一种用于直线式机电作动器的零位锁定装置的制作方法

本发明属于机电伺服作动器技术领域，具体涉及一种用于直线式机电作动器的零位锁定装置。

背景技术：

机电作动器是固体运载火箭发动机姿态控制的执行机构，安装在发动机喷管活动端和固定端，机电伺服作动器主要有伺服电机和滚珠丝杠传动机构组成，将伺服电机的旋转运动转化为传动机构的直线伸缩运动以摆动球窝喷管，需要工作时，机电作动器通电后电机转动驱动滚珠丝杠摆动喷管；不需要工作时，喷管和作动器均需要维持在零位不动。

在固体运载火箭水平贮存和运输过程中，由于发动机球窝喷管自身弹性力矩较小，球窝喷管难以通过自身弹性力矩将其维持在零位不发生偏转，喷管扩张段在自身重力矩或者运输冲击力矩的作用下下垂，可能会对箭体内其他部件造成碰撞损坏，因此需要通过机电伺服作动器实现对运载火箭发动机喷管的零位锁定。但是机电作动器本身在断电状态下无法产生锁定力矩，因此需要设计一型零位锁定装置与机电作动器集成为一体，实现在断电(即没有能源输入)的情况下，将机电作动器中伺服电机的转子轴锁定，进而将与电机轴平键连接的滚珠丝杠锁定，然后将喷管锁定在零位不发生偏转。

机电作动器根据结构布局形式一般分为平行式和直线式。平行式机电作动器为伺服电机与滚珠丝杠传动机构平行安装，二者通过高承载齿轮减速器连接，特点为占用零位空间较小，但重量因增加减速器加重，在平行式机电作动器加锁方案已有先例，该方案将电磁锁直接安装在伺服电机尾端，但因在振动环境下伺服电机转子轴发生窜动导致电磁锁失效的故障频频出现；直线式机电作动器为伺服电机与滚珠丝杠传动机构同轴，通过平键连接直接传递力矩，特点为结构简单、重量轻，但占用一定的零位安装空间，在直线式机电作动器上集成零位锁定装置未有先例，加锁方案若仍然采用直接在电机尾端加锁的方案，电磁锁不仅受到电机转子轴的影响，还会受到传动机构的轴向力的影响，产品可靠性会显著降低。

同时，随着固体运载火箭对运载能力的不断提升，对箭上产品重量的要求极其苛刻，机电伺服作动器通过采用直线式方案可大幅降低伺服系统重量，在相同飞行距离情况下则可以提高有效载荷质量。因此需要设计一型高可靠、轻质化的零位锁定装置集成在直线式机电作动器上，在机电作动器不通电状态下即可锁定伺服电机转子轴，进而实现发动机喷管的零位锁定。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题：本发明提供一种用于直线式机电作动器的零位锁定装置，基于小惯量、高可靠、轻质化，利用小惯量齿轮减速器，将电磁锁不通电状态下定子与转子的摩擦力矩转化为伺服电机转子轴的锁定力矩，锁定机电作动器滚珠丝杠，从而实现喷管的零位锁定。

本发明采用的技术方案：

一种用于直线式机电作动器的零位锁定装置，包括小惯量齿轮减速器、电磁锁组件、鱼形法兰结构、电机转子轴尾端方轴；电磁锁组件和鱼形法兰结构固定安装在小惯量齿轮减速器上，电机转子轴尾端方轴穿过鱼形法兰结构插入小惯量齿轮减速器内。

所述小惯量齿轮减速器包括减速器后壳体、齿轮输出轴、过渡齿轮一、过渡齿轮二、输入齿轮、减速器前壳体，其中输入齿轮内方孔与电机转子轴尾端方轴间隙配合，电机转子轴尾端方轴，齿轮输出轴、过渡齿轮一、过渡齿轮二、输入齿轮安装在减速器内，减速器前壳体和减速器后壳体固定连接。

