一种小型齿轮系式舵机及其设计方法技术

本发明专利技术涉及一种小型齿轮系式舵机及其设计方法，舵机包括舵机外壳、盖板、电机、电位器、电感，电机通过电机座安装于舵机外壳；电机、电感、电位器组成舵机的电器部分；舵机外壳和盖板之间形成腔体，其特征在于：还包括齿轮组件、多芯线缆；其中，齿轮组件排布于所述腔体内，并通过轴承与舵机外壳、盖板连接；电机输出轴上设置用于与齿轮组件啮合的电机齿轮，所述齿轮组件包括初级齿轮组件、中间级齿轮组件、次级齿轮组件、输出级齿轮组件及外部齿轮组件，各齿轮组件依次啮合传递，电位器与外部齿轮组件连接，电位器中心线与外部齿轮组件中心线重合，由齿轮组件的位置调整舵机的宽度和高度；电器部分各信号线由多芯线缆引出至舵机外部。电器部分各信号线由多芯线缆引出至舵机外部。电器部分各信号线由多芯线缆引出至舵机外部。

【技术实现步骤摘要】
一种小型齿轮系式舵机及其设计方法


[0001]本专利技术涉及一种齿轮系式舵机及其设计方法。

技术介绍

[0002]舵机是一种飞行器舵面控制的执行机构，其结构一般包括电机、传动机构和反馈传感器。申请号CN103523207专利技术的一种电动舵机，包括电机、谐波凸轮、端盖、舵机输出轴、输入钢轮、壳体、电位计、锥齿组件，能够在实现柔性连接的同时保证连接刚度，提高舵机的可靠性以及舵机系统的动态响应，但未对舵机的小型化、参数化设计提供思路。申请号CN105129074专利技术的一种双通道电动舵机，工作时电机转动通过齿轮减速带动丝杠转动，滚珠丝杠副把旋转运动变为直线运动后通过连杆机构推动摇臂旋转，从而实现力矩与速度输出，但未对舵机设计方法及舵机小型化、参数化设计提供思路。

