一种抗高过载伸缩翼电动舵机

技术领域

本发明属于电动伺服系统技术领域，具体涉及一种抗高过载伸缩翼电动舵机。

背景技术

近年来，现代战争对制导弹药的要求朝着高效、智能方向发展，弹上舵机作为制导弹药控制系统的重要执行机构，也需要对其进行抗高过载性能、高效化等研究设计。

当前制导弹药多采用单通道简易伸缩式舵机、多通道鸭式舵机或微型脉冲舵机作为其修正执行机构对其制导化改造。其中单通道简易伸缩式舵机在弹药飞行过程中舵面只有伸缩两个状态，其舵控效率不高，制导精度低，且有效翼展短，无法适用高精度打击需求；传统的多通道鸭式舵机的硬件控制系统相对复杂，所需安装空间大且成本较高，也需要进行优化改造；利用微型脉冲进行弹道修正具有响应时间短，反应速度快等特点，但只能在某个时刻或某个变化时刻进行修正。

而目前现有制导弹用舵机产品难以满足在18000g以上的轴向高过载冲击后快速展开及正常工作的条件。因此，针对上述问题，设计一种具备抗高过载能力、可伸缩舵机执行机构成为当前制导弹药用舵机的研究趋势。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗高过载伸缩翼电动舵机，至少可以解决现有技术中存在的部分缺陷。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种抗高过载伸缩翼电动舵机，包括外壳以及设置于外壳内的四组单通道舵机机构，四组单通道舵机机构在空间上各占一个象限，所述外壳内壁沿径向延伸设有悬臂支承座，所述悬臂支承座具有弹性，所述单通道舵机机构安装于该悬臂支承座上，所述悬臂支承座的端面设有安装槽，所述安装槽内设有碟簧和橡胶减震片，所述碟簧和橡胶减震片位于单通道舵机机构与悬臂支承座之间。

进一步的，所述悬臂支承座与外壳一体成型。

进一步的，所述悬臂支承座为楔形，或所述悬臂支承座与外壳连接处为倒角。

进一步的，所述外壳内侧壁对应单通道舵机机构安装处设有减震件。

进一步的，所述单通道舵机机构包括单通道框架、无刷电机、齿轮组件、滚珠丝杆组件、舵轴组件和角度传感器，所述无刷电机、齿轮组件、滚珠丝杆组件安装于单通道框架上，所述齿轮组件与无刷电机的转动轴连接，所述滚珠丝杆组件与齿轮组件传动连接，所述舵轴组件与滚珠丝杆组件传动连接，所述外壳侧壁上对应舵轴组件的舵翼处设有供舵翼展开伸出的凹槽，所述角度传感器与舵轴组件通过连杆联动，对输出角测量反馈，实现舵机闭环控制。

进一步的，所述齿轮组件包括电机齿轮和丝杆齿轮，所述电机齿轮与所述无刷电机的转动轴连接，所述电机齿轮与丝杆齿轮啮合，所述丝杆齿轮与滚珠丝杆组件传动连接。

进一步的，所述滚珠丝杆组件包括丝杆、螺母、导轨、角接触球轴承和轴承盖，所述丝杆两端通过角接触球轴承安装于单通道框架上，所述丝杆的一端与齿轮组件传动连接，所述螺母滑动连接于丝杆上，所述导轨与丝杆平行设置，所述螺母的一侧与导轨滑动连接，所述轴承盖压紧丝杆和角接触轴承，所述舵轴组件与所述螺母连接。

进一步的，所述角接触球轴承与单通道框架之间设有小碟簧，所述轴承盖与单通道框架之间设有调节垫片。

进一步的，所述舵轴组件包括舵轴、拨叉、舵翼、锁紧滑块、展开扭簧和锁紧弹簧，所述舵轴上沿其轴线设有舵翼展开槽，所述舵翼的根部通过销轴铰接于舵翼展开槽内，所述展开扭簧的两端分别连接于销轴两端，展开扭簧的中部支撑于舵翼的根部，通过扭转变形提供的弹力推动舵翼展开，所述锁紧滑块和锁紧弹簧位于舵翼展开槽内舵翼展开方向的相对侧，锁紧滑块通过锁紧弹簧推动顶住展开舵翼的根部，所述拨叉的一端与滚珠丝杆组件连接，另一端与舵轴传动连接，通过拨叉运动带动舵轴绕自身轴线转动。

进一步的，所述舵翼根部具有凹形弧面，所述锁紧滑块具有与凹型弧面相配合的凸形弧面，凹形弧面与凸形弧面配合形成自锁。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)本发明提供的这种抗高过载伸缩翼电动舵机通过合理化布局及轻质化设计将单通道舵机的传动部分嵌入单通道框架中，结构紧凑，提高了空间利用率，且各单通道相互独立；同时通过设计悬臂支承座结构对单通道舵机机构进行支撑固定，并能提供减震缓冲作用，实现支撑与减震双重功能。

