CN103231797A - 一种四轴联动式电动舵机 - Google Patents

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葛明
储海荣
贾宏光
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Abstract

一种四轴联动式电动舵机属于精确制导技术领域，目的在于解决现有技术中存在的结构复杂、重量大以及成本高的问题。本发明包括一个电机、磁电式编码器、舱体和舵轴驱动单元；所述舵轴驱动单元整体安装于舱体内，所述舵轴驱动单元包括驱动机构、四个舵轴单元和环轴；电机旋转运动通过联轴器转动驱动机构中的滚珠丝杠，滚珠丝杠旋转带动丝杠螺母沿平行导杆进行直线运动，通过丝杠螺母的直线运动带动环轴转动，进而实现四个舵轴单元联动。本发明的驱动机构通过环轴的转动带动其上均匀安装的四个舵轴单元同步运动，实现了一个电机同步控制四个舵轴运动的目的，从而减少了***的复杂性和重量，降低了***的成本，提高了***的可靠性。

Description

一种四轴联动式电动舵机
技术领域
本发明属于精确制导技术领域，涉及一种电动舵机的结构设计，尤其涉及一种结构紧凑的四轴联动式电动舵机。
背景技术
电动舵机作为精确制导武器的操纵装置，接收机载计算机或自动驾驶仪发出的舵偏角指令，克服舵面的铰链力矩并进行快速角位置跟踪，从而改变制导武器的飞行姿态及飞行轨迹，达到预期的发射效果。
申请号为200620161599.8的中国专利公开了一项名称为“电动舵机***装置”的技术方案，该电动舵机***装置包括四个控制舵面的电动舵机，所述四个电动舵机均固定在一中心支架上，其电动舵机输出轴轴线两两重合，两个方向上的轴向垂直相交；所述的电动舵机中的电机与输出轴之间设有变速箱。该电动舵机***装置每个轴都由独立的电机和变速箱组成，结构复杂，重量大，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提出一种四轴联动式电动舵机，解决现有技术中存在的结构复杂、重量大以及成本高的问题。
为实现上述目的，本发明的四轴联动式电动舵机包括一个电机、磁电式编码器、舱体和舵轴驱动单元；所述舵轴驱动单元整体安装于舱体内，所述舵轴驱动单元包括驱动机构、四个舵轴单元和环轴；
所述驱动机构包括滚珠丝杠、丝杠螺母、丝杠支座、直线轴承、平行导杆，所述四个舵轴单元安装在环轴的四个角的对称位置，所述丝杠螺母通过环轴连杆与环轴相连；所述电机一端与磁电式编码器连接，另一端通过联轴器与滚珠丝杠连接，所述平行导杆安装在所述丝杠支座上，所述平行导杆与所述丝杠螺母之间安装有直线轴承，滚珠丝杠旋转带动丝杠螺母沿平行导杆进行直线运动，通过丝杠螺母的直线运动带动环轴转动，进而实现四个舵轴单元联动。
所述舵轴单元包括关节轴承A、双头螺柱、关节轴承B、曲形连杆、舵轴支座和舵轴，所述关节轴承A通过双头螺柱与所述关节轴承B连接，所述关节轴承B的另一端与所述曲形连杆连接，所述曲形连杆另一端与所述舵轴固连，所述舵轴通过轴承安装在所述舵轴支座里。
所述舵轴单元还包括电位器，所述电位器输出端与所述四个舵轴中任意一个另一端相连。
所述的舵轴驱动单元整体安装于舱体内具体为：所述环轴安装有对称的两个环轴定位支座，所述环轴定位支座与舱体上的环轴定位孔配合连接，所述环轴定位支座与所述环轴定位孔之间安装有轴承，实现环轴相对舱体的自由转动，所述四个舵轴与所述舱体上的四个舵轴定位孔配合，所述丝杠支座与所述丝杠支座孔配合连接。
所述联轴器为十字滑块式结构。
本发明的有益效果为：与现有技术相比，本发明的四轴联动式电动舵机通过电机带动滚珠丝杠转动实现丝杠螺母的上下运动，丝杠螺母通过与之相连的环轴连杆带动环轴转动，通过环轴的转动带动其上均匀安装的四个舵轴单元同步运动，实现了一个电机同步控制四个舵轴运动的目的，从而减少了***的复杂性和重量，降低了***的成本，提高了***的可靠性。
附图说明
图1为本发明的四轴联动式电动舵机的整体结构图；
图2为本发明的四轴联动式电动舵机中的舵轴驱动单元结构示意图；
图3为本发明的四轴联动式电动舵机中的驱动机构结构示意图；
图4为本发明的四轴联动式电动舵机中的舱体结构图；
