一种余度角位移输出式差速器的制作方法

本发明涉及一种余度角位移输出式差速器，属于差速器的功能结构设计领域。

背景技术：

在航天飞行器控制系统中，机电伺服系统是重要的执行系统，起到控制飞行器飞行姿态的作用。近年来，由于具有结构紧凑、比功率较高以及维护方便等优势，机电伺服系统发展迅猛，有很多成功的应用。

机电作动器作为机电伺服系统的重要组成部分，是机电伺服系统的执行机构，在工作中将电机的旋转运动通过丝杠副的作用转化为直线输出，减速器作为电机和作动缸之间的传动装置，可优化传动比，调整结构布局方式。对可靠度要求高的场合，定轴减速器已经不能满足要求，需要采用多余度行星轮系原理研制的减速器，即差速器。

在机电作动器中差速器输出固连丝杠，以往丝杠的直线输出线位移大多采用电位计式传感器或线性可变差动变压器(lvdt)测量，这样需要在作动缸壳体上开窗口，不利于密封，还占用空间大，而在差速器输出端安装双旋转变压器，可以通过差速器侧角位移的测量，间接测量丝杠的直线位移。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题：为克服现有技术的不足，提供一种余度角位移输出式差速器，在空间包络整体尺寸较小的情况下，实现了对差速器输出角位移的测量。

本发明的技术解决方案：

一种余度角位移输出式差速器，包括太阳轮、太阳轮输入轴、内齿圈输入轴、行星轮、行星轮轴、内外齿圈、行星架、小行星减速器和角位移测量结构；

太阳轮通过第一太阳轮支撑轴承和第二太阳轮支撑轴承安装在壳体盖和行星架上，行星轮通过滚针轴承安装在行星轮轴上，行星轮轴通过过盈配合安装到行星架上，行星架采用整体结构，侧面的窗口内部安装有行星轮，行星架中心位置安装有太阳轮，内外齿圈通过内外齿圈支撑轴承支撑在行星架上，行星架通过行星架支撑轴承支撑在中间板和壳体座上；

太阳轮输入轴、内齿圈输入轴与行星架呈等腰三角形，角位移测量结构在等腰三角形外面，并靠近太阳轮输入轴与行星架连线，行星架角位移向外引出时，经过两级减速比为1的外啮合传动，最后一级为两个过轮，且两个过轮之间不啮合，最后一级过轮与大减速比的小行星减速器的输入轴固连，最后一级过轮分别引出到两个大减速比的小行星减速器上，在每个小行星减速器输出轴上串联连接两个旋转变压器，使得在差速器输出角位移工作范围内，旋转变压器转角在一转的360°范围内，两个小行星减速器输出轴及与壳体相连的三角架上各安装有双余度的旋转变压器，实现了两个旋转变压器的绝对角位移的测量，且绝对角位移测量实现双余度。

角位移测量部分面积占整个面积的不超过15％。

太阳轮输入轴通过第一太阳轮输入轴支撑轴承和第二太阳轮输入轴支撑轴承支撑在壳体盖和壳体座上，第二太阳轮过轮通过第二太阳轮过轮支撑轴承支撑在壳体盖和壳体座上，第一太阳轮过轮通过定位销固定在太阳轮上，定位销在连接面处，一半在第一太阳轮过轮内，一半在太阳轮内，太阳轮一侧通过第二太阳轮支撑轴承支承在行星架内，另一侧通过第一太阳轮支撑轴承支撑在壳体盖上。

还包括小行星减速器，小行星减速器由三级行星结构组成，前两级结构完全相同，三个内齿圈通过顶丝固定在壳体上，第二行星架、第三行星架通过轴承支撑在第一内齿圈和第二内齿圈两侧，轴承内圈轴向定位到第二行星架、第三行星架上，第三行星架通过轴承支撑在壳体上，第一级行星结构中的第二行星架输出通过过盈配合连接第二级行星结构中的第二太阳轮，第二级行星结构中的第二行星架输出轴通过过盈配合连接第三级行星结构中的第三太阳轮，第三级行星结构的第三行星架作为输出轴输出。