技术实现思路

[0003]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种小型的齿轮系式舵机及其设计方法。
[0004]本专利技术解决技术的方案是：一种小型齿轮系式舵机，包括舵机外壳、盖板、电机、电位器、电感，电机通过电机座安装于舵机外壳；电机、电感、电位器组成舵机的电器部分；舵机外壳和盖板之间形成腔体，还包括齿轮组件、多芯线缆；其中，齿轮组件排布于所述腔体内，并通过轴承与舵机外壳、盖板连接；电机输出轴上设置用于与齿轮组件啮合的电机齿轮，所述齿轮组件包括初级齿轮组件、中间级齿轮组件、次级齿轮组件、输出级齿轮组件及外部齿轮组件，各齿轮组件依次啮合传递，电位器与外部齿轮组件连接，电位器中心线与外部齿轮组件中心线重合，由齿轮组件的位置调整舵机的宽度和高度；电器部分各信号线由多芯线缆引出至舵机外部。
[0005]优选的，齿轮组件中的初级齿轮组件、中间级齿轮组件、次级齿轮组件、输出级齿轮组件均包括固连的主动齿轮和从动齿轮，从动齿轮由前一级齿轮驱动，主动齿轮驱动下一级齿轮。
[0006]优选的，在有锥齿型齿轮传动的部位，从动齿轮与轴承之间留有工艺间隙，间隙大小0.05mm～0.4mm，并使用加减薄垫片的方法调节间隙大小，在装配中抵消加工误差的影响，使传动顺畅、可靠。
[0007]优选的，外部齿轮组件包括外部从动齿轮、轴承、调节垫片、外压板、内压板，其中，通过紧固件锁定，使内压板将轴承、调节垫片约束于从动齿轮；通过紧固件锁定，使外压板将从动齿轮、轴承、调节垫片、内压板约束于外壳。
[0008]一种小型齿轮系式舵机设计方法，包括：
[0009]根据舵舱及喷管的尺寸，确定舵机的高度和宽度；
[0010]进行电机选型；
[0011]考虑电机空载转速、舵机频响转速、舵机空载转速、电机额定扭矩、舵机额定转矩
以及设计传动效率，确定设计减速比；在设计减速比基础上结合确定的舵机高度和宽度，确定齿轮组件的传动形式；
[0012]计算电机工作电流并进行电流校核，若满足电流要求，则进行静/动态过载倍数校核，否则返回重新确定设计减速比或者重新进行电机选型；
[0013]静/动态过载倍数校核满足过载倍数要求，则进行舵机转速校核，否则返回重新确定设计减速比或者重新进行电机选型；
[0014]若舵机转速满足要求，则完成舵机设计，否则返回重新确定设计减速比或者重新进行电机选型。
[0015]优选的，通过下述方式确定舵机的高度和宽度：
[0016]在装配体环境下插入舵舱、喷管及分区工具模型，其中舵舱、喷管用于限制舵机模型空间，分区工具模型用于多只舵机布置时空间区域划分；
[0017]在装配体环境下，设置舵机外壳的外圆与舵舱内壁圆重合，设置舵机盖板与舵舱内部的喷管外圆相切，并使舵机模型不超出分区工具模型，进而确定舵机的高度和宽度。
[0018]优选的，通过下述方式确定设计减速比：
[0019]根据电机速度常数、舵机额定电压计算电机空载转速；
[0020]由电机空载转速、舵机频响转速计算最大减速比Ⅰ；由电机空载转速、舵机空载转速计算最大减速比Ⅱ；由电机额定扭矩、舵机额定转矩及设计传动效率计算最佳减速比；
[0021]选择满足下述条件的设计减速比：
[0022]设计减速比＝n
×
最佳减速比；0.2≤n≤2；
[0023]设计减速比＜最大减速比Ⅰ；
[0024]设计减速比＜最大减速比Ⅱ。
[0025]优选的，建立齿轮组件中齿轮的三维模型；所述三维模型用于实现齿轮的参数化建模，当齿轮三维模型变更时，齿轮二维图上的实体投影曲线及其尺寸随之变更；其中三维模型中定义变量：模数m、齿数z、变位系数x、齿宽b；以及齿顶圆直径d
a
、分度圆直径d、齿根圆直径d
f
与上述各个变量的方程式；
[0026]利用三维模型实体结构对传动齿轮副进行配合约束；
[0027]建立舵机建模基准位置，所述基准位置包括两个相互垂直的基准面，记为基准面Ⅰ、基准面Ⅱ；
[0028]输出级齿轮组件的中心与两个基准面的交线重合，外部齿轮组件的轴线位于基准面Ⅰ上，初级齿轮组件与次级齿轮组件分别位于基准面Ⅰ的两侧，其中初级齿轮组件轴线距离基准面Ⅰ的距离为V1，初级齿轮组件轴线距离基准面Ⅱ的距离为H1，次级齿轮组件轴线距离基准面Ⅰ的距离为V2，距离H1决定舵机整体的高度H，距离V1+V2决定舵机整体的宽度V；进而在确定舵机的高度和宽度下确定初级齿轮组件、中间级齿轮组件、次级齿轮组件、输出级齿轮组件的位置。
