一種電動伺服機構及其調試方法

《一種電動伺服機構及其調試方法》是上海新躍儀表廠於2015年3月12日申請的專利，該專利的公布號為CN104654933A，申請號為2015101099771，授權公布日為2015年5月27日，發明人是冀娟、傅俊勇、馮偉、於戈。

《一種電動伺服機構及其調試方法》公開了一種電動伺服機構及其調試方法，是針對運載火箭小型伺服機構對體積、重量的敏感性，以及對反饋可靠性要求較高的特點進行設計。該發明通過在輸出軸兩側設定一對反饋放大裝置，且每個反饋放大裝置包含電位器、主齒輪、副齒輪等；其中，電位器採用導電塑膠電位器，大大降低了電動伺服機構的重量、體積；主齒輪、副齒輪採用錯齒配合，能夠消除間隙。該發明提供的一種電動伺服機構調試方法，是一種基於雙位置反饋裝置的電動伺服機構的調試方法；通過電位器裝機前測試篩選、齒輪放大裝置、錯齒消除間隙方式，提高了位置反饋的檢測精度，同時保證了兩路反饋輸出的一致性。

2018年12月20日，《一種電動伺服機構及其調試方法》獲得第二十屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種電動伺服機構及其調試方法》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種電動伺服機構及其調試方法
• 公布號：CN104654933A
• 授權日：2015年5月27日
• 申請號：2015101099771
• 申請日：2015年3月12日
• 申請人：上海新躍儀表廠
• 地址：上海市徐匯區宜山路710號
• 發明人：冀娟、傅俊勇、馮偉、於戈
• Int.Cl.：F42B15/01(2006.01)I
• 代理機構：上海信好專利代理事務所（普通合夥）
• 代理人：張靜潔、包姝晴
• 類別：發明專利

專利背景

位置伺服系統通過比較位置反饋信號與指令信號，進而跟蹤指令進行動作，從而獲得精確地位置、速度及動力輸出。伺服系統作為運載火箭的重要執行機構，通過實時採集位置反饋信號，實現位置跟蹤，驅動火箭發動機雙向搖擺，位置感測器作為伺服系統的重要部件，其可靠性至關重要。

中國國內運載火箭位置感測器大都採用了冗餘技術，如現役運載火箭上使用的一體式雙/三冗餘位置感測器，但這種電位器單個體積偏大，對於體積、重量要求嚴格的伺服系統，這種一體式冗餘位置感測器難以達到體積的小型化要求。因可靠性要求低，中國國內戰術型號電動伺服機構位置感測器沒有採用冗餘技術。

發明內容

專利目的

《一種電動伺服機構及其調試方法》的目的在於提供一種電動伺服機構及其調試方法，是針對運載火箭小型伺服機構對體積、重量的敏感性，以及對反饋可靠性要求較高的特點進行設計。《一種電動伺服機構及其調試方法》通過在輸出軸兩側設定一對反饋放大裝置，且每個反饋放大裝置包含電位器、主齒輪、副齒輪等；其中，電位器採用導電塑膠電位器，大大降低了電動伺服機構的重量、體積；主齒輪、副齒輪採用錯齒配合，能夠消除間隙。《一種電動伺服機構及其調試方法》提供的一種電動伺服機構調試方法，是一種基於雙位置反饋裝置的電動伺服機構的調試方法；通過電位器裝機前測試篩選、齒輪放大裝置、錯齒消除間隙方式，提高了位置反饋的檢測精度，同時保證了兩路反饋輸出的一致性。

技術方案

《一種電動伺服機構及其調試方法》通過以下技術方案實現：

一種電動伺服機構，其特點是，該機構包含：輸出軸；軸承，套置在所述輸出軸上；支撐裝置，套置在所述軸承外部；一對反饋放大裝置，分別對稱設定在所述輸出軸兩側的支撐裝置上；一對扇形齒片，對稱固定設定在所述輸出軸上，每個所述扇形齒片與對應的所述反饋放大裝置相嚙合匹配。

