離心作動器的制造方法

離心作動器的制造方法
【專利摘要】本發明屬于作動器技術領域，提出一種離心式作動器，兩個直齒輪；兩個質量塊；兩個槽，分為第一槽和第二；兩個軸，以及支架。支架用于支撐整個作動器；其中質量塊可在對應的槽內移動。該離心式作動器是通過一組質量塊反轉，在質量塊作用下偏心齒輪產生的離心力在水平方向上相互抵消，在垂直方向上相互疊加，從而可以產生一個正弦激振力。本發明的離心式作動器輸出力只有垂直方向上的，并且能通過調節電機的相關參數及質量塊距齒輪中心的距離來對其輸出力的三要素進行相關調整從而得到合適的減振力。本發明的離心式作動器具有輸出力大、適應頻率范圍寬、尺寸緊湊、重量較輕、需用功率小、結構簡單等特點。
【專利說明】
離心作動器
技術領域
[0001] 本發明設及作動器技術領域，具體而言設及一種離屯、作動器，適用于大中型直升 機，W及采用變轉速技術的新型直升機。
【背景技術】
[0002] 直升機飛行時由于旋翼、尾獎、發動機等動部件產生的激振力的作用，所承受的振 動載荷作用會引起機體的振動響應，高水平的振動有很多不利的影響，因此，抑制直升機飛 行中機體的不利振動很有必要。傳統減振手段基本上是被動吸振或隔振等技術，運些減振 方法由于重量效率比、帶寬等因素限制了其減振效果，已很難滿足要求。相對而言振動主動 控制技術更有優勢。其中結構響應主動控制(ACSR)是一種基于機身的主動控制方法，該方 法將反共振概念與現代控制技術相結合，已成為直升機機體振動主動控制的研究熱點。 ACSR系統的基本組成主要包括傳感檢測系統、控制系統和作動器系統S部分。作動器是實 現ACSR的一大關鍵技術。作動器可根據控制系統發出的指令產生相應的輸出力從而改變系 統的響應特性W達到減振的目的。作動器主要分為液壓式作動器、電磁式作動器和離屯、式 作動器。液壓式作動器重量較大，電磁式作動器存在電磁場干擾和僅在共振區附件具有較 大輸出力等問題，而離屯、式作動器的重量較輕、結構簡單、尺寸緊湊、輸出力大、適應頻帶 寬、需用功率小，總體而言優于其他兩種作動器。國內現有的離屯、式作動器多用于船艦，結 構復雜，控制復雜。
[0003] 目前國內關于離屯、式作動器已見相關的研究，例如第200520020600.0號中國專利 申請公開了一種主動式離屯、式作動器，其特點是:安裝在機殼上部的調速電機通過被動齒 型皮帶輪帶動兩套偏屯、轉子反向旋轉，產生兩個相位、頻率可控的輸出力;運兩套偏屯、轉子 通過齒輪與一個反旋的螺旋齒輪曬合，另一個步進電機由其輸出軸上的聯軸器帶動絲杠在 撥叉上的螺母中旋轉，拖動螺旋齒輪在忍軸上平行移動，從而改變兩套偏屯、轉子之間的相 位差，進而改變兩個輸出力合力的幅值。
[0004] 又如，第200810137202.5號中國專利申請中公開了一種基于雙滑塊機構的離屯、式 作動器，其特點是:一個=相電機驅動平行轉軸上的直齒圓柱齒輪旋轉，從而驅動安裝在其 上的偏屯、質量滑塊反向旋轉，產生一個相位、頻率可控的輸出力;偏屯、質量滑塊套在與平行 轉軸垂直的滑桿上，通過滑塊連桿機構驅動偏屯、質量滑塊在滑桿上移動，改變偏屯、質量滑 塊的偏屯、距，從而改變輸出力的幅值。
[0005] 第211010512945.3號中國專利申請中公開了一種基于相位調節機構的離屯、式作 動器，其特點是:它與上文專利200520020600.0中公開的離屯、式作動器技術接近，不同點在 于，較之增加一個相位調節機構，使其相位調節不再通過算法實現，降低了控制算法的復雜 性。其相位調節機構的原理是，在電機輸出軸和作動器輸入軸之間通過兩個小錐齒輪連接， 運兩個小錐齒輪安裝在相位調節機構殼體上，通過旋轉該殼體，就會使得電機輸出軸和作 動器輸入軸之間有一個相位變化，從而來調節作動器輸出力相位。
