一种超短型机械故障自恢复机电伺服机构制造技术

本发明专利技术涉及一种超短型机械故障自恢复机电伺服机构，采用两套具备相同导程参数和承载能力的丝杠传动部件冗余、同轴布置，共同使用一套伺服电机作为动力源，通过丝杆限滚电磁离合器、螺母限滚电磁离合器，当主承载丝杠副发生卡塞/卡滞故障时，能够进行故障隔离处理，同时启用备用承载丝杠副同步完成机械故障自恢复，保证不降低整机性能情况下，使以小型化一体化为目标，对零位长度进行超短设计，提高了冗余EMA的功率密度。冗余EMA的功率密度。冗余EMA的功率密度。

【技术实现步骤摘要】
一种超短型机械故障自恢复机电伺服机构


[0001]本专利技术涉及一种机电作动器，特别涉及一种超短型机械故障自恢复机电伺服机构，属于机械领域。

技术介绍

[0002]机电伺服机构或机电作动器(EMA)的核心传动承载单元多选用滚柱丝杠或滚珠丝杠，对于滚珠丝杠而言，其滚珠在螺旋滚道的运动状态是不确定的，存在既滚动又滑动的状态，从啮合原理上是有可能造成卡塞或卡滞现象的发生。同时，滚珠的反向器由于设计合理性和加工误差等综合影响，滚珠丝杠的机械故障问题，造成EMA可靠性不高的主要瓶颈。滚柱丝杠主要是结合了行星齿轮的周转运动和螺纹轴向啮合运动，其运动状态限制较为明确，但螺纹啮合在空间曲面上不能完全获得理论的、正确的啮合求解，螺纹的多点接触且以滑动为主，滚柱丝杠的故障问题时有发生。综合以上两种传动部件来看，EMA的单点故障问题很难消除，也不太容易正向提高其可靠性，故而，提出一种丝杠机械传动故障冗余的EMA方案尤其重要。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是：本专利技术提出的一种超短型机械故障自恢复机电伺服机构，机械传动部件采用冗余设计、余度设计、容错设计，经过故障检测与识别后，能够对其进行故障隔离和恢复工作，保证不降低整机性能情况下，使以小型化一体化为目标，对零位长度进行超短零位设计，对于保证EMA的功率密度效果显著。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是：一种超短型机械故障自恢复机电伺服机构，包括：伺服电机组件、主工作滚柱丝杠副组件、备工作滚柱丝杠副组件、丝杆限滚电磁离合器组件、螺母限滚电磁离合器组件和外部连接组件；
[0005]外部连接组件包括外壳、前端盖螺栓、后端盖螺栓；
[0006]伺服电机组件包括电机转子、电机定子、电机内壳体、电机前轴承座、电机前端盖、主离合器连接牙盘、备离合器连接牙盘；电机转子表面贴有永磁体；电机定子安装在电机内壳体中，与电机转子同轴安装；电机内壳体一端安装电机前轴承座；
[0007]主工作滚柱丝杠副组件包括内螺纹端面齿长螺母、中空长轴丝杆、第一滚柱、第一保持架；电机转子安装在内螺纹端面齿长螺母上，内螺纹端面齿长螺母两端通过轴承安装在电机内壳体内的轴承座和电机前轴承座上；内螺纹端面齿长螺母两端端部分别安装主离合器连接牙盘、备离合器连接牙盘；中空长轴丝杆一端安装第一滚柱，第一滚柱安装在内螺纹端面齿长螺母中，构成主工作滚柱丝杠副，第一滚柱端部分别设置第一保持架，中空长轴丝杆另一端从主离合器连接牙盘的中心孔伸出；
[0008]丝杆限滚电磁离合器组件安装在中空长轴丝杆从主离合器连接牙盘的中心孔伸出的一端，位于电机前轴承座内，与主离合器连接牙盘配合；电机前轴承座端部安装电机前端盖并使用前端盖螺栓固定；
[0009]电机内壳体和电机前轴承座安装在外壳内，电机前轴承座位于外壳开口端；
[0010]备工作滚柱丝杠副组件包括内螺纹花键齿短螺母、实心长轴丝杆、第二滚柱、第二保持架；实心长轴丝杆一端通过后端盖螺栓与外壳封口端的内端面固定连接，限制实心长轴丝杆转动，使实心长轴丝杆沿轴线方向发生相对移动，实心长轴丝杆另一端插入中空长轴丝杆的中心孔中；第二滚柱安装在实心长轴丝杆上，位于备离合器连接牙盘外侧，第二滚柱外圈安装内螺纹花键齿短螺母，构成备工作滚柱丝杠副；第二滚柱端部设置第二保持架；
[0011]螺母限滚电磁离合器组件安装在内螺纹花键齿短螺母上，与备离合器连接牙盘配合。
[0012]进一步的，所述丝杆限滚电磁离合器组件包括限滚花键转套、第一移动双面花键牙盘、第一电磁吸合线圈、第一复位弹簧、第一固定端面牙盘和第一轴承固定座；