所述电磁锁组件包括电磁锁安装法兰、电磁锁定子、电磁锁转子、保护罩，其中电磁锁转子与齿轮输出轴过盈配合；电磁锁转子将锁定力矩通过4个齿轮(6、7、8、9)传递给电机转子轴；电磁锁定子固定安装在电磁锁安装法兰上，电磁锁组件固定在齿轮减速器前壳体上；保护罩固定安装在电磁锁安装法兰上。

为保证连接可靠性，首先将电磁锁转子用热装的方式安装在齿轮输出轴上，然后用3组侧向紧定螺钉将电磁锁转子径向固连在齿轮输出轴上，防止转子在工作时沿轴向转动。

所述保护罩可以防止外来多余物进入电磁锁组件和减速器内影响产品性能。

电磁锁定子与电磁锁转子之间的气隙要求严格，若气隙过大，则无法吸合，若气隙过小，在工作中电磁锁定子与电磁锁转子会产生摩擦，在高速工作中会损坏产品，因此将电机尾端方轴与输入齿轮方孔配合设计为间隙配合，可以消除电机转子轴尾端方轴轴向攒动对电磁锁气隙的影响，当电机转子轴尾端方轴在工作中发生轴向位移和波动时，由于间隙的存在不会将该位移传递给电磁锁转子进而影响产品可靠性。

零位锁定装置安装在直线式机电作动器的上支耳和伺服电机之间，直线式机电作动器通过上支耳和下支耳安装在固体运载火箭发动机喷管上。

所述鱼形法兰结构既可以实现零位锁定装置与伺服电机壳体的连接，也可以为电机位置传感器提供安装空间。

本发明的有益效果：

(1)本发明在直线式机电作动器上设计了一型新型零位锁定装置，不仅可以实现固体运载火箭发动机球窝喷管的零位锁定，而且对实现机电作动器整机轻质化、高可靠具有重要意义；

(2)输入齿轮内方孔与电机转子轴尾端方轴的间隙配合不仅实现锁定力矩的传递，还消除了因电机转子轴振动引起的轴向攒动对电磁锁定子与转子之间气隙的影响，气隙的稳定既能保证机电作动器开锁后定子与转子相互彻底分离，机电作动器能够正常运转，又能避免气隙过大定子与转子不能吸合导致落锁失效的故障出现，源头上提高了零位锁定装置的工作可靠性；

(3)由4个小齿轮组成的小惯量、轻质化齿轮减速器，在同样中心距的情况下，降低整个机电作动器的转动惯量和重量，对于提高机电作动器的动态特性和轻质化提供了有效途径；

(4)电磁锁与伺服电机的平行式连接，电磁锁不受伺服电机转子轴尺寸、攒动量的影响，因此，电磁锁定子与转子之间的气隙调节非常方便；调节气隙后，气隙可通过常用的塞尺测量是否合格，可测性好；气隙调节合格后，整个零位锁定装置通过舒服齿轮方孔套装在伺服电机转子轴尾端方轴上，然后拧上螺钉即可，装配极为简洁，具有良好的工艺性；

(5)零位锁定装置通过“鱼形”法兰结构与伺服电机连接，不仅避免了螺钉穿过减速器时与齿轮干涉，同时提高了机电作动器的连接刚度，“鱼形”法兰结构内孔为伺服电机位置传感器的安装提供了空间。

