一种机械锁定装置、装配方法及伺服机构与流程

1.本发明涉及一种机械锁定装置、装配方法及伺服机构，属于机械锁定技术领域。


背景技术：

2.随着功率电传技术的不断突破，大功率直线式机电伺服机构越来越广泛的应用到大推力液体火箭发动机上，用于推力矢量控制。当前火箭大部分采用水平总装、水平测试、水平转运的模式，此时为了保证液体火箭发动机喷管处于水平状态，需要机电伺服机构能够克服发动机喷管的重力负载保持在零位长度，尤其对于更大推力发动机的喷管。相较于传统电液伺服机构，机电伺服机构由于传动原理的差别，不具备自锁能力。因此，为了实现零位保持的功能，需要额外的锁定装置。
3.现有的伺服机构机械锁定装置，如专利《一种作动器机械零位锁、作动器及运输装置》，采用两个半圆形锁紧部环抱输出轴组件并通过单侧的长度调节螺筒实现轴向锁紧。该种单侧悬臂结构受力不均匀，导致拆卸时容易出现卡滞现象。又如，专利《一种快速拆装可调式零位锁定机构》，采用两个卡箍的伸缩配合实现零位调节，但由于调节卡箍上的两个固定支耳位于同一个半圆柱形主体，导致调节卡箍另一个半圆形主体无法抱紧，存在可动间隙，以至于零位保持不可靠。同时，两个专利均采用旁路小螺杆受力的承载方式，难以适应大负载的情况。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种大负载、零位可调的机械锁定装置、装配方法及伺服机构。
5.本发明的技术解决方案：一种机械锁定装置，包括第一锁紧套筒组件和第二锁紧套筒组件，第一、第二锁紧套筒组件通过螺纹连接；
6.所述的第一锁紧套筒组件包括第一内螺纹环抱筒和第二内螺纹环抱筒，第一、第二内螺纹环抱筒一端均设置有内螺纹，第一、第二内螺纹环抱筒连接后内螺纹周向上组成完整内螺纹；
7.所述的第二锁紧套筒组件包括第一外螺纹环抱筒和第二外螺纹环抱筒，第一、第二外螺纹抱筒一端均设置有外螺纹，第一、第二外螺纹环抱筒连接后外螺纹周向上组成完整外螺纹；
8.所述的第一、第二内螺纹环抱筒连接前，通过第二锁紧套筒组件外螺纹在第一内螺纹环抱筒内周向伸缩，确定零位后，再将第一、第二内螺纹环抱筒连接锁定。
9.一种采用上述任一所述的机械锁定装置的伺服机构。
10.一种上述任一所述的机械锁定装置的装配方法，包括以下步骤：
11.第一步，将第二锁紧套筒组件环抱固定安装在旋转件上；
12.第二步，将第一内螺纹环抱筒一端卡在固定件上，另一端的内螺纹与第二锁紧套筒组件的外螺纹咬合，通过旋转件带动第二锁紧套筒组件的外螺纹与第一内螺纹环抱筒的
内螺纹配合运动，使第一内螺纹环抱筒位于零位，再通过第一连接固定支耳使第二内螺纹环抱筒和第一内螺纹环抱筒固定连接，组成第一锁紧套筒组件环抱在第二锁紧套筒组件上。
13.本发明与现有技术相比的有益效果：
14.(1)本发明在满足零位可调节的同时，更能适应大负载的情况，提高可靠性，且结构受力稳定均匀，不存在间隙，拆装亦不复杂；
15.(2)本发明承载能力大，两组锁紧套筒所采用的连接螺纹公称直径均大于伺服机构输出杆直径，相比于现有技术的小螺杆受力，提高了负载能力；
16.(3)本发明可靠性高，同样的安装空间下，满足同样负载条件，由于装置自身的大螺纹连接的特点，显著提升了安全裕量，而现有技术如果要实现同样的安全裕量，则需要更大的空间设计更大的螺纹；
17.(4)本发明整个装置与伺服机构同轴安装，结构受力稳定均匀，不易发生结构损坏溃败；
18.(5)本发明零位长度保持可靠，不存在结构固有间隙，没有拆卸卡滞的风险。
附图说明
19.所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为根据本发明的一种实施例提供的机械锁定装置的示意图；
21.图2为根据本发明的一种实施例提供的机械锁定装置的剖面示意图；
22.图3为根据本发明的一种实施例提供的机械锁定装置内螺纹环抱筒结构示意图，a为配合内螺环抱筒，b基准内螺环抱筒；
23.图4为根据本发明的一种实施例提供的机械锁定装置外螺纹环抱筒结构示意图，a为配合外螺环抱筒，b基准外螺环抱筒；
24.图5～图9为根据本发明的一种实施例提供的机械锁定装置使用装配示意图。
