一种少齿差电动舵机传动机构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种少齿差电动舵机传动机构，包括含有圆柱状空腔的基座，在该空腔内安装有偏心轴，偏心轴包括偏心段和偏心段两侧的圆柱段；基座外部安装电机，电机的电机转子与第一锥齿轮相连，第一锥齿轮安装在基座内且与第二锥齿轮啮合；第二锥齿轮固定套接在偏心轴的圆柱段上；偏心轴的偏心段上通过轴承套接双联齿轮，基座的内壁上设置内齿圈；双联齿轮采用少齿差行星齿轮，包括并列的大行星齿轮和小行星齿轮，其中大行星齿轮的外侧和基座的内齿圈之间部分啮合，小行星齿轮的外侧和输出齿轮一侧的内壁之间部分啮合，输出齿轮套设在偏心轴上且另一侧端部固定连接输出轴；输出齿轮和基座之间设置轴承。本实用新型传动过程稳定，质量轻。
【专利说明】
_种少齿差电动蛇机传动机构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及飞行器控制装置领域，具体涉及一种少齿差电动舵机传动机构。【【背景技术】】
[0002]随着航天技术的发展，飞行器中的舵机已成为该领域的研究热点之一。飞行器舵机是实现飞行器姿态俯仰、偏航、滚转等姿态变换运动的关键执行机构。
[0003]早期的飞行器都是采用液压舵机或气动舵机，但此类舵机的缺点是结构复杂、加工精度高、质量大、成本高、技术难度大，逐渐退出飞行器舵机的应用场合。随着航空航天技术的迅猛发展和更加先进武器的不断探索，人们对飞行器舵机的整体性能要求越来越高，促使舵机向着体积质量不断减小，承载能力不断增强，控制性能不断提高的方向发展，因此电动舵机孕育而生。电动舵机主要由舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计、直流电机和控制电路板组成。控制电路板接受来自信号线的控制信号，控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，输出轴转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度。电动舵机独特的结构形式使其具有简单可靠、工艺性好、使用维护方便、能源单一、成本低廉、易于控制等特性，被广泛运用在国内外各种先进的飞行器中。
[0004]飞行器舵机传动机构的关键组成部分是减速器，通过减速能使舵机输出较大力矩。目前的常用的舵机减速器主要有圆柱齿轮减速器、RV减速器和谐波减速器。圆柱齿轮减速器的结构简单，刚度较大，也导致重量和体积较大；同时由于具有较高的传动回差，难以实现高精密传动;RV减速器由第一级渐开线圆柱齿轮行星减速机构和第二级摆线针轮行星减速机构两部分组成，传动精度和传递效率高，但是两级传动的形式使得减速器结构尺寸较大，同时第二级传动的摆线针轮制造难度大精度要求高，导致制造成本过高。谐波减速器依靠柔性齿轮所产生的可控弹性变形波来传递运动和力，可以实现小体积大传动比的特点，但其柔轮需要在反复弹性的状态下工作，即承受交变弯曲应力，又要承受扭转应力，工作条件十分恶劣，降低了减速器的可靠性，因此柔轮对使用材料的性能要求很高，高性能的材料对柔轮的加工制造又提出了新的问题，同时柔轮的刚度较其他零件小，使得减速器整体刚度较小，随着使用时间增长运动精度会显著降低。
[0005]目前，电动舵机的传动机构的设计存在的关键问题如下:(I)传动机构载荷质量比大，如何保证大刚度同时保持高精度；(2)外部负载扭矩过大导致传动机构的稳定性降低。
【
【发明内容】