[0013]限滚花键转套安装在中空长轴丝杆从主离合器连接牙盘的中心孔伸出的一端，限滚花键转套的中心孔为腰孔，中空长轴丝杆上对称设置两个沿纵向的切面，与限滚花键转套的中心孔相配合；第一移动双面花键牙盘与限滚花键转套采用内花键孔和外花键轴配合，传递周转运动且两者沿中空长轴丝杆轴向往复移动；第一轴承固定座通过深沟球轴承安装在限滚花键转套上，相对限滚花键转套旋转，第一固定端面牙盘套在第一轴承固定座外，第一复位弹簧压缩在第一移动双面花键牙盘和第一固定端面牙盘一侧之间对应的孔中，对第一移动双面花键牙盘进行复位脱开动作；第一轴承固定座和第一固定端面牙盘的法兰端面共同固定在电机前轴承座内壁上；第一电磁吸合线圈安装于第一固定端面牙盘另一侧的槽型圆环中，对第一移动双面花键牙盘进行电磁吸合。
[0014]进一步的，所述丝杆限滚电磁离合器组件通过对第一电磁吸合线圈通电或断电控制主工作滚柱丝杠副的旋转运动进行离合切换；
[0015]第一移动双面花键牙盘第一固定端面牙盘当第一电磁吸合线圈断电时，第一移动双面花键牙盘与主离合器连接牙盘结合，同时与第一固定端面牙盘脱开，第一移动双面花键牙盘利用内外花键连接带动限滚花键转套共同旋转，限滚花键转套带动中空长轴丝杆共同旋转，使得主工作滚柱丝杠副组件不能输出直线运动；
[0016]当第一电磁吸合线圈通电时，第一移动双面花键牙盘与主离合器连接牙盘脱开，同时与第一固定端面牙盘结合，滚花键转套与第一固定端面牙盘固定不动，滚花键转套约束中空长轴丝杆沿轴向移动，使得主工作滚柱丝杠副组件输出直线运动。
[0017]进一步的，所述螺母限滚电磁离合器组件包括第二移动双面花键牙盘、第二电磁吸合线圈、第二复位弹簧、第二固定端面牙盘、第二轴承固定座；
[0018]第二移动双面花键牙盘与内螺纹花键齿短螺母采用内花键孔和外花键轴配合，传递周转运动且两者能够沿轴向往复移动；第二轴承固定座通过角接触球轴承安装在内螺纹花键齿短螺母上，相对内螺纹花键齿短螺母旋转；第二固定端面牙盘套在第二轴承固定座上，第二复位弹簧被压缩在第二移动双面花键牙盘和第二固定端面牙盘一侧之间对应的孔中，对第二移动双面花键牙盘进行复位脱开动作；第二轴承固定座和第二固定端面牙盘的法兰端面共同固定在电机内壳体内壁上；第二电磁吸合线圈安装于第二固定端面牙盘另一侧的槽型圆环中，对第二移动双面花键牙盘进行电磁吸合。
[0019]进一步的，所述螺母限滚电磁离合器组件通过对第二电磁吸合线圈通电或断电控制备工作滚柱丝杠副组件的旋转运动进行离合切换；
[0020]当第二电磁吸合线圈断电时，第二移动双面花键牙盘与备离合器连接牙盘结合时，同时与第二固定端面牙盘脱开，第二移动双面花键牙盘利用内外花键带动内螺纹花键齿短螺母共同旋转，使得实心长轴丝杆输出往复直线运动；
[0021]当第二电磁吸合线圈通电时，第二移动双面花键牙盘与备离合器连接牙盘脱开，同时与第二固定端面牙盘结合，伺服电机组件的动力无法传递给备工作滚柱丝杠副组件，内螺纹花键齿短螺母、实心长轴丝杆、第二滚柱螺纹只静承载而不发生动作。
[0022]进一步的，所述丝杆限滚电磁离合器组件与螺母限滚电磁离合器组件中，同步给第一电磁吸合线圈、第二电磁吸合线圈供电，保证第一移动双面花键牙盘、第二移动双面花键牙盘同步吸合/脱开主离合器连接牙盘、备离合器连接牙盘，实现丝杠卡塞/卡死机械故障处理与自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超短型机械故障自恢复机电伺服机构，其特征在于，包括：伺服电机组件、主工作滚柱丝杠副组件、备工作滚柱丝杠副组件、丝杆限滚电磁离合器组件、螺母限滚电磁离合器组件和外部连接组件；伺服电机组件与主工作滚柱丝杠副组件同轴安装；备工作滚柱丝杠副组件的丝杆一端与外部连接组件内部固定，另一端与主工作滚柱丝杠副组件的丝杆配合连接；丝杆限滚电磁离合器组件设置在主工作滚柱丝杠副组件的动力输出端，螺母限滚电磁离合器组件设置在备工作滚柱丝杠副组件上；所述丝杆限滚电磁离合器组件、螺母限滚电磁离合器组件和备工作滚柱丝杠副组件非故障模式不工作，正常工作时，伺服电机组件驱动主工作滚柱丝杠副组件输出动力，在丝杆限滚电磁离合器组件的约束下，主工作滚柱丝杠副组件输出轴向往复移动，备工作滚柱丝杠副组件无动力输入；当主工作滚柱丝杠副组件发生机械传动故障时，进入故障自恢复模式，所述丝杆限滚电磁离合器组件、螺母限滚电磁离合器组件同时激活，使得伺服电机组件带动主工作滚柱丝杠副组件、备工作滚柱丝杠副组件共同转动，主工作滚柱丝杠副组件变为静承载连接，备工作滚柱丝杠副组件实现将旋转转化为直线输出至外部连接组件，完成机械故障自恢复。