng)合可以使用，裝配也比較方便。由于減速器主軸、 搖臂、銷釘三種零件所采用的金屬材料不同，熱處理、淬火或調(diào)質(zhì)技術(shù)要求不同， 零件硬度、強(qiáng)度不一致，存在的問(wèn)題是長(zhǎng)時(shí)間搖臂重復(fù)使用后會(huì)慢慢出現(xiàn)間隙增 大的情況，同時(shí)由于銷釘要穿過(guò)減速器主軸，因此在淬火的減速器主軸上要進(jìn)行 鉆孔，難度較大，又破壞了軸的強(qiáng)度，在大的輸出力矩應(yīng)用場(chǎng)合強(qiáng)度問(wèn)題突出；
(3)采用減速器主軸與搖臂點(diǎn)焊的方法，點(diǎn)焊后二者連成一體。這種方式優(yōu)點(diǎn) 是有效消除了間隙，解決了松動(dòng)問(wèn)題，帶來(lái)的問(wèn)題是點(diǎn)焊會(huì)造成零件的局部變形， 維護(hù)性差， 一般只能一次性使用。
上面幾種形式的舵機(jī)為了同步測(cè)量舵機(jī)角位移，在角位移傳感器輸入軸和 減速器之間一般設(shè)計(jì)專門的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使兩者隨動(dòng)。該設(shè)計(jì)導(dǎo)致了減速器結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，舵機(jī)體積和重量增加。同時(shí)為了保證測(cè)量精度，對(duì)于齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的加 工精度、裝配提出了很高的要求。
目前國(guó)內(nèi)直流電動(dòng)舵機(jī)的電機(jī)、角位移傳感器、減速機(jī)構(gòu)、機(jī)械加工件多為
自行研制加工，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，批量生產(chǎn)質(zhì)量難以保證。其減速機(jī)構(gòu) 的齒輪箱設(shè)計(jì)加工成本高，可靠性和加工精度比國(guó)外同檔次產(chǎn)品低，同時(shí)存在舵 機(jī)間隙大、 一致性差和機(jī)械加工難等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)舵機(jī)搖臂緊固方式，提出了一種緊固性可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方 便、精度高的直聯(lián)式搖臂結(jié)構(gòu)直流電動(dòng)舵機(jī)。
一種直聯(lián)式搖臂結(jié)構(gòu)直流電動(dòng)舵機(jī)，包括安裝支架、電機(jī)、與電機(jī)相連的減 速器、與減速器輸出軸緊固聯(lián)接的搖臂，搖臂用于控制舵面轉(zhuǎn)動(dòng)，還包括角位移 傳感器；
其特征在于
上述角位移傳感器輸入軸通過(guò)所述搖臂與所述減速器輸出軸同軸緊固聯(lián)接； 上述搖臂與減速器輸出軸及角位移傳感器輸入軸聯(lián)接處為開口式結(jié)構(gòu)；通過(guò)
開口式結(jié)構(gòu)，采用緊固螺釘夾緊；
上述減速器輸出軸在安裝端的外表面有止動(dòng)平面；通過(guò)止動(dòng)平面與止動(dòng)螺釘
配合進(jìn)一步保證搖臂與減速器輸出軸同軸轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便；(2)提高了可維護(hù) 性。結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，使得安裝方便且易于使用維護(hù)；(3)長(zhǎng)時(shí)間在額定載荷下工作 不會(huì)出現(xiàn)搖臂松動(dòng)現(xiàn)象，夾緊牢固，防松性能良好，性能可靠；(4)通過(guò)對(duì)300 多只該型舵機(jī)的實(shí)際使用，舵機(jī)從未出現(xiàn)故障，說(shuō)明該結(jié)構(gòu)舵機(jī)的故障率極低。


圖1是本發(fā)明的安裝結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明中直聯(lián)式搖臂結(jié)構(gòu)示意圖中標(biāo)號(hào)名稱K .電機(jī)，2、角位移傳感器，3、舵機(jī)基座，4、電機(jī)壓板， 5、電機(jī)支架，6、減速器，7、伺服安裝組件，8、搖臂，9、關(guān)節(jié)軸承，10、引 出線，11、電連接器，12、連接器支架，13、沉頭螺釘，14、緊固螺釘，15、平 圓頭螺釘，16、平墊片，17、彈簧墊片，18、六角螺母，19、止動(dòng)螺釘，20、止 動(dòng)平面，21、電機(jī)罩殼，22、開口結(jié)構(gòu)，23、軸承安裝孔，24、止動(dòng)螺釘安裝孔， 25、緊固螺釘安裝孔。
