本實用新型屬于機電伺服作動技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種結(jié)構(gòu)緊湊、控制精度高、可變行程的可變行程機電作動器。

背景技術(shù)：

功率電傳作動器是一種廣泛應(yīng)用于航空航天、機械工業(yè)等領(lǐng)域的通過電力傳遞功率的作動系統(tǒng)。典型的功率電傳作動器包括電動靜液作動器(EHA)和機電作動器(EMA)。電動靜液作動器系統(tǒng)需要采用液壓元件實現(xiàn)電機的輸出，響應(yīng)速度和精度較差，系統(tǒng)相對復(fù)雜。機電作動器無需液壓元件，具有效率高、重量輕、易于維護(hù)等優(yōu)勢，成為功率電傳作動器發(fā)展方向。

現(xiàn)有的機電作動器多采用減速機構(gòu)配合滾珠絲杠或滾柱絲杠，將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為作動機構(gòu)的直線運動，這種結(jié)構(gòu)在作動筒高速運動特別是高速往復(fù)作動的情況下，對電機性能要求很高，系統(tǒng)成本造價大，且滾珠絲杠或滾柱絲杠在動載荷作用下容易發(fā)生疲勞點蝕，影響系統(tǒng)傳動精度，可靠性較差。此外，現(xiàn)有的機電作動器采用單電機控制，作動筒運動范圍固定，單電機控制系統(tǒng)冗余度差，在高速作動情況下小幅值位移或力控制精度差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是：為了克服現(xiàn)有機電作動器成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差、冗余度差不適于高速高頻作動等缺點，提供了一種低成本、結(jié)構(gòu)緊湊、高可靠性、高剛性、且能滿足高速高頻作動環(huán)境的可變行程機電作動器

本實用新型的技術(shù)方案是：

機電作動器包括機架單元、驅(qū)動單元、可變行程單元、輸出單元；驅(qū)動單元的減速器底面通過緊固件固定在機架單元的底板上；驅(qū)動單元的減速器輸出端通過鍵與可變行程單元的減速機輸出軸一端相連接；減速機輸出軸的另一端穿過固定螺紋調(diào)節(jié)件與輸出單元的飛輪軸連接件相連接實現(xiàn)傳動控制；可變行程單元的飛輪游動連桿與輸出單元的曲柄連桿相連接用于輸出行程的調(diào)節(jié)；

所述的機架單元包括上頂板、底板、方形側(cè)立板、L形側(cè)立板和C形側(cè)立板，所述C形側(cè)立板兩個側(cè)面通過緊固件分別與L型側(cè)立板和方形側(cè)立板的一側(cè)相連接，C型側(cè)立板、L型側(cè)立板和方形側(cè)立板的底面通過緊固件固定在底板上，頂部通過緊固件與上頂板相連接；

所述的驅(qū)動單元包括伺服驅(qū)動電機、驅(qū)動器、減速器，所述的減速器的底面通過緊固件固定在機架單元的底板上，伺服驅(qū)動電機的輸出軸通過鍵與減速器的輸入端相連接，減速器的輸出端通過鍵與可變行程單元的減速機輸出軸相連接，驅(qū)動器通過信號線和電源線與伺服驅(qū)動電機相連接，實現(xiàn)對電機輸出轉(zhuǎn)速的控制；

所述的可變行程單元包括聯(lián)軸器、行程調(diào)節(jié)電機、行程調(diào)節(jié)電機驅(qū)動器、蝸桿、蝸輪、減速機輸出軸、固定螺紋調(diào)節(jié)件、蝸輪支承板、調(diào)整螺母端蓋、調(diào)整螺母、調(diào)整環(huán)、連桿和飛輪游動連桿，所述的減速機輸出軸的輸入端通過鍵與驅(qū)動單元的減速器相連，輸出端穿過固定螺紋調(diào)節(jié)件、蝸輪、調(diào)整螺母端蓋、調(diào)整螺母和調(diào)整環(huán)與輸出單元的飛輪軸連接件相連；蝸桿的輸入端通過聯(lián)軸器與行程調(diào)節(jié)電機相連接，另一端通過機架單元的方形側(cè)立板進(jìn)行支撐；蝸輪與蝸桿相配合，蝸輪的內(nèi)六方孔與調(diào)整螺母的外六方結(jié)構(gòu)相連，蝸輪的凸緣外側(cè)面通過軸承安裝在蝸輪支承板的安裝孔上；固定螺紋調(diào)節(jié)件的兩側(cè)面通過緊固件分別固定在機架單元的方形側(cè)立板和L型側(cè)立板的安裝孔上，固定螺紋調(diào)節(jié)件中部的凸緣結(jié)構(gòu)通過螺紋副與調(diào)整螺母相連；調(diào)整環(huán)的一端固定在調(diào)整螺母和調(diào)整螺母端蓋之間，另一端通過緊固件與連桿的一端相連；連桿的另一端通過緊固件與飛輪游動連桿相連，并在輸出單元的飛輪軸連接件的開槽中滑動；飛輪游動連桿通過緊固件與輸出單元的曲柄連桿連接，并在飛輪蓋板的開槽中滑動，行程調(diào)節(jié)電機驅(qū)動器通過信號線和電源線與行程調(diào)節(jié)電機相連接，實現(xiàn)對電機輸出轉(zhuǎn)速的控制；

