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CN107104544B - 一种高功重比集成化机电伺服作动装置 - Google Patents

一种高功重比集成化机电伺服作动装置 Download PDF

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Abstract

本发明为一种高功重比集成化机电伺服作动装置，包括：集成式伺服电机、行星滚柱丝杠副、旋转式编码器、直线位移传感器、壳体等配套装置。电机定子固定在主壳体上，与丝杠末端上的磁性贴片构成集成式伺服电机，并驱动丝杠转动；螺母将丝杠的旋转运动转化为直线运动并推动负载输出直线运动；直线位移传感器实时检测螺母位移量；旋转式编码器用于检测丝杠的旋转角度；导向杆可以防止螺母转动，起到导向作用；前壳体孔内安装有导向环对螺母起到导向支撑作用，并与丝杠后端圆柱滚子轴承共同保证同轴度。本发明具有功重比大、体积小、传动效率高、载荷能力强和可靠性高的特点，为促进电动推杆、多电化/全电化飞行器的发展提供了新的思路和技术保障。

Description

一种高功重比集成化机电伺服作动装置
技术领域
本发明为一种电伺服作动装置，特别是应用于电动推杆、多电化/全电化飞行器舵面伺服控制系统；属于机电伺服技术、航空航天机械、电子及控制技术领域。
背景技术
现今伺服作动系统主要有两种动力源，一种是应用传统液压伺服作动器，进行液压能源供给，即通过高低压油的转换而做功输出直线运动，从而推动负载，这种伺服作动器适用于大输出力场合，而且体积和重量都比较大；另一种是电能供给的功率电传作动器，即采用机电伺服的机构驱动液压缸或丝杠副，这种方式可应用于大转矩、大功率场合，但结构复杂。但上述两种结构都无法满足对伺服作动系统提出的功重比高、承载能力强、安装空间小的需求。
机电作动器是将电能转化为机械能，并实现运动转换的一种装置，相比以上两种动力源，它属于绿色能源，具有灵活性强、安全性好、质量轻、效率高、可靠性高及便于维护等优点，被应用于航空航天航海、工程机械、电动推杆等领域，是未来伺服技术发展的重要研究方向之一。
随着高性能军事装备研制、民用市场的快速发展以及“中国制造2025”计划的提出，对机电伺服作动装置性能提出了更高的要求。现有机电伺服作动装置结构形式存在重量大、集成度低、功重比小、承载能力不高等缺点。为此，有必要发明一种高功重比集成化机电伺服作动装置，来适应未来发展的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种功重比高、承载力强及安装空间小的高功重比集成化机电伺服作动装置，用于舵面伺服控制及电推杆系统。
一种高功重比集成化机电伺服作动装置，包括：集成式伺服电机、行星滚柱丝杠副、旋转式编码器、直线位移传感器、壳体等配套装置。后壳体上关节轴承与基座相连，后壳体与主壳体通过螺钉固连；集成式伺服电机由电机定子和磁性贴片组成，电机定子固定在主壳体上，与丝杠末端上的磁性贴片构成集成式伺服电机，进而驱动丝杠转动；行星滚柱丝杠副由丝杠、螺母和滚柱组件组成，滚柱组件安装在丝杠前端，与丝杠啮合，并将旋转运动传至螺母；螺母将丝杠的旋转运动转化为直线运动；螺母与前端盖通过螺纹和止动垫圈连接，进而推动负载输出直线运动；直线位移传感器的本体安装在前壳体上，磁环安装在螺母上随螺母一起直线往复运动，实时检测螺母位移量；丝杠末端安装有旋转式编码器，用于检测丝杠的旋转角度；导向杆穿过螺母下端导向孔，防止螺母转动，起到导向作用；前壳体内安装有导向环，对螺母起到导向支撑作用，并与丝杠后端圆柱滚子轴承共同保证同轴度；丝杠后端安装有一对推力滚子轴承，通过法兰和丝杠轴肩将负载传递的力卸荷到壳体上；圆柱滚子轴承末端安装防松螺母；前后两个航插头分别作为前后缸体的电气接口。
所述的一种高功重比集成化机电伺服作动装置，集成式伺服电机由电机定子和磁性贴片组成，电机定子固定在主壳体上，与丝杠末端上的磁性贴片构成集成式电机，进而驱动丝杠转动，节省了电机安装空间，提高了功重比；