具體實(shí)施例方式
通過(guò)實(shí)施例，結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步具體說(shuō)明 實(shí)施例
本實(shí)施例描述的直聯(lián)式搖臂結(jié)構(gòu)直流電動(dòng)舵機(jī)主要由舵機(jī)基座3、搖臂8、 電機(jī)組件、角位移傳感器2和電連接器11組成，具體如圖l、 2所示。其中電機(jī) 組件包括電機(jī)1和減速器6兩部分，釆用瑞士 MAXON公司的訂制產(chǎn)品，根據(jù) 舵機(jī)總體技術(shù)指標(biāo)通過(guò)理論計(jì)算選擇電機(jī)型號(hào)和減速器的減速比。
舵機(jī)機(jī)加件主要包括舵機(jī)基座3、電機(jī)罩殼21、電機(jī)壓板4、連接器支架12 和搖臂8。其中搖臂8選用30CrMnSi材料加工，其它機(jī)加件均采用硬鋁材料 (LY12)加工，在機(jī)械加工工藝過(guò)程中，通過(guò)粗加工、半精加工、精加工、二 次失效處理和表面處理，防止變形、塑性降低。搖臂8加工時(shí)先采用線切割方法 制作毛坯件，失效處理后進(jìn)行精加工，再經(jīng)過(guò)表面處理，最后采用過(guò)盈配合的方 式安裝關(guān)節(jié)軸承9。對(duì)于l.OKgm以下的力矩輸出范圍，搖臂的強(qiáng)度滿足要求， 不會(huì)發(fā)生變形。舵機(jī)基座3在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)要保證電機(jī)組件和角位移傳感器2安裝后出軸共 線。搖臂8安裝后電機(jī)組件和角位移傳感器2轉(zhuǎn)動(dòng)軸線應(yīng)重合。角位移傳感器2 選用進(jìn)口產(chǎn)品，提供配套安裝組件。角位移傳感器2的安裝采用端面定位和伺服 安裝組件緊固相結(jié)合的方式，既保證安裝牢固同時(shí)安裝位置又可以在一定范圍內(nèi) 調(diào)整。
搖臂8緊固方式采用夾緊和平面止動(dòng)相結(jié)合的方式(參見附圖l，A-A剖視)。 其原理是利用摩擦力效應(yīng)，采用開口式結(jié)構(gòu)22將減速器6主軸夾緊，另一方面 采用止動(dòng)螺釘19，壓緊減速器主軸止動(dòng)平面20，并采用彈簧墊片17和螺母18 鎖緊的方法，形成雙重保險(xiǎn)的效果，防止松動(dòng)。
角位移傳感器2出軸夾緊與減速器主軸夾緊的原理相同，區(qū)別在于該出軸不 是承力部件，只要與搖臂隨動(dòng)即可，但不允許出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，因此在緊固螺釘 14上也安裝了彈簧墊片17。
舵機(jī)由多個(gè)零件以積木式的拼接方式在基座上完成組裝、調(diào)試，步驟如下
(1) 關(guān)節(jié)軸承9與搖臂8裝配
將關(guān)節(jié)軸承9壓入搖臂8安裝孔，并在安裝交界處打洋沖孔防止松動(dòng)。
(2) 電機(jī)組件與舵機(jī)基座3裝配
將電機(jī)支架5與舵機(jī)基座3使用沉頭螺釘13相連。
電機(jī)組件通過(guò)電機(jī)支架5和電機(jī)壓板4借助平圓頭螺釘15、平墊片16、彈 簧墊片17與舵機(jī)基座3相連接。在安裝電機(jī)組件的同時(shí)應(yīng)將搖臂8套入電機(jī)組 件出軸(減速器6輸出軸)，安裝固定電機(jī)的4套安裝組件(由平圓頭螺釘15、 平墊片16、彈簧墊片17組合使用)。
將六角螺母18旋到止動(dòng)螺釘19上直至螺紋底部，加裝彈簧墊片17，用于 電機(jī)止動(dòng)。通過(guò)搖臂8止動(dòng)螺釘安裝孔24觀察減速器主軸，看安裝孔是否處于 主軸止動(dòng)平面20位置，否則，可通過(guò)旋轉(zhuǎn)搖臂8或?qū)﹄姍C(jī)組件瞬時(shí)通電旋轉(zhuǎn)的 辦法使止動(dòng)螺釘安裝孔24處為止動(dòng)平面20。將止動(dòng)螺釘19旋入止動(dòng)螺釘安裝 孔24，擰緊后將六角螺母18鎖緊。
(3) 電機(jī)組件與角位移傳感器2零位調(diào)節(jié) 將角位移傳感器2安裝至舵機(jī)基座3，前出軸伸入搖臂8的孔內(nèi)。用3只配
套的伺服安裝組件7將角位移傳感器2與舵機(jī)基座3連接。采用對(duì)電機(jī)組件加低電壓的方法將搖臂8轉(zhuǎn)到與舵機(jī)基座3垂直，用螺絲起 調(diào)整角位移傳感器2的后出軸，使角位移傳感器2的輸出端處于工作區(qū)的中心位 置，即輸出端與兩個(gè)固定端之間的阻值接近相等。把搖臂8的兩顆緊固螺釘14 擰緊。
將連接器支架12通過(guò)沉頭螺釘13與舵機(jī)基座3連接。 (4)電連接器ll安裝和引線焊接
