一種新型直線式機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)及裝配方法
【專利摘要】一種新型直線式機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)及裝配方法，機(jī)構(gòu)中每個固定架(6)上設(shè)置四個安裝孔，其中一個安裝孔上固定安裝直線電機(jī)(1)的定子軸(1?1)，另外兩個安裝孔固定安裝滑軌(2)，兩個滑軌(2)相對定子軸(1?1)對稱安裝，直線電機(jī)動子(1?2)穿過定子軸(1?1)，變質(zhì)心質(zhì)量塊(4)中心設(shè)置通孔，通過安裝在通孔內(nèi)的碳膜潤滑直線軸承(3)安裝在滑軌(2)上，變質(zhì)心質(zhì)量塊(4)與直線電機(jī)動子(1?2)固定連接；固定架(6)上的第四個安裝孔固定安裝磁致伸縮位移傳感器(13)的安裝軸(13?1)，磁致伸縮位移傳感器(13)的磁環(huán)(13?2)通過一個安裝法蘭(14)固定在變質(zhì)心質(zhì)量塊(4)上。
【專利說明】
一種新型直線式機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)及裝配方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)電伺服領(lǐng)域，具體涉及直線式機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]伺服系統(tǒng)作為飛行器飛行控制系統(tǒng)的主體，驅(qū)動噴管或舵面偏轉(zhuǎn)，調(diào)整飛行器發(fā)動機(jī)推力方向，使飛行器按照指令要求穩(wěn)定飛行，它的動態(tài)響應(yīng)速度、精度和可靠性直接影響著飛行器飛行過程的動態(tài)品質(zhì)。
[0003 ]傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)有氣壓伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)+傳動機(jī)構(gòu)的電動伺服系統(tǒng)。氣壓伺服系統(tǒng)工作壓力低、出力小、穩(wěn)定性差、定位精度低;液壓伺服系統(tǒng)維護(hù)難度大、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大、成本高、實(shí)現(xiàn)技術(shù)難度大;旋轉(zhuǎn)電機(jī)+傳動機(jī)構(gòu)的電動伺服系統(tǒng)，動態(tài)特性差、位置控制精度低。而采用直線電機(jī)的直接驅(qū)動電動伺服系統(tǒng)，取消了中間傳動環(huán)節(jié)，磨損小、維護(hù)簡單、可靠性高；消除了彈性誤差積累，系統(tǒng)的精度高；系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能大大提尚。
[0004]目前，有外定子內(nèi)動子結(jié)構(gòu)形式的直線電機(jī)直接驅(qū)動噴管或舵面，但直線電機(jī)的端部效應(yīng)和力矩波動問題成為限制該結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用的瓶頸，直線電機(jī)直接驅(qū)動的優(yōu)勢無法體現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:提供一種直線電機(jī)直接驅(qū)動式電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過動子與變質(zhì)心質(zhì)量塊一體化設(shè)計(jì)、碳膜潤滑直線軸承+滑軌的固定形式，解決了傳統(tǒng)的直線電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)端部效應(yīng)和力矩波動問題，同時，滿足復(fù)雜的變負(fù)載和動態(tài)工況。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種新型直線式機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)，包括直線電機(jī)、滑軌、碳膜潤滑直線軸承、變質(zhì)心質(zhì)量塊、磁致伸縮位移傳感器、兩個結(jié)構(gòu)相同的固定架；
