CN113381556B - 一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置,包括:中间腔体、螺纹滚子、内腔体、行星轮、定子套筒、螺旋传动组件、输出丝杠等。电机定子、永磁体分别安装在定子套筒外侧和太阳轮内侧,电机定子与永磁体构成集成式永磁同步电机;行星轮与太阳轮外侧加工的外齿圈、内腔体内侧加工的内齿圈组成行星齿轮减速器;中间腔体、内腔体的多段环形滚道与螺纹滚子零导程螺纹啮合,构成高承载集成式轴承;大螺母、输出丝杠、螺旋传动组件组成行星滚柱丝杠副,输出丝杠将大螺母的旋转运动转换为直线运动推动负载运动;多种传感器集成在装置内部;此发明解决了现有直线作动装置体积、重量大的问题,提高了全电作动装置的集成度、功重比及载荷能力。
Description
技术领域
本发明为一种全电直线作动装置,特别是针对一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置,属于航空航天航海机械、电子及控制技术、机电伺服技术领域。
背景技术
近年来,功率电传作动***已成为航空、航天、航海、核能及工业等领域的研究热点,其通过电能转化及传递的方式,完成二次能源***到执行机构之间的功率传输,并驱动末端负载运动,比传统液压传动具有绿色能源、安全性高、效率高、便于维护等优点。
功率电传作动***分为全电作动***和电静液作动***,其中电静液作动***保留部分液压传动组件在作动***内部,虽可用于大承载条件,但其体积和重量较大,且存在液压作动***的普遍问题;全电作动***完全舍弃液压***,直接将电能转化为机械能,通过电机、机械传动组件推动负载进行直线运动,这种全电作动***属于绿色能源,具有效率高、便于维护等优点。
随着科技的发展和高性能装备的研制,对全电作动***综合性能提出了更高的要求。现有直线作动装置的结构形式存在集成度不高、功率密度低、承载能力低、体积大等缺点。因此,设计一款高功重比、集成化、大承载的直线作动装置具有重要意义。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提供了一种功重比高、承载能力强及安装空间小的集成化全电直线作动装置,用于舵面伺服控制及直线伺服驱动等。
一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置,包括:中间腔体、螺纹滚子、内腔体、内齿圈、永磁体、电机定子、大螺母、输出丝杠、螺旋传动组件、行星轮、后壳体、行星架、传感器、定子套筒、太阳轮、驱动器散热片、集成式驱动器等。中间腔体、行星架、定子套筒、集成式驱动器安装在后壳体上;非接触式温度传感器安装在行星架上,用于检测作动装置内部温度,驱动器散热片安装在太阳轮的外侧,用于为集成式驱动器和电机散热;电机定子固定安装在定子套筒的外侧,永磁体固定安装在太阳轮的内侧,电机定子与永磁体构成集成式永磁同步电机,电机两侧由超薄支撑轴承作为支撑,超薄支撑轴承安装在太阳轮和定子套筒之间;行星轮安装在行星架上,行星轮与太阳轮外侧加工的外齿圈、内腔体内侧加工的内齿圈组成行星齿轮减速器;角度传感器外圈与角度传感器内圈分别安装在内腔体及定子套筒上,用于检测作动装置的输出角度;扭矩传感器外圈与扭矩传感器内圈分别安装在定子套筒及大螺母上,用于检测作动装置的输出扭矩;中间腔体内侧与内腔体外侧分别加工有多段环形滚道,导程均为零,螺纹滚子外侧加工有多段双面弧形零导程螺纹,螺纹滚子的螺纹分别与中间腔体、内腔体的滚道啮合,构成高承载集成式轴承;大螺母的中间孔内加工有螺纹,并固定安装在内腔体上;输出丝杠与螺旋传动组件轴向位置固定,相互啮合部分加工有螺纹,除啮合部分外的输出丝杠为光轴;大螺母、输出丝杠、螺旋传动组件共同组成行星滚柱丝杠副,作为传动组件,将大螺母的旋转运动转换为输出丝杠的直线运动;前壳体与中间腔体固连,导向铜套安装在前壳体上,导向铜套与安装在后壳体上的小型轴承共同为大螺母、输出丝杠、螺旋传动组件组成的行星滚柱丝杠副提供径向支撑。
本发明与现有结构相比有以下优点:
(1)本发明将电机定子固定安装在定子套筒外侧,永磁体固定安装在太阳轮内侧,电机定子与永磁体构成集成式永磁同步电机,节省了电机的轴向安装空间,减小***体积;