其中：1、电机，2、磁电式编码器，3、舱体，301、环轴定位孔，302、舵轴定位孔，303、丝杠支座孔，4、舵轴驱动单元，401、丝杠支座，402、联轴器，403、滚珠丝杠，404、丝杠螺母，405、直线轴承，406、平行导杆，407、环轴定位支座，408、环轴，409、双头螺柱，410、关节轴承B，411、关节轴承A，412、舵轴，413、曲形连杆，414、电位器，415、舵轴支座，416、环轴连杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
参见附图1、附图2、附图3和附图4，本发明的四轴联动式电动舵机包括一个电机1、磁电式编码器2、舱体3和舵轴驱动单元4；所述舵轴驱动单元4整***于舱体3内，所述舵轴驱动单元4包括驱动机构、四个舵轴单元和环轴408；
所述驱动机构包括滚珠丝杠403、丝杠螺母404、丝杠支座401、直线轴承405、平行导杆406，所述四个舵轴单元安装在环轴408的四个角的对称位置，所述丝杠螺母404通过环轴连杆416与环轴408相连；所述电机1一端与磁电式编码器2连接，另一端通过联轴器402与滚珠丝杠403连接，所述平行导杆406安装在所述丝杠支座401上，所述平行导杆406与所述丝杠螺母404之间安装有直线轴承405，滚珠丝杠403旋转带动丝杠螺母404沿平行导杆406进行直线运动，通过丝杠螺母404的直线运动带动环轴408转动，进而实现四个舵轴单元联动。
所述舵轴单元包括关节轴承A411、双头螺柱409、关节轴承B410、曲形连杆413、舵轴支座415、舵轴412和电位器414，所述关节轴承A411通过双头螺柱409与所述关节轴承B410连接，所述关节轴承B410的另一端与所述曲形连杆413连接，所述曲形连杆413另一端与所述舵轴412固连。
环轴408安装有对称的两个环轴定位支座407，所述环轴定位支座407与舱体3上的环轴定位孔301配合连接，所述环轴定位支座407与所述环轴定位孔301之间安装有轴承，实现环轴408相对舱体3的自由转动，舵轴412通过轴承安装在舵轴支座415里，舵轴支座415安装到舱体3的舵轴定位孔302里，再用舵轴端盖通过螺钉固定，所述丝杠支座401与所述丝杠支座孔303配合连接。
所述四个舵轴412中任意一个另一端与所述电位器414输出端相连，电位器414用于测定舵轴412转动的角度，受滚珠丝杠403平动的行程、环轴408转动角度、关节轴承A411和关节轴承B410长度及曲形连杆413的长度限制，舵轴412能自由转动的范围为-30°～+30°。
舱体3的外径为180mm，为减轻其整体质量，舱体3结构进行了优化设计，采用铝材或其它低密度合金铸造后精加工制成，电机1采用高速的直流无刷电机，电机1输出轴一端与磁电式编码器2固连，磁电式编码器2可实时测量电机1轴转动的角速度。电机1输出轴另一端通过联轴器402与滚珠丝杠403相连，为避免加工误差对安装精度的影响，联轴器402采用十字滑块式结构。为保证丝杠螺母404的平行运动，在丝杠支座401上安装了平行导杆406，为减少摩擦力，平行导杆406与丝杠螺母404之间安装有直线轴承405。为安装方便，电机1与滚珠丝杠403及平行导杆406都安装在丝杠支座401上，丝杠支座401再整体安装在舱体3的丝杠支座孔303里，通过螺钉紧固。
环轴408采用对称结构布局，靠近环轴定位支座407部分采用圆弧形结构，靠近环轴连杆416部分进行了直线型设计，环轴408及环轴连杆416为主要受力机构，材料采用40Cr，为降低其重量又不影响其刚度，环轴408进行了结构优化设计。整个环轴408通过两个环轴定位支座407安装在舱体3上的环轴定位孔301中，且环轴定位支座407与环轴定位孔301间装有轴承，环轴408可在一定角度内自由转动。
曲形连杆413和舵轴412材料采用40Cr。为减轻质量，舵轴支座415、舵轴端盖及丝杠支座401采用铝材或其它低密度合金铸造后精加工制成。
本发明工作时，电机1旋转运动，此时与电机1相连的磁电式编码器2测量电机1的转速，电机1输出轴通过联轴器402转动滚珠丝杠403的丝杠轴，丝杠轴的旋转带动丝杠螺母404沿平行导杆406进行直线运动，丝杠螺母404的平动通过环轴连杆416带动环轴408转动，与环轴408相连的四组关节轴承A411、关节轴承B410带动四个曲形连杆413，曲形连杆413的运动带动舵轴412进行转动，其中一个舵轴412上的电位器414检测舵轴412的角度，通过相应的控制装置可以实现电动舵机的角度定位。