[0007]每個固定架上設(shè)置四個安裝孔，其中一個安裝孔上固定安裝直線電機(jī)的定子軸，另外兩個安裝孔固定安裝滑軌，兩個滑軌相對定子軸對稱安裝，直線電機(jī)動子穿過定子軸，變質(zhì)心質(zhì)量塊中心設(shè)置通孔，通過安裝在通孔內(nèi)的碳膜潤滑直線軸承安裝在滑軌上，變質(zhì)心質(zhì)量塊與直線電機(jī)動子固定連接;固定架上的第四個安裝孔固定安裝磁致伸縮位移傳感器的安裝軸，磁致伸縮位移傳感器的磁環(huán)通過一個安裝法蘭固定在變質(zhì)心質(zhì)量塊上。
[0008]所述的直線電機(jī)定子軸與直線電機(jī)動子之間的氣隙確定步驟如下:
[0009]第一步，根據(jù)空間尺寸及直線電機(jī)行程，確定直線電機(jī)動子的長度；
[0010]第二步，根據(jù)直線電機(jī)的推力要求，確定滿足推力的直線電機(jī)動子和定子的最小氣隙S1;
[0011]第三步，根據(jù)直線電機(jī)工作過程中承受的沖擊力，滑軌外徑，變質(zhì)心質(zhì)量塊的質(zhì)量，利用仿真分析確定直線電機(jī)動子的變形量，依此確定直線電機(jī)動子與定子不干涉的氣隙~;
[0012]第四步，選取δ4Ρδ2中的最大值作為直線電機(jī)動子與定子的氣隙。
[0013]還包括轉(zhuǎn)接頭、防撞塊固緊法蘭盤、轉(zhuǎn)接板、防撞塊、定子軸鎖緊螺母、滑軌鎖緊螺母;直線電機(jī)定子軸與固定板采用定子軸鎖緊螺母固定，滑軌與轉(zhuǎn)接頭過盈配合連接，防撞塊與滑軌間隙配合，套入滑軌，轉(zhuǎn)接板裝入防撞塊的U型槽內(nèi)，通過固定孔與防撞塊固緊法蘭盤的固定孔固定連接，防撞塊固緊法蘭盤通過固定孔與固定板固定連接。
[0014]在固定架上安裝電纜鏈軌架，直線電機(jī)的三相動力線和位置信號線放入電纜鏈軌架上。
[0015]直線電機(jī)的定子軸表面為N、S極交替排列的永磁體，直線電機(jī)動子內(nèi)嵌有空間相差120度的繞組。
[0016]一種新型直線式機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)裝配方法，步驟如下:
[0017]第一步，將一個固定架固定，裝入兩個滑軌和直線電機(jī)定子軸，用滑軌鎖緊螺母鎖緊滑軌，用定子軸鎖緊螺母鎖緊定子軸；
[0018]第二步，將碳膜潤滑直線軸承裝入變質(zhì)心質(zhì)量塊，然后將變質(zhì)心質(zhì)量塊安裝在在滑軌上；
[0019]第三步，將工裝固定于可以直線移動的導(dǎo)軌上，工裝的兩個方形孔的中心與固定架上的滑軌安裝中心孔的中心對齊；
[0020]第四步，將法蘭盤通過四個通孔固定于直線電機(jī)殼體上，然后將法蘭盤通過四個螺紋孔固定于工裝上，間接固定于工裝上的直線電機(jī)的中心軸線與直線電機(jī)定子軸的中心軸線重合；
[0021]第五步，變質(zhì)心質(zhì)量塊與工裝相對運(yùn)動，使變質(zhì)心質(zhì)量塊套入工裝的方形孔，待變質(zhì)心質(zhì)量塊與直線電機(jī)的固定安裝位置對應(yīng)，將變質(zhì)心質(zhì)量塊與直線電機(jī)固定；
[0022]第六步，拆下工裝，然后拆下法蘭盤，將滑軌和定子軸裝入另一個固定架，同時用滑軌鎖緊螺母和定子軸鎖緊螺母鎖緊。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為:
[0024](I)本發(fā)明針對機(jī)電伺服系統(tǒng)，提供了一種直線式變質(zhì)心機(jī)電執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該發(fā)明中:直線電機(jī)采用外動子內(nèi)定子結(jié)構(gòu)，動子與變質(zhì)心質(zhì)量塊一體化設(shè)計(jì)，通過控制驅(qū)動器控制動子部分運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)質(zhì)心改變，姿態(tài)快速調(diào)整;該發(fā)明采用碳膜潤滑直線軸承+滑軌的結(jié)構(gòu)形式，較定動子之間安裝直線軸承的結(jié)構(gòu)形式，節(jié)省軸向空間，解決了有限軸向空間大行程下的定動子固定導(dǎo)向問題，同時適應(yīng)復(fù)雜的橫法向過載而產(chǎn)生的摩擦力、慣性負(fù)載力以及高動態(tài)響應(yīng)。