所述的丝杠副为行星滚柱丝杠副，螺母将丝杠的旋转运动转化为直线运动，进而推动负载输出直线运动，由螺母直接作为输出杆推动负载运动，省去了连接部件，结构紧凑，承载能力强，可靠性高，提高了该装置的功重比；
所述的直线位移传感器，本体安装在前壳体上，磁环安装在螺母上随螺母一起直线往复运动，实时检测螺母位移量；
所述的旋转式编码器为内嵌式中空型绝对式编码器，增大空间利用率，用于实时采集丝杠旋转角度；
所述的前壳体，孔内安装有导向环，对螺母起到导向支撑作用，并与丝杠后端圆柱滚子轴承共同保证同轴度；
所述的导向杆穿过螺母下端导向孔，防止螺母转动，起到导向作用；
所述的丝杠后端安装有一对推力滚子轴承，通过法兰和轴肩将负载传递的力卸荷到壳体上；
所述的航插头，分别作为前后缸体的电气接口。
本发明与现有技术相比有以下优点：
(1)本发明将伺服电机定子固定在主壳体上，与丝杠末端上的磁性贴片构成集成式电机，进而驱动丝杠转动，节省了电机安装空间，提高了功重比；
(2)本发明采用了行星滚柱丝杠副作为主要传动部件，行星滚柱丝杠副在传动过程中螺母、滚柱与丝杠螺纹线接触，因此在尺寸相同的情况下，行星滚柱丝杠的承载能力远大于滚珠丝杠的承载力，提高了该装置的功重比，并减小了运动过程中丝杠卡死的几率；
(3)本发明将螺母直接作为输出杆推动负载运动，省去了连接部件，结构紧凑，承载能力强，可靠性高，提高了该装置的功重比；
(4)本发明采用一对推力滚子轴承，通过法兰和轴肩将负载传递的力卸荷到壳体上，承载能力强，空间利用率高；
(5)本发明采用直线位移传感器测量螺母的输出位移，可以更直观的检测输出位移量，有利于提高控制精度。
附图说明
图1为一种高功重比集成化机电伺服作动装置的三维图；
图2为一种高功重比集成化机电伺服作动装置的主视图；
图3为一种高功重比集成化机电伺服作动装置的主剖视图；
图4为一种高功重比集成化机电伺服作动装置的侧向剖视图；
图5为推力滚子轴承的三维图；
图中：1为前端盖；2为前壳体；3为主壳体；4为航插头；5为后壳体；6为行星滚柱丝杠副；7为推力滚子轴承；8为圆柱滚子轴承；9为集成式伺服电机；10为旋转式编码器；11为防松螺母；12为法兰；13为导向杆；14为直线位移传感器；15为连接螺钉。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步详细的描述：
本发明的目的在于克服现有技术上的不足，提供一种功重比高、承载力强及安装空间小的一种高功重比集成化机电伺服作动装置。
参阅图1、2、3，一种高功重比集成化机电伺服作动装置，包括：前端盖(1)；前壳体(2)；主壳体(3)；航插头(4)；后壳体(5)；螺母(6.1)；滚柱组件(6.2)；丝杠(6.3)；推力滚子轴承(7)；圆柱滚子轴承(8)；电机定子(9.1)；磁性贴片(9.2)；旋转式编码器(10)；放松螺母(11)；法兰(12)；导向杆(13)；直线位移传感器本体(14.1)；磁环(14.2)；连接螺钉(15)。
后壳体(5)上关节轴承与基座相连，后壳体(5)与主壳体(3)通过螺钉固连；集成式伺服电机(9)由电机定子(9.1)和磁性贴片(9.2)组成，电机定子(9.1)固定在主壳体(3)上，与丝杠(6.3)末端上的磁性贴片(9.2)构成集成式伺服电机(9)，进而驱动丝杠(6.3)转动；行星滚柱丝杠副(6)由丝杠(6.3)、螺母(6.1)和滚柱(6.2)组成，滚柱组件(6.2)安装在丝杠(6.3)前端，与丝杠(6.3)啮合，并将旋转运动传至螺母(6.1)；螺母(6.1)将丝杠(6.3)的旋转运动转化为直线运动；螺母(6.1)与前端盖(1)通过螺纹和止动垫圈连接，进而推动负载输出直线运动；直线位移传感器本体(14.1)安装在前壳体(2)上，磁环(14.2)安装在螺母(6.1)上随螺母(6.1)一起直线往复运动，实时检测螺母(6.1)位移量；丝杠(6.3)末端安装有旋转式编码器(10)，用于检测丝杠(6.3)的旋转角度；导向杆(13)穿过螺母(6.1)下端导向孔，防止螺母(6.1)转动，起到导向作用；前壳体(2)内安装有导向环，对螺母(6.1)起到导向支撑作用，并与丝杠(6.3)后端圆柱滚子轴承(8)共同保证同轴度；丝杠(6.3)后端安装有一对推力滚子轴承(7)，通过法兰(12)和丝杠(6.3)的轴肩将负载传递的力卸荷到主壳体(3)上；圆柱滚子轴承(8)末端安装防松螺母(11)；前后两个航插头(4)分别作为前后缸体的电气接口。
