CN113839515A - 一种具有防逆转机构的双余度滚柱丝杠副作动器 - Google Patents

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谢军海
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Abstract

本发明提供一种具有防逆转机构的双余度滚柱丝杠副作动器，包括：无刷电机(1)、差动轮系(2)、防逆转机构(3)、定轴轮系(4)、滚柱丝杠副(5)、输出轴(6)；无刷电机(1)与所述差动轮系(2)连接，所述防逆转机构(3)的输入轴与所述差动轮系(2)的输出轴连接，随所述差动轮系(2)的输出轴转动；防逆转机构(3)的输出轴通过所述定轴轮系(4)与所述滚柱丝杠副(5)连接，所述滚柱丝杠副(5)与所述作动器的输出轴(6)连接，所述防逆转机构(3)的输出轴用于带动所述输出轴(6)伸缩运动。解决现有滚珠丝杠不能自锁和梯形丝杠传动效率低的问题。

Description

一种具有防逆转机构的双余度滚柱丝杠副作动器
技术领域
本发明属于机械结构设计技术领域，具体涉及一种具有防逆转机构的双余度滚柱丝杠副作动器。
背景技术
电驱动已成为现阶段不论是军用飞机还是民用无人机等领域发展的必然趋势，相比常规液压驱动、气驱动，其电源容易获得、造价成本低、可靠性高、使用维护方便、可达性好，具有显著优势。
现有直线类电驱动器广泛使用梯形丝杠或者滚珠丝杠作为传动副，梯形丝杠具有自锁优势，但属于滑动摩擦传动，效率低，滚珠丝杠虽属于滚动摩擦传动，效率高，但其不具备自锁条件，因而应用场景受限。
发明内容
本发明提供一种具有防逆转机构的双余度滚柱丝杠副作动器，解决现有滚珠丝杠不能自锁和梯形丝杠传动效率低的问题。
本发明提供一种具有防逆转机构的双余度滚柱丝杠副作动器，包括：第一无刷电机1、差动轮系2、防逆转机构3、定轴轮系4、滚柱丝杠副5、输出轴6；
所述第一无刷电机1与所述差动轮系2连接，所述防逆转机构3的输入轴与所述差动轮系2的输出轴连接，随所述差动轮系2的输出轴转动；
所述防逆转机构3的输出轴通过所述定轴轮系4与所述滚柱丝杠副5连接，所述滚柱丝杠副5与所述作动器的输出轴6连接，所述防逆转机构3的输出轴通过所述的定轴轮系4带动所述输出轴6伸缩运动。
可选的，所述定轴轮系4包括：啮合连接的定轴小齿轮201和双联齿轮401；
所述防逆转机构3的输出轴与所述定轴小齿轮201啮合连接，所述双联齿轮401与所述滚柱丝杠副5的输入齿轮啮合连接。
可选的，作动器还包括：直线式电位器7；和滑块8；
所述输出轴6上固定设置有滑块8，所述滑块8上设置有U型槽，所述直线式电位器7的电位器滑块702卡设在所述U型槽内，随所述输出轴6运动。
可选的，作动器还包括：光电开关组件9和壳体10；
所述壳体10上设置有两个光电开关组件9，并分别位于所述输出轴6的两个极限位置处。
可选的，作动器还包括：两个限位块11；
所述壳体10上设置有两个限位块11，并分别位于所述输出轴6上的滑块10的两个极限位置处。
可选的，所述差动轮系2包括：定轴小齿轮201、大齿轮202a、大齿轮202b、行星小齿轮203、行星架204、轴承205、弹性挡圈206、差动轮系输出轴207、轴承209；
通过大齿轮202的旋转带动6个两两相互啮合的行星小齿轮203转动，从而带动行星架204旋转输出转矩，行星架204与差动轮系输出轴207之间采用花键相连接，差动轮系输出轴207上安装有防逆转机构3，轴承205安装于大齿轮202b两端部，弹性挡圈206安装于差动轮系输出轴207上，用于轴承205的轴向定位，轴承209安装于差动轮系输出轴207的端部凸台处；大齿轮202a、大齿轮202b均安装于差动轮系输出轴207上，并与行星小齿轮203相啮合；作动器工作时，同时输入转速到大齿轮202a和大齿轮202b上，差动轮系2所产生的转速是分别输入转速到大齿轮202a或大齿轮202b上的2倍。