内齿圈输入轴通过第一内齿圈输入轴支撑轴承和第二内齿圈输入轴支撑轴承支撑在壳体盖和壳体座上，内齿圈过轮通过内齿圈过轮支撑轴承支撑在壳体盖和壳体座上；

行星架角位移过轮通过过盈配合固定在行星架上，第一角位移过轮通过第一角位移过轮支撑轴承支撑在壳体盖和壳体座上，第二角位移过轮和第三角位移过轮通过第二角位移过轮支撑轴承支撑在壳体盖和壳体座上，第二角位移过轮和第三角位移过轮在空间上错开，第二角位移过轮和第三角位移过轮输出轴分别通过过盈配合连接小行星减速器的第一级行星结构的第二太阳轮，小行星减速器输出轴串联两个旋转变压器的转子，两层的转子都固定在小行星减速器输出轴上。

小行星减速器的壳体上安装有三角架，三角架分两层安装两个旋转变压器定子，两个三角架的一侧外沿平行，且与两个小行星减速器输出轴连线成75度，以减小角位移测量部分的包络尺寸。

太阳轮输入轴、内齿圈输入轴的两个输入轴可以同时输入，也可以固定一个轴，由另一个轴输入。

第一路工作过程为，内齿圈输入轴转动带动内齿圈过轮，继而带动内外齿圈、行星轮通过行星轮的自转及公转带动行星轮轴及行星架转动输出。

第二路工作过程为，太阳轮输入轴转动带动第二太阳轮过轮、第一太阳轮过轮和太阳轮转动，继而带动行星轮，通过行星轮的自转及公转带动行星轮轴及行星架转动输出；

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明太阳轮输入轴、内齿圈输入轴与行星架呈等腰三角形，角位移测量部分位于太阳轮输入轴与行星架连线的右下侧，见图2，太阳轮输入轴和内齿圈输入轴的连线与壳体盖、中间板和壳体座构成的一侧平面平行，整体式行星架、支撑在行星架外侧的内外齿圈、太阳轮一侧支撑在行星架内部的结构实现形式，使得差速器外形适应两输入电机、输出作动缸和角位移测量部分(太阳轮输入轴与内齿圈输入轴分别连接两个输入电机，行星架连接输出作动缸)，相对于太阳轮输入轴、内齿圈输入轴与行星架呈直线型的布局方式所占用的包络尺寸(长×宽×高)小，壳体盖、中间板和壳体座空间包络整体尺寸小，重量低，差速器转动惯量小；

(2)本发明四个钢柱通过过盈配合压装到差速器壳体上，大大提高了轴向压刚度，内齿圈输入轴与行星架连线的左上角部分的壳体被削掉，构成300区域，见图4；太阳轮输入轴右下角部分的壳体被削掉，见图4，不仅减小了体积，减小了重量，还提高了轴向压刚度；

(3)本发明角位移测量装置在两输入和输出组成的等腰三角形外面，并靠近太阳轮输入轴与行星架连线，行星架角位移向外引出时，经过两级减速比为1的外啮合传动，最后一级是两个过轮，且两个过轮之间不啮合，使得在差速器输出角位移工作范围内，旋转变压器转角在一转的360度范围内，两个小行星减速器输出轴及与壳体相连的三角架上各安装有双余度的旋转变压器，实现了双余度的两个旋转变压器的绝对角位移的测量，进而实现差速器输出角位移的测量；

(4)本发明小行星减速器由三级行星传动串联组成(每级包括太阳轮、行星轮、行星轮轴、内齿圈和行星架；第一级的输出连接第二级的输入，第二级的输出连接第三级的输入)，三级减速比相乘，实现大减速比，输出轴上串联安装两个旋转变压器的转子，固连在小行星减速器壳体上的三角架上分两层串联安装两个旋转变压器的定子，旋转变压器的转子和定子轴向对齐，三角架采用三角形结构，使得角位移测量部分占用的包络尺寸最小，且两部分角位移测量部分中心距离最小。