[0025](2)通過仿真分析尋求滿足電機(jī)推力要求和電機(jī)承受沖擊力要求的最小氣隙，達(dá)到高比功率密度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的統(tǒng)一。
[0026](3)直線電機(jī)的三相動力線由電機(jī)動子引出，在動子移動過程中，線纜隨之移動，為防止線纜纏繞在其他部件上，將線纜固定在鏈軌內(nèi)，使線纜在鏈軌內(nèi)有序移動。
【附圖說明】
[0027]圖1本發(fā)明直線式變質(zhì)心電動伺服機(jī)構(gòu)外形圖；
[0028]圖2本發(fā)明直線式變質(zhì)心電動伺服機(jī)構(gòu)組成圖；
[0029]圖3本發(fā)明滑軌與固定架連接局部剖面圖；
[0030]圖4本發(fā)明防撞塊固緊法蘭盤示意圖
[0031]圖5本發(fā)明防撞塊示意圖
[0032]圖6本發(fā)明轉(zhuǎn)接板示意圖；
[0033]圖7本發(fā)明工裝示意圖；
[0034]圖8本發(fā)明法蘭盤示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行說明。如圖1和圖2所示，直線式變質(zhì)心電動伺服機(jī)構(gòu)包括直線電機(jī)1、滑軌2、碳膜潤滑直線軸承3、變質(zhì)心質(zhì)量塊4、轉(zhuǎn)接頭5、兩個結(jié)構(gòu)相同的固定架6、防撞塊固緊法蘭盤7、轉(zhuǎn)接板8、防撞塊9、定子軸鎖緊螺母10、滑軌鎖緊螺母11、電纜鏈軌架12、磁致伸縮位移傳感器13、法蘭盤15、工裝16。
[0036]具體的，直線電機(jī)I由直線電機(jī)定子軸1-1和直線電機(jī)動子1-2組成，直線電機(jī)I定子軸1-1表面為N、S極交替排列的永磁體，直線電機(jī)動子1-2內(nèi)嵌有空間相差120度的繞組。
[0037]具體的，直線電機(jī)定子軸1-1軸線、兩個滑軌2的軸線在同一個平面上，滑軌2、碳膜潤滑直線軸承3、變質(zhì)心質(zhì)量塊4、轉(zhuǎn)接頭5、固定架6、防撞塊固緊法蘭盤7、轉(zhuǎn)接板8、防撞塊
9、滑軌鎖緊螺母11以直線電機(jī)定子軸1-1軸線對稱，且滑軌兩端的轉(zhuǎn)接頭5、固定架6、防撞塊固緊法蘭盤7、轉(zhuǎn)接板8、防撞塊9、滑軌鎖緊螺母11對稱。直線電機(jī)定子軸1-1兩端的定子軸鎖緊螺母10、固定板6對稱。
[0038]具體的安裝關(guān)系如下:每個固定架6上設(shè)置四個安裝孔，其中一個安裝孔上固定安裝直線電機(jī)I的定子軸1-1，直線電機(jī)定子軸1-1與固定板6采用子軸鎖緊螺母10固定，另外兩個安裝孔固定安裝滑軌2，兩個滑軌2與固定板6采用滑軌鎖緊螺母11固定且相對定子軸對稱安裝，直線電機(jī)動子1-2穿過定子軸1-1，變質(zhì)心質(zhì)量塊4中心設(shè)置通孔，通過安裝在通孔內(nèi)的碳膜潤滑直線軸承3安裝在滑軌2上，變質(zhì)心質(zhì)量塊4與直線電機(jī)動子1-2通過螺釘連接。固定架6上的第四個安裝孔固定安裝磁致伸縮位移傳感器13的安裝軸13-1，磁致伸縮位移傳感器13的磁環(huán)13-2通過一個安裝法蘭14固定在一個變質(zhì)心質(zhì)量塊4上。
[0039]具體的，碳膜潤滑直線軸承3采用潤滑油潤滑，以提高其使用壽命和直線運(yùn)動速度。
[0040]具體的，如圖3所示，滑軌2與固定板6連接前，滑軌2與轉(zhuǎn)接頭過盈配合連接，防撞塊9套入滑軌2與滑軌2間隙配合，轉(zhuǎn)接板8(如圖6所示)裝入防撞塊9的U型槽內(nèi)(如圖5所示)，通過固定孔8-1與防撞塊固緊法蘭盤7(如圖4所示)的固定孔7-2固定連接，防撞塊固緊法蘭盤7通過固定孔7-1與固定板6固定連接。
[0041]具體的，在固定架6上安裝電纜鏈軌架12，直線電機(jī)的三相動力線和位置信號線放入電纜鏈軌架12上，直線式變質(zhì)心電動伺服機(jī)構(gòu)的線纜在電纜鏈軌架12內(nèi)直線移動。
[0042]具體的，直線電機(jī)定子軸1-1與直線電機(jī)動子1-2之間的氣隙確定步驟如下:
[0043]第一步，根據(jù)空間尺寸及直線電機(jī)行程，確定直線電機(jī)動子1-2的長度；
