XXX舵机简要设计方案(20220319)-1.docx
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1、XXX型舵机系统简要方案设计报告2022年3月19HXXX型舵机系统简要方案设计报告1雌XXX型四通道舵机系统(以下简称为能机)作为K行器的动作执行机构,可满足飞行器飞行过程中对滚转、俯仰、偏航姿态的控制,电动四通道可独立工作、也可成对差分工作,模块化的设计可方便科研、生产过程中的装配、调试,也可保证产品后期装备使用过程中口常勤务处理等要求,其具备负载能力适中、可靠性高、量产成本低的特点。2技术指标及性能要求详见总体研制任务书。3研制依据和标准详见总体研制任务书中引用文件。4总体设计根据总体给定的设计任务要求,该型舵机采用谐波齿轮减速器为主要传动机构的技术路线,其由本体、传动机构组件、舵机驱动
2、控制组件三大部分组成,,舵翼由总体提供。其中,本体基于总体提供的壳体外形及舵轴位置尺寸进行内部结构适配性设计:传动机构组件由谐波齿轮减速器、直流有刷电机、高精度导电册料电位器组成;舵机驱动控制组件由MCU核心控制器、匹配调理电路和专用驱动模块组成。其三维结构和组成见下图1、图2。图1舵机三维结构布局图舵机采用电动、四通道、数字控制式舵机,其中驱动电、控制电分别为+24V、+48V热电池为驱动模块、控制模块供电。产品在使用前未上电前,直流有刷电机锁制器处于锁定状态,确保舵翼位于零位:使用上电时,舵机控制板执行复位、锁制器通电解锁、输出电零位锁零指令,将舵翼保持在电气零位等待接收产品控制指令;在接
3、收到控制指令后,舵机控制电路根据指令形成PwM指令,通过舵机驱动模块实现舵翼的偏转,产生控制力矩完成对产品的姿态控制。其特点是控制精度高、结构紧凑、可靠性好。4.1传动机构传动机构由谐波减速器、宜流电动机、电位器组成,减速机构采用扁平式谐波齿轮减速器,将电机的转速、转向和力矩变换为舵面所需的转速、转向和力矩:传感器采用高精度导电塑料电位器,实现舵面角度的精确测量。传动机构组成三维图见下图3。电位器谐波减速器直流有刷电机锁制器图3传动机构三维图根据舵机的最大空载角速度不低于200(0)s,以及在输出力短10Nm下的角速度不低于100(o)/s的指标可以得出:伺服电动机的空载转速(减速器减速比i,
4、取224):d,,max3.14=224X2007,180=782(rds)=7472(rmin)舵机输出力矩10Km时,伺服电动机的转矩(传动机构效率11,取0.5):10=2240.5=0.09(Nm)舵机角速度100()/s,伺服电动机的转速:d1.i,max3.14=224100-180=3736(rmin)为了保证舵机角速度和输出力矩有一定的余量,取计算值的1.3倍作为要求值,则伺服电动机的空载转速不小于9713rmin,0.12Nm力矩下转速不小于4857rmin最终选取伺服电动机的参数为:空载转速转速不小于100Oo1.Vmin,0.12Nn力矩下转速不小于650()rnin=电
5、动机是舵机中重要的机电转换器件,它能够提供足够的功率,使负载按所需的规律运动,其性能直接关系着舵机的性能指标。考虑到舵机的经济性,为了尽量降低整体成木,选用直流有刷电动机,其负载特性好,结构和控制相对简单,成本低。电动机的技术指标如下:a)额定工作电压:28V;b)空载启动电压:1.3V;c)空载转速:N1.OooOr/min;d)负载0.04Nm下转速:9000rmi11;e)负载0.12Nm下转速:6500rmin;f)力矩系数:0.025NmA;g)最大外形尺寸:直径30mm,长度60mmo电动机性能指标高,机械接口要与谐波减速器结合设计。电动机外形及接口见下图4,结构外形尺寸见下图5。
6、图4直流有刷电图5电动机外形及接口图该款直流有刷电机为成熟产品,其工作寿命不少于100小时,长时工作制,一次连续工作一小时、在过载点工作三次,每次30秒。贮存是18年。4.1.2 锁制器根舵机的研制经验,舵机在产品不上电静止条件下需具备转运、运输等环境条件保持舵翼固定,为此采用在电机上尾端增加锁制器,利用电磁销锁定电机轴而将陀面锁定的方案。锁制器不通电时,锁销在弹簧的作用卜伸出,与电机轴固连在一起的制动片锁定,电机不能转动:锁制器通电时,锁销在电磁铁的作用下缩回,制动片锁定解除,电机可以正反两个转动,进入工作状态。对锁制器技术要求如下:a)额定电压:28M;b)锁制力矩:0.12Nm:c)外形
7、尺寸:直径30mm:d)解锁电压:1824V;e)落锁电压:3V;D锁定角度范国:-65+65;g)解锁时间:从加电开始,在25InS内可莫解锁:h)连续工作时间(解锁后):N180s;工作寿命:可靠工作次数21000次。4.1.3 谐波减速器舵机上常用的减速器有滚珠丝杠减速器、谐波齿轮减速器等。滚珠丝杠本身成本高,需要配以壳体、轴承、拨义、舵轴、齿轮等多个零件,生产和装配成本高,且宽度大。谐波齿轮减速器可以设计成一个整体,输入、输出轴成正交布置,输入轴直接与电动机配合,输出轴作为舵轴直接固定蛇面,成本较低,便于装配。从舵机的性价比考虑,选用谐波齿轮减速器。谐波齿轮减速器的技术指标如下:a)输
8、出力矩:N20m:b)转动角度:-29。+29:c)减速比:224;d)效率:20.55:e)间隙:W8:f)最大外形尺寸:长度48mm,宽度42mm,高度33mm;g)机械限位:Wo减速器性能指标盲,外形尺寸小,接口要与电动机结合设计。为了减小谐波齿轮减速器的体积,该减速器转动角度的限位装置设计在壳体内部,外观简洁。安装电位器的后端面上设计有三个方形槽,电位器固定压片更容易加工。谐波减速器外形见下图6。图6减速器外形图及接口图由于减速器安装到航机壳体上后,舵轴直接朝向舵机舱外,为了保证舵机通过淋雨试验,舵轴与减速器壳体间在舵轴上周向安装橡胶,保证产品的密封、防水要求,减速器壳体应具有耐盐雾能
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