】
[0006]本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种少齿差电动舵机传动机构，简化传动结构，减轻质量，传动稳定。
[0007]为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0008]包括水平的基座，基座内部为圆柱状空腔，在该空腔内安装有偏心轴，偏心轴包括偏心段和偏心段两侧的圆柱段，且偏心轴的圆柱段和基座的圆柱状空腔同轴设置；
[0009]基座外部安装电机，电机的电机转子穿过基座侧壁与第一锥齿轮相连，第一锥齿轮安装在基座内且与第二锥齿轮啮合;第二锥齿轮固定套接在偏心轴一侧的圆柱段上;偏心轴的偏心段上通过轴承套接双联齿轮，基座的内壁上设置内齿圈；双联齿轮采用少齿差行星齿轮，包括并列的大行星齿轮和小行星齿轮，其中大行星齿轮的外侧和基座的内齿圈之间部分啮合，小行星齿轮的外侧和输出齿轮一侧的内壁之间部分啮合，输出齿轮套设在偏心轴上且另一侧端部固定连接输出轴;输出齿轮和基座之间设置轴承。
[0010]进一步地，电机与第一锥齿轮之间采用销连接。
[0011]进一步地，偏心轴与第二锥齿轮之间采用键连接;且偏心轴与第二锥齿轮之间安装有锥端定位螺钉。
[0012]进一步地，双联齿轮与偏心轴之间设置有第一圆柱滚子轴承和第二圆柱滚子轴承，且第一圆柱滚子轴承位于双联齿轮的小行星齿轮内部，第二圆柱滚子轴承位于双联齿轮的大行星齿轮内部。
[0013]进一步地，第二锥齿轮和第二圆柱滚子轴承之间设置有输入端轴承挡圈，输入端轴承挡圈上通过设置第一偏心孔套在偏心轴上;第二锥齿轮上设置有用于套接在输入端轴承挡圈上的第二偏心孔。
[0014]进一步地，输出轴和双联齿轮之间设置有输出端轴承挡圈，输出端轴承挡圈套在偏心轴上;输出端轴承挡圈上设置有用于减小转动惯量的偏心质量块。
[0015]进一步地，输出轴与输出齿轮之间采用孔轴配合，且两者之间安装有紧固螺钉。
[0016]进一步地，第一锥齿轮和第二锥齿轮均为直齿轮小模数锥齿轮。
[0017]进一步地，电机转子与基座侧壁之间设置第一深沟球轴承;输出齿轮与基座之间的轴承采用第二深沟球轴承;偏心轴的一端通过第一角接触球轴承安装在输出轴内，另一端通过第二角接触球轴承安装在基座内。
[0018]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果:
[0019]本实用新型通过将具有高刚度、小体积、大转矩、轻量化、加工方便等优点的少齿差行星齿轮作为双联齿轮，运用在大刚度、高精密和高可靠性的舵机中，形成舵机传动机构中，传动过程稳定，即使外部负载扭矩过大，也不易出现波动震荡，具有可靠的运动性能，提高了传动精度和稳定性;通过将固定双联齿轮的内齿圈直接加工在传动机构的基座上，既可以减少零件个数，简化传动结构，也减轻了整个传动机构的质量。且本实用新型中的基座为一个零件，也减少了因零件之间的安装定位次数增多而带来的累计误差，使得整个飞行器舵机传动机构的结构更简单、合理、高效。
[0020]进一步地，本实用新型偏心轴与第二锥齿轮之间采用键连接，且安装锥端定位螺钉，有限限制第二锥齿轮的大锥齿相对于偏心轴的轴向位移。
[0021]进一步地，本实用新型通过设置输入端轴承挡圈，与偏心轴配合，不仅可以紧固第二圆柱滚子轴承和第二锥齿轮，而且由于设置第一偏心孔和第二偏心孔，可以与第二锥齿轮上的键共同使用传递扭矩。
[0022]进一步地，本实用新型通过在输出端轴承挡圈上设置偏心质量块，达到减小整个驱动机构的转动惯量的目的。