所述的輸出單元包括球軸承、飛輪軸連接件、飛輪蓋板、曲柄連桿、輸出軸、直線軸承、力傳感器，飛輪軸連接件的端面通過緊固件固定在飛輪蓋板上，中部通過鍵與可變行程單元減速機輸出軸的輸出端連接；飛輪蓋板通過球軸承固定在軸承固定板上，軸承固定板通過緊固件固定在底板的方槽中；曲柄連桿的一端與可變行程單元的飛輪游動連桿相連接，另一端與輸出軸相連，并在飛輪蓋板的槽中滑動；輸出軸穿過直線軸承，并通過力傳感器與負(fù)載相連接，直線軸承通過法蘭盤固定在上機架單元頂板上。

本實用新型具有的優(yōu)點和有益效果是：

本實用新型采用伺服電機減速器驅(qū)動曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)對負(fù)載位置控制，通過力傳感器采集加載力值可實現(xiàn)對負(fù)載的力控制；采用伺服電機驅(qū)動螺紋副結(jié)構(gòu)改變曲柄長度可實現(xiàn)變行程輸出。本實用新型采用機電伺服驅(qū)動，與傳動電液作動器相比，結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、可靠性程度高，綠色環(huán)保。

本實用新型采用曲柄滑塊結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有的機電作動器相比，輸出軸高速往復(fù)運動時電機只需單方向轉(zhuǎn)動，一方面避免了電機頻繁正反轉(zhuǎn)過程中的電機發(fā)熱穩(wěn)定性差、電機壽命低、輸出頻率低等缺點，提高作動系統(tǒng)輸出的可靠性和穩(wěn)定性；另一方面避免了采用復(fù)雜電路和控制器的高成本頻繁正反轉(zhuǎn)電機組件，在不降低輸出品質(zhì)的前提下，采用低成本電機可實現(xiàn)高頻往復(fù)作動力和位移輸出，降低作動器成本，易于普及推廣。

本實用新型采用可變行程結(jié)構(gòu)，輸出過程中可通過其可變行程單元實時的改變輸出位移和力幅值，并能根據(jù)負(fù)載需求實現(xiàn)的位移或力的變幅值或變頻率輸出，與傳動作動器相比，一方面可滿足于多種復(fù)雜的力或位移負(fù)載曲線的輸出，另一方面采用雙電機實現(xiàn)作動輸出提高系統(tǒng)冗余度，尤其在小位移或力幅值高頻作動情況下提高系統(tǒng)輸出精度及可靠性。

此外本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，可靠度高，成本較低，適用于航空航天、機械工業(yè)等多領(lǐng)域往復(fù)運動工作環(huán)境，易于推廣應(yīng)用，具有較大的實用價值。

附圖說明

圖1為本實用新型的各組成單元示意圖；

圖2為本實用新型的典型安裝示意圖；

圖3為驅(qū)動單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為可變行程單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為可變行程單元結(jié)構(gòu)局部剖切示意圖；