[0044]第二步，根據(jù)直線電機(jī)I的推力要求結(jié)合直線電機(jī)動子的長度、定子軸外徑、直線電機(jī)運(yùn)行速度，按照旋轉(zhuǎn)電機(jī)的相關(guān)設(shè)計(jì)方法，確定滿足推力的直線電機(jī)動子1-2和定子1-1的最小氣隙δι;
[0045]第三步，根據(jù)直線電機(jī)工作過程中承受的沖擊力，滑軌2外徑，變質(zhì)心質(zhì)量塊4的質(zhì)量，利用ANSYS仿真分析確定直線電機(jī)動子1-2的變形量，依此確定直線電機(jī)動子1-2與定子1-1不干涉的氣隙S2;
[0046]第四步，選取δ4Ρδ2*的最大值作為直線電機(jī)動子1-2與定子1-1的氣隙。
[0047]本發(fā)明直線式機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)具體的裝配方法為:
[0048]第一步，將一個固定架6固定，裝入兩個滑軌2和直線電機(jī)定子軸1-1，用滑軌鎖緊螺母11鎖緊滑軌2，用定子軸鎖緊螺母10鎖緊定子軸1-1;
[0049]第二步，將碳膜潤滑直線軸承3裝入變質(zhì)心質(zhì)量塊4，然后將變質(zhì)心質(zhì)量塊4安裝在在滑軌2上；
[0050]第三步，如圖7所示，將工裝16固定于可以直線移動的導(dǎo)軌上，固定方式不限，工裝16的兩個方形孔16-2的中心與固定架6上的滑軌安裝中心孔的中心對齊；
[0051]第四步，將法蘭盤15(如圖8所示)通過四個通孔15-2固定于直線電機(jī)I殼體上，然后將法蘭盤15通過四個螺紋孔15-1以及四個螺紋孔16-1固定于工裝16上，間接固定于工裝16上的直線電機(jī)I的中心軸線與直線電機(jī)定子軸1-1的中心軸線重合；
[0052]具體的，直線式變質(zhì)心電動伺服機(jī)構(gòu)的工作原理為:直線電機(jī)I的動子1-2通入對稱三相交流電，直線電機(jī)動子1-2做往復(fù)直線運(yùn)動，直線電機(jī)動子1-2帶動變質(zhì)心質(zhì)量塊4通過碳膜潤滑直線軸承3在滑軌2上做往復(fù)直線運(yùn)動，線纜在電纜鏈軌架12內(nèi)有序移動，當(dāng)直線電機(jī)動子1-2運(yùn)動到最大行程位置處，套在滑軌2上的防撞塊9進(jìn)行機(jī)械限位，直線式機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)的質(zhì)心發(fā)生變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)姿態(tài)調(diào)整。
[0053]本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型直線式機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)，其特征在于:包括直線電機(jī)(I)、滑軌(2)、碳膜潤滑直線軸承(3)、變質(zhì)心質(zhì)量塊(4)、磁致伸縮位移傳感器(13)、兩個結(jié)構(gòu)相同的固定架(6); 每個固定架(6)上設(shè)置四個安裝孔，其中一個安裝孔上固定安裝直線電機(jī)(I)的定子軸(1-1)，另外兩個安裝孔固定安裝滑軌(2)，兩個滑軌(2)相對定子軸(1-1)對稱安裝，直線電機(jī)動子(1-2)穿過定子軸(1-1)，變質(zhì)心質(zhì)量塊(4)中心設(shè)置通孔，通過安裝在通孔內(nèi)的碳膜潤滑直線軸承(3)安裝在滑軌(2)上，變質(zhì)心質(zhì)量塊(4)與直線電機(jī)動子(1-2)固定連接；固定架(6)上的第四個安裝孔固定安裝磁致伸縮位移傳感器(13)的安裝軸(13-1)，磁致伸縮位移傳感器(13)的磁環(huán)(13-2)通過一個安裝法蘭(14)固定在變質(zhì)心質(zhì)量塊(4)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型直線式機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的直線電機(jī)定子軸(1-1)與直線電機(jī)動子(1-2)之間的氣隙確定步驟如下: 第一步，根據(jù)空間尺寸及直線電機(jī)行程，確定直線電機(jī)動子(1-2)的長度； 第二步，根據(jù)直線電機(jī)(I)的推力要求，確定滿足推力的直線電機(jī)動子(1-2)和定子(1-1)的最小氣隙S1; 第三步，根據(jù)直線電機(jī)工作過程中承受的沖擊力，滑軌(2)外徑，變質(zhì)心質(zhì)量塊(4)的質(zhì)量，利用仿真分析確定直線電機(jī)動子(1-2)的變形量，依此確定直線電機(jī)動子(1-2)與定子(1-1)不干涉的氣隙 第四步，選取~和&中的最大值作為直線電機(jī)動子(1-2)與定子(1-1)的氣隙。