附图说明

图1为本发明图2的b-b向剖视图；

图2为本发明正面外形图；

图3为本发明图2的a-a向剖视图；

图4为本发明图1的c-c向剖视图；

图5为本发明背面外形图；

图6为本发明图7的a-a向剖视图；

图7为本发明沿输出轴侧方向的角位移测量装置视图；

图8为本发明图1的d-d向剖视图；

图9为本发明图3的e-e剖视图；

图10为本发明外形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

一种余度角位移输出式差速器，包括太阳轮5、太阳轮输入轴10、内齿圈输入轴12、行星轮6、行星轮轴16、内外齿圈7、行星架13、小行星减速器21和角位移测量结构，见图1、图3和图9；

太阳轮5通过第一太阳轮支撑轴承32和第二太阳轮支撑轴承33安装在壳体盖1和行星架13上，行星轮6通过滚针轴承29安装在行星轮轴16上，行星轮轴16通过过盈配合安装到行星架13上，行星架13采用整体结构，侧面的窗口内部安装有行星轮6，行星架13中心位置安装有太阳轮5，内外齿圈7通过内外齿圈支撑轴承30支撑在行星架13上，行星架13通过行星架支撑轴承31支撑在中间板2和壳体座3上，见图1、图3和图9；

太阳轮输入轴10、内齿圈输入轴12与行星架13呈等腰三角形，小行星减速器及角位移测量结构在等腰三角形外面，并靠近太阳轮输入轴10与行星架13连线，见图2、图8和图10，行星架13角位移向外引出时，经过两级减速比为1的外啮合传动，最后一级为两个过轮，且两个过轮在空间上错开，相互之间不啮合，见图4和图3，最后一级过轮与大减速比的小行星减速器21的输入轴固连，这两个过轮分别引出到两个大减速比的小行星减速器21上，在每个小行星减速器21输出轴上串联连接两个旋转变压器，使得在差速器输出角位移工作范围内，旋转变压器转角在一转的360°范围内，两个小行星减速器21输出轴及与壳体相连的三角架28上各安装有双余度的旋转变压器，实现了两余度的两个旋转变压器的绝对角位移的测量，见图1、图6和图8。

太阳轮输入轴10通过第一太阳轮输入轴支撑轴承35和第二太阳轮输入轴支撑轴承36支撑在壳体盖1和壳体座3上，第二太阳轮过轮9通过第二太阳轮过轮支撑轴承34支撑在壳体盖1和壳体座3上，第一太阳轮过轮8通过定位销固定在太阳轮5上，定位销在连接面处，一半在第一太阳轮过轮8内，一半在太阳轮5内，太阳轮5一侧通过第二太阳轮支撑轴承33支承在行星架13内，另一侧通过第一太阳轮支撑轴承32支撑在壳体盖1上，见图1和图3。

还包括小行星减速器21，三个内齿圈通过顶丝固定在壳体上，第二行星架57、第三行星架58通过轴承支撑在第一内齿圈52和第二内齿圈53两侧，轴承内圈轴向定位到第二行星架57、第三行星架58上，第三行星架58通过轴承63支撑在壳体上，第一级的第二行星架57输出通过过盈配合连接第二级的第二太阳轮54，第二级的第二行星架57输出轴通过过盈配合连接第三级的第三太阳轮64，第三级的第三行星架58作为输出轴输出，见图6。

内齿圈输入轴12通过第一内齿圈输入轴支撑轴承38和第二内齿圈输入轴支撑轴承39支撑在壳体盖1和壳体座3上，内齿圈过轮11通过内齿圈过轮支撑轴承37支撑在壳体盖1和壳体座3上，见图3和图9；