[0023]进一步地，本实用新型通过设置第二深沟球轴承来支撑输出齿轮，来实现在有限的空间范围内承受较大载荷的目的。
【【附图说明】】
[0024]图1是本实用新型的平面结构示意图。
[0025]图2是本实用新型的传动结构简图。
[0026]图3是本实用新型的立体结构示意图。
[0027]图4是本实用新型的立体结构分解示意图。
[0028]其中:1_输出轴;2-第一角接触球轴承;3-输出端轴承挡圈；4-输出齿轮;5-第一圆柱滚子轴承;6-第二圆柱滚子轴承;7-输入端轴承挡圈；8-第二锥齿轮;9-偏心轴；10-第二角接触球轴承；11-第一锥齿轮；12-第一深沟球轴承；13-电机；14-基座；15-双联齿轮；16-第二深沟球轴承。
【【具体实施方式】】
[0029]下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
[0030]如图1至图4所示，本实用新型包括输出轴1，输出端轴承挡圈3，输出齿轮4，输入端轴承挡圈7，第二锥齿轮8，偏心轴9，第一锥齿轮11，电机13，基座14及双联齿轮15等;其中输出轴1、输出齿轮4和基座14组成了腔体，该腔体内设有输出端轴承挡圈3、双联齿轮15、偏心轴9、输入端轴承挡圈7和第一锥齿轮11。
[0031]基座14水平设置，基座14内部为圆柱状空腔，在该空腔内同轴安装有偏心轴9，且偏心轴9通过第一角接触球轴承2和第二角接触球轴承10来支撑并定位，其中第一角接触球轴承2安装在输出轴I内，第二角接触球轴承10安装在基座14内；偏心轴9包括偏心段和偏心段两侧的圆柱段，其圆柱段的中心线与基座14的圆柱状空腔同轴。基座14外部安装电机13，电机13可以采用电动机；电机13的电机转子穿过基座14的下侧壁与第一锥齿轮11相连，电机13与第一锥齿轮11之间采用销连接;电机转子与基座14侧壁之间设置第一深沟球轴承12支撑。第一锥齿轮11安装在基座14内且与第二锥齿轮8啮合;第二锥齿轮8固定套接在偏心轴9右侧的圆柱段上。偏心轴9与第二锥齿轮8之间采用键连接传动转矩，且偏心轴9与第二锥齿轮8之间安装有锥端定位螺钉，来限制大锥齿相对于偏心轴9的轴向位移。
[0032]基座14的内壁上设置内齿圈；偏心轴9的偏心段上套接双联齿轮15，双联齿轮15采用少齿差行星齿轮，其中包括并列的大行星齿轮和小行星齿轮，大行星齿轮位于右侧，小行星齿轮位于左侧;其中大行星齿轮的外侧和基座14的内齿圈之间部分啮合，小行星齿轮的外侧和输出齿轮4右侧的内壁之间部分啮合。由于双联齿轮15既要承受两个齿轮带来的径向力，同时要承受两者产生的弯矩，因此通过第一圆柱滚子轴承5和第二圆柱滚子轴承6来支撑并定位，第一圆柱滚子轴承5位于双联齿轮15的小行星齿轮内部，第二圆柱滚子轴承6位于双联齿轮15的大行星齿轮内部。
[0033]第二锥齿轮8和第二圆柱滚子轴承6之间设置有输入端轴承挡圈7，输入端轴承挡圈7上通过设置第一偏心孔套在偏心轴9上;第二锥齿轮8上设置有用于套接在输入端轴承挡圈7右端上的第二偏心孔。输入轴承挡圈7与偏心轴9配合，不仅可以紧固第二圆柱滚子轴承6和第二锥齿轮8，而且由于设置第一偏心孔和第二偏心孔，可以与第二锥齿轮8上的键共同使用传递扭矩。
[0034]输出齿轮4套设在偏心轴9上且左侧端部固定连接输出轴I，输出轴I位于基座14的圆柱状空腔外部;输出齿轮4既承受双联齿轮15的径向力，同时又要承受外界的弯矩，因此输出齿轮4与输出轴I之间采用孔轴配合，且两者之间通过外加紧固螺钉连接为一体。