2.根据权利要求1所述的一种超短型机械故障自恢复机电伺服机构，其特征在于，所述伺服电机组件包括电机转子(1a)、电机定子(1b)、电机内壳体(1c)、电机前轴承座(1d)和电机前端盖(1e)；电机转子(1a)表面贴有永磁体；电机定子(1b)安装在电机内壳体(1c)中，与电机转子(1a)同轴安装；电机内壳体(1c)一端安装电机前轴承座(1d)。3.根据权利要求2所述的一种超短型机械故障自恢复机电伺服机构，其特征在于，所述伺服电机组件还包括主离合器连接牙盘(1f)、备离合器连接牙盘(1g)；所述主工作滚柱丝杠副组件包括内螺纹端面齿长螺母(2a)、中空长轴丝杆(2b)、第一滚柱(2c)、第一保持架(2d)；电机转子(1a)安装在内螺纹端面齿长螺母(2a)上，内螺纹端面齿长螺母(2a)两端通过轴承安装在电机内壳体(1c)内的轴承座和电机前轴承座(1d)上；内螺纹端面齿长螺母(2a)两端端部分别安装主离合器连接牙盘(1f)、备离合器连接牙盘(1g)；中空长轴丝杆(2b)一端安装第一滚柱(2c)，第一滚柱(2c)安装在内螺纹端面齿长螺母(2a)中，构成主工作滚柱丝杠副，第一滚柱(2c)端部分别设置第一保持架(2d)，中空长轴丝杆(2b)另一端从主离合器连接牙盘(1f)的中心孔伸出。4.根据权利要求3所述的一种超短型机械故障自恢复机电伺服机构，其特征在于，所述外部连接组件包括外壳(6b)、前端盖螺栓(6d)；所述丝杆限滚电磁离合器组件安装在中空长轴丝杆(2b)从主离合器连接牙盘(1f)的中心孔伸出的一端，位于电机前轴承座(1d)内，与主离合器连接牙盘(1f)配合；电机前轴承座(1d)端部安装电机前端盖(1e)并使用前端盖螺栓(6d)固定；电机内壳体(1c)和电机前轴承座(1d)安装在外壳(6b)内，电机前轴承座(1d)位于外壳(6b)开口端。5.根据权利要求4所述的一种超短型机械故障自恢复机电伺服机构，其特征在于，所述外部连接组件还包括后端盖螺栓(6e)；所述备工作滚柱丝杠副组件包括内螺纹花键齿短螺母(3a)、实心长轴丝杆(3b)、第二滚柱(3c)、第二保持架(3d)；实心长轴丝杆(3b)一端通过后端盖螺栓(6e)与外壳(6b)封口端的内端面固定连接，限制实心长轴丝杆(3b)转动，使实
心长轴丝杆(3b)沿轴线方向发生相对移动，实心长轴丝杆(3b)另一端插入中空长轴丝杆(2b)的中心孔中；第二滚柱(3c)安装在实心长轴丝杆(3b)上，位于备离合器连接牙盘(1g)外侧，第二滚柱(3c)外圈安装内螺纹花键齿短螺母(3a)，构成备工作滚柱丝杠副；第二滚柱(3c)端部设置第二保持架(3d)；螺母限滚电磁离合器组件安装在内螺纹花键齿短螺母(3a)上，与备离合器连接牙盘(1g)配合。6.根据权利要求5所述的一种超短型机械故障自恢复机电伺服机构，其特征在于，所述丝杆限滚电磁离合器组件包括限滚花键转套(4a)、第一移动双面花键牙盘(4b)、第一电磁吸合线圈(4c)、第一复位弹簧(4d)、第一固定端面牙盘(4e)和第一轴承固定座(4f)；限滚花键转套(4a)安装在中空长轴丝杆(2b)从主离合器连接牙盘(1f)的中心孔伸出的一端，限滚花键转套(4a)的中心孔为腰孔，中空长轴丝杆(2b)上对称设置两个沿纵向的切面，与限滚花键转套(4a)的中心孔相配合；第一移动双面花键牙盘(4b)与限滚花键转套(4a)采用内花键孔和外花键轴配合，传递周转运动且两者沿中空长轴丝杆(2b)轴向往复移动；第一轴承固定座(4f)通过深沟球轴承安装在限滚花键转套(4a)上，相对限滚花键转套(4a)...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋洪舟，于志远，蒋孟龙，郭喜彬，杨玉凯，
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：