技术领域
[0001] 本发明涉及电动伺服控制技术领域，具体涉及一种基于蜗轮蜗杆机构的双余度电动舵机。
相关背景技术
[0002] 舵机是潜艇操纵控制中的重要执行部件，随着我国潜艇技术的不断发展，未来潜艇舵机电驱的研究也逐步提上日程。但电驱方案对电动舵的可靠性、稳定性、保障性、可维修性等方面的要求也高，这就对驱动单元也即舵机的冗余设计提出要求。事实上，目前多余度舵机的研究除了电气余度外，大多采用多重安全余度电机，即在电机上增加多重绕组，该方法存在绕组嵌放困难，绕组间存在互感等缺陷。而机械上进行余度设计的研究较少，主要分为两种，一种为力矩综合式，该策略使用多电机驱动同一根轴，存在力纷争问题，控制困难，甚至可能产生不稳定的现象；另一种为冗余驱动式，采用差速机构进行速度综合，实现多输入单输出的冗余驱动，目前研究采用齿轮差动的方式，存在负载不均衡，结构庞大，间隙较大等问题。
[0003] 文件CN202364049U公开了“一种舵机的双电机驱动装置”，该装置采用普通丝杠螺母传动，且输出轴方向与电机主轴方向垂直，行程较短、承载能力有限，需通过控制算法保证运动及旋转角度控制，且无法解决力纷争问题。
[0004] 文件CN106321770A公开了“一种双余度电动舵机”，该舵机利用行星差动轮系的工作原理，将运动由双电机经行星齿轮传动减速机构驱动行星滚柱丝杠副并传递到套筒推杆，将丝杠旋转运动通过滚柱的公转与自转转化成套筒推杆的直线往复运动，但是该方案无法解决行星轮处的驱动电机故障卡死时的驱动问题，也即无法实现两个电机互为备份。
具体实施方式
[0015] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方案仅用以解释发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0016] 如图1所示，本发明实施例提供一种基于蜗轮蜗杆机构的双余度电动舵机，该舵机由第一蜗轮蜗杆机构、第二蜗轮蜗杆机构、齿轮组、舵轴驱动单元共4套机构组成。
[0017] 所述第一蜗轮蜗杆机构、第二蜗轮蜗杆机构的动力源为两个驱动电机：电机M1和电机M2，驱动电机各自配备第一制动器16和第二制动器15，电机M1和电机M2分别连接一套相同规格及旋向的蜗杆：第一蜗杆4和第二蜗杆10；以图1所示的电机旋向为例，图中已标识出蜗轮的旋向和接触处受力方向等情况。
[0018] 所述蜗轮蜗杆机构的蜗轮除了能绕自身轴线旋转外，两套蜗轮蜗杆机构的蜗轮固定在同一个机座也即蜗轮箱体17上，蜗轮箱体17旁边放置2套平行滑轨，即第一平行滑轨6和第二平行滑轨9，为保持蜗轮箱体运行的稳定性，单套平行滑轨由4条滑轨组成，对称布置于蜗轮的正反面，如图2所示，以第一平行滑轨6为例，其包含4条直线滑轨，分别为：6-1、6-2、6-3和6-4。滑轨方向与蜗杆轴向一致，蜗轮箱体17可以沿平行于蜗杆轴向方向往复平移。
[0019] 所述齿轮组主要构成为：与第一蜗轮5同轴的齿轮C1和与第二蜗轮11同轴的齿轮C2。以第一蜗轮5侧为例，齿轮C1与1号轴22通过1号键19连接，第一蜗轮5与1号轴22通过2号键21连接，因此齿轮C1与第一蜗轮5将始终保持同步转动。又因齿轮C1和齿轮C2啮合，齿轮C1和齿轮C2参数完全相同，于是齿轮C1和齿轮C2、第一蜗轮5和第二蜗轮11始终将以相同转速反向旋转。
[0020] 所述舵轴驱动单元主要用于将驱动装置输出的直线运动转换为对舵轴8的旋转动力输入，本实施例为曲柄滑块机构7。曲柄滑块机构7主要包含与蜗轮箱体17固连的推杆7-2，推杆7-2在导向筒7-1中沿推杆/导向筒轴线方向往复直线运动。被蜗轮蜗杆机构驱动的蜗轮箱体17将带动固连的7-2直线运动，从而通过连杆7-4带动曲柄7-5绕舵轴8的旋转中心转动，从而驱动舵轴8旋转。其中，连杆7-4和推杆7-2、曲柄7-5之间通过销轴7-3连接。
[0021] 值得注意的是，所述舵轴驱动单元除了本实施例的曲柄滑块机构外，也可以是其他有类似功能（如拨叉、螺旋传动等能将直线运动转变为旋转运动等）的传动机构。
[0022] 本实施例中，以电机M1为主机，电机M2为备用电机，实际上，本发明中两电机实则等效，按需可互为主备。
[0023] 当电机M1因故障失效时，控制系统能通过电机输出轴的第一制动器16及时锁死电机M1的输出，同时通过及时驱动备用电机M2，实现对舵轴8的输出不间断。
[0024] 考虑如下2种工况：工况一：当电机M1输入n、T时，经第一蜗轮蜗杆机构转换后，第一蜗轮5同轴的齿轮C1将以w1进行旋转，这就意味着齿轮C2也将变为速度w1，但是由于第二蜗杆锁死，第二蜗轮蜗杆机构可等效为齿轮齿条机构，由齿轮齿条机构的工作原理可知，当“齿条”锁死时，齿轮C2将以w1*R（R为齿轮直径）的线速度沿第二蜗轮蜗杆机构前进，从而带动蜗轮箱体17直线运动。
[0025] 工况二：同理，当电机M1因为故障失效时，控制系统立即通过控制电机M1对应的制动器锁死第一蜗杆4，同时启动备用电机M2，此时的工作过程如下：电机M2输入n、T时，经第二蜗轮蜗杆机构转换后，第二蜗轮同轴的齿轮C2将以w2进行旋转，这就意味着齿轮C1也将变为速度w2，但是由于第一蜗杆4锁死，第一蜗轮蜗杆机构可等效为齿轮齿条机构。由齿轮齿条机构的工作原理可知，当“齿条”锁死时，齿轮C1将以w2*R（R为齿轮直径）的线速度沿第一蜗轮蜗杆机构前进，从而带动蜗轮箱体17直线运动。
[0026] 由此可知，上述两种情况下，一侧的电机故障后锁死不会对另一侧的动力单元产生任何影响。
[0027] 本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。
[0028] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内锁座的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的包含范围之内。
