专利名称：一种用于水下航行器的舵机的制作方法
技术领域：
本发明为一种舵机，具体应用于水下航行器平台。
背景技术：
水下航行器越来越广泛的应用于各种海洋活动，舵机作为水下航行器姿态调整机构，对航行器的性能起着关键的作用。通过查阅相关的文献，目前应用于水下航行器的舵机较少，传统舵机难以应用于水下航行器上，主要有以下几点不足(1)水下航行器内部供舵机安装的空间小，冲击振动大，传统舵机在满足输出功率条件下尺寸大，且难以满足抗冲击振动的要求(2)不具备可靠的自锁功能，水下航行器舵面在水下经受海浪的冲击，必需可靠地自锁以保证舵面稳定不受干扰。(3)传统舵机传动过程中机械摩擦阻力大，响应时间长，不能够很好地满足水下航行器姿态实时调节的需求。发明专利200910161480. 9为一种应用于直升机航模的滑动式航模舵机，蜗轮蜗杆装置中的蜗杆与驱动电机的转动轴固接并同轴，蜗轮与传动螺杆固接并同轴，套筒与传动螺杆通过螺纹连接，将传动螺杆旋转运动转换为直线运动，套筒与直线式位置传感器固定连接，反馈套筒位置信号。该发明通过蜗轮蜗杆机构进行减速，减速比较小，输出转矩小，机械效率较低，蜗轮蜗杆机构垂直布置，占用空间体积大，结构不够紧凑。套筒在方形开槽内做直线运动，套筒与舵杆不便于连接。实用新型专利200820108942. I为一种电动舵机，包括滚珠丝杠、丝杠螺母、增力环、摆动体和输出轴等，丝杠上套接有方形丝杠螺母，丝杠螺母两侧面与摆动体下端的U形槽配合，带动摆动体旋转，摆动体旋转到一定角度与壳内壁接触，起到行程限定作用。该新型专利实现了输出轴角度输出，不能实现直线输出。实用新型专利201120006972. 3为一种模型飞机的丝杠舵机，支架体上两端开有轴承孔，丝杠通过轴承固定在支架体上。滑块通过螺纹套入丝杠中，滑块上部为方形结构，穿过支架体所开方形槽中。驱动电机与支架体并行紧靠排列，驱动电机与丝杠端部连接一级齿轮组，进行运动的传递与减速。舵机结构紧凑，安装体积小，采用一级齿轮减速，输出力矩大小有限，丝杠通过两端轴承起到支撑，刚性比较差，不能抗冲击振动，齿轮组没有经过壳体包围，没有实现很好的润滑，机械摩擦损耗大。
发明内容
为克服现有技术中存在的舵机尺寸大、难以满足抗冲击振动的要求，或者可靠性较差，或者响应时间较长，不能够很好地满足水下航行器姿态实时调节的需求的不足，本发明提出了一种用于水下航行器的小型舵机。本发明包括接插件、直流电机、减速器、导向套外壳、轴承外壳、外端盖、标尺牌、丝杠螺母机构和位置反馈组件；并且a.丝杠螺母机构包括丝杠、直线轴承、驱动螺母和行程嵌块；其中，直线轴承套装在丝杠上，并使所述直线轴承圆周上的通槽与丝杠上的位置反馈组件安装槽相对应；驱动螺母套装在丝杠的螺纹端；行程嵌块固定在丝杠上的位置反馈组件安装槽内；
b.位置反馈组件包括连接杆、导向轴承、指针、导向杆、传感器安装座、接插件安装板、位置传感器和连接螺母；连接杆下端通过行程嵌块上的安装孔装入位于丝杠上的连接杆插孔内；连接杆的上端装入连接螺母外表面的贯通槽内；导向轴承套装在连接杆邻近行程嵌块一端，并位于导向套外壳圆周表面的导向轴承滑槽内；指针固定在位于连接杆中部的定位螺纹套上；导向杆的一端装入连接螺母的螺纹孔内，位置传感器的轴杆通过联轴器与导向杆的另一端连接；在所述位置传感器上套装有接插件安装板；在接插件安装板与连接螺母之间的位置传感器上套装有传感器安装座；所述位置传感器与传感器安装座之间固连；所述接插件安装板与位置传感器之间间隙配合；c.导向套外壳套装在直线轴承上，并且两者之间紧密配合；导向套外壳的一个端面与轴承外壳固连，另一个端面有外端盖；标尺牌粘贴在导向套外壳的外圆表面；d.