可选的，所述防逆转机构3包括：输出限制轴301、衬套302、矩形弹簧303和输入限制轴304；
通过输出限制轴301、输入限制轴304将矩形弹簧303卡于其中，通过定位销将输出限制轴301与定轴小齿轮403固连、输入限制轴304与差动轮系输出轴207固连，衬套302通过4个螺钉305固定于壳体10的4个螺纹孔1001中；当差动轮系输出轴207旋转时，输出限制轴301带动矩形弹簧303向内张紧，矩形弹簧303带动输入限制轴304输出转矩到定轴小齿轮403；当定轴小齿轮403承受转矩时，输出限制轴301反转使得矩形弹簧303向外松弛，又与衬套302内壁相摩擦，进而矩形弹簧303产生的弹力足以克服定轴小齿轮403上的转矩，使得转矩不再向输入限制轴304传递，从而实现防逆功能。
可选的，作动器还包括：第二无刷电机19；
第二无刷电机19的输出轴齿轮101与所述差动轮系2的大齿轮202b相啮合，所述第一无刷电机1的输出轴齿轮102与所述差动轮系2的大齿轮202a相啮合。
本发明提供一种具有防逆转机构的双余度滚柱丝杠副作动器，由直线式电位计、光电开关组件和机械限位块组成的输出轴极限位置多重限制方法，且在壳体上设计有高强度导轨，保证滑块平稳运行，提高位置信息采集精度。
附图说明
图1是本发明的具有防逆转机构的双余度滚柱丝杠副作动器的结构示意图一；
图2是本发明的具有防逆转机构的双余度滚柱丝杠副作动器的结构示意图二；
图3是本发明的差动轮系的结构示意图；
图4是本发明的防逆转机构的结构示意图；
图5是本发明的定轴轮系的结构示意图；
图6是本发明的输出轴的结构示意图；
图7是本发明的接头组件的结构示意图；
图8是本发明的壳体的结构示意图；
附图标记说明：
1—第一无刷电机； 2—差动轮系； 3—防逆转机构；
4—定轴轮系； 5—滚柱丝杠副； 6—输出轴；
7—直线式电位器； 8—滑块； 9—光电开关组件；
10—壳体； 11—限位块； 12—接头组件；
13—端盖； 14—导线； 15—电连接器；
16—导轨； 17—衬套； 18—螺钉；
19—第二无刷电机； 101—输出轴齿轮； 102—输出轴齿轮；
1601—通孔； 202a—大齿轮； 202b—大齿轮；
203—行星小齿轮； 204—行星架； 205—轴承；
206—弹性挡圈； 207—差动轮系输出轴； 208—轴承；
209—轴承； 301—输出限制轴； 302—衬套；
303—矩形弹簧； 304—输入限制轴； 305—螺钉；
401—双联齿轮； 403—定轴小齿轮； 404—轴承；
601—输出轴限位凸台； 602—凸台； 701—通孔；
702—滑块； 801—通孔； 802—挡片；
901—通孔； 1001—螺纹孔； 1101—通孔；
1201—关节轴承； 1202—锁紧垫圈； 1203—圆螺母。
具体实施方式
下面对本发明提供的具有防逆转机构的双余度滚柱丝杠副作动器做进一步详细说明。
参见图1-8，本发明提供一种应用防逆机构的双余度滚柱丝杠作动器，包括第一无刷电机1、差动轮系2、防逆转机构3、定轴轮系4、滚柱丝杠副5、输出轴6、直线式电位器7、滑块8、光电开关组9、壳体10、限位块11、接头组件12、端盖13、导线14、电连接器15、导轨16、衬套17、螺钉18、第二无刷电机19。
所述的第一无刷电机1、第二无刷电机19，布置于差动轮系2两侧，分别通过4个螺钉18拧紧在壳体10上。通过外接控制器同时驱动两台无刷电机工作，实现双余度功能，当第一无刷电机1发生故障时，可单独驱动第二无刷电机19实现输出轴6的伸出与收回，反之亦然。