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型直線式機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)，其特征在于:還包括轉(zhuǎn)接頭(5)、防撞塊固緊法蘭盤(7)、轉(zhuǎn)接板(8)、防撞塊(9)、定子軸鎖緊螺母(10)、滑軌鎖緊螺母(11); 直線電機(jī)定子軸(1-1)與固定板(6)采用定子軸鎖緊螺母(10)固定，滑軌(2)與轉(zhuǎn)接頭(5)過盈配合連接，防撞塊(9)與滑軌(2)間隙配合，套入滑軌(2)，轉(zhuǎn)接板(8)裝入防撞塊(9)的U型槽內(nèi)，通過固定孔(8-1)與防撞塊固緊法蘭盤(7)的固定孔(7-2)固定連接，防撞塊固緊法蘭盤(7)通過固定孔(7-1)與固定板(6)固定連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型直線式機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)，其特征在于:在固定架(6)上安裝電纜鏈軌架(12)，直線電機(jī)的三相動力線和位置信號線放入電纜鏈軌架(12)上。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型直線式機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)，其特征在于:直線電機(jī)(I)的定子軸(1-1)表面為N、S極交替排列的永磁體，直線電機(jī)動子(1-2)內(nèi)嵌有空間相差120度的繞組。6.一種新型直線式機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)裝配方法，其特征在于步驟如下: 第一步，將一個固定架(6)固定，裝入兩個滑軌(2)和直線電機(jī)定子軸(1-1)，用滑軌鎖緊螺母(11)鎖緊滑軌(2)，用定子軸鎖緊螺母(10)鎖緊定子軸(1-1); 第二步，將碳膜潤滑直線軸承(3)裝入變質(zhì)心質(zhì)量塊(4)，然后將變質(zhì)心質(zhì)量塊(4)安裝在在滑軌(2)上； 第三步，將工裝(16)固定于可以直線移動的導(dǎo)軌上，工裝(16)的兩個方形孔(16-2)的中心與固定架(6)上的滑軌安裝中心孔的中心對齊； 第四步，將法蘭盤(15)通過四個通孔(15-2)固定于直線電機(jī)(I)殼體上，然后將法蘭盤(15)通過四個螺紋孔(15-1)固定于工裝(16)上，間接固定于工裝(16)上的直線電機(jī)(I)的中心軸線與直線電機(jī)定子軸(1-1)的中心軸線重合； 第五步，變質(zhì)心質(zhì)量塊(4)與工裝(I6)相對運(yùn)動，使變質(zhì)心質(zhì)量塊(4)套入工裝(I6)的方形孔(16-2)，待變質(zhì)心質(zhì)量塊(4)與直線電機(jī)(I)的固定安裝位置對應(yīng)，將變質(zhì)心質(zhì)量塊(4)與直線電機(jī)(I)固定； 第六步，拆下工裝(16)，然后拆下法蘭盤(15)，將滑軌(2)和定子軸(1-1)裝入另一個固定架，同時用滑軌鎖緊螺母(11)和定子軸鎖緊螺母(10)鎖緊。
【文檔編號】H02K41/02GK106067707SQ201610417030
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年6月14日 公開號201610417030.1, CN 106067707 A, CN 106067707A, CN 201610417030, CN-A-106067707, CN106067707 A, CN106067707A, CN201610417030, CN201610417030.1
【發(fā)明人】閆海媛, 趙國平, 鄭繼貴, 卞亞東, 郭喜彬, 丁偉濤, 黃旭珍
【申請人】北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所