用于自动控制系统中的双余度电动油门机构的制作方法

本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种用于自动控制系统中的双余度电动油门机构。

背景技术：

目前，以飞机为例，其电动油门机构中电机是带有绕组的发热元件，相比之下比机械部件的可靠性低，寿命短，同时电动油门机构体积较大，质量重，抗振能力差且精度低，因此，有必要进行改进。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题：提供一种用于自动控制系统中的双余度电动油门机构，采用双余度电机，大大提高了电动油门机构的工作寿命，同时输出轴上串接有六自由度的联轴器，使各零部件之间不致发生撞击应力且输出转角无空程误差，使其更适合在强烈振动场合下工作，体积小、重量轻、耐高温，抗振能力和精度大大提高。

本发明采用的技术方案：用于自动控制系统中的双余度电动油门机构，具有壳体和安装座，所述壳体由上壳体、主壳体和下壳体组成且壳体通过三点式减震器与安装座呈带阻尼柔性连接，所述壳体内设有双余度电机和离合器，且双余度电机的输出轴上均设有齿轮ⅰ和齿轮ⅱ，所述齿轮ⅰ和齿轮ⅱ分别通过过齿轮组ⅰ和过齿轮组ⅱ与离合器上的后齿轮圈和前齿轮圈连接，所述后齿轮圈和前齿轮圈分别紧固在离合器的后齿盘和前齿盘上，所述离合器上的动齿盘与谐波减速器的输出轴连接且动齿盘置于后齿盘和前齿盘之间，前轴封和后轴封分别固定在下壳体和安装座上，且前轴封和后轴封分别与联轴器前节和联轴器后节配合连接，所述联轴器前节和联轴器后节之间设有联轴耦合器且联轴器前节、联轴器后节和联轴耦合器串接在输出轴上。

其中，所述双余度电机包括无刷电机和有刷电机，所述齿轮ⅰ和齿轮ⅱ分别固定在有刷电机和无刷电机的输出轴上。

进一步地，所述前轴封和后轴封为耐高温的聚四氟乙烯制成且前轴封和后轴封内置有径向预紧力的薄片绕制成的弹簧。

进一步地，所述前齿盘上设有永磁体。

进一步地，所述离合器为双位齿盘式高速微型离合器。

本发明与现有技术相比的优点：

1、采用双余度电机，有效避免了单个电机时电机出现故障而使该机构无法正常工作的情况，本结构采用了有刷电机和无刷电机，有利于避开两支电机同时失效的情况；

2、本结构采用双位齿盘式高速微型离合器不仅减小了电动油门机构的体积和重量，而且由于正常工作使用原则为常闭式，即无刷电机的连接处于离合器不通电状态，由永磁体保持吸合工作，避免了离合器中易发生故障的线圈对可靠性的影响。

3、本结构中的谐波减速器不仅体积小，重量轻，且输出角位移精度高，处于振动条件下，对有害能量呈现较强的吸收和耗散作用，因此，抗振能力强，由于工作接触面大而使应力值低且分布均匀，故耐磨损寿命长。

4、机构体积小，重量轻，耐高温，抗振能力强，精度高，更适合于无人机应用。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1的a-a剖视图。

具体实施方式

下面结合附图1、2描述本发明的一种实施例。

用于自动控制系统中的双余度电动油门机构，具有壳体1和安装座6，所述壳体1由上壳体2、主壳体3和下壳体4组成且壳体1通过三点式减震器5与安装座6呈带阻尼柔性连接，三点式减震器5可减少振动时产生的附加角运动，所述壳体1内设有双余度电机、双余度轴角传感器和离合器9，且双余度电机的输出轴上均设有齿轮ⅰ10和齿轮ⅱ11，具体的，所述双余度电机包括无刷电机7和有刷电机8，所述齿轮ⅰ10和齿轮11ⅱ分别固定在有刷电机8和无刷电机7的输出轴上，所述齿轮ⅰ10和齿轮ⅱ11分别通过过齿轮组ⅰ12和过齿轮组ⅱ13与离合器9上的后齿轮圈15和前齿轮圈16连接，所述后齿轮圈15和前齿轮圈16分别紧固在离合器9的后齿盘17和前齿盘18上，所述离合器9上的动齿盘19与谐波减速器20的输出轴连接且动齿盘19置于后齿盘17和前齿盘18之间，谐波减速器20通过螺钉固定安装在主壳体3的定位面上，且离合器定位板安装在主壳体3上，用以固定后齿盘17的轴承套，所述前齿盘18上设有永磁体。前轴封21和后轴封22分别固定在下壳体4和安装座6上，且前轴封21和后轴封22分别与联轴器前节23和联轴器后节24配合连接，所述联轴器前节23和联轴器后节24之间设有联轴耦合器25且联轴器前节23、联轴器后节24和联轴耦合器25串接在输出轴14上。所述前轴封21和后轴封22为耐高温的聚四氟乙烯制成且前轴封21和后轴封22内置有径向预紧力的薄片绕制成的弹簧，可维持密封和提供磨损补偿。所述离合器9为双位齿盘式高速微型离合器。