(2)本发明提供的这种抗高过载伸缩翼电动舵机中齿轮组件、滚珠丝杆组件、舵轴组件等零部件采用模块化设计，易于加工及装配，制造成本低。

(3)本发明提供的这种抗高过载伸缩翼电动舵机充分利用角接触球轴承支撑、悬臂结构、碟簧及橡胶减震片减震缓冲等设计，使得滚珠丝杆传动机构在高过载冲击的情况下，仍能平稳传动，正常工作，极大的提高了舵机在高过载冲击恶劣环境下的生存能力。

(4)本发明提供的这种抗高过载伸缩翼电动舵机中采用扭簧及凸轮机构实现舵翼的展开和锁紧，不需要额外能源，保证舵翼在高过载冲击后能快速伸展，且展开后具备防止回弹和定位锁死功能。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明抗高过载伸缩翼电动舵机的结构示意图；

图2是本发明抗高过载伸缩翼电动舵机的剖面示意图；

图3是本发明抗高过载伸缩翼电动舵机的俯视示意图；

图4是本发明实施例中悬臂支承座的承力示意图；

图5是本发明实施例中滚珠丝杆组件的结构示意图；

图6是本发明实施例中舵轴组件的结构示意图；

图7是本发明实施例中舵轴组件的舵翼展开示意图。

附图标记说明：1、外壳；2、单通道框架；3、无刷电机；4、滚珠丝杆组件；5、电机齿轮；6、丝杆齿轮；7、凹槽；8、舵翼；9、舵轴支架；10、舵轴组件；11、连杆；12、角度传感器；13、碟簧；14、橡胶减震片；15、悬臂支承座；16、导轨；17、螺母；18、丝杆；19、轴承盖；20、调节垫片；21、角接触球轴承；22、小碟簧；23、舵轴；24、舵翼展开槽；25、展开扭簧；26、锁紧滑块；27、锁紧弹簧；28、拨叉；29、凹形弧面；30、凸形弧面；31、减震件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例提供了一种抗高过载伸缩翼电动舵机，包括外壳1以及设置于外壳1内的四组单通道舵机机构，四组单通道舵机机构在空间上各占一个象限，所述外壳1内壁沿径向延伸设有悬臂支承座15，所述悬臂支承座15具有弹性，所述单通道舵机机构安装于该悬臂支承座15上，所述悬臂支承座15的端面设有安装槽，所述安装槽内设有碟簧13和橡胶减震片14，所述碟簧13和橡胶减震片14位于单通道舵机机构与悬臂支承座15之间。

在本实施例中，四组单通道舵机机构设置于外壳1的悬臂支承座15上，该悬臂支承座15具有弹性，其弹性可以通过采用弹性材质制作实现，使悬臂支承座15自身可以产生弹性形变，也可以通过悬臂支承座15与外壳1之间弹性连接实现，使得悬臂支承座15远离外壳1侧壁的一端可产生向下的位移；悬臂支承座15不仅可以对单通道舵机机构进行支撑固定，而且能通过其自身的弹性变形，实现对轴向冲击的缓冲，起到减震缓冲作用，提高该舵机的抗高过载性能；而碟簧13和橡胶减震片14的设置可进一步实现在高过载工况下的减振缓冲作用，保护单通道舵机机构，并且碟簧13、橡胶减震片14的变形可使得单通道舵机机构在发生轴向的微小平移并迅速恢复不影响工作时间内舵轴位置。

可优选的，如图3和图4所示，将所述悬臂支承座15与外壳1一体化加工设计，具体的，可将所述悬臂支承座15设计为楔形，或者将所述悬臂支承座15与外壳1连接处设计为倒角，提高悬臂支承座15与外壳1连接处的承力能力，进而能更好的满足轴向高过载条件要求。

进一步的，可在所述外壳1内侧壁对应单通道舵机机构安装处设置减震件31，该减震件31可以但不限于是橡胶、弹簧，通过减震件31起到减震吸能的作用。

一种具体的实施方式，如图1和图2所示，所述单通道舵机机构包括单通道框架2、无刷电机3、齿轮组件、滚珠丝杆组件4、舵轴组件10和角度传感器12，所述无刷电机3、齿轮组件、滚珠丝杆组件4安装于单通道框架2上，所述齿轮组件与无刷电机3的转动轴连接，所述滚珠丝杆组件4与齿轮组件传动连接，所述舵轴组件10与滚珠丝杆组件4传动连接，所述外壳1侧壁上对应舵轴组件10的舵翼8处设有供舵翼8展开伸出的凹槽7，所述角度传感器12与舵轴组件10通过连杆11联动。在舵机工作过程中，四组单通道舵机机构相互独立，单通道舵机机构通过无刷电机3——齿轮组件——滚珠丝杆组件4——舵轴组件10传递动力，调节舵轴组件10的舵翼8角度，同时角度传感器12对输出角测量反馈，实现舵机闭环控制。本实施例提供的这种抗高过载伸缩翼电动舵机中齿轮组件、滚珠丝杆组件4、舵轴组件10等零部件采用模块化设计，易于加工及装配，制造成本低；并且通过合理化布局及轻质化设计将单通道舵机的传动部分嵌入单通道框架2中，结构紧凑，提高了空间利用率，且各单通道相互独立；同时角度传感器12与舵轴组件10之间连杆的连接方式亦可进一步提高舵机的轴向承载能力。

