一种基于蜗轮蜗杆机构的双余度电动舵机制造技术

本发明专利技术涉及电动伺服控制技术领域，提供一种基于蜗轮蜗杆机构的双余度电动舵机，由第一蜗轮蜗杆机构、第二蜗轮蜗杆机构、齿轮组、舵轴驱动单元组成；所述第一蜗轮蜗杆机构、第二蜗轮蜗杆机构分别包括驱动电机M1和驱动电机M2，驱动电机各自配备制动器，驱动电机分别连接一套相同规格及旋向的蜗杆；两套蜗轮蜗杆机构的蜗轮固定在同一个机座上，所述机座旁设置2套平行滑轨，滑轨方向与蜗杆轴方向一致；所述齿轮组包括与第一蜗轮固定于同一轴上的齿轮C1、与第二蜗轮固定于同一轴上的齿轮C2，齿轮C1和齿轮C2互相啮合。本发明专利技术电动舵机可以实现1主1备，无力纷争的机械备份，实现对舵轴的不间断驱动。驱动。驱动。

【技术实现步骤摘要】
一种基于蜗轮蜗杆机构的双余度电动舵机


[0001]本专利技术涉及电动伺服控制
，具体涉及一种基于蜗轮蜗杆机构的双余度电动舵机。

技术介绍

[0002]舵机是潜艇操纵控制中的重要执行部件，随着我国潜艇技术的不断发展，未来潜艇舵机电驱的研究也逐步提上日程。但电驱方案对电动舵的可靠性、稳定性、保障性、可维修性等方面的要求也高，这就对驱动单元也即舵机的冗余设计提出要求。事实上，目前多余度舵机的研究除了电气余度外，大多采用多重安全余度电机，即在电机上增加多重绕组，该方法存在绕组嵌放困难，绕组间存在互感等缺陷。而机械上进行余度设计的研究较少，主要分为两种，一种为力矩综合式，该策略使用多电机驱动同一根轴，存在力纷争问题，控制困难，甚至可能产生不稳定的现象；另一种为冗余驱动式，采用差速机构进行速度综合，实现多输入单输出的冗余驱动，目前研究采用齿轮差动的方式，存在负载不均衡，结构庞大，间隙较大等问题。
[0003]文件CN202364049U公开了“一种舵机的双电机驱动装置”，该装置采用普通丝杠螺母传动，且输出轴方向与电机主轴方向垂直，行程较短、承载能力有限，需通过控制算法保证运动及旋转角度控制，且无法解决力纷争问题。
[0004]文件CN106321770A公开了“一种双余度电动舵机”，该舵机利用行星差动轮系的工作原理，将运动由双电机经行星齿轮传动减速机构驱动行星滚柱丝杠副并传递到套筒推杆，将丝杠旋转运动通过滚柱的公转与自转转化成套筒推杆的直线往复运动，但是该方案无法解决行星轮处的驱动电机故障卡死时的驱动问题，也即无法实现两个电机互为备份。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于蜗轮蜗杆机构的双余度电动舵机，该电动舵机可以实现1主1备，无力纷争的机械备份，也即当主电机由于某些原因失效时，备用电机能迅速启动并接入控制系统，实现对舵轴的不间断驱动。
[0006]本专利技术的专利技术目的是通过下述技术方案实现的。
[0007]一种基于蜗轮蜗杆机构的双余度电动舵机，该舵机由第一蜗轮蜗杆机构、第二蜗轮蜗杆机构、齿轮组、舵轴驱动单元共4套机构组成；所述第一蜗轮蜗杆机构、第二蜗轮蜗杆机构分别包括驱动电机M1和驱动电机M2，驱动电机各自配备制动器，驱动电机M1和驱动电机M2分别连接一套相同规格及旋向的蜗杆；所述蜗轮蜗杆机构的蜗轮除了能绕蜗轮自身轴线旋转外，两套蜗轮蜗杆机构的蜗轮固定在同一个机座（蜗轮箱体）上，所述机座旁设置2套平行滑轨，滑轨方向与蜗杆轴方向一致，所述机座可以沿平行于蜗杆轴向方向往复平移；所述齿轮组包括与第一蜗轮固定于同一轴上的齿轮C1、与第二蜗轮固定于同一轴上的齿轮C2，齿轮C1和齿轮C2互相啮合，所述舵轴驱动单元的输入端与蜗轮箱体固连。
[0008]在上述技术方案中，所述齿轮C1和齿轮C2齿轮参数相同，齿轮C1和齿轮C2、第一蜗
轮和第二蜗轮始终将以相同转速反向旋转。
[0009]在上述技术方案中，所述舵轴驱动单元为曲柄滑块机构，由推杆、导向筒、销轴、曲柄等部件组成，用于将驱动装置输出的直线运动转换为对舵轴的旋转动力输入。
[0010]值得说明的是，所述舵轴驱动单元可以是曲柄滑块机构，也可以是其他有类似功能（如拨叉、螺旋传动等将直线运动转变为旋转运动等）的传动机构。
[0011]本专利技术与现有技术相比，有益效果如下：1.工作模式为1主1备，且同时只工作一台电机，符合目前舵机驱动常见工况；2.在结构尽量简单且可靠的前提下，实现主机和备机的无扰切换，且能完全避免多轴输入时常见的力纷争（顶牛）和控制困难等难题；3.在主机出现任何故障（卡死或者无输出）的情况下，保证备用电机的驱动能完美接入，且不对舵轴的转动造成任何明显影响；4.蜗轮蜗杆机构可增大扭矩，适用于潜艇上舵传动中高转矩应用需求。