(2)本发明的行星轮与太阳轮外侧加工的外齿圈、内腔体内侧加工的内齿圈组成行星齿轮减速器,由电机带动减速器驱动大螺母运动,进一步减小***体积、提高功重比;
(3)本发明的中间腔体、内腔体的多段环形滚道与螺纹滚子零导程螺纹啮合,构成高承载集成式轴承,这种高承载集成式轴承的承载能力是同体积条件下传统轴承的十几倍,且能承受轴向、径向联合负载,这种结构不仅提高了作动装置的承载能力,还减小了***轴向空间的占用;
(4)本发明采用了行星滚柱丝杠副作为运动转化及传动部件,行星滚柱丝杠副在传动过程中螺母内滚柱与丝杠螺纹线接触,因此在尺寸相同的情况下,行星滚柱丝杠的承载能力远大于滚珠丝杠的承载力,提高了该装置的功重比,增大了装置的承载能力,并减小了运动过程中丝杠卡死的几率;
(5)本发明将扭矩传感器、温度传感器、角度传感器集成在作动装置内部,可以实时对***性能参数进行检测,有利于***的健康管理及线上故障诊断;
(6)本发明将散热片安装在太阳轮的外侧,用于为集成式驱动器及电机散热。
附图说明
图1为一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置的轴侧剖切图;
图2为一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置的剖切图;
图3为一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置的剖视图;
图4为一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置的行星轮与太阳轮、内齿圈啮合图;
图5为一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置的高承载集成式轴承轴侧图;
图中:1为中间腔体;2为螺纹滚子;3为内腔体;4为内齿圈;5为永磁体;6为电机定子;7为大螺母;8为输出丝杠;9为螺旋传动组件;10为行星轮;11为后壳体;12为行星架;13为非接触式温度传感器;14为前壳体;15为角度传感器外圈;16为角度传感器内圈;17为扭矩传感器外圈;18为扭矩传感器内圈;19为定子套筒;20为导向铜套;21为超薄支撑轴承;22为太阳轮;23为驱动器散热片;24为集成式驱动器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步详细的描述:
本发明的目的在于克服现有结构上的不足,提供了一种功重比高、承载能力强及安装空间小的集成化全电直线作动装置,用于舵面伺服控制及直线伺服驱动等。
参阅图1~图5,一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置,包括:中间腔体1;螺纹滚子2;内腔体3;内齿圈4;永磁体5;电机定子6;大螺母7;输出丝杠8;螺旋传动组件9;行星轮10;后壳体11;行星架12;非接触式温度传感器13;前壳体14;角度传感器外圈15;角度传感器内圈16;扭矩传感器外圈17;扭矩传感器内圈18;定子套筒19;导向铜套20;超薄支撑轴承21;太阳轮22;驱动器散热片23;集成式驱动器24。
中间腔体1、行星架12、定子套筒19、集成式驱动器24安装在后壳体11上;非接触式温度传感器13安装在行星架12上,用于检测作动装置内部温度,驱动器散热片23安装在太阳轮22的外侧,用于为集成式驱动器24和电机散热;电机定子6固定安装在定子套筒19的外侧,永磁体5固定安装在太阳轮22的内侧,电机定子6与永磁体5构成集成式永磁同步电机,电机两侧由超薄支撑轴承21作为支撑,超薄支撑轴承21安装在太阳轮22和定子套筒19之间;行星轮10安装在行星架12上,行星轮10与太阳轮22外侧加工的外齿圈、内腔体3内侧加工的内齿圈4组成行星齿轮减速器;角度传感器外圈15与角度传感器内圈16分别安装在内腔体3及定子套筒19上,用于检测作动装置的输出角度;扭矩传感器外圈17与扭矩传感器内圈18分别安装在定子套筒19及大螺母7上,用于检测作动装置的输出扭矩;中间腔体1内侧与内腔体3外侧分别加工有多段环形滚道,导程均为零,螺纹滚子2外侧加工有多段双面弧形零导程螺纹,螺纹滚子2的螺纹分别与中间腔体1、内腔体3的滚道啮合,构成高承载集成式轴承;大螺母7的中间孔内加工有螺纹,并固定安装在内腔体3上;输出丝杠8与螺旋传动组件9轴向位置固定,相互啮合部分加工有螺纹,除啮合部分外的输出丝杠8为光轴;大螺母7、输出丝杠8、螺旋传动组件9共同组成行星滚柱丝杠副,作为传动组件,将大螺母7的旋转运动转换为输出丝杠8的直线运动;前壳体14与中间腔体1固连,导向铜套20安装在前壳体14上,导向铜套20与安装在后壳体11上的小型轴承共同为大螺母7、输出丝杠8、螺旋传动组件9组成的行星滚柱丝杠副提供径向支撑。