優選地，每個所述反饋放大裝置包含：電位器；主齒輪，套置在所述電位器軸上，並與對應的所述扇形齒片嚙合匹配；副齒輪，套置在所述電位器軸上，設定在所述主齒輪上；並與對應的所述扇形齒片嚙合匹配；一對扭簧，分別設定在所述電位器軸的兩側；每個所述扭簧設定在所述主齒輪、副齒輪之間；擋圈，套置在所述電位器的軸上，並設定在副齒輪上。

優選地，每個所述反饋放大裝置的電位器採用導電塑膠電位器。

優選地，每個所述扇形齒片中軸線上設有零位刻線，在該扇形齒片中軸線上設有定位孔。

一種電動伺服機構的調試方法，其特點是，該方法包含如下步驟：

S1，選配線性度一致的一對電位器作為所述一對電位器；

S2，採用電氣零位與機械零位對齊的方式進行電動伺服機構的粗調零；

S3，通過旋轉每個所述電位器將所述電動伺服機構進行精調零；

S4，當所述電動伺服機構工作、試驗後處於穩定狀態時，通過調節一對所述扇形齒片，調節該對扇形齒片即可實現微調。

優選地，所述步驟S1包含如下步驟：

S1.1，選擇最大擺角時輸出電壓相差不超過0.2伏的一對電位器作為所述一對電位器；

S1.2，將每個述反饋放大裝置的主齒輪、副齒輪採用錯齒方式進行結合後，與其對應的固定在所述輸出軸上的扇形齒片嚙合匹配。

優選地，所述步驟S2包含如下步驟：

S2.1，將零位工裝插入所述扇形齒片的定位孔內，在所述扇形齒片與其對應的主齒輪、副齒輪進行嚙合的過程中，進行零位粗調；

S2.2，當所述電動伺服機構的機械零位與電氣零位重合度達到±0.5°範圍內，完成粗調。

優選地，所述步驟S3包含如下步驟：

S3.1，旋轉每個所述電位器，將該電位器的零位調整到±0.3°以內，擰緊該電位器的所有安裝螺釘；

S3.2，當每個電位器的所有安裝螺釘擰緊後，判斷該對電位器的零位是否都在±0.3°以內；若不是，跳轉至所述步驟S3.1；若是，執行所述步驟S4。

優選地，所述步驟S4包含如下步驟：

在無需拆開該電動伺服機構內部結構的情況下，通過擰松每個所述扇形齒片的定位孔內的安裝螺釘，調整該扇形齒片，確保該電動伺服機構的反饋精度控制在±0.1°範圍內。

改善效果

《一種電動伺服機構及其調試方法》提供的一種電動伺服機構及其調試方法，能夠針對體積、重量要求苛刻，反饋可靠性要求較高，反饋精度高的情況，基於雙位置反饋裝置的電動伺服機構採用了兩個獨立的小型導電塑膠電位器，兩個電位器對稱分布於輸出軸兩側，可同時檢測伺服機構的擺角輸出，是一種穩定、可靠、精確的雙冗餘位置反饋裝置。《一種電動伺服機構及其調試方法》提出了一種電動伺服機構的調試方法，是基於雙位置反饋裝置的電動伺服機構的調試方法，能夠解決2015年3月之前技術中電動伺服機構雙位置反饋裝置兩套位置反饋一致性差的問題，達到了伺服機構精度指標要求。

