一种集成式机电伺服机构制造技术

技术编号:20674757 阅读:68 留言:0更新日期:2019-03-27 17:02
本发明专利技术涉及一种集成式机电伺服机构,由EHA作动器和EMA作动器两种不同原理的机电伺服机构与离合器共同组成冗余系统,通过离合器来实现两种伺服机构间的反复切换。其中EHA作动器、EMA作动器和离合器均采用模块化设计,各自功能独立;EHA作动器为对称缸结构,芯部中空;EMA作动器嵌入EHA作动器,实现两种伺服机构的系统并联;EMA作动器采用整体式自润滑自清洁结构设计,通过闭式液压循环系统实现了对EMA丝杠和轴承等重要部件的润滑和清洁,保证了伺服机构长时间工作的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种集成式机电伺服机构
本专利技术涉及一种机电伺服机构,特别是涉及一种大功率集成式异构冗余机电伺服机构,属于大功率高可靠性伺服

技术介绍
随着新材料、电机技术、控制学和先进制造技术等的发展,新型的功率电传(PowerByWire,PBW)伺服机构将可能完全取代传统的电液伺服机构,PBW伺服机构主要分为机电静压作动器(Electro-HydrostaticActuators,EHA)和机电作动器(Electro-MechanicalActuators,EMA)两种。EHA通过伺服电机控制恒量双向泵的转速和方向,由液压作动器推动负载实现位移输出。既有机电伺服可靠性高、节能和维护方便的特点,又因为采用了液压传动而具有出力大、传动可靠性高的优势。EMA通过控制电信号来控制驱动电机,并通过行星滚珠丝杠等机械传动装置来驱动负载,显著提高了伺服机构的效率、可维护性、可靠性及保障能力。传统大功率电液伺服机构采用液压能源+控制阀+执行机构的系统配置形式,其占地空间大,运行效率低,隔振降噪困难且控制阀抗污染能力差,即便能源、控制阀和执行机构实现了冗余设计,但由于采用相同的伺服机构原理,其失效模式相同,单一失效模式便会造成系统整体失效,系统层级可靠性不高。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是:克服传统大功率电液伺服技术的不足,提供一种大功率集成式高可靠性机电伺服机构,具有占地空间小,运行效率高,低振动和噪音且抗污染能力强,长时间工作下高可靠性的特点。本专利技术的技术解决方案是:一种集成式机电伺服机构,包括:EMA作动器、EHA作动器以及离合器;EMA作动器嵌入EHA作动器的内部,离合器安装在EHA作动器的前端部,用于EMA作动器和EHA作动器的切换,EMA作动器、EHA作动器以及离合器均同轴安装。EHA作动器包括壳体前端盖、壳体后端盖、壳体、大活塞、支撑套、小活塞、第一内筒、第一防转键、第二防转键、第二内筒、EHA模拟位移传感器、EHA数字位移传感器;壳体后端盖、壳体、大活塞、支撑套、小活塞共同形成了无杆腔a、有杆腔b和补偿腔c,其中壳体后端盖、壳体和大活塞形成无杆腔a;壳体前端盖、壳体和大活塞形成有杆腔b;支撑套和小活塞形成有杆腔c;第一内筒通过第二防转键给小活塞导向,小活塞通过第一防转键给大活塞导向;小活塞与大活塞固连;壳体外部设置有EHA数字位移传感器,用于EHA位置闭环;EHA作动器前端通过法兰与离合器同轴安装,后端通过法兰与EMA作动器实现同轴安装,第二内筒中空,其芯部用于嵌入EMA作动器,第二内筒内还设置有EHA模拟位移传感器,用于EHA位置闭环。EHA作动器为对称缸结构。无杆腔a有效作用面积=有杆腔b有效作用面积+补偿腔c有效作用面积。小活塞与大活塞固连,同步运动且不发生相对转动,保证离合器销轴与EMA作动器上对应的销孔不发生轴向位置错动。EHA模拟位移传感器和EHA数字位移传感器互为冗余。EMA作动器包括波纹管油箱、控制阀块、旋转变压器、EMA数字位移传感器、平键、主轴、背母、丝杠螺母、丝杆、前端导向套、锁紧锥销孔、力矩电机转子轴、EMA电机水套、锁紧螺母、主轴轴承、轴承座和丝杆转接座;力矩电机转子轴通过平键驱动主轴转动,丝杠螺母与主轴通过螺纹连接,并用背母进行锁紧传递扭矩,从而驱动丝杆直线运动;主轴轴承用于支撑主轴,并通过锁紧螺母提供预紧力;前端导向套设置有密封结构,与轴承座形成密闭腔,其中充满液压油;波纹管油箱提供系统背压和动态油液贮存空间;控制阀块上装有单向阀、加注活门、低压安全阀、油滤组件、排气阀和压力表,与波纹管油箱构成闭式液压循环系统;EMA电机水套通过冷却淡水对液压油进行散热;旋转变压器安装在电机转子轴上,与EMA数字位移传感器配合实现EMA作动器的位移闭环控制;丝杠锁紧锥销孔与离合器上锁紧销配合,用于传递负载力,丝杆转接座上设置的销孔与离合器上定位销配合,用于锁紧定位。