25.其中，上述附图包括以下附图标记：
26.01为第一锁紧套筒组件；02为第二锁紧套筒组件；1为基准内螺环抱筒；101为卡环；102为内螺纹；103为连接固定支耳；104为螺纹通孔；105为定位销孔；2为配合内螺环抱筒；203为连接固定支耳；204为圆柱通孔；205为定位销通孔；206为螺纹通孔；3为基准外螺环抱筒；301为卡环；302为外螺纹；303为连接固定支耳；304为螺纹通孔；35为定位销孔；4为配合外螺环抱筒；403为连接固定支耳；404为圆柱通孔；405为定位销通孔；406为螺纹通孔；5为螺钉；6为定位销；7为伺服机构壳体；8为输出杆。
具体实施方式
27.本发明提供一种机械锁定装置，包括第一锁紧套筒组件和第二锁紧套筒组件，第一、第二锁紧套筒组件通过螺纹连接，第二锁紧套筒组件在第一锁紧套筒组件内部轴向伸缩，确定零位后锁定。
28.本发明第一锁紧套筒组件包括两个独立的半圆柱形的内螺纹环抱筒，第一环抱筒为基准内螺纹环抱筒，第二环抱筒为配合内螺纹环抱筒，第一、第二内螺纹环抱筒内部结构完全相同，一端设置有卡环，另一端设置有内螺纹。
29.进一步，第一、第二内螺纹环抱筒外侧面分别对称设置第一连接固定支耳，通过第一连接固定支耳使第一、第二内螺纹环抱筒固定连接，两者的内螺纹周向上组成完整螺纹。
30.进一步，第一连接固定支耳通过销孔定位，螺钉连接。
31.本发明第二锁紧套筒组件包括两个独立的半圆柱形外螺纹环抱筒，第一外螺纹环抱筒为基准外螺纹环抱筒，第二外螺纹环抱筒为配合外螺纹环抱筒，第一、第二外螺纹环抱筒内部结构完全相同，一端设置有卡环，另一端设置有外螺纹。
32.进一步，第一、第二外螺纹环抱筒外侧面分别对称设置第二连接固定支耳，通过第二连接固定支耳使第一、第二外螺纹环抱筒固定连接，两者的外螺纹周向上组成完整螺纹。
33.进一步，第二连接固定支耳通过销孔定位，螺钉连接。
34.本发明在第一、第二内螺纹环抱筒连接前，通过第二锁紧套筒组件外螺纹在第一内螺纹环抱筒内周向伸缩，确定零位后，再将第一、第二内螺纹环抱筒连接锁定。
35.进一步，第一锁紧套筒组件通过卡环与固定件连接，第二锁紧套筒组件通过卡环与旋转件连接，通过第二锁紧套筒组件在第一锁紧套筒组件内部轴向伸缩，实现固定件和旋转件之间的零位可调。
36.优选的，第一锁紧套筒组件的螺纹长度大于第二锁紧套筒组件的螺纹长度，两者长度之差不小于固定件和旋转件之间零位长度变化范围。
37.优选的，当固定件和旋转件之间零位长度处于极限位置时，第一、第二锁紧套筒组件之间螺纹连接有效旋合长度不小于6～7倍所采用的连接螺纹的螺距。
38.优选的，当固定件和旋转件之间零位长度处于最短极限位置时，第二锁紧套筒组件上的第二固定连接支耳不应与第一锁紧套筒组件干涉。
39.优选的，第一、第二锁紧套筒组件的连接螺纹应避免使用细牙螺纹。
40.本发明还提供一种采用上述机械锁定装置的伺服机构。
41.进一步，机械锁定装置安装在伺服机构的壳体与输出杆之间，伺服机构的壳体与输出杆上设置卡槽与第一、第二锁紧套筒组件的卡环配合，第一锁紧套筒组件一端通过卡环卡槽与伺服机构的壳体连接，第二锁紧套筒组件一端通过卡环卡槽与伺服机构的输出杆连接。
42.本发明还提供一种上述机械锁定装置的装配方法，通过以下步骤实现：
43.第一步，将第二锁紧套筒组件环抱固定安装在旋转件上。
44.本步骤中，将基准外螺纹环抱筒卡在旋转件上，再通过第二连接固定支耳将配合外螺纹环抱筒与基准外螺纹环抱筒固定连接，组成第二锁紧套筒组件环抱在旋转件上。
45.第二步，将基准内螺纹环抱筒一端卡在固定件上，另一端的内螺纹与第二锁紧套筒组件的外螺纹咬合，通过旋转件带动第二锁紧套筒组件的外螺纹与基准内螺纹环抱筒的内螺纹配合运动，使基准内螺纹环抱筒位于零位，再通过第一连接固定支耳使配合内螺纹环抱筒和基准内螺纹环抱筒固定连接，组成第一锁紧套筒组件环抱在第二锁紧套筒组件上。
46.进一步，装配方法还包括拆卸步骤，
47.第三步，拆卸，
48.拧掉位于第一锁紧套筒组件和第二锁紧套筒组件上的紧固螺钉。
49.进一步，第一步、第二步中定位销与基准内、外螺纹环抱筒连接固定支耳上的定位销孔过渡或过盈配合，并涂胶防松。