[0035]由于基座14之间的径向空间非常有限，可以采用一个内外圈直径相差很小的第二深沟球轴承16来支撑输出齿轮4，来实现在有限的空间范围内承受较大载荷的目的。偏心轴9由第一角接触球轴承2和第二角接触球轴承10来支撑并定位，同时第二锥齿轮8和第一锥齿轮11之间产生的两个方向的轴向力也由其支撑。
[0036]输出轴I和双联齿轮15之间设置有输出端轴承挡圈3，输出端轴承挡圈3套在偏心轴9上，且左端和第一角接触球轴承2相接，右端和偏心轴9的偏心段以及第一圆柱滚子轴承5相接;输出端轴承挡圈3上设置有偏心质量块，达到减小整个驱动机构的转动惯量的目的，即该偏心质量块与偏心轴9上的偏心块呈180°。
[0037]本实用新型主要的工作过程及原理:控制电路板接受来自信号线的控制信号，控制电机13转动，电机13带动第一锥齿轮11将动力通过第二锥齿轮8传动至偏心轴9，偏心轴9带动双联齿轮15做公转和自转，当电机13带动第二锥齿轮8转动时，通过第一锥齿轮11带动偏心轴9转动，此时装于偏心轴9偏心段上的双联齿轮15绕偏心轴9圆柱段中心作公转运动。同时，由于基座14固定不动，且双联齿轮15中的大行星齿轮与基座14的内齿圈部分啮合，在基座14的内齿圈作用下，双联齿轮15绕偏心轴9圆柱段中心作反向低速自转运动，并带动输出齿轮4和输出轴I转动，达到减速的目的。
[0038]舵机的输出轴I和位置反馈电位计是相连的，输出轴I转动的同时，带动位置反馈电位计，位置反馈电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度。
[0039]双联齿轮15为一个小行星齿轮一个大行星齿轮并列的少齿差行星齿轮，通过与偏心轴9的配合，同时实现自转和公转;为了使结构紧凑，减小误差和多边形效应，第二锥齿轮8和第一锥齿轮11均为直齿轮小模数锥齿轮。
[0040]本实用新型为优化飞行器舵机传动机构的整体结构，将少齿差传动齿轮与飞行器舵机传动机构进行一体化设计，即将固定双联齿轮15的内齿圈直接加工在传动机构的基座14上，既可以减少零件个数，简化传动结构，也减轻了整个传动机构的质量;在基座14内部设计轴承座，用于放置支撑第二角接触球轴承10，同时基座14充当保护内部零件壳体的作用，整个基座14为一个零件，也减少了因零件之间的安装定位次数增多而带来的累计误差，使得整个飞行器舵机传动机构的结构更简单、合理、高效。
[0041]为满足输出轴I与电位器的直接连接，将偏心轴9做成中空，用一根反馈轴穿过偏心轴9与输出轴I的位置反馈电位计联接，以检测输出轴I反馈的位置。
[0042]因为电机13运动状态为高速低转矩，通过第二锥齿轮8和第一锥齿轮11的作用后，传动到偏心轴9上的速度降低，扭矩增加，而双联齿轮15、输出齿轮4和基座14上的内齿圈具有少齿差多齿啮合特性，传动过程稳定，不易出现波动震荡，具备很好的传动稳定性和精度。实际运行过程中，由于少齿差传动齿轮的存在，飞行器舵机传动机构具有可靠的运动性會K。
[0043]第一锥齿轮11和第二锥齿轮8啮合，双联齿轮15的大行星齿轮和基座14上的内齿圈啮合，双联齿轮15的小行星齿轮和输出齿轮4啮合，其中，第一锥齿轮11、双联齿轮15和输出齿轮4都是通过偏心轴9相互连接，其频率值比较接近，同时三对齿轮的频率都处于低频带，远低于实际激振源频率，表明传动齿轮不易出现强烈振动现象，增加了传动稳定性。