[0006] 上述專利均應用于艦船。專利公開號CN2787922Y中公開的離屯、式作動器采取的方 式是通過一個反向螺旋傘齒輪的移動，帶動與之曬合的兩個齒輪反向旋轉，從而使得兩套 偏屯、轉子產生之間一個相位差，進而改變作動器輸出力的幅值;專利公開號CN101363502A 中公開的作動器和專利公開號CN101985968A中公開的作動器采用的方式是通過滑塊連桿 機構改變偏屯、滑塊的偏屯、距，從而改變作動器輸出力的幅值。從上述可W看出它們都是通 過機械結構對作動器輸出力的幅值進行控制。專利公開號CN101363502A中公開的離屯、式作 動器是采用一個機械式相位調節機構對輸出力的相位進行控制。運些作動器對其輸出力的 幅值控制和相位控制采用了兩個完全不同的控制方法，增加了控制方法的復雜度。此外它 們的尺寸較大、重量較重、響應速度比較慢。
[0007] 第2013101098572號中國專利還提出了一種基于兩組偏屯、質量塊的離屯、式作動 器。其特點是:有兩個相同的力發生器。每一組力發生器是通過無刷直流電機帶動傘齒輪轉 動，從而帶動一組偏屯、質量塊反轉，產生一個相位、頻率可控的輸出力;整套裝置有兩組運 樣的力發生器，運時的總輸出力的幅值也變得可控。運樣的作動器不需再通過機械結構對 幅值進行控制，但是不足之處在于需要兩組一樣的力發生器組成一套裝置，結構不是很簡 便，未得到優化，并且該裝置采樣DSP算法來實現控制仿真，執行效率較低。

【發明內容】

[000引本發明目的在于提供一種輸出力大、適應頻率范圍寬的離屯、作動器，并且控制策 略易于設計，可在電機的帶動下通過改變相關參數即實現相關控制。
[0009] 本發明的上述目的通過獨立權利要求的技術特征實現，從屬權利要求W另選或有 利的方式發展獨立權利要求的技術特征。
[0010] 為達成上述目的，本發明提出一種離屯、作動器，包括：
[0011] 兩個直齒輪，分為第一直齒輪和第二直齒輪；
[0012] 兩個質量塊，分為第一質量塊和第二質量塊；
[0013] 兩個槽，分為第一槽和第二槽，分別設置在第一直齒輪和第二直齒輪的端面上；
[0014] 兩個軸，分為第一軸和第二軸；W及
[0015] 支架，該支架用于支撐整個作動器；
[0016] 其中；
[0017] 第一直齒輪與第一軸之間鍵連接，第二直齒輪與第二軸之間鍵連接，并且所述第 一軸和第二軸上在直齒輪與軸的接觸外側位置上分別裝有卡黃用于阻止直齒輪的軸向移 動；
[0018] 第一直齒輪與第二直齒輪外曬合；
[0019] 第一質量塊與第二質量塊通過螺栓分別連接在對應的直齒輪上，并且兩質量塊關 于兩個直齒輪的接觸面互相對稱，且質量塊可在對應的槽內移動從而改變其在直齒輪上的 徑向距離，并且兩質量塊始終是關于兩個直齒輪的接觸面對稱；
[0020] 第一軸的兩端關于所述第一直齒輪對稱的位置分別安裝有第一軸承座和第二軸 承座，第二軸的兩端關于所述第二直齒輪對稱的位置分別安裝有第=軸承座和第四軸承 座，第一軸承座和第二軸承座、第=軸承座和第四軸承座分別固定到底部的支架上；
[0021] 所述第一軸通過聯軸器連接至伺服電機的軸上，由伺服電機驅動第一軸轉動，使 第一直齒輪旋轉，并帶動第二直齒輪旋轉，從而使得第一質量塊和第二質量塊之間翻轉，運 樣在兩個質量塊的作用下偏屯、的直齒輪產生的離屯、力在水平方向上相互抵消，在垂直方向 上相互疊加，從而產生一個正弦激振力輸出。