50.进一步，第一步、第二步中配合内、外螺纹环抱筒连接固定支耳上的定位销通孔与定位销间隙配合，方便拆装。
51.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
52.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
53.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
54.下面结合具体实例及附图对本发明进行详细说明。
55.如图1和图2所示，本发明提供了一种机械锁定装置，安装在伺服机构壳体7与输出杆8之间，包括第一锁紧套筒组件01和第二锁紧套筒组件02。第一锁紧套筒组件01一端通过卡槽与伺服机构壳体7连接，第二锁紧套筒组件02一端通过卡槽与输出杆8连接，两组锁紧套筒组件则通过螺纹连接。其中，第二锁紧套筒组件02可以在第一锁紧套筒组件01内部轴向伸缩。
56.如图3所示，第一锁紧套筒组件01包括两个独立的半圆柱形环抱筒，分为基准内螺纹环抱筒1和配合内螺纹环抱筒2。基准内螺纹环抱筒1内部一端设置有卡环101，另一端设置有内螺纹102。配合内螺纹环抱筒2内部结构与基准内螺纹环抱筒1完全相同。基准内螺纹环抱筒1外圆柱面两侧中间位置对称设置有两个连接固定支耳103，配合内螺纹环抱筒2外圆柱面两侧中间位置同样对称设置有两个连接固定支耳203。其中，基准内螺纹环抱筒1上的连接固定支耳103设置有螺纹通孔104和定位销孔105，配合内螺纹环抱筒2上的连接固定支耳203设置有圆柱通孔204、定位销通孔205以及螺纹通孔206。两个独立的半圆柱形环抱筒除连接固定支耳上的结构差别外，其余结构、尺寸均相同。
57.基准内螺纹环抱筒1和配合内螺纹环抱2筒通过定位销6装配在一起，并通过螺钉5
紧固。两者正确安装组成第一锁紧套筒组件01后，其内部的卡环合并成一个完整的卡环，其内部的螺纹组成一个完整的内螺纹。
58.如图4所示，第二锁紧套筒组件02包括两个独立的半圆柱形环抱筒，分为基准外螺纹环抱筒3和配合外螺纹环抱筒4。基准外螺纹环抱筒3内部一端设置有卡环301，另一端设置有外螺纹302。配合外螺纹环抱筒4内部结构与基准外螺纹环抱筒3完全相同。基准外螺纹环抱筒外3圆柱面两侧端部位置对称设置有两个连接固定支耳303，配合外螺纹环抱筒4外圆柱面两侧端部位置同样对称设置有两个连接固定支耳403。其中，基准外螺纹环抱筒3上的连接固定支耳303设置有螺纹通孔304和定位销孔305，配合外螺纹环抱筒4上的连接固定支耳403设置有圆柱通孔404、定位销通孔405以及螺纹通孔406。两个独立的半圆柱形环抱筒除连接固定支耳上的结构差别外，其余结构、尺寸均相同。
59.基准外螺纹环抱筒3和配合外螺纹环抱4筒通过定位销6装配在一起，并通过螺钉5紧固。两者正确安装组成第二锁紧套筒组件02后，其上的卡环合并成一个完整的卡环，其上的螺纹组成一个完整的外螺纹。
60.根据本发明的一种实施例，内螺纹环抱筒的螺纹长度大于外螺纹环抱筒的螺纹长度，两者长度之差应不小于伺服机构零位长度变化范围。
61.根据本发明的一种实施例，当伺服机构零位长度处于极限位置时，应保证两组锁紧套筒螺纹连接有效旋合长度不小于6～7倍所采用的连接螺纹的螺距。
62.根据本发明的一种实施例，当伺服机构零位长度处于最短极限位置时，外螺纹环抱筒上的固定连接支耳不应与内螺纹环抱筒干涉。
63.根据本发明的一种实施例，两组锁紧套筒连接螺纹应避免使用细牙螺纹。
64.本发明机械锁定装置的装配包括如下步骤：
65.步骤一、如图5所示，将两个定位销6安装到位于基准外螺纹环抱筒3上连接固定支耳303的定位销孔305内，再将基准外螺纹环抱筒3通过卡环301嵌入输出杆8的卡槽内，实现基准外螺纹环抱筒3的安装。
66.步骤二、配合外螺纹环抱筒4通过位于其连接固定支耳403上的定位销通孔405与基准外螺纹环抱筒3组合装配在一起，两者通过两个紧定螺钉5实现紧固，并共同组成第二锁紧套筒组件02，如图6所示。