所述的一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置,工作过程中,电机定子6与永磁体5构成的集成式永磁同步电机,带动太阳轮22转动,进而通过行星轮10、内齿圈4驱动内腔体3和大螺母7旋转,由螺旋传动组件9和输出丝杠8将大螺母7的旋转运动转化为直线运动,进一步驱动输出丝杠8末端的负载进行直线运动。
综上所述,以上仅为本发明较佳的实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所作出的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种高功重比集成化大承载的全电直线作动装置,由中间腔体(1);螺纹滚子(2);内腔体(3);内齿圈(4);永磁体(5);电机定子(6);大螺母(7);输出丝杠(8);螺旋传动组件(9);行星轮(10);后壳体(11);行星架(12);非接触式温度传感器(13);前壳体(14);角度传感器外圈(15);角度传感器内圈(16);扭矩传感器外圈(17);扭矩传感器内圈(18);定子套筒(19);导向铜套(20);超薄支撑轴承(21);太阳轮(22);驱动器散热片(23);集成式驱动器(24)组成;
其特征在于:中间腔体(1)、行星架(12)、定子套筒(19)、集成式驱动器(24)安装在后壳体(11)上;非接触式温度传感器(13)安装在行星架(12)上,用于检测作动装置内部温度,驱动器散热片(23)安装在太阳轮(22)的外侧,用于为集成式驱动器(24)和电机散热;
电机定子(6)固定安装在定子套筒(19)的外侧,永磁体(5)固定安装在太阳轮(22)的内侧,电机定子(6)与永磁体(5)构成集成式永磁同步电机,集成式永磁同步电机两侧由超薄支撑轴承(21)作为支撑,超薄支撑轴承(21)安装在太阳轮(22)和定子套筒(19)之间;
行星轮(10)安装在行星架(12)上,行星轮(10)与太阳轮(22)外侧加工的外齿圈、内腔体(3)内侧加工的内齿圈(4)组成行星齿轮减速器;
角度传感器外圈(15)与角度传感器内圈(16)分别安装在内腔体(3)及定子套筒(19)上,用于检测作动装置的输出角度,扭矩传感器外圈(17)与扭矩传感器内圈(18)分别安装在定子套筒(19)及大螺母(7)上,用于检测作动装置的输出扭矩;
中间腔体(1)内侧与内腔体(3)外侧分别加工有多段环形滚道,导程均为零,螺纹滚子(2)外侧加工有多段双面弧形零导程螺纹,螺纹滚子(2)的螺纹分别与中间腔体(1)、内腔体(3)的滚道啮合,构成高承载集成式轴承;
大螺母(7)的中间孔内加工有螺纹,并固定安装在内腔体(3)上,输出丝杠(8)与螺旋传动组件(9)轴向位置固定,相互啮合部分加工有螺纹,除啮合部分外的输出丝杠(8)为光轴,大螺母(7)、输出丝杠(8)、螺旋传动组件(9)共同组成行星滚柱丝杠副,作为传动组件,将大螺母(7)的旋转运动转换为输出丝杠(8)的直线运动;
前壳体(14)与中间腔体(1)固连,导向铜套(20)安装在前壳体(14)上,导向铜套(20)与安装在后壳体(11)上的小型轴承共同为大螺母(7)、输出丝杠(8)、螺旋传动组件(9)组成的行星滚柱丝杠副提供径向支撑;
工作过程中,电机定子(6)与永磁体(5)构成的集成式永磁同步电机,带动太阳轮(22)转动,进而通过行星轮(10)、内齿圈(4)驱动内腔体(3)和大螺母(7)旋转,由螺旋传动组件(9)和输出丝杠(8)将大螺母(7)的旋转运动转化为直线运动,进一步驱动输出丝杠(8)末端的负载进行直线运动。
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