轴承外壳套装在驱动螺母上，并且该轴承外壳的端面与导向套外壳的端面配合；在导向套外壳的内孔表面有滚珠槽，通过滚珠使导向套外壳与驱动螺母之间动配合；轴承外壳与导向套外壳连接的一端与驱动螺母之间间隙配合；轴承外壳的另一端套装在轴承上，并且两者之间紧密配合；轴承套装在驱动螺母与螺环的外表面，并通过轴承端盖固紧；轴承端盖套装在轴套上；螺环套装在轴套的内侧；接插件固定在轴承外壳安装有轴承端盖一端端头处的连接法兰上；减速器的输出轴装入轴套的连接孔内，轴套套装在驱动螺母上；减速器的输入轴与直流电机的输出轴之间通过联轴器连接。所述丝杠分为两段，其中一段的圆周表面有位置反馈组件的安装槽，该安装槽的底部表面有贯通丝杠的连接杆的插孔，在所述连接杆的插孔一侧有螺钉孔，用于固定行程嵌块；所述的连接杆的插孔和行程嵌块固定孔的中心线均垂直于丝杠的中心线；丝杠的另一段圆周表面为与驱动螺母配合的螺纹；在丝杠与驱动螺母配合段的端面有轴向凸出的行程限位凸台。在导向套外壳的圆周表面有一个沿导向套外壳的轴向分布的导向轴承滑槽，并且该导向轴承滑槽贯通该导向套外壳壳体；所述导向轴承滑槽的宽度略大于导向轴承的外径；导向套外壳的一端端面均布有外端盖的固定孔；导向套外壳的另一端端面有连接轴承外壳的连接法兰。所述外端盖的内孔为阶梯状，其中小孔径处与丝杠间隙配合，大孔径处大于行程嵌块的外形尺寸；外端盖的内孔中的阶梯端面形成了行程嵌块的限位面。在轴承外壳的中部有一对径向凸出的与航行器的壳体连接的安装台，在该安装台上有传感器安装座的安装孔；所述的安装台在轴承外壳的外圆表面的位置与该轴承外壳内孔中环形挡台的位置相对应。所述位置反馈组件中的连接杆的圆周上有限定该连接杆插入连接杆插孔中的深度的定位台、导向轴承的配合面和指针的安装面；在所述指针的安装面与导向轴承的配合面之间套装有指针的定位螺纹套，指针另一端通过固紧螺帽压紧指针端面固紧；连接杆的另一端为与连接螺母配合的光杆。所述传感器安装座底座的下表面中部有与轴承外壳外圆表面配合的弧形凹槽；靠近底座的上表面的中部两侧分别有夹紧块；在各夹紧块上有位置传感器的安装孔；在各夹紧块的一侧表面有条形开口，将夹紧块的该侧分割为上下两层；该开口槽贯通夹紧块的厚度，并与该夹紧块上的 位置传感器的安装孔连通；所述的贯通孔的中心线与底座上的连接孔中心线相互平行。所述接插件安装板的下表面有与轴承外壳外圆表面配合的凹面；在接插件安装板上有位置传感器的过孔；在所述位置传感器过孔的上方有贯通该接插件安装板的接插件的安装孔。所述减速器采用三级直齿减速器，包括减速器壳体、四个齿轮轴和三级减速齿轮；四个齿轮轴均通过轴承安装在减速器壳体上，并且四个齿轮轴相互平行；减速器的输出端与输入端处于同一侧；减速器的第四个齿轮轴的一端为输出端，该第四个齿轮轴的另一端延伸至减速器壳体外。本发明中，直流电机通过联轴器联接减速器输入轴，减速器输出轴通过轴套与驱动螺母相联接，驱动螺母靠近减速器端通过螺环和驱动螺母台阶轴套在推力球轴承上，起到支撑作用；在驱动螺母与丝杠相配合的大径端部，导向套外壳内孔处开有环形槽，槽内放置滚珠，对螺母起到支撑，同时减小摩擦阻力。推力球轴承固定在推力球轴承外壳内，轴承外壳通过法兰与减速器联接为一体。丝杠螺纹端与驱动螺母配合，丝杠另一端套入起导向作用的直线轴承中，直线轴承固定嵌入导向套壳体内，导向套壳体通过法兰与推力球轴承壳连接，导向套壳体另一端通过法兰与外端盖联接，丝杠穿过外端盖。导向套壳体上开有导向轴承滑槽，丝杠中部开有位置反馈组件的安装槽，行程嵌块嵌入丝杠所开的位置反馈组件的安装槽，穿过直线轴承沿轴线方向所开通槽，通过连接杆、导向杆和连接螺母与位置传感器相连接，导向杆和位置传感器伸出轴杆相连接同步反馈丝杠位置；指针套在连接杆上，并且指针的初始位置须与标尺牌数轴上的0对应；该指针随着丝杠移动,在标尺牌上指示丝杠位置。