附圖說明

圖1為《一種電動伺服機構及其調試方法》一種電動伺服機構的整體結構示意圖。

圖2為《一種電動伺服機構及其調試方法》一種電動伺服機構的立體結構示意圖。

圖3為《一種電動伺服機構及其調試方法》一種電動伺服機構的實施例示意圖之一。

圖4為《一種電動伺服機構及其調試方法》一種電動伺服機構的實施例示意圖之二。

圖5為《一種電動伺服機構及其調試方法》一種電動伺服機構的實施例示意圖之三。

圖6為《一種電動伺服機構及其調試方法》一種電動伺服機構調試方法的實施例示意圖之一。

圖7為《一種電動伺服機構及其調試方法》一種電動伺服機構調試方法的實施例示意圖之二。

圖8為《一種電動伺服機構及其調試方法》一種電動伺服機構調試方法的實施例示意圖之三。

技術領域

《一種電動伺服機構及其調試方法》涉及基於雙位置反饋裝置電動伺服機構的調試方法，具體涉及一種電動伺服機構及其調試方法。

權利要求

1.一種電動伺服機構，其特徵在於，該機構包含：輸出軸（1）；軸承（2），套置在所述輸出軸（1）上；支撐裝置（3），套置在所述軸承（2）外部；一對反饋放大裝置（4），分別對稱設定在所述輸出軸（1）兩側的支撐裝置（3）上；一對扇形齒片（5），對稱固定設定在所述輸出軸（1）上，每個所述扇形齒片（5）與對應的所述反饋放大裝置（4）相嚙合匹配。

2.如權利要求1所述的電動伺服機構，其特徵在於，每個所述反饋放大裝置（4）包含：電位器（41）；主齒輪（42），套置在所述電位器（41）軸上，並與對應的所述扇形齒片（5）嚙合匹配；副齒輪（43），套置在所述電位器（41）軸上，設定在所述主齒輪（42）上；並與對應的所述扇形齒片（5）嚙合匹配；一對扭簧（44），分別設定在所述電位器（41）軸的兩側；每個所述扭簧（44）設定在所述主齒輪（42）、副齒輪（43）之間；擋圈（45），套置在所述電位器（41）的軸上，並設定在副齒輪（43）上。

3.如權利要求2所述的電動伺服機構，其特徵在於，每個所述反饋放大裝置（4）的電位器（41）採用導電塑膠電位器。

4.如權利要求1所述的電動伺服機構，其特徵在於，每個所述扇形齒片（5）中軸線上設有零位刻線，在該扇形齒片（5）中軸線上設有定位孔（51）。

5.一種電動伺服機構的調試方法，其特徵在於，該方法包含如下步驟：S1，選配線性度一致的一對電位器作為所述電動伺服機構的一對電位器（41）；S2，採用電氣零位與機械零位對齊的方式進行電動伺服機構的粗調零；S3，通過旋轉每個所述電位器（41）將所述電動伺服機構進行精調零；S4，當所述電動伺服機構試驗後處於穩定狀態時，通過調節一對扇形齒片（5）實現對所述電動伺服機構的微調。

6.如權利要求5所述的電動伺服機構的調試方法，其特徵在於，所述步驟S1包含如下步驟：S1.1，選擇最大擺角時輸出電壓相差不超過0.2伏的一對電位器作為所述電動伺服機構的一對電位器（41）；S1.2，將每個述反饋放大裝置（4）的主齒輪（42）、副齒輪（43）以錯齒方式結合後，與對應的固定在所述輸出軸（1）上的扇形齒片（5）嚙合匹配。

7.如權利要求5所述的電動伺服機構的調試方法，其特徵在於，所述步驟S2包含如下步驟：S2.1，將零位工裝插入所述扇形齒片（5）的定位孔（51）內，在所述扇形齒片（5）與其對應的主齒輪（42）、副齒輪（43）進行嚙合的過程中，進行零位粗調；S2.2，當所述電動伺服機構的機械零位與電氣零位重合度達到±0.5°範圍內，完成粗調。

8.如權利要求5所述的電動伺服機構的調試方法，其特徵在於，所述步驟S3包含如下步驟：S3.1，旋轉每個所述電位器（41），將該電位器（41）的零位調整到±0.3°以內，擰緊該電位器（41）的所有安裝螺釘；S3.2，當每個電位器（41）的所有安裝螺釘擰緊後，判斷該對電位器（41）的零位是否都在±0.3°以內；若不是，跳轉至所述步驟S3.1；若是，執行所述步驟S4。