具体的，所述齿轮组件包括电机齿轮5和丝杆齿轮6，所述电机齿轮5与所述无刷电机3的转动轴连接，所述电机齿轮5与丝杆齿轮6啮合，所述丝杆齿轮6与滚珠丝杆组件4传动连接；无刷电机3驱动电机齿轮5转动，从而带动丝杆齿轮6转动，通过丝杆齿轮6的转动将动力传递给滚珠丝杆组件4。

具体的，如图5所示，所述滚珠丝杆组件4包括丝杆18、螺母17、导轨16、角接触球轴承21和轴承盖19，所述丝杆18两端通过角接触球轴承21安装于单通道框架2上，选用的角接触球轴承21相对常用的深沟球轴承具有更好的轴向和径向承载能力，能更好的满足轴向高过载条件要求；所述丝杆18的一端与齿轮组件传动连接，所述螺母17滑动连接于丝杆18上，所述舵轴组件10与所述螺母17连接，通过齿轮组件的丝杆齿轮6转动带动丝杆18转动，从而可使得螺母17沿丝杆18轴线上下移动，螺母17的运动将动力传递给舵轴组件18；所述导轨16与丝杆18平行设置，所述螺母17的一侧与导轨16滑动连接，导轨16的设置一方面对螺母17的运动起到导向作用，另一方面可进一步增加该舵机的轴向承载能力；所述轴承盖19压紧丝杆18和角接触轴承21，优化的，所述轴承盖19与单通道框架2之间设置调节垫片20，可实现对轴承预紧力的调节，所述角接触球轴承21与单通道框架2之间设置小碟簧22，可实现轴向缓冲的作用。本实施例所采用的滚珠丝杆组件4充分利用角接触球轴承支撑、悬臂结构、碟簧及橡胶减震片减震缓冲等设计，使得滚珠丝杆传动机构在高过载冲击的情况下，仍能平稳传动，正常工作，极大的提高了舵机在高过载冲击恶劣环境下的生存能力。

具体的，如图6所示，所述舵轴组件10包括舵轴23、拨叉28、舵翼8、锁紧滑块26、展开扭簧25和锁紧弹簧27，所述舵轴23安装于舵轴支架9的轴孔中，且可以自由转动，舵轴23上沿其轴线设有舵翼展开槽24，所述舵翼8的根部通过销轴铰接于舵翼展开槽24内，所述展开扭簧25的两端分别连接于销轴两端，展开扭簧25的中部支撑于舵翼8的根部，所述锁紧滑块26和锁紧弹簧27位于舵翼展开槽24内舵翼8展开方向的相对侧，锁紧滑块26通过锁紧弹簧27推动顶住展开舵翼8的根部，所述拨叉28的一端与滚珠丝杆组件4的螺母17连接，另一端与舵轴23传动连接，通过拨叉28运动带动舵轴23绕自身轴线转动。在高过载工况下，舵翼8折叠，轴向放置于外壳1内，实现对轴线高过载的抵抗；在正常发射工况下，通过展开扭簧25的扭转变形提供的弹力推动舵翼8展开，不需要额外能源，保证舵翼8在高过载冲击后能快速伸展，在舵翼8展开后，锁紧滑块26被锁紧弹簧27推动，顶住舵翼8的根部，形成自锁，从而防止舵翼8移动和回弹；同时滚珠丝杆组件4的螺母17在丝杆18上做直线运动拨动拨叉28，使拨叉28摆动，从而带动舵轴组件10在舵轴支架9的轴孔中转动，实现舵翼8偏转，从而调整舵翼8的翼面角度，使其保持最佳工作状态，其角度调节控制通过角度传感器12进行测量反馈，实现闭环控制。

对于舵翼8展开后锁紧的一种具体实施方式，如图7所示，所述舵翼8根部具有凹形弧面29，所述锁紧滑块26采用凸轮结构，具有与凹型弧面29相配合的凸形弧面30，当舵翼8展开后，其根部的凹形弧面29抬起正对锁紧滑块26，锁紧滑块26被锁紧弹簧27推动，使锁紧滑块26的凸形弧面30抵住舵翼8的凹形弧面29，凹形弧面29与凸形弧面30配合而形成自锁，从而使舵翼8展开后具备防止回弹和定位锁死功能。

本实施例提供的这种抗高过载伸缩翼电动舵机通过高过载试验台试验验证，该舵机能够有效承受高过载（≥18000g）冲击并正常工作。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。