位置传感器安装在传感器安装座上，传感器安装座与推力球轴承壳体通过螺母联接在一起；接插件座板与轴承外壳通过螺母联接在一起。整个舵机通过轴承壳体上的螺孔和航行器联接为一体，实现了牢固的机械联接。本发明的直流电机、丝杠螺母机构、位置反馈组件、导向套外壳、轴承外壳和接插件都布置在减速器一侧，且丝杠和螺母同轴布置，舵机结构紧凑，减小了舵机的安装尺寸。在丝杠中部嵌入一行程嵌块，当丝杠伸出一定距离时行程嵌块与外端盖阶梯端面贴紧，限定了丝杠的伸出距离；丝杠与驱动螺母配合一端，驱动螺母内盲孔有一定深度，丝杠回退时，丝杠靠近螺母端行程凸台与驱动螺母内孔端面贴紧，限定了丝杠的回退距离。本发明通过丝杠螺母机构的反方向行程自锁，舵机实现了牢靠的机械自锁，维持舵面的稳定。所采用的空心杯直流电机转动惯量小，丝杠螺母机构中驱动螺母通过轴承、滚珠支撑与导向，丝杠通过直线轴承导向，减小了摩擦阻力，提高了舵机的响应速度。本发明采用三级直齿减速器，齿轮组安装在壳体内，内部通过高低温润滑油脂润滑，运行平稳，摩擦阻力小，可以实现较大的减速比和力矩输出。通过将驱动螺母与减速器输出轴相连接，丝杠与螺母通过螺纹面配合，丝杠和螺母在同一轴线上，结构紧凑，减小了安装空间。驱动螺母通过轴承和滚珠支撑，丝杠经过直线轴承导向，减小了摩擦阻力，提高了舵机的响应速度。所选择丝杠的螺纹升角须能够自锁，实现了可靠的机械自锁和较高的传动效率。连接杆上套有导向轴承，导向轴承与导向套外壳体上所开导向轴承滑槽之间间隙配合，使连接杆沿导向轴承滑槽做直线运动，经过连接螺母带动导向杆和位置传感器轴杆同步移动，反馈丝杠位置信息。整个舵机各部分之间实现了牢靠的机械支撑与连接，结构紧凑，刚性强，能够承受较大的冲击振动。丝杠中部嵌入了行程嵌块，当丝杠伸出一定距离时行程嵌块与外端盖阶梯端面贴紧，限定了丝杠的伸出距离；丝杠与驱动螺母配合一端，驱动螺母内盲孔有一定深度，丝杠回退时候，丝杠靠近螺母端行程凸台与驱动螺母内孔端面贴紧，限定了丝杠的回退距离。
图I是用于水下航行器的舵机的总体结构示意图。图2是本发明的总体爆炸示意图。图3是本发明的局部剖视示意图。图4是本发明的丝杠螺母机构示意图。图5是本发明的位置反馈组件示意图。图6是本发明的减速器剖视图。图7是本发明的指针安装于连接杆示意8是本发明的推力球轴承外壳示意图。图9是本发明的推力球轴承外壳剖视图。图10是本发明的驱动螺母局部剖视图。图11是本发明的连接杆示意图，其中图Ila是主视图，图Ilb是俯视图。图12是导向套的结构示意图。图13是导向套外壳剖视图。图14是传感器安装座的结构示意图。图15是传感器安装座局部剖视图。图16是接插件安装板的结构示意图。图17是连接杆示意图，其中，图17a是左视图，图17b是主视图。
图18是连接螺母的结构示意图。图19是螺环的结构示意图，其中，图19a是主视图，图19b是右视20是外端盖的结构示意21是行程嵌块的结构示意图，其中，图21a是主视图，图21b是俯视图。图22是螺环的结构示意图。图23是标尺牌的不意图。其中I.接插件 2.接插件安装板 3.传感器安装座4.位置传感器5.导向杆6.连接螺母7.连接杆8.指针9.导向轴承 10.外端
至
Jhl11.丝杠 12.标尺牌13.导向套外壳 14.轴承外壳 15.直流电机16.减速器 17.轴承端盖18.轴承19.行程嵌块 20.直线轴承21.滚珠 22.驱动螺母23.螺环24.轴套具体实施方式
