一种一体化主动隔振作动器的制作方法

本发明涉及一种一体化主动隔振作动器，属于船舶减振降噪技术领域。

背景技术：

船舶上的减振降噪近年来引起了越来越多的重视，也是亟需解决的重点问题。对于水面船舶，减振降噪有利于提高船舶上设备工作安全性，降低舱室内空气噪声；对于水下船舶，减振降噪与声隐身性能息息相关。船舶上的有害振动包括机械设备振动、流体振动、水动力引起的船体振动等，其中船舶动力机械的振动占了很大比重。

在船舶减振降噪技术领域，为了降低动力机械的振动带来的危害，目前常采用的技术手段是通过浮筏、双层隔振、单层隔振等弹性被动隔振技术降低机械设备的振动向船体传递进而降低声辐射水平。然而这种被动隔振系统具有其无法克服的缺陷：针对某些中低频的强特征线谱，隔振效果不好；且被动隔振系统是基于某确定振动及边界条件进行设计，当外部条件变化时，适应性不强。

主动隔振装置的原理是根据采集到的外部振动系统，通过施加与外部振动反相的激振力使振动传递衰减，相较于被动隔振装置，适应性更强，智能化程度更高，作为被动隔振装置的补充，能很好得控制中低频强特征线谱。主动隔振装置的核心为一组作动器，可根据需要采用高压空气、液压油、电动机等进行驱动。相较于气源和液压源，电动机不仅结构简单，附属设备少，且控制精确，因此在主动隔振领域应用广泛。直线式电动机作为原理最简单的执行机构，由于工作时动子相较于定子往复运动造成气隙磁场分布不均，执行力波动较大。旋转式电动机需配合将旋转运动转化为直线运动的传动结构，常采用螺杆螺母、滚珠丝杠等，结构复杂，空间不紧凑，集成性不强。

技术实现要素：

针对目前采用电动机驱动的作动器存在的缺陷，本发明提供一种一体化主动隔振作动器，充分利用旋转式伺服电机的高精度闭环控制，解决直线式电机输出力不稳定及非线性的问题，将旋转驱动力产生单元与直线作动力转化单元一体化设计，结构简单、集成性高，对不同使用工况的适应性强。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种一体化主动隔振作动器，所述作动器包括壳体、旋转式伺服电机、传动机构、输出轴、弹簧以及输出轴套筒；

壳体内部为凸字形空腔，小直径空腔一端加工有中心孔；输出轴上加工有矩形外花键，输出轴套筒上加工有矩形内花键；

旋转式伺服电机安装在壳体内部大直径空腔中，传动机构安装在壳体内部小直径空腔中，传动机构与旋转式伺服电机连接；输出轴穿过壳体小直径空腔一端的中心孔，一端与传动结构连接，另一端位于壳体外部；弹簧一端与壳体小直径空腔一端的内表面相抵触，另一端与位于传动机构上的输出轴端面相抵触；输出轴套筒安装在壳体小直径空腔一端的中心孔中，通过矩形花键与输出轴配合，使旋转式伺服电机通过传动机构传递给输出轴的旋转运动被限制，只可作直线运动。

进一步地，所述传动机构包括主动轮、传动球体和从动轮；

主动轮通过滚动轴承支撑在壳体小直径空腔的内壁上，从动轮通过滑动轴承支撑在壳体小直径空腔的内壁上，主动轮通过传动球体与从动轮配合，主动轮与旋转式伺服电机连接，从动轮与输出轴连接；弹簧一端与壳体小直径空腔一端的内表面相抵触，另一端与位于从动轮上的输出轴端面相抵触。

进一步地，主动轮以及从动轮与传动球体接触的端面上分别加工有空间凹槽，可使传动球体在其中自由滚动，且主动轮上的空间凹槽与从动轮上的空间凹槽在端面的法向方向上互补。而且主动轮以及从动轮端面上的空间凹槽可根据需要进行设计，从而使电机转子一周的旋转可转化为数次输出轴的往复直线运动。

进一步地，所述旋转式伺服电机包括电机轴、电机轴端盖、电机轴套筒、电机转子、电机定子和转子套筒；

壳体大直径空腔一端以及电机轴端盖上分别加工有中心孔；电机转子以及转子套筒上分别加工有矩形花键；

电机轴套筒安装在壳体大直径空腔一端的中心孔中，电机轴端盖与位于壳体外部的电机轴套筒一端连接；电机轴位于电机轴套筒和转子套筒内部，且分别通过滚动轴承支撑在电机轴套筒以及转子套筒上，电机轴的一端与电机轴端盖上的中心孔间隙配合；电机转子与转子套筒键连接，电机定子安装在壳体大直径空腔的内壁上，转子套筒的一端与主动轮连接。