附图说明
[0012]图1为本专利技术基于蜗轮蜗杆机构的双余度电动舵机的示意图。
[0013]图2为图1中的A-A剖视图。
[0014]其中，1-电机M1，2-第一联轴器，3-第一轴承，4-第一蜗杆，5-第一蜗轮，6-第一平行滑轨，7-曲柄滑块机构，8-舵轴，9-第二平行滑轨，10-第二蜗杆，11-第二蜗轮，12-第二轴承，13-第二联轴器，14-电机M2，15-第二制动器，16-第一制动器，17-蜗轮箱体，18-齿轮C1，19-1号键，20-齿轮C2，21-2号键，22-1号轴，23-2号轴。
具体实施方式
[0015]为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方案仅用以解释专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0016]如图1所示，本专利技术实施例提供一种基于蜗轮蜗杆机构的双余度电动舵机，该舵机由第一蜗轮蜗杆机构、第二蜗轮蜗杆机构、齿轮组、舵轴驱动单元共4套机构组成。
[0017]所述第一蜗轮蜗杆机构、第二蜗轮蜗杆机构的动力源为两个驱动电机：电机M1和电机M2，驱动电机各自配备第一制动器16和第二制动器15，电机M1和电机M2分别连接一套相同规格及旋向的蜗杆：第一蜗杆4和第二蜗杆10；以图1所示的电机旋向为例，图中已标识出蜗轮的旋向和接触处受力方向等情况。
[0018]所述蜗轮蜗杆机构的蜗轮除了能绕自身轴线旋转外，两套蜗轮蜗杆机构的蜗轮固定在同一个机座也即蜗轮箱体17上，蜗轮箱体17旁边放置2套平行滑轨，即第一平行滑轨6和第二平行滑轨9，为保持蜗轮箱体运行的稳定性，单套平行滑轨由4条滑轨组成，对称布置于蜗轮的正反面，如图2所示，以第一平行滑轨6为例，其包含4条直线滑轨，分别为：6-1、6-2、6-3和6-4。滑轨方向与蜗杆轴向一致，蜗轮箱体17可以沿平行于蜗杆轴向方向往复平移。
[0019]所述齿轮组主要构成为：与第一蜗轮5同轴的齿轮C1和与第二蜗轮11同轴的齿轮C2。以第一蜗轮5侧为例，齿轮C1与1号轴22通过1号键19连接，第一蜗轮5与1号轴22通过2号
键21连接，因此齿轮C1与第一蜗轮5将始终保持同步转动。又因齿轮C1和齿轮C2啮合，齿轮C1和齿轮C2参数完全相同，于是齿轮C1和齿轮C2、第一蜗轮5和第二蜗轮11始终将以相同转速反向旋转。
[0020]所述舵轴驱动单元主要用于将驱动装置输出的直线运动转换为对舵轴8的旋转动力输入，本实施例为曲柄滑块机构7。曲柄滑块机构7主要包含与蜗轮箱体17固连的推杆7-2，推杆7-2在导向筒7-1中沿推杆/导向筒轴线方向往复直线运动。被蜗轮蜗杆机构驱动的蜗轮箱体17将带动固连的7-2直线运动，从而通过连杆7-4带动曲柄7-5绕舵轴8的旋转中心转动，从而驱动舵轴8旋转。其中，连杆7-4和推杆7-2、曲柄7-5之间通过销轴7-3连接。
[0021]值得注意的是，所述舵轴驱动单元除了本实施例的曲柄滑块机构外，也可以是其他有类似功能（如拨叉、螺旋传动等能将直线运动转变为旋转运动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于蜗轮蜗杆机构的双余度电动舵机，其特征在于：该舵机由第一蜗轮蜗杆机构、第二蜗轮蜗杆机构、齿轮组、舵轴驱动单元共4套机构组成；所述第一蜗轮蜗杆机构、第二蜗轮蜗杆机构分别包括驱动电机M1和驱动电机M2，驱动电机各自配备制动器，驱动电机M1和驱动电机M2分别连接一套同规格同参数的蜗杆；所述蜗轮蜗杆机构的蜗轮除了能绕蜗轮自身轴线旋转外，两套蜗轮蜗杆机构的蜗轮固定在同一个蜗轮箱体上，所述蜗轮箱体旁设置2套平行滑轨，滑轨方向与蜗杆轴线方向一致，所述蜗轮箱体可沿滑轨平行于蜗杆轴向方向往复平移；所述齿轮组包括与第一蜗轮固定于同一轴上的齿轮C1、与第二蜗轮固定于同一轴上的齿轮C2，齿轮C1和齿轮C2互相啮合，所述舵轴驱动单元的输入端与...

【专利技术属性】
技术研发人员：王内，赖奇暐，胡军华，李斌，毛旭耀，汪琦，张润林，
申请(专利权)人：武汉第二船舶设计研究所中国船舶重工集团公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：