在丝杆缩回行程中,丝杠左侧容腔A缩小,右侧容腔B变大,液压油从容腔A开始,依次流经电机转子轴所在电机和主轴轴承后,进入油滤组件,再通过单向阀最后回到波纹管油箱中进行储存。在丝杆伸出行程中,丝杠右侧容腔B缩小,左侧容腔A变大,波纹管油箱中储存的液压油通过单向阀进入容腔A,并依次流经电机转子轴所在电机、主轴轴承和丝杠后进入容腔B。丝杠伸缩过程形成液压油的循环往复,保证了丝杆的散热,同时,保证丝杠工作过程中产生的多余物均聚在油滤组件上,实现了液压油的清洁。液压油通过加注活门注入,低压安全阀保证压力稳定,通过充气嘴向波纹管油箱内充入氮气,以提供背压,排气阀用于在油液加注过程中排出多余空气,压力表用于监测压力。一种集成式机电伺服系统,包括:电源、伺服驱动控制器、动力集成单元以及所述机电伺服机构;电源为伺服驱动控制器和动力集成单元供电,伺服驱动控制器通过CAN数字总线或者模拟信号通路接收外部控制指令信号,控制动力集成单元驱动机电伺服机构,推动负载进行工作;机电伺服机构反馈位置信号给伺服驱动控制器,动力集成单元反馈电流信号和速度信号给伺服驱动控制器,从而实现伺服系统的闭环控制。本专利技术与现有技术相比的有益效果是:(1)本专利技术采用模块化设计,整套伺服机构包括EHA、EMA和离合器三部分,各部分功能独立,三者通过安装法兰及螺钉进行连接,交联环节少,具有良好的维护性。(2)本专利技术通过EHA与EMA两种大功率机电伺服机构并联式设计,实现了系统层面非相同原理伺服机构的冗余,EHA与EMA互为热备份,其失效模式不同,从而大大提升了系统的可靠性。(3)本专利技术通过离合器来实现EHA与EMA的无缝可靠切换,切换可逆,且切换过程中伺服机构始终处于受控状态。(4)本专利技术EHA伺服机构的作动器采用对称缸结构,作动器两腔容积相同,可以有效降低作动器的换向冲击,从而降低振动和噪声;作动器芯部为中空结构,为EMA的集成提供了有效的安装空间,从而节省了安装空间。(5)本专利技术EMA伺服机构采用整体式自润滑自清洁结构设计,通过闭式液压循环系统实现了对EMA丝杠和轴承等重要部件的润滑和清洁,保证了伺服机构长时间工作的可靠性。附图说明图1是大功率集成式高可靠性机电伺服系统配置图;图2是大功率集成式高可靠性机电伺服机构总体布局图;图3是EHA作动器结构示意图;图4是EMA作动器结构示意图;图5是EMA自润滑自清洁液压循环系统原理图。具体实施方式如图2所示,本专利技术提出了一种集成式机电伺服机构,包括:EMA作动器1、EHA作动器2以及离合器3;EMA作动器1嵌入EHA作动器2的内部,离合器3安装在EHA作动器2的前端部,用于EMA作动器1和EHA作动器2的切换,EMA作动器1、EHA作动器2以及离合器3均同轴安装,EMA作动器1、EHA作动器2和离合器3均采用模块化设计,功能相互独立,交联环节少,具有良好的维护性。如图3所示,本专利技术中涉及的EHA作动器2包括壳体前端盖20、壳体后端盖21、壳体22、大活塞23、支撑套24、小活塞25、第一内筒26、第一防转键27、第二防转键28、第二内筒29、EHA模拟位移传感器210、EHA数字位移传感器211;壳体后端盖21、壳体22、大活塞23、支撑套24、小活塞25共同形成了无杆腔a、有杆腔b和补偿腔c,其中壳体后端盖21、壳体22本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成式机电伺服机构,其特征在于包括:EMA作动器(1)、EHA作动器(2)以及离合器(3);EMA作动器(1)嵌入EHA作动器(2)的内部,离合器(3)安装在EHA作动器(2)的前端部,用于EMA作动器(1)和EHA作动器(2)的切换,EMA作动器(1)、EHA作动器(2)以及离合器(3)均同轴安装。