行星架角位移过轮17通过过盈配合固定在行星架13上，第一角位移过轮18通过第一角位移过轮支撑轴承40支撑在壳体盖1和壳体座3上，第二角位移过轮19和第三角位移过轮20通过第二角位移过轮支撑轴承41支撑在壳体盖1和壳体座3上，第二角位移过轮19和第三角位移过轮20在空间上错开，第二角位移过轮19和第三角位移过轮20输出轴分别连接两个小行星减速器21的第一级行星结构的太阳轮54，小行星减速器输出轴210(或58)串联两个旋转变压器的转子22，中间通过小轴套24隔开，内层的转子22压在小行星减速器输出轴的轴肩上，外层的转子22通过转子压片26和两个小螺母27固定在小行星减速器21输出轴上，见图1、图4和图6。

小行星减速器21的壳体上安装有三角架28，三角架28上通过6个螺钉压片25、6个螺钉44、6个弹平垫43分两层安装两个旋转变压器定子23，压第一层旋转变压器定子23的三个螺钉在空间呈120°均布，压第二层旋转变压器定子的三个螺钉在空间呈120°均布，层与层之间相邻的两个螺钉间隙不超过1mm，构成了三角形结构，两个三角架28的一侧外沿平行，且与两个小行星减速器21输出轴连线成75度，以减小角位移测量部分的包络尺寸，见图1、图6、图7和图8。

本发明工作原理：角位移测量部分面积占整个面积的不超过15％。太阳轮输入轴和内齿圈输入轴的两个输入轴可以同时输入，也可以固定一个轴，由另一个轴输入。

(1)第一路工作过程为，内齿圈输入轴12转动带动内齿圈过轮11和内外齿圈7，继而带动行星轮6，通过行星轮沿太阳轮5的自转、沿内外齿圈7的自转和公转带动行星轮轴16及行星架13公转输出；

(2)第二路工作过程为，太阳轮输入轴10转动带动第二太阳轮过轮9、第一太阳轮过轮8和太阳轮5转动，继而带动行星轮6通过行星轮沿内外齿圈7的自转、沿太阳轮5的自转及公转带动行星轮轴16及行星架13公转输出；

(3)一路角位移输出工作过程为，行星架13转动带动角位移过轮17、第一角位移过轮18、第二角位移过轮19、小行星减速器21转动，从而带动小行星减速器输出轴上的两个旋转变压器转子22，得出行星架13的角位移；

(4)另一路角位移输出工作过程为，行星架13转动带动角位移过轮17、第一角位移过轮18、第三角位移过轮20、小行星减速器21转动，从而带动小行星减速器输出轴上的两个旋转变压器转子22，得出行星架13的角位移，与第3部分形成余度。

本发明各个部件间的安装步骤为：

①行星架组件安装步骤：将滚针轴承29装到行星轮6的内孔里，将行星轮两侧垫片15放在行星轮6两侧，然后把它们一起放到行星架13的窗口内，对准行星架13上装行星轮轴16的孔，并把行星轮轴16通过压力机压进行星架13上装行星轮轴16的孔内，使得行星轮轴16的端面与行星架13和行星架两侧垫片14相连的端面重合，依次重复，把其余3个行星轮6、3个滚针轴承29、6个行星轮两侧垫片15、3个行星轮轴16安装好，把一个内外齿圈支撑角接触球轴承30，以背对背方向，压装到行星架13一侧，把内外齿圈7在没装支撑角接触球轴承的一侧套入，使得内外齿圈7与四个行星轮6啮合顺畅，并把内外齿圈7一侧孔压到已经安装好的内外齿圈支撑轴承30的外圈上，把另一个内齿圈支撑角接触球轴承30以背对背的方向压到内外齿圈7和行星架13之间，把行星架两侧垫片14分别通过四个沉头螺钉66安装到行星架13的两侧，并挡住两个内齿圈支撑角接触球轴承30的内圈，把角位移过轮17压装到行星架13上，把行星架支撑角接触球轴承31背对背方向压装到行星架13两侧，把第二太阳轮支撑轴承33压装到行星架13的太阳轮5安装侧开孔的底部，至此，行星架组件安装完成，见图1、图3和图9。