[0044]跟传统的舵机传动机构相比，本实用新型将具有高刚度、小体积、大转矩、轻量化、加工方便等优点的少齿差行星减速器，运用在大刚度、高精密和高可靠性的舵机中，提供一种具备小体积、大转矩、大刚度、高精密及高可靠性优点的飞行器舵机传动机构，能够满足对飞行器舵机传动机构的高性能需求，具有很高的工程实用价值和理论指导意义。本实用新型还具有以下优点:(I)飞行器频繁转向情况下保证精确传动；(2)快速传动的同时保证机构稳定性；(3)载荷质量比较大情况下保证小体积、轻量化;(4)传动的高可靠性。
【主权项】
1.一种少齿差电动舵机传动机构，其特征在于:包括水平的基座(14)，基座(14)内部为圆柱状空腔，在该空腔内安装有偏心轴(9)，偏心轴(9)包括偏心段和偏心段两侧的圆柱段，且偏心轴(9)的圆柱段和基座(14)的圆柱状空腔同轴设置； 基座(14)外部安装电机(13)，电机(13)的电机转子穿过基座(14)侧壁与第一锥齿轮(11)相连，第一锥齿轮(11)安装在基座(14)内且与第二锥齿轮(8)啮合;第二锥齿轮(8)固定套接在偏心轴(9) 一侧的圆柱段上;偏心轴(9)的偏心段上通过轴承套接双联齿轮(15)，基座(14)的内壁上设置内齿圈；双联齿轮(15)采用少齿差行星齿轮，包括并列的大行星齿轮和小行星齿轮，其中大行星齿轮的外侧和基座(14)的内齿圈之间部分啮合，小行星齿轮的外侧和输出齿轮(4)一侧的内壁之间部分嗤合，输出齿轮(4)套设在偏心轴(9)上且另一侧端部固定连接输出轴(I);输出齿轮(4)和基座(14)之间设置轴承。2.根据权利要求1所述的一种少齿差电动舵机传动机构，其特征在于:电机(13)与第一锥齿轮(11)之间采用销连接。3.根据权利要求1所述的一种少齿差电动舵机传动机构，其特征在于:偏心轴(9)与第二锥齿轮(8)之间采用键连接;且偏心轴(9)与第二锥齿轮(8)之间安装有锥端定位螺钉。4.根据权利要求1所述的一种少齿差电动舵机传动机构，其特征在于:双联齿轮(15)与偏心轴(9)之间设置有第一圆柱滚子轴承(5)和第二圆柱滚子轴承(6)，且第一圆柱滚子轴承(5)位于双联齿轮(15)的小行星齿轮内部，第二圆柱滚子轴承(6)位于双联齿轮(15)的大行星齿轮内部。5.根据权利要求4所述的一种少齿差电动舵机传动机构，其特征在于:第二锥齿轮(8)和第二圆柱滚子轴承(6)之间设置有输入端轴承挡圈(7)，输入端轴承挡圈(7)上通过设置第一偏心孔套在偏心轴(9)上;第二锥齿轮(8)上设置有用于套接在输入端轴承挡圈(7)上的第二偏心孔。6.根据权利要求1所述的一种少齿差电动舵机传动机构，其特征在于:输出轴(I)和双联齿轮(15)之间设置有输出端轴承挡圈(3)，输出端轴承挡圈(3)套在偏心轴(9)上;输出端轴承挡圈(3)上设置有用于减小转动惯量的偏心质量块。7.根据权利要求1所述的一种少齿差电动舵机传动机构，其特征在于:输出轴(I)与输出齿轮(4)之间采用孔轴配合，且两者之间安装有紧固螺钉。8.根据权利要求1所述的一种少齿差电动舵机传动机构，其特征在于:第一锥齿轮(11)和第二锥齿轮(8)均为直齿轮小模数锥齿轮。9.根据权利要求1所述的一种少齿差电动舵机传动机构，其特征在于:电机转子与基座(14)侧壁之间设置第一深沟球轴承(12);输出齿轮(4)与基座(14)之间的轴承采用第二深沟球轴承(16);偏心轴(9)的一端通过第一角接触球轴承(2)安装在输出轴(I)内，另一端通过第二角接触球轴承(10)安装在基座(14)内。
【文档编号】F16H1/32GK205639490SQ201620503667
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】常肖, 杨连花, 吕东源
【申请人】长安大学