本实施例是一种用于水下航行器的舵机，包括接插件I、直流电机15、减速器16、导向套外壳13、轴承外壳14、丝杠螺母机构和位置反馈组件。并且丝杠螺母机构包括丝杠11、直线轴承20、驱动螺母22和行程嵌块19。其中，直线轴承20套装在丝杠11上，并使所述直线轴承20圆周上的通槽与丝杠11上的位置反馈组件安装槽相对应。驱动螺母22亦套装在丝杠11的螺纹端。行程嵌块19固定在丝杠11上的位置反馈组件安装槽内。位置反馈组件包括连接杆7、导向轴承9、指针8、导向杆5、传感器安装座3、接插件安装板2、位置传感器4和连接螺母6。连接杆7下端通过行程嵌块19 上的安装孔装入位于丝杠11上的连接杆7插孔内；连接杆7的上端装入连接螺母6外表面的贯通槽内。导向轴承9套装在连接杆7邻近行程嵌块19 一端，并位于导向套外壳13圆周表面的导向轴承滑槽内。指针8套装在位于连接杆7中部的定位螺纹套上，并通过定位螺纹套与固紧螺帽将该指针定位，使该指针的初始位置与标尺牌数轴上的0对应；该指针随着丝杠移动在标尺牌上指示丝杠11位置。导向杆5的一端装入连接螺母6的螺纹孔内，位置传感器4的轴杆通过联轴器与导向杆5的另一端连接。在所述位置传感器4上套装有接插件安装板2 ;在接插件安装板2与连接螺母6之间的位置传感器4上套装有传感器安装座3。所述位置传感器4与传感器安装座3之间通过螺钉固紧；所述接插件安装板2与位置传感器4之间间隙配合。接插件I采用现有技术中的航空接插件。该接插件嵌入接插件安装板2上的安装孔内，并固定在接插件安装板2上。导向套外壳13套装在直线轴承20上，所述导向套外壳13内孔面与直线轴承20外圆面紧密配合，所述导向套外壳13通过螺纹孔与外端盖10固紧。在导向套外壳13的外圆表面一侧粘贴有标尺牌12。轴承外壳14套装在驱动螺母22上，并且该轴承外壳14的端面与导向套外壳13的端面配合。所述轴承外壳14与导向套外壳13之间通过位于轴承外壳14和导向套外壳13上的连接耳片固紧。在导向套外壳13的内孔表面有滚珠槽，通过滚珠使导向套外壳13与驱动螺母22之间动配合。轴承外壳14与导向套外壳13连接的一端与驱动螺母22之间间隙配合。轴承外壳14的另一端套装在轴承18上，并且两者之间紧密配合。轴承18套装在驱动螺母22与螺环23的外表面，并通过轴承端盖17固紧。减速器16的壳体通过螺栓与轴承外壳14的法兰固连。所述减速器16的输出轴装入轴套24的矩形连接孔内，轴套24套装在驱动螺母22上。减速器16的输入轴与直流电机15的输出轴之间通过联轴器连接。本实施例中，丝杠螺母机构中的丝杠11分为两段，其中一段的圆周表面有位置反馈组件的安装槽，该安装槽的底部表面有贯通丝杠11的连接杆7的插孔，在所述连接杆7的插孔一侧有螺钉孔，用于固定行程嵌块19 ;所述的连接杆7的插孔和行程嵌块19固定孔的中心线均垂直于丝杠的中心线。丝杠11的另一段用于安装驱动螺母22，该段的圆周表面为与驱动螺母22配合的螺纹。在丝杠11与驱动螺母22配合段的端面有轴向凸出的行程限位凸台。所述丝杠11采用梯形螺纹，该螺纹的螺纹升角须能够自锁，本实施例中，丝杠11螺纹的螺纹升角为3° 48'。丝杠螺母机构中的直线轴承20为现有技术。所述直线轴承20为套筒状，并且在直线轴承20的外圆表面开有贯通该直线轴承20轴向的通槽。直线轴承20的外径与导向套外壳13的内径相同，并且当直线轴承20装入导向套外壳13后，两者之间紧密配合。丝杠螺母机构中的驱动螺母22为阶梯状圆形杆。所述驱动螺母22 —端端头处的外形与轴套24的内形相同，并且使驱动螺母22与轴套24紧密配合。轴承端盖17套装在轴套24上。螺环23套装在轴套24的内侧。轴承18采用推力球轴承，套装在所述螺环23和驱动螺母22的台阶上。所述驱动螺母22另一端的直径最大。