[0022] 進一步的實施例中，所述第一軸上與第一軸承座和第二軸承座的接觸外側分別裝 有卡黃，用于阻止第一軸承座和第二軸承座的軸向移動。
[0023] 進一步的實施例中，所述第二軸上與第=軸承座和第四軸承座的接觸外側分別裝 有卡黃，用于阻止第=軸承座和第四軸承座的軸向移動。
[0024] 進一步，所述正弦激振力輸出的表達為。=2111?2'3111(?*+目），其中，目為伺服電機 的初始相位，r為第一質量塊與第一軸的距離，該距離與第二質量塊與第二軸的距離相同， ?為輸出力的頻率，并且在作動器產生的輸出力的相位和頻率都與振源的信號相位和頻率 一致，而幅值相反時，兩者相互抵消，從而達到減振的效果。通過改變第一質量塊與第一軸 的距離r對輸出力的幅值進行控制;通過調整電機的初始相位0對輸出力的相位進行相關控 審IJ;通過調整電機的轉速對輸出力的頻率《進行相關控制。
[0025] 有W上技術方案可知，本發明提出的離屯、作動器，與現有技術相比，其顯著優點在 于：
[00%] 1、本發明對離屯、式作動器輸出力的相位控制采用通過LabVIEW軟件的編程改變驅 動器的相關參數使得電機加減速，實現對輸出力相位的控制。運種控制形式相對機械式控 制形式使得作動器更自動化，尺寸、重量都得到了改善。
[0027] 2、本發明對離屯、式作動器輸出力的幅值控制采用通過直接改變質量塊的偏屯、距 來實現對輸出力幅值的控制。運種控制形式相對機械式具有上述1中同樣的優點，并且相對 需要兩組偏屯、質量塊組成的離屯、式作動器而言，本發明的離屯、式作動器結構更優化，響應 速度更快。
[00%] 3、本發明的離屯、式作動器尺寸更小，重量更輕，且只需一組偏屯、質量塊即可，更有 利于投入到航空航天事業中使用，更具實際意義。
[0029] 應當理解，前述構思W及在下面更加詳細地描述的額外構思的所有組合只要在運 樣的構思不相互矛盾的情況下都可W被視為本公開的發明主題的一部分。另外，所要求保 護的主題的所有組合都被視為本公開的發明主題的一部分。
[0030] 結合附圖從下面的描述中可W更加全面地理解本發明教導的前述和其他方面、實 施例和特征。本發明的其他附加方面例如示例性實施方式的特征和/或有益效果將在下面 的描述中顯見，或通過根據本發明教導的【具體實施方式】的實踐中得知。
【附圖說明】
[0031] 附圖不意在按比例繪制。在附圖中，在各個圖中示出的每個相同或近似相同的組 成部分可W用相同的標號表示。為了清晰起見，在每個圖中，并非每個組成部分均被標記。 現在，將通過例子并參考附圖來描述本發明的各個方面的實施例，其中：
[0032] 圖1是本發明離屯、式作動器的結構示意圖。
[0033] 圖2是是本發明離屯、式作動器的直齒輪部分的結構示意圖。
[0034] 圖3是本發明離屯、式作動器的俯視示意圖。
[0035] 圖4是本發明離屯、式作動器的左視示意圖。
[0036] 圖中的標號名稱：1-第一直齒輪;2-第二直齒輪;3-第一質量塊;4-第二質量塊;5- 第一槽;6-第二槽;7-第一軸;8-第二軸;9-第一軸承座；10-第二軸承座；11-第S軸承座； 12-第四軸承座；13-支架。
【具體實施方式】
[0037] 為了更了解本發明的技術內容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。
[0038] 在本公開中參照附圖來描述本發明的各方面，附圖中示出了許多說明的實施例。 本公開的實施例不必定意在包括本發明的所有方面。應當理解，上面介紹的多種構思和實 施例，W及下面更加詳細地描述的那些構思和實施方式可WW很多方式中任意一種來實 施，運是因為本發明所公開的構思和實施例并不限于任何實施方式。另外，本發明公開的一 些方面可W單獨使用，或者與本發明公開的其他方面的任何適當組合來使用。