进一步地，为了便于将电机转子、转子套筒与主动轮一体化设计，所述的旋转式伺服电机可设计为开关磁通电机、开关磁阻电机等转子上无绕组电机。

有益效果

(1)采用旋转式伺服电机作为动力源，利用旋转式伺服电机的高速及高精度，可在主动隔振控制时输出频率可变、幅值稳定的作动力；

(2)设计主动轮、从动轮以及传动球体机构将旋转运动转化为直线运动，结构简单，成本低；另外，主动轮以及从动轮端面上的空间凹槽可根据需要进行设计，使电机转子一周的旋转可转化为数次输出轴的往复直线运动。

(3)将电机转子设计为中空结构，同时利用转子套筒与主动轮一体化设计，结构紧凑，空间利用率高。

附图说明

图1为本发明所述一体化主动隔振作动器的结构示意图。

其中，1-电机轴，2-电机轴端盖，3-电机轴套筒，4-作动器端盖ⅰ，5-第一定位套，6-作动器侧壳ⅰ，7-电机转子，8-电机定子，9-转子套筒，10-第二定位套，11-作动器端盖ⅱ，12-主动轮，13-第三定位套，14-作动器侧壳ⅱ，15-从动轮，16-第四定位套，17-作动器端盖ⅲ，18-弹簧，19-输出轴套筒，20-输出轴，21-传动球体，22-第五定位套，23-第六定位套。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。

实施例1

一种一体化主动隔振作动器，所述作动器包括作动器端盖ⅰ4、作动器侧壳ⅰ6、作动器端盖ⅱ11、作动器侧壳ⅱ14、作动器端盖ⅲ17、旋转式伺服电机、传动机构、输出轴20、弹簧18以及输出轴套筒19；

所述作动器端盖ⅰ4上加工有中心孔；

所述作动器端盖ⅲ17上加工有中心孔；

所述输出轴20上加工有矩形外花键，输出轴套筒19上加工有与输出轴20上矩形外花键配合的矩形内花键；

所述传动机构包括主动轮12、传动球体21和从动轮15；主动轮12以及从动轮15与传动球体21接触的端面上分别加工有空间凹槽，该空间凹槽深度沿圆周方向变化，可使传动球体21在其中自由滚动，并且主动轮12上的空间凹槽与从动轮15上的空间凹槽在端面的法向方向上互补，而且主动轮12以及从动轮15端面上的空间凹槽可根据需要进行设计，从而使电机转子7一周的旋转可转化为数次输出轴20的往复直线运动；

所述旋转式伺服电机包括电机轴1、电机轴端盖2、电机轴套筒3、电机转子7、电机定子8和转子套筒9；其中，电机轴端盖2上加工有中心孔，电机转子7以及转子套筒9上分别加工有矩形花键；

如图1所示，所述作动器各部件之间的装配关系如下：

作动器侧壳ⅰ6一端与作动器端盖ⅰ4连接，另一端与作动器端盖ⅱ11连接；作动器侧壳ⅱ14一端与作动器端盖ⅱ11连接，另一端与作动器端盖ⅲ17连接；作动器端盖ⅰ4、作动器侧壳ⅰ6、作动器端盖ⅱ11、作动器侧壳ⅱ14以及作动器端盖ⅲ17组成所述作动器的壳体，且壳体的内部形成一个凸字形空腔；旋转式伺服电机安装在壳体内部大直径空腔中，电机轴套筒3安装在作动器端盖ⅰ4上的中心孔中，电机轴端盖2与位于壳体外部的电机轴套筒3一端连接；电机轴1位于电机轴套筒3和转子套筒9内部，且通过一个滚动轴承支撑在电机轴套筒3上以及通过两个滚动轴承支撑在转子套筒9上，并通过第五定位套22和第六定位套23对三个滚动轴承进行定位，电机轴1的一端与电机轴端盖2上的中心孔间隙配合；电机转子7与转子套筒9键连接，电机定子8安装在作动器侧壳ⅰ6上，并通过第一定位套5和第二定位套10对电机定子8定位，且电机转子7与电机定子8间隙配合；传动机构安装在壳体内部小直径空腔中，主动轮12通过滚动轴承支撑在作动器侧壳ⅱ14上，从动轮15通过滑动轴承支撑在作动器侧壳ⅱ14上，并通过第三定位套13和第四定位套16对滑动轴承进行定位，主动轮12通过传动球体21与从动轮15配合；输出轴20穿过作动器端盖ⅲ17的中心孔，一端与从动轮15连接，另一端位于壳体外部；弹簧18一端与作动器端盖ⅲ17内表面相抵触，另一端与位于从动轮15上的输出轴20端面相抵触；输出轴套筒19安装在作动器端盖ⅲ17的中心孔中，通过矩形花键与输出轴20配合；主动轮12与转子套筒9的一端连接，主动轮12与转子套筒9的一体化设计使电机转子7的旋转运动通过主动轮12和传动球体21和从动轮15传递给输出轴20，由于输出轴20与输出轴套筒19之间的矩形花键配合限制输出轴20以及与其连接的从动轮15的旋转运动，使输出轴20和从动轮15只可作直线运动，即电机转子7的旋转运动通过主动轮12和传动球体21作用于从动轮15，转化为从动轮5和输出轴20的直线往复运动。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。