在该驱动螺母22的大直径端的端面有轴向的阶梯内孔，该阶梯内孔为盲孔。所述阶梯内孔的孔底处的孔径与丝杠11行程限位凸台的外径之间间隙配合。所述阶梯内孔的中部为丝杠11的过孔。所述阶梯内孔的孔口一端为与丝杠11配合螺纹孔。螺环23为圆形套筒，其内表面有螺纹，与驱动螺母22的螺纹杆配合。在螺环23一端端面均布有4个轴向延伸的润滑油槽，当轴承18套装在该螺环23上后，通过所述的润滑油槽实现对轴承的润滑。所述的润滑油 槽贯通螺环23的筒壁。轴套24亦为圆形套筒。轴套24的内孔与驱动螺母22的一端和减速器16的输出轴的前端配合。轴套24内孔的形状和尺寸分别与与之配合的驱动螺母22和减速器16的外形相同。轴套24装入轴承端盖17的内孔中，并且两者之间间隙配合。丝杠螺母机构中的行程嵌块19为矩形块状。该行程嵌块19上有两个并排分布的贯通孔。其中一个贯通孔为“T”形的连接杆7安装孔，另一个贯通孔为沉头孔，用于将该行程嵌块19与丝杠11连接。所述的导向套外壳13为中空回转体。导向套外壳13开有矩形槽一段的内径与直线轴承20的外径相同，另一段的内径略大于驱动螺母22大直径段轴的外径。在导向套外壳13的圆周表面有一个沿导向套外壳13的轴向分布的导向轴承滑槽，并且该导向轴承滑槽贯通该导向套外壳壳体。所述导向轴承滑槽的宽度略大于导向轴承9的外径。导向套外壳13的一端端面均布有连接孔，用于外端盖固定外端盖10。导向套外壳13的另一端端面有径向凸出的连接法兰，用于将该导向套外壳13与轴承外壳14固接。导向套外壳13与轴承外壳14通过法兰连接一端的内孔处开有一环形槽，槽内放置滚珠21，用于对驱动螺母22外轴大直径端的支撑。外端盖10为环形件。外端盖10的内孔为阶梯状。外端盖10小孔的孔径略大于丝杠11的外径，使丝杠11装入外端盖10的小孔内后，两者之间间隙配合。外端盖10大孔的孔径大于行程嵌块19的外形尺寸，以满足该行程嵌块19的沿丝杠11移动时的空间需求。外端盖10的内孔中的阶梯端面形成了行程嵌块19的限位面。外端盖10中部的外圆周表面有径向凸出的连接法兰，在所述连接法兰上均布有连接孔，通过该连接孔将外端盖10固定在导向套外壳13的端面。所述轴承外壳14为阶梯状中空回转体。轴承外壳14大直径段的内孔为阶梯孔，用于安装轴承18和轴承端盖17，轴承外壳14小直径段的内孔用于安装驱动螺母22 ;轴承外壳14小直径端内孔孔径略大于驱动螺母22外轴大直径段直径，二者之间形成间隙配合。该大直径孔段与小直径孔段结合处有径向凸出的环形挡台，用于对轴承18的定位。该环形挡台处的内径略大于驱动螺母22上第三级台阶的外径相同，二者之间形成间隙配合。轴承18位于轴承外壳14大直径段内孔的内部。轴承外壳14与轴承18配合的内孔表面有凹槽，使处于该表面的轴承18的两端外表面与轴承外壳14的内表面接触，轴承18中部的外表面与轴承外壳14的内表面之间通过所述凹槽形成了装配间隙。轴承端盖17位于轴承外壳14大直径段内孔的孔口部，并与轴承外壳14的内孔通过螺纹连接，所述轴承端盖17端面与轴承18相接触端面之间紧密配合。所述轴承外壳14的外圆表面为阶梯状。在轴承外壳14安装有驱动螺母22阶梯轴大径一端端端头处的外圆表面有径向凸出的连接法兰，通过该连接法兰将轴承外壳14与导向套外壳13固接。在所述轴承外壳14的中部有一对径向凸出的安装台，该安装台对称分布在轴承外壳14的外圆表面；在所述的安装台有安装孔。通过该安装孔，将本实施例与航行器的壳体固定连接。在所述安装台上还有传感器安装座3的安装孔。所述的安装台在轴承外壳14的外圆表面的位置与该轴承外壳14内孔中径向凸出的环形挡台的位置相对应。轴承外壳14安装有轴承端盖17 —端端头处的外圆表面对称分布有2对径向凸出的耳片状连接法兰，用于将减速器16与该轴承外壳14固定连接。在所述2对耳片状连接法兰中，与接插件I相邻的两个耳片状连接法兰上还有接插件安装板2的固定孔。