[0039] 結合圖1、圖2、圖3 W及圖4所示，根據本發明的實施例，提出一種離屯、作動器，包 括:兩個直齒輪，分為第一直齒輪1和第二直齒輪2;兩個質量塊，分為第一質量塊3和第二質 量塊4;兩個槽，分為第一槽5和第二槽6，分別設置在第一直齒輪和第二直齒輪的端面上;兩 個軸，分為第一軸7和第二軸8; W及支架13,該支架用于支撐整個作動器。
[0040] 結合圖1、圖2和圖3,第一直齒輪1與第一軸7之間鍵連接，第二直齒輪2與第二軸8 之間鍵連接，并且所述第一軸7和第二軸8上在直齒輪與軸的接觸外側位置上分別裝有卡黃 用于阻止直齒輪的軸向移動。
[0041] 第一直齒輪1與第二直齒輪2外曬合。
[0042] 第一質量塊3與第二質量塊4通過螺栓分別連接在對應的直齒輪上，并且兩質量塊 關于兩個直齒輪的接觸面互相對稱，且質量塊可在對應的槽內移動從而改變其在直齒輪上 的徑向距離，并且兩質量塊始終是關于兩個直齒輪的接觸面對稱。
[0043] 第一軸7的兩端關于所述第一直齒輪對稱的位置分別安裝有第一軸承座9和第二 軸承座10,第二軸8的兩端關于所述第二直齒輪對稱的位置分別安裝有第=軸承座11和第 四軸承座12,第一軸承座和第二軸承座、第=軸承座和第四軸承座分別固定到底部的支架 13上。
[0044] 所述第一軸7通過聯軸器連接至伺服電機的軸上，由伺服電機驅動第一軸轉動，使 第一直齒輪1旋轉，并帶動第二直齒輪2旋轉，從而使得第一質量塊3和第二質量塊4之間翻 轉，運樣在兩個質量塊的作用下偏屯、的直齒輪產生的離屯、力在水平方向上相互抵消，在垂 直方向上相互疊加，從而產生一個正弦激振力輸出。
[0045] 優選地，所述第一軸7上與第一軸承座和第二軸承座的接觸外側分別裝有卡黃，用 于阻止第一軸承座和第二軸承座的軸向移動。
[0046] 所述第二軸8上與第=軸承座和第四軸承座的接觸外側分別裝有卡黃，用于阻止 第=軸承座和第四軸承座的軸向移動。
[0047] 所述正弦激振力輸出的表達為。=2111?2'3111(?*+目），其中，目為伺服電機的初始 相位，r為第一質量塊與第一軸的距離，該距離與第二質量塊與第二軸的距離相同，《為輸 出力的頻率，并且在作動器產生的輸出力的相位和頻率都與振源的信號相位和頻率一致， 而幅值相反時，兩者相互抵消，從而達到減振的效果。
[0048] 我們可W通過改變第一質量塊與第一軸的距離r對輸出力的幅值進行控制;通過 調整電機的初始相位0對輸出力的相位進行相關控制;通過調整電機的轉速對輸出力的頻 率《進行相關控制。
[0049]本發明的控制原理具體如下：定義質量塊的質量均為m，質量塊距軸屯、的距離為r， 初相位為9,功率提供者無刷伺服電機的轉速為n(rpm)，則裝置的角速度
整套裝置的輸出力為F = 2mCO 2r sin( CO t+0)。使用LabVIEW軟件編寫相關算法并結合NI- CRIO硬件對裝置的輸出力進行相關控制。利用安裝在NI-CRIO上的采集信號的板卡NI-9234 采集到的裝置信號傳給計算機中的LabVIEW中編寫的相關程序讀到離屯、式作動器此時的初 相位9〇、幅值Ao、頻率CO0參數，結合控制器所需達到的輸出力的幅值A、頻率W、初相位0，經 比較得到:偏屯、畦