所述的差动轮系2，主要由大齿轮202a、大齿轮202b、行星小齿轮203、行星架204、轴承205、弹性挡圈206、输出轴207、轴承209组成。通过大齿轮202的旋转带动行星轮6个两两相互啮合的行星小齿轮203转动，从而带动行星架204旋转输出转矩，行星架204与差动轮系输出轴207之间采用花键相连接，差动轮系输出轴207上安装有防逆转机构3，轴承205安装于大齿轮202b两端部，弹性挡圈206安装于输出轴207上，用于轴承205的轴向定位，轴承209安装于输出轴207的端部凸台处。作动器工作时，同时输入转速到大齿轮202a和大齿轮202b上，差动轮系2所产生的转速是分别输入转速到大齿轮202a或大齿轮202b上的2倍。
所述的防逆转机构3，通过前后两个输出限制轴301、输入限制轴304将矩形弹簧303卡于其中，通过定位销将输出限制轴301与定轴小齿轮201固连、输入限制轴304与差动轮系输出轴207固连，衬套302通过4个螺钉305固定于壳体10的4个螺纹孔1601中。当输出轴旋转时，输出限制轴301带动矩形弹簧303向内张紧，矩形弹簧303带动输入限制轴304输出转矩到定轴小齿轮201；当定轴小齿轮201承受转矩时，输出限制轴301反转使得矩形弹簧303向外松弛，又与衬套302内壁相摩擦，进而矩形弹簧303产生的弹力足以克服定轴小齿轮201上的转矩，使得转矩不再向输入限制轴304传递，从而实现防逆功能。差动轮系的输出端所产生的转矩较小，而逆止器本身具有体积小、重量轻、逆止转矩较小等特点，因而本发明将逆止器安装于差动轮系的输出端，并通过与定轴小齿轮201进行一体化设计，这样节省了逆止机构安装空间，逆止易实现且效果好。
所述的定轴轮系4，由定轴小齿轮403带动双联齿轮401转动，双联齿轮401带动带有齿轮的滚柱丝杠副5转动，实现减速增扭，轴承404安装于定轴小齿轮403的端部凸台处。
所述的滚柱丝杠副5是将定轴轮系4旋转运动转换成丝杠的直线运动。滚柱丝杠副5相比传统滚珠丝杠副，其承载能力大为提高，且可靠性高、寿命长、振动小、噪声低等诸多优势。
所述的输出轴6一边端部与接头组件12进行螺纹连接，另一边通过输出轴内腔凸台601与滚珠丝杠副5随动。
所述的直线式电位器7通过12个通孔701安装于壳体10上，电位计滑块702安装于滑块8的U型槽内，用于发送作动信号和电气行程位置信号。
所述的光电开关组件8通过4个通孔801安装于壳体10上，用于发送滚柱丝杠副5的机械行程位置信号。
所述的限位块11通过4个通孔1101安装于壳体10上。
所述的滑块8通过2个通孔801安装于输出轴6的上凸台602上，其上设置有挡光片802，用于遮挡输出轴6在伸收极限位置时的光电开关组件8。作动器正常工作时，输出轴6带动滑块8做直线运动，滑块8又带动电位计滑块702运动，通过电位计滑块702输出轴6的作动信息，达到要求的电气行程时，直线式电位计7发出到位信号给控制器，控制器控制无刷电机停止转动，当直线式电位计7发生故障，控制器未采集到位置信号时，此时通过光电开关组件8判断到位信号，使无刷电机停止转动，当直线式电位计7和光电开关组件8同时发生故障未发出到位信号时，通过滑块8机械碰撞限位块11使输出轴6停止运动，此时由控制器上报故障信息，断开电气回路，无刷电机停止工作。
所述的衬套11安装于端盖13上，用于提高安装接口的耐磨性。
所述的接头组件12其上包压关节轴承1201，其根部外螺纹拧入输出轴6的腔体内螺纹，并通过锁紧垫圈1202锁紧输出轴6和接头组件12，锁紧后上紧圆螺母1202，保证接头组件12不会从输出轴6上脱出。
所述的导线14将第一无刷电机1、第二无刷电机19、直线式电位器7、光电开关组件8连接在一起形成电气回路。
所述的电连接器15用于作动器供电以及电气信息传输。
所述的导轨16通过12个通孔1601安装于壳体10上，使用高强度钢9Cr18制成，表面做钝化处理，在提高耐磨性的同时，具有很好的导向作用，保证了滑块8的平稳运行，提高了位置采集精度。

Claims (8)

1.一种具有防逆转机构的双余度滚柱丝杠副作动器，其特征在于，包括：第一无刷电机(1)、差动轮系(2)、防逆转机构(3)、定轴轮系(4)、滚柱丝杠副(5)、输出轴(6)；