所述位置反馈组件中的连接杆7为阶梯轴。连接杆7 —端为与丝杠11配合的连接端，该连接端的外径与丝杠11上的连接杆插孔的内径相同，并使连接杆7与丝杠11的连接杆插孔之间紧密配合；在所述连接杆上有径向凸出的圆角方形定位台，该定位台的一侧表面与丝杠11的凹槽外表面贴合，用于限定该连接杆7插入连接杆插孔中的深度。在所述定位台的另一侧依次为导向轴承9的配合面和指针8的安装面；所述的指针8的安装面为螺纹面，并且在所述指针8的安装面与导向轴承9的配合面之间套装有指针8的定位螺纹套，指针8另一端通过固紧螺帽压紧指针端面固紧。连接杆7的另一端为与连接螺母6配合的光杆。指针8由针盘、针、固紧螺帽和定位螺纹套组成。所述针盘套装在连接杆上的指针安装面上，并通过定位螺纹套定位。在连接杆上的指针安装面上套装上固紧螺帽，通过该固紧螺帽将指针8固定在连接杆上。指针8的针的垂直于位于导向套外壳13的外圆表面的标尺牌12。导向杆5为杆件。导向杆5的一端由外螺纹,与连接螺母旋接。导向杆5的另一端与位置传感器4的轴杆通过联轴器连接。传感器安装座3为块状，由底座和2个夹紧块组成。底座的下表面中部有弧形凹槽，该弧形凹槽的曲率与轴承外壳14外圆表面的曲率相同；在所述弧形凹槽的两侧分别有连接孔，用于将传感器安装座3与轴承外壳14的壳体固接。靠近底座的上表面的中部两侧有方形快，用于固定连接2个夹紧块。所述2个夹紧块分别位于底座的两侧。所述夹紧块为矩形块，在该夹紧块上有贯通的位置传感器4的安装孔，该位置传感器4的安装孔的孔径与位置传感器4的外径相同。在夹紧块的一侧表面有条形开口，将夹紧块的该侧分割为上下两层；该开口槽贯通夹紧块的厚度，并与该夹紧块上的位置传感器4的安装孔连通。在夹紧块上，垂直于条形开口的方向开有贯通孔。所述的贯通孔贯通夹紧块的上下两层，贯通孔一侧为通孔，另外一侧为螺纹孔；所述的贯通孔的中心线与底座上的连接孔中心线相互平行。接插件安装板2为板件。该接插件安装板2的下表面为圆弧形凹面；该圆弧形凹面的曲率与轴承外壳14外圆表面的曲率相同。在接插件安装板2上有位置传感器4的过孔。在所述位置传感器4过孔的上方有贯通该接插件安装板2的接插件I的安装孔。连接螺母6为中空回转体。连接螺母6的外形为阶梯状，在该连接螺母6大直径端的圆周表面有径向贯通该连接螺母6大直径端的条形孔；该条形孔的孔径略大于连接杆7的外径，使连接螺母6与连接杆7间隙配合。该连接螺母6小直径端的内孔为螺纹孔，用于与导向杆5连接；该螺纹孔与连接螺母6大直径端的条形孔贯通。
导向轴承9和位置传感器4均采用现有技术，所述导向轴承9为深沟球轴承，所述位置传感器为电阻式精密传感器。减速器16采用三级直齿减速器，包括减速器壳体、四个齿轮轴、三级减速齿轮。四个齿轮轴均通过轴承安装在减速器壳体上，并且四个齿轮轴相互平行。第一级减速齿轮的主动轮所在的第一个齿轮轴一端通过联轴器与直流电机15的输出轴连接；第一级减速齿轮的从动轮位于第二个齿轮轴上。第二级减速齿轮的主动轮位于第二个齿轮轴上，与位于第三个齿轮轴上的第二级减速齿 轮的从动轮相啮合。第三级减速齿轮的主动轮位于第三个齿轮轴上，与位于第四个齿轮轴上的第三级减速齿轮的从动轮相哨合。第四个齿轮轴为该减速器的输出轴；第四个齿轮轴的输出端与减速器16的输入端处于同一侧；所述输出端通过轴套24与驱动螺母22连接，该输出轴的另一端为外六方形，并延伸至减速器壳体外，当丝杠螺母运动至卡死时，通过该输出轴的延伸端调节。在所述减速器16壳体上有与轴承外壳14的耳片状连接法兰连接的螺纹孔。