所述的高功重比集成化机电伺服作动装置，集成式伺服电机(9)由电机定子(9.1)和磁性贴片(9.2)组成，电机定子(9.1)固定在主壳体(3)上，与丝杠(6.3)末端上的磁性贴片(9.2)构成集成式电机，进而驱动丝杠(6.3)转动，节省了电机安装空间，提高了功重比；
所述的高功重比集成化机电伺服作动装置，采用行星滚柱丝杠副(6)，螺母(6.1)将丝杠(6.3)的旋转运动转化为直线运动，进而推动负载输出直线运动，由螺母(6.1)直接作为输出杆推动负载运动，省去了连接部件，结构紧凑，承载能力强，可靠性高，提高了该装置的功重比；
所述的高功重比集成化机电伺服作动装置，采用直线位移传感器(14)，直线位移传感器本体(14.1)安装在前壳体(2)上，磁环(14.2)安装在螺母(6.1)上随螺母(6.1)一起直线往复运动，实时检测螺母(6.1)位移量；
所述的高功重比集成化机电伺服作动装置，采用旋转式编码器(10)，增大空间利用率，用于实时采集丝杠(6.3)旋转角度；
所述的高功重比集成化机电伺服作动装置，前壳体(2)孔内安装有导向环，对螺母(6.1)起到导向支撑作用，并与丝杠(6.3)后端圆柱滚子轴承(8)共同保证同轴度；
所述的高功重比集成化机电伺服作动装置，导向杆(13)穿过螺母(6.1)下端导向孔，防止螺母(6.1)转动，起到导向作用；
所述的高功重比集成化机电伺服作动装置，丝杠(6.3)后端安装有一对推力滚子轴承(7)，通过法兰(12)和轴肩将负载传递的力卸荷到壳体上；
所述的航插头(4)，分别作为前后缸体的电气接口。
综上所述，以上仅为本发明较佳的实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种高功重比集成化机电伺服作动装置，其特征在于：包括：集成式伺服电机、行星滚柱丝杠副、旋转式编码器、直线位移传感器、壳体，后壳体上关节轴承与基座相连，后壳体与主壳体通过螺钉固连；所述集成式伺服电机由电机定子和磁性贴片组成，所述电机定子固定在主壳体上，与丝杠末端上的磁性贴片构成集成式伺服电机，进而驱动丝杠转动；所述行星滚柱丝杠副由丝杠、螺母和滚柱组件组成，滚柱组件安装在丝杠前端，与丝杠啮合，并将旋转运动传至螺母；所述螺母将丝杠的旋转运动转化为直线运动；所述螺母与前端盖通过螺纹和止动垫圈连接，进而推动负载输出直线运动；直线位移传感器的本体安装在前壳体上，磁环安装在螺母上随螺母一起直线往复运动，实时检测螺母位移量；丝杠末端安装有旋转式编码器，用于检测丝杠的旋转角度；导向杆穿过螺母下端导向孔，防止螺母转动，起到导向作用；前壳体内安装有导向环，对螺母起到导向支撑作用，并与丝杠后端圆柱滚子轴承共同保证同轴度；丝杠后端安装有一对推力滚子轴承，通过法兰和丝杠轴肩将负载传递的力卸荷到壳体上；圆柱滚子轴承末端安装防松螺母；前后两个航插头分别作为前后缸体的电气接口；集成式伺服电机由电机定子和磁性贴片组成，电机定子固定在主壳体上，与丝杠末端上的磁性贴片构成集成式电机，进而驱动丝杠转动；所述丝杠副为行星滚柱丝杠副，螺母将丝杠的旋转运动转化为直线运动，进而推动负载输出直线运动，由螺母直接作为输出杆推动负载运动；所述直线位移传感器，本体安装在前壳体上，磁环安装在螺母上随螺母一起直线往复运动，实时检测螺母位移量；所述旋转式编码器为内嵌式中空型绝对式编码器，用于实时采集丝杠旋转角度；所述前壳体，孔内安装有导向环，对螺母起到导向支撑作用，并与丝杠后端圆柱滚子轴承共同保证同轴度；所述导向杆穿过螺母下端导向孔，防止螺母转动，起到导向作用；所述丝杠后端安装有一对推力滚子轴承，通过法兰和轴肩将负载传递的力卸荷到壳体上；所述航插头，分别作为前后缸体的电气接口。
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