所述第一无刷电机(1)与所述差动轮系(2)连接，所述防逆转机构(3)的输入轴与所述差动轮系(2)的输出轴连接，随所述差动轮系(2)的输出轴转动；
所述防逆转机构(3)的输出轴通过所述定轴轮系(4)与所述滚柱丝杠副(5)连接，所述滚柱丝杠副(5)与所述作动器的输出轴(6)连接，所述防逆转机构(3)的输出轴通过所述的定轴轮系(4)带动所述输出轴(6)伸缩运动。
2.根据权利要求1所述的作动器，其特征在于，所述定轴轮系(4)包括：啮合连接的定轴小齿轮(201)和双联齿轮(401)；
所述防逆转机构(3)的输出轴与所述定轴小齿轮(201)啮合连接，所述双联齿轮(401)与所述滚柱丝杠副(5)的输入齿轮啮合连接。
3.根据权利要求1所述的作动器，其特征在于，还包括：直线式电位器(7)；和滑块(8)；
所述输出轴(6)上固定设置有滑块(8)，所述滑块(8)上设置有U型槽，所述直线式电位器(7)的电位器滑块(702)卡设在所述U型槽内，随所述输出轴(6)运动。
4.根据权利要求1所述的作动器，其特征在于，还包括：光电开关组件(9)和壳体(10)；
所述壳体(10)上设置有两个光电开关组件(9)，并分别位于所述输出轴(6)的两个极限位置处。
5.根据权利要求4所述的作动器，其特征在于，还包括：两个限位块(11)；
所述壳体(10)上设置有两个限位块(11)，并分别位于所述输出轴(6)上的滑块(10)的两个极限位置处。
6.根据权利要求4所述的作动器，其特征在于，所述差动轮系(2)包括：定轴小齿轮(201)、大齿轮(202a)、大齿轮(202b)、行星小齿轮(203)、行星架(204)、轴承(205)、弹性挡圈(206)、差动轮系输出轴(207)、轴承(209)；
通过大齿轮(202)的旋转带动6个两两相互啮合的行星小齿轮(203)转动，从而带动行星架(204)旋转输出转矩，行星架(204)与差动轮系输出轴(207)之间采用花键相连接，差动轮系输出轴(207)上安装有防逆转机构(3)，轴承(205)安装于大齿轮(202b)两端部，弹性挡圈(206)安装于差动轮系输出轴(207)上，用于轴承(205)的轴向定位，轴承(209)安装于差动轮系输出轴(207)的端部凸台处；大齿轮(202a)、大齿轮(202b)均安装于差动轮系输出轴(207)上，并与行星小齿轮(203)相啮合；作动器工作时，同时输入转速到大齿轮(202a)和大齿轮(202b)上，差动轮系(2)所产生的转速是分别输入转速到大齿轮(202a)或大齿轮(202b)上的2倍。
7.根据权利要求6所述的作动器，其特征在于，所述防逆转机构(3)包括：输出限制轴(301)、衬套(302)、矩形弹簧(303)和输入限制轴(304)；
通过输出限制轴(301)、输入限制轴(304)将矩形弹簧(303)卡于其中，通过定位销将输出限制轴(301)与定轴小齿轮(403)固连、输入限制轴(304)与差动轮系输出轴(207)固连，衬套(302)通过4个螺钉(305)固定于壳体(10)的4个螺纹孔(1001)中；当差动轮系输出轴(207)旋转时，输出限制轴(301)带动矩形弹簧(303)向内张紧，矩形弹簧(303)带动输入限制轴(304)输出转矩到定轴小齿轮(403)；当定轴小齿轮(403)承受转矩时，输出限制轴(301)反转使得矩形弹簧(303)向外松弛，又与衬套(302)内壁相摩擦，进而矩形弹簧(303)产生的弹力足以克服定轴小齿轮(403)上的转矩，使得转矩不再向输入限制轴(304)传递，从而实现防逆功能。
8.根据权利要求1所述的作动器，其特征在于，还包括：第二无刷电机(19)；
第二无刷电机(19)的输出轴齿轮(101)与所述差动轮系(2)的大齿轮(202b)相啮合，所述第一无刷电机(1)的输出轴齿轮(102)与所述差动轮系(2)的大齿轮(202a)相啮合。
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