【技术特征摘要】
1.一种集成式机电伺服机构,其特征在于包括:EMA作动器(1)、EHA作动器(2)以及离合器(3);EMA作动器(1)嵌入EHA作动器(2)的内部,离合器(3)安装在EHA作动器(2)的前端部,用于EMA作动器(1)和EHA作动器(2)的切换,EMA作动器(1)、EHA作动器(2)以及离合器(3)均同轴安装。2.根据权利要求1所述一种集成式机电伺服机构,其特征在于:EHA作动器(2)包括壳体前端盖(20)、壳体后端盖(21)、壳体(22)、大活塞(23)、支撑套(24)、小活塞(25)、第一内筒(26)、第一防转键(27)、第二防转键(28)、第二内筒(29)、EHA模拟位移传感器(210)、EHA数字位移传感器(211);壳体后端盖(21)、壳体(22)、大活塞(23)、支撑套(24)、小活塞(25)共同形成了无杆腔a、有杆腔b和补偿腔c,其中壳体后端盖(21)、壳体(22)和大活塞(23)形成无杆腔a;壳体前端盖(20)、壳体(22)和大活塞(23)形成有杆腔b;支撑套(24)和小活塞(25)形成有杆腔c;第一内筒(26)通过第二防转键(28)给小活塞(25)导向,小活塞(25)通过第一防转键(27)给大活塞(23)导向;小活塞(24)与大活塞(23)固连;壳体(22)外部设置有EHA数字位移传感器(211),用于EHA位置闭环;EHA作动器(2)前端通过法兰与离合器(3)同轴安装,后端通过法兰与EMA作动器(1)实现同轴安装,第二内筒(29)中空,其芯部用于嵌入EMA作动器(1),第二内筒(29)内还设置有EHA模拟位移传感器(210),用于EHA位置闭环。3.根据权利要求2所述一种集成式机电伺服机构,其特征在于:EHA作动器(2)为对称缸结构。4.根据权利要求3所述一种集成式机电伺服机构,其特征在于:无杆腔a有效作用面积=有杆腔b有效作用面积+补偿腔c有效作用面积。5.根据权利要求2所述一种集成式机电伺服机构,其特征在于:小活塞5与大活塞3固连,同步运动且不发生相对转动,保证离合器(3)销轴与EMA作动器(1)上对应的销孔不发生轴向位置错动。6.根据权利要求2所述一种集成式机电伺服机构,其特征在于:EHA模拟位移传感器(210)和EHA数字位移传感器(211)互为冗余。7.根据权利要求1所述一种集成式机电伺服机构,其特征在于:EMA作动器(1)包括波纹管油箱(11)、控制阀块(12)、旋转变压器(13)、EMA数字位移传感器(14)、平键(15)、主轴(16)、背母(17)、丝杠螺母(18)、丝杆(19)、前端导向套(110)、锁紧锥销孔(111)、力矩电机转子轴(112)、EMA电机水套(113)、锁紧螺母(114)、主轴轴承(115)、轴承座(116)和丝杆转接座(11...

【专利技术属性】
技术研发人员:何俊郑波张玉强刘璐周吉武李瑶
申请(专利权)人:北京精密机电控制设备研究所
类型:发明
国别省市:北京,11

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