标尺牌12用于显示丝杠轴向移动距离。所述标尺牌12上有刻度，该刻度采用数轴表示，该数轴的中间为0，并以所述的0为界，向两侧分别等距标有I 10的刻度值，以表示丝杠轴向移动距离。轴承8、滚珠21、直流电机15和接插件I均为现有技术。所述轴承8为推力球轴承，直流电机15为空心杯直流电机，接插件I为航空接插件。航行器运动过程中，通过接插件I输入一定电压驱动与减速器16输入轴相连接的直流电机15转动，经过减速器16的减速和增加输出力矩，带动与减速器16输出轴相连接的驱动螺母22在推力球轴承18和安装在导向套外壳13内孔环形槽中的滚珠21中旋转，丝杠11在与驱动螺母22相配合的螺旋副作用下，沿轴向方向移动。丝杠11中部开有位置反馈组件安装槽，行程嵌块19嵌入其中，当丝杠11伸出一定距离时行程嵌块19与外端盖10阶梯端面贴紧，限定了丝杠11的伸出距离；丝杠11与驱动螺母22配合一端，驱动螺母22内盲孔端有一定深度，丝杠11回退时，丝杠11端部的行程限位凸台与驱动螺母22内孔端面贴紧，限定了丝杠11的回退距离。连接杆7嵌入丝杠11连接杆7安装孔中，连接杆7中部套入导向轴承9，导向套外壳13所开导向轴承滑槽宽度略大于导向轴承9外径，丝杠11移动时，带动连接杆7沿导向套外壳13导向轴承滑槽内约束直线方向移动。连接杆7通过连接螺母6与导向杆5相连接，导向杆5与直线电阻式位置传感器4轴杆相连接，位置传感器4固定在传感器安装座3上，连接杆7的移动带动位置传感器4的轴杆移动，反馈得到丝杠的位置信号，通过接插件I输出；同时通过指针8在标尺牌12上指示丝杠11所处位置。
权利要求
1.一种用于水下航行器的舵机，其特征在于，包括接插件、直流电机、减速器、导向套外壳、轴承外壳、外端盖、标尺牌、丝杠螺母机构和位置反馈组件；并且 a.丝杠螺母机构包括丝杠、直线轴承、驱动螺母和行程嵌块；其中，直线轴承套装在丝杠上，并使所述直线轴承圆周上的通槽与丝杠上的位置反馈组件安装槽相对应；驱动螺母套装在丝杠的螺纹端；行程嵌块固定在丝杠上的位置反馈组件安装槽内； b.位置反馈组件包括连接杆、导向轴承、指针、导向杆、传感器安装座、接插件安装板、位置传感器和连接螺母；连接杆下端通过行程嵌块上的安装孔装入位于丝杠上的连接杆插孔内；连接杆的上端装入连接螺母外表面的贯通槽内；导向轴承套装在连接杆邻近行程嵌块一端，并位于导向套外壳圆周表面的导向轴承滑槽内；指针固定在位于连接杆中部的定位螺纹套上；导向杆的一端装入连接螺母的螺纹孔内，位置传感器的轴杆通过联轴器与导向杆的另一端连接；在所述位置传感器上套装有接插件安装板；在接插件安装板与连接螺母之间的位置传感器上套装有传感器安装座；所述位置传感器与传感器安装座之间固连；所述接插件安装板与位置传感器之间间隙配合； c.导向套外壳套装在直线轴承上，并且两者之间紧密配合；导向套外壳的一个端面与轴承外壳固连，另一个端面有外端盖；标尺牌粘贴在导向套外壳的外圆表面； d.轴承外壳套装在驱动螺母上，并且该轴承外壳的端面与导向套外壳的端面配合；在导向套外壳的内孔表面有滚珠槽，通过滚珠使导向套外壳与驱动螺母之间动配合；轴承外壳与导向套外壳连接的一端与驱动螺母之间间隙配合；轴承外壳的另一端套装在轴承上，并且两者之间紧密配合；轴承套装在驱动螺母与螺环的外表面，并通过轴承端盖固紧；轴承端盖套装在轴套上；螺环套装在轴套的内侧；接插件固定在轴承外壳安装有轴承端盖一端端头处的连接法兰上；减速器的输出轴装入轴套的连接孔内，轴套套装在驱动螺母上；减速器的输入轴与直流电机的输出轴之间通过联轴器连接。