本结构电动油门机构主要包括无刷电机7、有刷电机8、离合器9、谐波减速器20和双余度轴角传感器，适用于无人机使用，如用于有人驾驶时，则在输出运动件上串接一个低速搭载和电磁离合器兼定值摩擦打滑离合器，作为人工驾驶和自动驾驶的切换，运行中，当无刷电机7被检测出有故障时，由控制系统发出指令，离合器通电，将无刷电机7解除，连接备用电机即有刷电机8进行工作，本结构中油门机构的输出角位移由谐波减速器20输出轴实现，由于无刷电机7和有刷电机8体积小转速较高，而油门机构的输出只是微速转动，之间的减速比主要由谐波减速器20实现。谐波减速器20的输出轴转角精度非常高，误差通常小于6角分且很容易实现3角分，严格要求可实现小于1角分。而齿轮减速器，仅末级齿轮侧隙造成的空程误差，通常为30～40角分。谐波减速器20不仅体积小，对于环境振动，它即不响应结构，也不传递结构，而是实现耗散结构，重量轻，而且由于工作结合面大，运动件质量小，处于高振动条件下，对有害能量呈现较强的吸收和耗散作用，因此，抗振能力强，由于工作接触面大而使应力值低且分布均匀，故耐磨损寿命长；由于轴角传感器属于带有绕组的机电元件，与机械部件相比，可靠性较低。因此采用双余度轴角传感器。电动油门执行机构中，所有的电气绝缘和密封及非金属件都选用了耐高温材料，可以长期工作在220℃和短期300℃，因而适于将本产品装在发动机近旁工作；为适应发动机近旁的剧烈振动环境，本结构的核心部分被支架在具有很高柔度且带摩擦阻尼的内置减震器上，同时，输出轴14与被控油门的连接之间，有六自度连轴器，以便容纳振动状态下的相互错位运动，其中一个自由度为输出角位移。

为适应强烈振动场合下工作，核心部件无刷电机7、有刷电机8离合器9谐波减速器20、双余度轴角传感器全部装在密封的具有一定强度的壳体1内，为了容让振动相对位移，输出轴14串接六自由度的联轴器前节23、联轴耦合器25和联轴器后节24，,其中一个自由度为旋转输出角位移。连轴器前节23与前轴封21配合，之间保持可旋转密封状态，前轴封21装在下壳体4上，连轴器后节24与后轴封22配合，之间保持可旋转密封状态，后轴封22装在安装座6上，当处于强烈振动状态时，振动位移连同输出位移在六自由度容让条件下，使各零部件之间不致发生撞击应力，并且对输出转角无空程误差。无刷电机7和有刷电机8分别安装在主壳体3的不同位置，有刷电机8和无刷电机7的输出轴上的齿轮ⅰ10和齿轮ⅱ11分别通过过齿轮组ⅰ12与过齿轮组ⅱ13将无刷电机7和有刷电机8的转动传输到离合器9的后齿轮圈15和前齿轮圈16上，前齿轮圈16紧固在离合器9的前齿盘18上，后齿轮圈15紧固在后齿盘17上，当离合器9不通电时，离合器9的中间动齿盘19被前齿盘18上的永磁体吸住而与前齿盘18啮合，这样，便将无刷电机7的转动传递到离合器9的动齿盘19上，而动齿盘19与谐波减速器22的输出轴相连接，由此将无刷电机7的转动传输给谐波减速器20的输入轴；当离合器9通电时，所产生的电磁力将中间动齿盘19从前齿盘18上拉下来，继而与后齿盘17啮合，从而将有刷电机8的转动传递到谐波减速器20的输入轴上。谐波减速器20的加速比为100，重量仅有160g，输出力矩额定值为3nm,最大值为5nm，有利与减轻重量。

上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。