相位增量A0 = 0-00(運里做定頻分析，即認為CO不變）。偏屯、距 r可根據遙控改變質量塊在槽內的位置來改變。而初始相位0可通過電機先加速后減速來改 變，電機加減速前后角速度不變，假設角速度軌跡是個五次多項式：《 (t) = t5+a4t4+a3t3+ a2t2+ait+a日，整個控制周期為T，初始條件為
[(K)加]
，'
[00川則相位增量
[0化2] 聯立求解可得：
[0化3]
[0054] 從上式可W看出確定控制周期T和相位增量A 0后就能得到角速度的大致走向，再 通過調節驅動器的相關參數來改變電機的轉速來達到控制的目的。
[0055] 雖然本發明已W較佳實施例掲露如上，然其并非用W限定本發明。本發明所屬技 術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾。因 此，本發明的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。
【主權項】
1. 一種離心作動器，其特征在于，包括： 兩個直齒輪，分為第一直齒輪和第二直齒輪； 兩個質量塊，分為第一質量塊和第二質量塊； 兩個槽，分為第一槽和第二槽，分別設置在第一直齒輪和第二直齒輪的端面上； 兩個軸，分為第一軸和第二軸；以及 支架，該支架用于支撐整個作動器； 其中： 第一直齒輪與第一軸之間鍵連接，第二直齒輪與第二軸之間鍵連接，并且所述第一軸 和第二軸上在直齒輪與軸的接觸外側位置上分別裝有卡簧用于阻止直齒輪的軸向移動； 第一直齒輪與第二直齒輪外嚙合； 第一質量塊與第二質量塊通過螺栓分別連接在對應的直齒輪上，并且兩質量塊關于兩 個直齒輪的接觸面互相對稱，且質量塊可在對應的槽內移動從而改變其在直齒輪上的徑向 距離，并且兩質量塊始終是關于兩個直齒輪的接觸面對稱； 第一軸的兩端關于所述第一直齒輪對稱的位置分別安裝有第一軸承座和第二軸承座， 第二軸的兩端關于所述第二直齒輪對稱的位置分別安裝有第三軸承座和第四軸承座，第一 軸承座和第二軸承座、第三軸承座和第四軸承座分別固定到底部的支架上； 所述第一軸通過聯軸器連接至伺服電機的軸上，由伺服電機驅動第一軸轉動，使第一 直齒輪旋轉，并帶動第二直齒輪旋轉，從而使得第一質量塊和第二質量塊之間翻轉，這樣在 兩個質量塊的作用下偏心的直齒輪產生的離心力在水平方向上相互抵消，在垂直方向上相 互疊加，從而產生一個正弦激振力輸出。2. 根據權利要求1所述的離心作動器，其特征在于，所述第一軸上與第一軸承座和第二 軸承座的接觸外側分別裝有卡簧，用于阻止第一軸承座和第二軸承座的軸向移動； 所述第二軸上與第三軸承座和第四軸承座的接觸外側分別裝有卡簧，用于阻止第三軸 承座和第四軸承座的軸向移動。3. 根據權利要求1所述的離心作動器，其特征在于，所述正弦激振力輸出的表達為F = 2mco2rsin(c〇t+0)，其中，Θ為伺服電機的初始相位，r為第一質量塊與第一軸的距離，該距 離與第二質量塊與第二軸的距離相同，ω為輸出力的頻率，并且在作動器產生的輸出力的 相位和頻率都與振源的信號相位和頻率一致，而幅值相反時，兩者相互抵消，從而達到減振 的效果。4. 根據權利要求3所述的離心作動器，其特征在于，通過改變第一質量塊與第一軸的距 離r對輸出力的幅值進行控制;通過調整電機的初始相位Θ對輸出力的相位進行相關控制； 通過調整電機的轉速對輸出力的頻率ω進行相關控制。
【文檔編號】F16F15/36GK106015459SQ201610430572
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月16日
【發明人】張方, 朱青霞, 姜金輝, 何歡, 王軻, 陳國平
【申請人】南京航空航天大學