圖6為可變行程單元與輸出單元裝配示意圖；

圖7為輸出單元結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：

1、機架單元 2、驅(qū)動單元 3、可變行程單元

4、輸出單元 5、上頂板 6、底板

7、減速器 8、方形側(cè)立板 9、L形側(cè)立板

10、C形側(cè)立板 11、軸承固定板 12、直線軸承

13、力傳感器 14、聯(lián)軸器 15、伺服驅(qū)動電機

16、行程調(diào)節(jié)電機 17、蝸桿 18、蝸輪

19、減速機輸出軸 20、固定螺紋調(diào)節(jié)件 21、蝸輪支承板

22、球軸承 23、飛輪軸連接件 24、調(diào)整螺母端蓋

25、調(diào)整螺母 26、調(diào)整環(huán) 27、連桿

28、飛輪蓋板 29、飛輪游動連桿 30、曲柄連桿

31、輸出軸

具體實施方式

下面通過實施例對本實用新型做進(jìn)一步說明：

本實用新型一種可變行程機電作動器由機架單元1、驅(qū)動單元2、可變行程單元3、輸出單元4組成，安裝結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。其中驅(qū)動單元2的減速器7底面通過緊固件固定在機架單元1的底面上，驅(qū)動單元2的減速器7通過鍵與可變行程單元3的減速機輸出軸19一端相連接，減速機輸出軸19的另一端穿過固定螺紋調(diào)節(jié)件20與輸出單元4的飛輪軸連接件23相連接實現(xiàn)傳動控制，可變行程單元3的飛輪游動連桿29與輸出單元4的曲柄連桿30相連接用于輸出行程的調(diào)節(jié)；

如圖2所示，機架單元1包括上頂板5、底板6、方形側(cè)立板8、L形側(cè)立板9和C形側(cè)立板10。C型側(cè)立板10兩個側(cè)面通過緊固件分別與L型側(cè)立板9和方形側(cè)立板8的一側(cè)相連接，C型側(cè)立板10、L型側(cè)立板9和方形側(cè)立板8的底面通過緊固件固定在底板6上，頂部通過緊固件與上頂板13相連接。該機架單元1用于內(nèi)部部件及負(fù)載的固定。該6底板為板型結(jié)構(gòu)件，用于機架單元1固定；該方形側(cè)立板8為方形板狀結(jié)構(gòu)，用于內(nèi)部結(jié)構(gòu)固定；該L型側(cè)立板9為L型板狀結(jié)構(gòu)，用于蝸桿結(jié)構(gòu)固定；該C形側(cè)立板10為C形板狀結(jié)構(gòu)，用于輸出單元固定；上頂板13為方形板狀結(jié)構(gòu)，用于直線軸承固定；

如圖3所示，驅(qū)動單元2包括伺服驅(qū)動電機15、驅(qū)動器、減速器7組成。減速器7的底面通過緊固件固定在機架單元1的底板6上，伺服驅(qū)動電機的輸出軸通過鍵與減速器7的輸入端相連接，減速器7的輸出端通過鍵與可變行程單元3的減速機輸出軸19相連接，驅(qū)動器通過信號線和電源線與伺服驅(qū)動電機相連接，實現(xiàn)對電機輸出轉(zhuǎn)速的控制。該驅(qū)動單元通過驅(qū)動器進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制以滿足不同的輸出要求。

如圖4、圖5和圖6所示，可變行程單元3包括聯(lián)軸器14、行程調(diào)節(jié)電機16、行程調(diào)節(jié)電機驅(qū)動器、蝸桿17、蝸輪18、減速機輸出軸19、固定螺紋調(diào)節(jié)件20、蝸輪支承板21、調(diào)整螺母端蓋24、調(diào)整螺母25、調(diào)整環(huán)26、連桿27和飛輪游動連桿29組成。減速機輸出軸19的輸入端通過鍵與驅(qū)動單元2的減速器7相連，另一端穿過固定螺紋調(diào)節(jié)件20、蝸輪18、調(diào)整螺母端蓋24、調(diào)整螺母25和調(diào)整環(huán)26與輸出單元4的飛輪軸連接件23相連；蝸桿17的輸入端通過聯(lián)軸器14與行程調(diào)節(jié) 電機16相連接，另一端通過機架單元1的方形側(cè)立板8進(jìn)行支撐；蝸輪18與蝸桿17相配合，蝸輪18的內(nèi)六方孔與調(diào)整螺母25的外六方結(jié)構(gòu)相連，蝸輪18的凸緣外側(cè)面通過軸承安裝在蝸輪支承板21的安裝孔上；固定螺紋調(diào)節(jié)件20的兩側(cè)面通過緊固件分別固定在機架單元1的方形側(cè)立板8和L型側(cè)立板9上的安裝孔上，固定螺紋調(diào)節(jié)件20中部的凸緣結(jié)構(gòu)通過螺紋副與調(diào)整螺母25相連；調(diào)整環(huán)26的一端固定在調(diào)整螺母25和調(diào)整螺母端蓋24之間，另一端通過緊固件與連桿27相連；連桿27的一端通過緊固件與飛輪游動連桿29相連，并在輸出單元4的飛輪軸連接件23的開槽中滑動；飛輪游動連桿29通過緊固件與輸出單元4的曲柄連桿30連接，并在飛輪蓋板28的開槽中滑動。行程調(diào)節(jié)電機驅(qū)動器通過信號線和電源線與行程調(diào)節(jié)電機相連接，實現(xiàn)對電機輸出轉(zhuǎn)速的控制。該蝸輪18為中心開有內(nèi)六方形孔結(jié)構(gòu)蝸輪，用于行程調(diào)節(jié)傳動；該減速機輸出軸19為階梯軸形結(jié)構(gòu)件，用于輸出傳動；該固定螺紋調(diào)節(jié)件20為帶有螺紋凸緣結(jié)構(gòu)的方板形結(jié)構(gòu)件，用于與調(diào)整螺母25配合；該蝸輪支承板21為方形板狀結(jié)構(gòu)件，用于蝸輪18固定；該調(diào)整螺母端蓋24為圓盤狀結(jié)構(gòu)件，用于調(diào)整環(huán)固定；該調(diào)整螺母25為法蘭型螺母結(jié)構(gòu)件，用于調(diào)節(jié)調(diào)整環(huán)位置；該連桿27為桿狀結(jié)構(gòu)件，用于調(diào)節(jié)飛輪游動連桿29的位置；該飛輪游動連桿29為一端帶有凸緣的桿狀結(jié)構(gòu)件，用于調(diào)節(jié)曲柄偏心的位置?？勺冃谐虇卧?通過行程調(diào)節(jié)電機16控制可實現(xiàn)輸出幅值的在線調(diào)節(jié)。