②太阳轮组件安装步骤：把第一太阳轮过轮8安装到太阳轮5上，并把安装定位销的两个半孔对齐，把定位销沿着轴线方向压入，这样定位销一半在太阳轮5轴内，一半在第一太阳轮过轮8孔内，把第一太阳轮支撑轴承32压装到太阳轮5上，至此，太阳轮组件安装完成，见图1和图3。

③太阳轮输入轴组件安装步骤：把第一太阳轮输入轴支撑轴承35、第二太阳轮输入轴支撑轴承36压装到太阳轮输入轴10上，至此，太阳轮输入轴组件安装完成，见图1和图3。

④第二太阳轮过轮组件安装步骤：把第二太阳轮过轮支撑轴承34压装到太阳轮过轮9上，至此，第二太阳轮过轮组件安装完成，见图1和图3。

⑤内齿圈过轮组件安装步骤：把内齿圈过轮支撑轴承37压装到内齿圈过轮11上，至此，内齿圈过轮组件安装完成，见图3。

⑥内齿圈输入轴组件安装步骤：把第一内齿圈输入轴支撑轴承38、第二内齿圈输入轴支撑轴承39压装到内齿圈输入轴12上，至此，内齿圈输入轴组件安装完成，见图3。

⑦第一角位移过轮组件安装步骤：把第一角位移过轮支撑轴承40压装到第一角位移过轮18上，至此，第一角位移过轮组件安装完成，见图1和图4。

⑧第二角位移过轮组件安装步骤：把第二角位移过轮支撑轴承41压装到第二角位移过轮19上，至此，第二角位移过轮组件安装完成，见图1和图4。

⑨第三角位移过轮组件安装步骤：把第二角位移过轮支撑轴承41压装到第三角位移过轮20上，至此，第三角位移过轮组件安装完成，见图1和图4。

⑩依次把①行星架组件、⑤内齿圈过轮组件、⑥内齿圈输入轴组件、⑦第一角位移过轮组件、⑧第二角位移过轮组件、⑨第三角位移过轮组件按照正确的方向安装到壳体座3上，并使得内外齿圈7的外齿和内齿圈过轮11、内齿圈过轮11和内齿圈输入轴12、行星架上角位移过轮17和第一角位移过轮18、第一角位移过轮18和第二角位移过轮19、第一角位移过轮18和第三角位移过轮20之间啮合顺畅，见图1、图3和图4。

(11)把中间板2安装到壳体座3上面，使得行星架支撑角接触球轴承31支撑正确，见图1和图3。

(12)把②太阳轮组件穿过中间板2，把太阳轮5插到第①行星架组件中行星架13的内部，使得太阳轮5与四个行星轮6啮合顺畅，把④第二太阳轮过轮组件和③太阳轮输入轴组件依次穿过中间板2，安装到壳体座3上，并使得第一太阳轮过轮8和第二太阳轮过轮9、第二太阳轮过轮9和太阳轮输入轴10之间啮合顺畅，见图1和图3。

(13)把定位销45压入壳体座3和中间板2的孔内，见图4。

(14)把壳体盖1装到②太阳轮组件、③太阳轮输入轴组件、④第二太阳轮过轮组件、⑤内齿圈过轮组件、⑥内齿圈输入轴组件、⑦第一角位移过轮组件、⑧第二角位移过轮组件、⑨第三角位移过轮组件的轴承上，并通过定位销45定位并压入，见图1、图3和图4。

(15)通过5个壳体连接螺钉和弹平垫，把壳体座3、中间板2和壳体盖1固连在一起，见图5。

(16)把四个钢柱49压装到壳体盖1、中间板2和壳体座3上面，见图2和图5。

(17)小行星减速器的安装，见图1、图6和图8：

a)把第二行星轮55放入第二行星架57的窗口内，把第二行星轮轴69压入第二行星架57并穿过第二行星轮55的内孔，依次把另外2个第二行星轮55、第二行星轮轴69装到第二行星架57上，把一个第二行星架支撑轴承61压装到第二行星架57一侧，把第一内齿圈52从另一侧穿入，并使得第一内齿圈52和3个第二行星轮55之间啮合顺畅，把第一内齿圈52压到第一个第二行星架支撑轴承61的外圈外面，把另一个第二行星架支撑轴承61压装到第一内齿圈52和第二行星架57之间，用6个沉头螺钉将2个第二行星架两侧垫片56安装到第二行星架57两侧，以固定第二行星架支撑轴承61内圈，这样第一级行星部分安装完成，同理把第二级行星部分安装完成，将第二级第二太阳轮54压装到第一级第二行星架57上面。