9.如權利要求5所述的電動伺服機構的調試方法，其特徵在於，所述步驟S4包含如下步驟：在無需拆開該電動伺服機構內部結構的情況下，通過擰松每個所述扇形齒片（5）的定位孔（51）內的安裝螺釘，調整該扇形齒片（5），確保該電動伺服機構的反饋精度控制在±0.1°範圍內。

實施方式

如圖1-圖3所示，一種電動伺服機構，該機構包含：輸出軸1、軸承2、支撐裝置3、一對反饋放大裝置4及一對扇形齒片5。

其中，軸承2套置在輸出軸1上；支撐裝置3套置在軸承2外部；一對反饋放大裝置4分別對稱設定在輸出軸1兩側的支撐裝置3上；一對扇形齒片5對稱固定設定在輸出軸1上，每個扇形齒片5與對應的反饋放大裝置4相嚙合匹配。

如圖1-圖3所示，每個反饋放大裝置4包含：電位器41、主齒輪42、副齒輪43、一對扭簧44及擋圈45。

其中，主齒輪42套置在電位器41軸上，並與對應的扇形齒片5嚙合匹配。副齒輪43套置在電位器41軸上，設定在主齒輪42上；並與對應的扇形齒片5嚙合匹配。一對扭簧44，分別設定在電位器41軸的兩側；每個扭簧44設定在主齒輪42、副齒輪43之間。擋圈45套置在電位器41的軸上，並設定在副齒輪43上。

《一種電動伺服機構及其調試方法》中，每個反饋放大裝置4的電位器41採用導電塑膠電位器。

該實施例中，在體積、重量要求苛刻的情況下，考慮空間布局要求，採用體積小、重量輕的2個型號為WDD-14導電塑膠電位器（每個導電塑膠電位器重量為15克）作為一對電位器41。

《一種電動伺服機構及其調試方法》中，每個反饋放大裝置4的主齒輪42、副齒輪43將反饋放大；同時採用錯齒的方式結合，即每個反饋放大裝置4的主齒輪42、副齒輪43之間安裝了一對扭簧44，通過該對扭簧44變形力，消除反饋齒輪副（該反饋齒輪副由主齒輪42、副齒輪43組成）傳動間隙，提高了位置檢測精度。

《一種電動伺服機構及其調試方法》中，支撐裝置3既可用作軸承2的軸承套，又可用作一對反饋放大裝置4的安裝面。

如圖4、圖5所示，《一種電動伺服機構及其調試方法》中，每個扇形齒片5中軸線上設有零位刻線M，在該扇形齒片5中軸線上設有定位孔51。

一種電動伺服機構的調試方法原理是將輸出軸1的旋轉角度通過一對扇形齒片5、位於該輸出軸1兩側的一對反饋放大裝置4的主齒輪42、副齒輪43行放大，並將輸出角度放大後傳遞給對應的電位器41，每個電位器41將該反饋放大裝置4旋轉的角度信號反饋給外部控制機構。

《一種電動伺服機構及其調試方法》中，一對反饋放大裝置4分別可以獨立反饋位置信號，在該電動伺服機構調試精確的情況下，可以達到一體式冗餘感測器的效果，又達到了產品特殊的空間布局要求。因此《一種電動伺服機構及其調試方法》的首要因素是調試方法，即“選配-粗調-精調-微調”的調試方法。