如圖6和圖7所示，輸出單元4包括球軸承22、飛輪軸連接件23、飛輪蓋板28、曲柄連桿30、輸出軸31、直線軸承12、力傳感器13，飛輪軸連接件23的端面通過緊固件固定在飛輪蓋板28上，中部通過鍵與可變行程單元3減速機輸出軸19的輸出端連接；飛輪蓋板28通過球軸承22固定在軸承固定板11上，軸承固定板11通過緊固件固定在底板6的方槽中；曲柄連桿30的一端與可變行程單元3的飛輪游動連桿29相連接，另一端與輸出軸31相連，并在飛輪蓋板28的槽中滑動；輸出軸31穿過直線軸承12，并通過力傳感器13與負(fù)載相連接，直線軸承12通過法蘭盤固定在上機架單元1的頂板5上。該飛輪軸連接件23為開有槽的盤形結(jié)構(gòu)件，用于控制連桿滑動方向；該飛輪蓋板28為開有槽的盤形結(jié)構(gòu)件用于控制飛輪游動連桿29滑動方向；該曲柄連桿30為桿形結(jié)構(gòu)件，用于傳動；該輸出軸31為圓柱形結(jié)構(gòu)件；該力傳感器為市售件，用于測量輸出力值。該輸出單元4的輸出軸31配合力傳感器13和位移傳感器可實現(xiàn)對負(fù)載的力或位置控制。

所述一種可變行程機電作動器的工作過程為：

1、單方向位移或力輸出

1)調(diào)試試驗臺，安裝被加載對象，在被加載對象與輸出軸間安裝位移或力傳感器；

2)通過調(diào)節(jié)可變行程電機改變輸出幅值；

3)根據(jù)輸出曲線反解出電機運動曲線，通過控制電機運動實現(xiàn)對被加載對象的位移或力輸出；

2、往復(fù)定幅值位移或力輸出。

1)調(diào)試試驗臺，安裝被加載對象，在被加載對象與輸出軸間安裝位移或力傳感器；

2)通過調(diào)節(jié)可變行程電機改變輸出幅值；

3)根據(jù)輸出曲線反解出電機運動曲線，通過控制電機運動速度實現(xiàn)對被加載對象的位移或力定幅值定頻或變頻輸出。

3、往復(fù)變幅值位移或力輸出

1)調(diào)試試驗臺，安裝被加載對象，在被加載對象與輸出軸間安裝位移或力傳感器；

2)通過調(diào)節(jié)可變行程電機給定初始輸出幅值；

3)根據(jù)輸出曲線反解出電機運動曲線，通過控制電機運動速度實現(xiàn)對被加載對象的位移或力定幅值定頻或變頻輸出；

4)通過輸出曲線反解出可變行程電機運動曲線，通過控制可變行程電機的運動實現(xiàn)可變幅值輸出。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本實用新型的原理而采用的示例性實施方式，然而本實用新型并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本實用新型的精神和實質(zhì)的情況下，以手輪或其他機構(gòu)代替電機驅(qū)動，以齒輪傳動、齒條傳動或帶傳動等代替蝸輪蝸桿傳動實現(xiàn)可變行程調(diào)節(jié)，或者其他各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本實用新型的保護(hù)范圍。