Claims (6)

1.一种四轴联动式电动舵机，其特征在于，包括一个电机（1）、磁电式编码器（2）、舱体（3）和舵轴驱动单元（4）；所述舵轴驱动单元（4）整体安装于舱体（3）内，所述舵轴驱动单元（4）包括驱动机构、四个舵轴单元和环轴（408）；
所述驱动机构包括滚珠丝杠（403）、丝杠螺母（404）、丝杠支座（401）、直线轴承（405）、平行导杆（406），所述四个舵轴单元安装在环轴（408）的四个角的对称位置，所述丝杠螺母（404）通过环轴连杆（416）与环轴（408）相连；所述电机（1）一端与磁电式编码器（2）连接，另一端通过联轴器（402）与滚珠丝杠（403）连接，所述平行导杆（406）安装在所述丝杠支座（401）上，所述平行导杆（406）与所述丝杠螺母（404）之间安装有直线轴承（405），滚珠丝杠（403）旋转带动丝杠螺母（404）沿平行导杆（406）进行直线运动，通过丝杠螺母（404）的直线运动带动环轴（408）转动，进而实现四个舵轴单元联动。
2.根据权利要求1所述的一种四轴联动式电动舵机，其特征在于，所述舵轴单元包括关节轴承A（411）、双头螺柱（409）、关节轴承B（410）、曲形连杆（413）、舵轴支座（415）和舵轴（412），所述关节轴承A（411）通过双头螺柱（409）与所述关节轴承B（410）连接，所述关节轴承B（410）的另一端与所述曲形连杆（413）连接，所述曲形连杆（413）另一端与所述舵轴（412）固连，所述舵轴（412）通过轴承安装在所述舵轴支座（415）里。
3.根据权利要求2所述的一种四轴联动式电动舵机，其特征在于，所述舵轴单元还包括电位器（414），所述电位器（414）输出端与所述四个舵轴（412）中任意一个另一端相连。
4.根据权利要求1所述的一种四轴联动式电动舵机，其特征在于，所述的舵轴驱动单元（4）整体安装于舱体（3）内具体为：所述环轴（408）安装有对称的两个环轴定位支座（407），所述环轴定位支座（407）与舱体（3）上的环轴定位孔（301）配合连接，所述环轴定位支座（407）与所述环轴定位孔（301）之间安装有轴承，实现环轴（408）相对舱体（3）的自由转动，所述四个舵轴（412）与所述舱体（3）上的四个舵轴定位孔（302）配合，所述丝杠支座（401）与所述丝杠支座孔（303）配合连接。
5.根据权利要求1所述的一种四轴联动式电动舵机，其特征在于，所述联轴器（402）为十字滑块式结构。
6.根据权利要求1所述的一种四轴联动式电动舵机，其特征在于，所述电机（1）为直流无刷电机。
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