2.如权利要求I所述一种用于水下航行器的舵机，其特征在于，丝杠分为两段，其中一段的圆周表面有位置反馈组件的安装槽，该安装槽的底部表面有贯通丝杠的连接杆的插孔，在所述连接杆的插孔一侧有螺钉孔，用于固定行程嵌块；所述的连接杆的插孔和行程嵌块固定孔的中心线均垂直于丝杠的中心线；丝杠的另一段圆周表面为与驱动螺母配合的螺纹；在丝杠与驱动螺母配合段的端面有轴向凸出的行程限位凸台。
3.如权利要求I所述一种用于水下航行器的舵机，其特征在于，在导向套外壳的圆周表面有一个沿导向套外壳的轴向分布的导向轴承滑槽，并且该导向轴承滑槽贯通该导向套外壳壳体；所述导向轴承滑槽的宽度略大于导向轴承的外径；导向套外壳的一端端面均布有外端盖的固定孔；导向套外壳的另一端端面有连接轴承外壳的连接法兰。
4.如权利要求I所述一种用于水下航行器的舵机，其特征在于，外端盖的内孔为阶梯状，其中小孔径处与丝杠间隙配合，大孔径处大于行程嵌块的外形尺寸；外端盖的内孔中的阶梯端面形成了行程嵌块的限位面。
5.如权利要求I所述一种用于水下航行器的舵机，其特征在于，在轴承外壳的中部有一对径向凸出的与航行器的壳体连接的安装台，在该安装台上有传感器安装座的安装孔；所述的安装台在轴承外壳的外圆表面的位置与该轴承外壳内孔中环形挡台的位置相对应。
6.如权利要求I所述一种用于水下航行器的舵机，其特征在于，所述位置反馈组件中的连接杆的圆周上有限定该连接杆插入连接杆插孔中的深度的定位台、导向轴承的配合面和指针的安装面；在所述指针的安装面与导向轴承的配合面之间套装有指针的定位螺纹套，指针另一端通过固紧螺帽压紧指针端面固紧；连接杆的另一端为与连接螺母配合的光杆。
7.如权利要求I所述ー种用于水下航行器的舵机，其特征在于，传感器安装座底座的下表面中部有与轴承外壳外圆表面配合的弧形凹槽；靠近底座的上表面的中部两侧分别有夹紧块；在各夹紧块上有位置传感器的安装孔；在各夹紧块的ー侧表面有条形开ロ，将夹紧块的该侧分割为上下两层；该开ロ槽贯通夹紧块的厚度，并与该夹紧块上的位置传感器的安装孔连通；所述的贯通孔的中心线与底座上的连接孔中心线相互平行。
8.如权利要求I所述ー种用于水下航行器的舵机，其特征在于，接插件安装板的下表面有与轴承外壳外圆表面配合的凹面；在接插件安装板上有位置传感器的过孔；在所述位置传感器过孔的上方有贯通该接插件安装板的接插件的安装孔。
9.如权利要求I所述ー种用于水下航行器的舵机，其特征在于，減速器采用三级直齿減速器，包括減速器壳体、四个齿轮轴和三级减速齿轮；四个齿轮轴均通过轴承安装在減速 器壳体上，并且四个齿轮轴相互平行；减速器的输出端与输入端处于同一侧；减速器的第四个齿轮轴的一端为输出端，该第四个齿轮轴的另一端延伸至減速器壳体外。
全文摘要
一种用于水下航行器的舵机，减速器、丝杠螺母、电阻式位置传感器和接插件位于减速器一侧，且丝杠和螺母同轴布置，舵机结构紧凑，减小了舵机的安装尺寸。在丝杠中部嵌入行程嵌块，当丝杠伸出一定距离时行程嵌块与外端盖内壁贴紧，限定了丝杠的伸出距离；丝杠与驱动螺母配合一端，驱动螺母内盲孔有一定深度，丝杠回退时，丝杠靠近螺母端行程凸台与驱动螺母内孔端面贴紧，限定了丝杠的回退距离。本发明通过丝杠螺母机构的反方向行程自锁，舵机实现了牢靠的机械自锁，维持舵面的稳定。所采用的空心杯直流电机转动惯量小，丝杠螺母机构通过深沟球轴承、滚珠和直线轴承支撑与导向，减小了摩擦阻力，提高了舵机的响应速度。
文档编号B63H25/26GK102632988SQ20121009742
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月5日 优先权日2012年4月5日
发明者宋保维, 张福斌, 曹永辉, 李执山, 潘光, 许晖 申请人:西北工业大学