一種電動伺服機構的調試方法具體包含如下步驟：

S1，選配線性度一致的一對電位器作為一對電位器41。該步驟S1包含如下步驟：

S1.1，選擇最大擺角時輸出電壓相差不超過0.2伏的一對電位器作為一對電位器41。

該實施例中，首先對同一批電位器進行測試，測得每5°電位器輸出電壓。圖6為同一批次15隻電位器測得輸出電壓，選出了對應於±10°的輸出電壓值進行對比。在電位器有效擺角（有效擺角=輸出軸擺角*放大裝置傳動比）範圍內對比測試數據，選出一致性較好的電位器，即選擇最大擺角時輸出電壓相差不超過0.2伏的一對電位器，如圖6所示，選出的電位器1209035#和1209045#。將電位器安裝於伺服機構工藝件上，旋轉電位器，驗證反饋輸出地一致性。如圖7所示，測得兩隻電位器最大擺角和零位時的反饋值。

S1.2，將每個反饋放大裝置4的主齒輪42、副齒輪43採用錯齒方式進行結合，與對應的固定在輸出軸1上的扇形齒片5嚙合匹配。

S2，採用電氣零位與機械零位對齊的方式進行電動伺服機構的粗調零。該步驟S2包含如下步驟：

S2.1，將零位工裝插入扇形齒片5的定位孔51內，在扇形齒片5與其對應的主齒輪42、副齒輪43進行嚙合的過程中，進行零位粗調。

S2.2，當電動伺服機構的機械零位與電氣零位重合度達到±0.5°範圍內，完成粗調。

該實施例中，首先用零位工具及零位工裝將每個反饋放大裝置4的主齒輪42、副齒輪43錯齒結合後與對應固定在輸出軸1上的扇形齒片5嚙合，嚙合過程中進行零位的粗調，當機械零位與電氣零位基本重合後，完成初步安裝。

S3，通過旋轉每個電位器41將電動伺服機構進行精調零。該步驟S3包含如下步驟：

S3.1，旋轉每個電位器41，將該電位器41的零位調整到±0.3°以內，擰緊該電位器41的所有安裝螺釘。

該實施例中，在擰緊電位器41的所有安裝螺釘的過程中，時刻關注該電位器41零位變化，通過調整擰緊螺釘的順序，使得該電位器41零位儘量靠近0°。

S3.2，當每個電位器41的所有安裝螺釘擰緊後，判斷該對電位器41的零位是否都在±0.3°以內；若不是，跳轉至步驟S3.1；若是，執行步驟S4。

該實施例中，當一對位器41的零位都在±0.3°以內時，仔細檢查每個反饋放大裝置4的主齒輪42、副齒輪43是否是錯齒結合，確保每個安裝螺釘均已擰緊且使用了緊固膠。

S4，當電動伺服機構工作、試驗後處於穩定狀態時，通過調節一對扇形齒片5，調節該對扇形齒片5即可實現微調。該步驟S4包含如下步驟：

在無需拆開該電動伺服機構內部結構的情況下，通過擰松每個扇形齒片5的定位孔51內的安裝螺釘，調整該扇形齒片5，確保該電動伺服機構的反饋精度控制在±0.1°範圍內。

通過“選配-粗調-精調-微調”的調試方法，電動伺服機構雙余度位置反饋裝置反饋情況見如圖8所示，零位相差0.01°，最大擺角相差0.05°，通過調試，取得了很好的反饋精度。

《一種電動伺服機構及其調試方法》可以根據伺服機構擺角大小，設計相應的齒片角度，甚至可以用一片360°齒環代替兩片齒片，以達到擺角要求。根據空間布局以及反饋精度要求，可採用小模數齒輪放大角度。如圖4、圖5所示，可以根據需要設定伺服機構擺角。如圖4所示，將每個扇形齒片5設為60°扇形齒片，則與其對應的每個反饋放大裝置4沿該扇形齒片5的中軸線轉動30°。如圖5所示，將每個扇形齒片5設為40°扇形齒片，則與其對應的每個反饋放大裝置4沿該扇形齒片5的中軸線轉動20°。

榮譽表彰

2018年12月20日，《一種電動伺服機構及其調試方法》獲得第二十屆中國專利優秀獎。