將電機(jī)組件輸出端和角位移傳感器2接線端子通過(guò)引出線10連接至電連接 器11。通過(guò)平圓頭螺釘15、平墊片16和彈簧墊片17將電連接器11固定到連接 器支架12。通過(guò)平圓頭螺釘15將電機(jī)罩殼21與電機(jī)壓板4、電機(jī)支架5相連。
本實(shí)施例描述的直聯(lián)式搖臂結(jié)構(gòu)直流電動(dòng)舵機(jī)以電機(jī)組件和角位移傳感器2 出軸軸徑相同的情況為例，根據(jù)不同的功率和工作電轉(zhuǎn)角需求可以選用不同直徑 的電機(jī)組件和角位移傳感器2，只需將搖臂8的安裝孔徑作相應(yīng)更改即可。
直聯(lián)式搖臂結(jié)構(gòu)舵機(jī)特點(diǎn)在于(1)設(shè)計(jì)合理，通過(guò)對(duì)減速器選型訂購(gòu)，避 免了繁瑣的減速器加工和傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)，減輕了舵機(jī)重量，成本相對(duì)較低；(2) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，通過(guò)搖臂8將電機(jī)組件出軸和角位移傳感器2出軸直接連 接，減速器6和角位移傳感器2同步轉(zhuǎn)動(dòng)，搖臂既作為力矩輸出部件又有聯(lián)軸器 的作用，結(jié)構(gòu)上得到了簡(jiǎn)化；(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證了舵機(jī)可以提供寬轉(zhuǎn)角范圍的轉(zhuǎn) 矩輸出(通過(guò)選用不同型號(hào)角位移傳感器，工作轉(zhuǎn)角最大可達(dá)240度)。
本文較多地使用了電機(jī)組件、電機(jī)、減速器、緊固螺釘、止動(dòng)螺釘、止動(dòng)平 面、開口結(jié)構(gòu)、角位移傳感器、舵機(jī)基座、電機(jī)壓板、電機(jī)支架、電機(jī)罩殼、伺 服安裝組件、搖臂、關(guān)節(jié)軸承、引出線、電連接器、連接器支架、沉頭螺釘、內(nèi) 六角螺釘、平圓頭螺釘、平墊片、彈簧墊片和六角螺母等術(shù)語(yǔ)，但不排除使用其 它術(shù)語(yǔ)的可能性，使用這些術(shù)語(yǔ)僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)。
權(quán)利要求
1、一種直聯(lián)式搖臂結(jié)構(gòu)直流電動(dòng)舵機(jī)，包括安裝支架、電機(jī)、與電機(jī)相連的減速器、與減速器輸出軸緊固聯(lián)接的搖臂，搖臂用于控制舵面轉(zhuǎn)動(dòng)，還包括角位移傳感器；其特征在于上述角位移傳感器輸入軸通過(guò)所述搖臂與所述減速器輸出軸同軸緊固聯(lián)接；上述搖臂與減速器輸出軸及角位移傳感器輸入軸聯(lián)接處為開口式結(jié)構(gòu)；通過(guò)開口式結(jié)構(gòu)，采用緊固螺釘夾緊；上述減速器輸出軸在安裝端的外表面有止動(dòng)平面；通過(guò)止動(dòng)平面與止動(dòng)螺釘配合進(jìn)一步保證搖臂與減速器輸出軸同軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
全文摘要
直聯(lián)式搖臂結(jié)構(gòu)直流電動(dòng)舵機(jī)，涉及一種直流電動(dòng)舵機(jī)。包括安裝支架、電機(jī)、與電機(jī)相連的減速器、與減速器輸出軸緊固聯(lián)接的搖臂，搖臂用于控制舵面轉(zhuǎn)動(dòng)，還包括角位移傳感器；其特征在于上述角位移傳感器輸入軸通過(guò)所述搖臂與所述減速器輸出軸同軸緊固聯(lián)接；上述搖臂與減速器輸出軸及角位移傳感器輸入軸聯(lián)接處為開口式結(jié)構(gòu)；通過(guò)開口式結(jié)構(gòu)，采用緊固螺釘夾緊；上述減速器輸出軸在安裝端的外表面有止動(dòng)平面；通過(guò)止動(dòng)平面與止動(dòng)螺釘配合進(jìn)一步保證搖臂與減速器輸出軸同軸轉(zhuǎn)動(dòng)。該舵機(jī)具有緊固性可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、精度高優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B64C13/50GK101508339SQ20081024292
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者孫曉媛, 李志宇, 楊柳慶, 肖前貴, 高艷輝 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)