[0029]优选的，输出级齿轮组件与外部齿轮组件依靠刻线对正，其中，输出级齿轮组件刻线位置与外部齿轮组件刻线位置分别位于齿轮的齿槽中心位置、齿轮的轮齿中心位置。
[0030]优选的，静/动态过载倍数要求取值范围为0.8～3。
[0031]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
[0032](1)舵机模型设计过程中，通过在装配体环境下插入舵舱及分区工具模型，并设置
舵机壳体的外圆与舵舱内壁圆重合，设置舵机盖板与舵舱内部的喷管外圆相切，并使舵机模型不超出分区工具模型。当舵舱及喷管尺寸变更时，舵机壳体及盖板尺寸随之变更。实现舵机模型的快速变更优化。
[0033](2)实现齿轮三维模型的参数化建模及其二维图的关联性出图，即当齿轮三维模型变更时，齿轮二维图上的实体投影曲线及其尺寸随之变更。实现了齿轮三维模型及其二维图纸的快速变更。
[0034](3)在设计模型中，通过定义基准位置(即以输出轴轴线位置为基准)以及对初级齿轮组件、次级齿轮组件位置约束，实现舵机整体的高度、宽度尺寸的参数化设计。提高了舵机整机设计效率。
[0035](4)一种小型齿轮系式舵机设计方法，主要包括电机选型、减速比设计、电流校核、静/动态过载倍数校核、舵机转速校核。提出了舵机流程化设计方案，提高了舵机方案的设计效率。
附图说明
[0036]图1为本专利技术三维视图；
[0037]图2为本专利技术舵机内部齿轮组件示意图；
[0038]图3为本专利技术舵机基准面与齿轮组件关系示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小型齿轮系式舵机，包括舵机外壳、盖板、电机、电位器、电感，电机通过电机座安装于舵机外壳；电机、电感、电位器组成舵机的电器部分；舵机外壳和盖板之间形成腔体，其特征在于：还包括齿轮组件、多芯线缆；其中，齿轮组件排布于所述腔体内，并通过轴承与舵机外壳、盖板连接；电机输出轴上设置用于与齿轮组件啮合的电机齿轮，所述齿轮组件包括初级齿轮组件、中间级齿轮组件、次级齿轮组件、输出级齿轮组件及外部齿轮组件，各齿轮组件依次啮合传递，电位器与外部齿轮组件连接，电位器中心线与外部齿轮组件中心线重合，由齿轮组件的位置调整舵机的宽度和高度；电器部分各信号线由多芯线缆引出至舵机外部。2.根据权利要求1所述的舵机，其特征在于：齿轮组件中的初级齿轮组件、中间级齿轮组件、次级齿轮组件、输出级齿轮组件均包括固连的主动齿轮和从动齿轮，从动齿轮由前一级齿轮驱动，主动齿轮驱动下一级齿轮。3.根据权利要求2所述的舵机，其特征在于：在有锥齿型齿轮传动的部位，从动齿轮与轴承之间留有工艺间隙，间隙大小0.05mm～0.4mm，并使用加减薄垫片的方法调节间隙大小，在装配中抵消加工误差的影响，使传动顺畅、可靠。4.根据权利要求1所述的舵机，其特征在于：外部齿轮组件包括外部从动齿轮、轴承、调节垫片、外压板、内压板，其中，通过紧固件锁定，使内压板将轴承、调节垫片约束于从动齿轮；通过紧固件锁定，使外压板将从动齿轮、轴承、调节垫片、内压板约束于外壳。5.一种小型齿轮系式舵机设计方法，其特征在于包括：根据舵舱及喷管的尺寸，确定舵机的高度和宽度；进行电机选型；考虑电机空载转速、舵机频响转速、舵机空载转速、电机额定扭矩、舵机额定转矩以及设计传动效率，确定设计减速比；在设计减速比基础上结合确定的舵机高度和宽度，确定齿轮组件的传动形式；计算电机工作电流并进行电流校核，若满足电流要求，则进行静/动态过载倍数校核，否则返回重新确定设计减速比或者重新进行电机选型；静/动态过载倍数校核满足过载倍数要求，则进行舵机转速校核，否则返回重新确定设计减速比或者重新进行电机选型；若舵机转速满足要求，则完成舵机设计，否则返回重新确定设计减速比或者重新进行电机选型。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于通过下述方式确定舵机的高度和宽...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙亚朋，王彦利，田秀，石阳，钟哲，李壮壮，吕俊平，臧浩杰，
申请(专利权)人：北京航天万润高科技有限公司，
类型：发明
国别省市：