b)把第三行星轮65放入第三行星架58的窗口内，把第三行星轮轴70压入第三行星架58并穿过第三行星轮65的内孔，依次把另外2个第三行星轮65、第三行星轮轴70装到第三行星架58上，把一个第三行星架支撑轴承60压装到第三行星架58一侧，把第二内齿圈53从另一侧穿入，并使得第二内齿圈53和三个第三行星轮65之间啮合顺畅，把第二内齿圈53压到第一个第三行星架支撑轴承60的外圈外面，把另一个第三行星架支撑轴承60压装到第二内齿圈53和第三行星架58之间，用6个沉头螺钉将2个第三行星架两侧垫片59安装到第三行星架58两侧，以固定第三行星架支撑轴承60内圈，把第三级行星部分的第三太阳轮64压装到第二级第二行星架57上，把第四行星架支撑轴承63压装到第三行星架58上，至此第三级行星部分安装完成。

c)把第三级行星部分装入第二小行星减速器壳体座51，并通过三个锥端紧定螺钉62把第三级第二行星部分的内齿圈53与第二壳体座51固定在一起；把第二级行星部分装入小第二壳体座51，使得第二级第二行星架57上的第三级的第三太阳轮64与第三级的三个第三行星轮65啮合顺畅，并通过三个锥端紧定螺钉62把第二级行星部分的第一内齿圈52与第二壳体座51固定在一起，最后，把第一级行星部分装入小行星减速器第二壳体座51，使得第一级第二行星架57上的第二级的第二太阳轮54与第二级的三个第二行星轮55啮合顺畅，并通过三个锥端紧定螺钉62把第二级行星部分的第一内齿圈52与第二壳体座51、第二壳体盖50固定在一起。至此，小行星减速器安装完成。

(18)两套角位移测量装置的安装：把小行星减速器的第一级第二行星传动的太阳轮54压装到第二角位移过轮19和第三角位移过轮20上，把小行星减速器21安装到第二太阳轮54上，并使得第二太阳轮54和三个第二行星轮55啮合顺畅，通过3个固定螺钉和弹平垫42，43把小行星减速器21固定在壳体座3上，通过6个固定螺钉和弹平垫42，43把三角架28固定在小行星减速器21的壳体上，把第一层旋转变压器转子22装到小行星减速器输出轴或第三行星架210、58的轴肩上，把小轴套24串上，把第二层旋转变压器转子22装到小行星减速器输出轴或第三行星架210、58上和小轴套24的外面，把转子压片26压到第二层旋转变压器转子22的外面，把2个小螺母27依次拧紧，从而把两个旋转变压器的转子22压紧，把第一层旋转变压器的定子23串到第一层旋转变压器的转子22的外面，把三个旋变压片25卡到第一层转变压器的定子23的凹槽内，通过三个第一层旋转变压器固定螺钉和弹平垫44，43把三个旋变压片25固定在三角架28上，把第二层旋转变压器的定子23串到第二层旋转变压器的转子22的外面，把另外三个旋变压片25卡到第二层转变压器的定子23的凹槽内，通过三个第二层旋转变压器固定螺钉和弹平垫68，43把三个旋变压片25固定在三角架28上，至此，一套角位移测量装置安装完成，同理安装第二套角位移测量装置。

(19)把旋变盖4盖到两套角位移测量装置的外面，并通过旋变盖固定螺钉和弹平垫68和43把旋变盖4固定在壳体座3上，至此，整个余度角位移输出式差速器安装完成，见图8。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。