附图说明

图1为本发明提供的一种用于直线式机电作动器的零位锁定装置结构组成示意图；

图2为零位锁定装置剖面图；

图3为直线式机电作动器结构示意图；

图4为“鱼形”法兰结构及连接方式示意图。

图中：1-小惯量齿轮减速器、2-电磁锁组件、3-“鱼形”法兰结构、4-电机转子轴、5-减速器后壳体、6-齿轮输出轴、7-过渡齿轮一、8-过渡齿轮二、9-输入齿轮、10-上支耳、11-减速器前壳体、12-电磁锁安装法兰、13-电磁锁定子、14-电磁锁转子、15-保护罩、16-伺服电机壳体、17-电机位置传感器、18-伺服电机、19-直线式机电作动器、20-下支耳、21、22、25、28、31、32-m8x20内六角螺钉、23、24、29、30、33、34-m8x48内六角螺钉、26、27-m8x72内六角螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种用于直线式机电作动器的零位锁定装置作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种用于直线式机电作动器的零位锁定装置，包括小惯量齿轮减速器1、电磁锁组件2、“鱼形”法兰结构3、电机转子轴尾端方轴4；电磁锁组件2和“鱼形”法兰结构3固定安装在小惯量齿轮减速器1上，电机转子轴尾端方轴4穿过“鱼形”法兰结构3插入小惯量齿轮减速器1内。

如图2所示，小惯量齿轮减速器1包括减速器后壳体5、齿轮输出轴6、过渡齿轮一7、过渡齿轮二8、输入齿轮9、减速器前壳体11，其中输入齿轮9内方孔与电机转子轴尾端方轴4间隙配合，电机转子轴尾端方轴4用于传递力矩，齿轮输出轴6、过渡齿轮一7、过渡齿轮二8、输入齿轮9安装在减速器内，用于传递力矩，减速器前壳体11和减速器后壳体5通过螺钉连接在一起，用于支撑和固定齿轮输出轴6、过渡齿轮一7、过渡齿轮二8、输入齿轮9。

电磁锁组件2包括电磁锁安装法兰12、电磁锁定子13、电磁锁转子14、保护罩15，其中电磁锁转子13与齿轮输出轴6过盈配合，为保证连接可靠性，首先将电磁锁转子14用热装的方式安装在齿轮输出轴6上，然后用3组侧向紧定螺钉将电磁锁转子14径向固连在齿轮输出轴6上，防止转子在工作时沿轴向转动；

电磁锁转子14将锁定力矩通过4个齿轮6、7、8、9传递给电机转子轴4；电磁锁定子13通过螺钉安装在电磁锁安装法兰12上，电磁锁组件2通过螺钉固定在齿轮减速器前壳体11上；保护罩15通过螺钉固定安装在电磁锁安装法兰12上，保护罩15可以防止外来多余物进入电磁锁组件和减速器内影响产品性能。

由于电磁锁定子13与电磁锁转子14之间的气隙要求非常严格，若气隙过大，则无法吸合，若气隙过小，在工作中电磁锁定子13与电磁锁转子14会产生摩擦，在高速工作中会损坏产品，因此将电机尾端方轴4与输入齿轮9方孔配合设计为间隙配合，可以消除电机转子轴尾端方轴4轴向攒动对电磁锁气隙的影响，当电机转子轴尾端方轴4在工作中发生轴向位移和波动时，由于间隙的存在不会将该位移传递给电磁锁转子14进而影响产品可靠性。

和图3所示，零位锁定装置通过螺钉安装在直线式机电作动器19的上支耳10和伺服电机18之间，直线式机电作动器19通过上支耳10和下支耳20安装在固体运载火箭发动机喷管上。

如图4所示，“鱼形”法兰结构3通过6组m8x20内六角螺钉21、22、25、28、31、32与伺服电机壳体16上对应的m8螺纹孔连接；6组m8x48内六角螺钉23、24、29、30、33、34先后穿过上支耳10、零位锁定装置与“鱼形”法兰结构3“鱼身”上对应的m8螺纹孔连接；2组m8x72内六角螺钉26、27先后穿过上支耳10、零位锁定装置、“鱼形”法兰结构3“鱼尾”上的φ8.5通孔与伺服电机壳体16上对应的m8螺纹孔连接；通过“鱼形”法兰结构3的新型结构设计，避免了连接螺钉穿过减速器时与4组小齿轮干涉，同时，上述连接方式有效地提高了机电作动器整机连接刚度和强度。

“鱼形”法兰结构3既可以实现零位锁定装置与伺服电机壳体16的连接，也可以为电机位置传感器17提供安装空间。