67.步骤三、如图6所示，将两个定位销6安装到位于基准内螺纹环抱筒1上连接固定支耳103的定位销孔105内，之后基准内螺纹环抱筒1一端首先通过卡环101嵌入伺服机构壳体7的卡槽内，另一端通过螺纹连接自然咬合装配到第二锁紧套筒组件02的外螺纹上。
68.如图9所示，为适应伺服机构不同零位长度，在步骤三可通过绕输出杆8轴线旋转基准内螺纹环抱筒1以实现其上的内螺纹102与第二锁紧套筒组件02上的外螺纹自然正确咬合连接，实现零位可调。
69.步骤四、如图7所示，配合内螺纹环抱筒2通过位于其连接固定支耳203上的定位销通孔205与基准内螺纹环抱筒1组合装配在一起，两者通过两个紧定螺钉5实现紧固，共同组成第一锁紧套筒组件01，并完成机械锁定装置的装配使用，如图8所示。
70.步骤五、拆卸时，优先拧掉位于第一锁紧套筒组件01和第二锁紧套筒组件02上的四颗紧固螺钉5，再使用合适的螺钉拧入位于配合内、外螺纹环抱筒连接固定支耳上的螺纹通孔内，辅助其与基准内、外螺纹环抱筒的分离。
71.在步骤一和步骤三中，两定位销应与基准内、外螺纹环抱筒连接固定支耳上的定位销孔过渡或过盈配合，并涂胶防松。
72.在步骤二和步骤四中，配合内、外螺纹环抱筒连接固定支耳上的定位销通孔应与定位销间隙配合，方便拆装。
73.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
74.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
75.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。
76.本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

技术特征：
1.一种机械锁定装置，其特征在于：包括第一锁紧套筒组件和第二锁紧套筒组件，第一、第二锁紧套筒组件通过螺纹连接；所述的第一锁紧套筒组件包括第一内螺纹环抱筒和第二内螺纹环抱筒，第一、第二内螺纹环抱筒一端均设置有内螺纹，第一、第二内螺纹环抱筒连接后内螺纹周向上组成完整内螺纹；所述的第二锁紧套筒组件包括第一外螺纹环抱筒和第二外螺纹环抱筒，第一、第二外螺纹抱筒一端均设置有外螺纹，第一、第二外螺纹环抱筒连接后外螺纹周向上组成完整外螺纹；所述的第一、第二内螺纹环抱筒连接前，通过第二锁紧套筒组件外螺纹在第一内螺纹环抱筒内周向伸缩，确定零位后，再将第一、第二内螺纹环抱筒连接锁定。2.根据权利要求1所述的一种机械锁定装置，其特征在于：所述的第一、第二内螺纹环抱筒为半圆柱形；所述的第一、第二外螺纹环抱筒为半圆柱形。3.根据权利要求2所述的一种机械锁定装置，其特征在于：所述的第一、第二内螺纹环抱筒外侧面分别对称设置第一连接固定支耳，通过第一连接固定支耳使第一、第二内螺纹环抱筒固定连接；所述的第一、第二外螺纹环抱筒外侧面分别对称设置第二连接固定支耳，通过第二连接固定支耳使第一、第二外螺纹环抱筒固定连接。4.根据权利要求3所述的一种机械锁定装置，其特征在于：所述的第一、第二内螺纹环抱筒和第一、第二外螺纹环抱筒的非螺纹端设置卡环。5.根据权利要求4所述的一种机械锁定装置，其特征在于：所述的第一锁紧套筒组件通过卡环与固定件连接，第二锁紧套筒组件通过卡环与旋转件连接，通过第二锁紧套筒组件在第一锁紧套筒组件内部轴向伸缩，实现固定件和旋转件之间的零位可调。6.根据权利要求5所述的一种机械锁定装置，其特征在于：所述的第一锁紧套筒组件的螺纹长度大于第二锁紧套筒组件的螺纹长度，两者长度之差不小于固定件和旋转件之间零位长度变化范围。7.根据权利要求6所述的一种机械锁定装置，其特征在于：所述的固定件和旋转件之间零位长度处于极限位置时，第一、第二锁紧套筒组件之间螺纹连接有效旋合长度不小于6～7倍所采用的连接螺纹的螺距。8.根据权利要求7所述的一种机械锁定装置，其特征在于：所述的固定件和旋转件之间零位长度处于最短极限位置时，第二锁紧套筒组件上的第二固定连接支耳不应与第一锁紧套筒组件干涉。9.一种采用权利要求1-8任一所述的机械锁定装置的伺服机构。10.根据权利要求9所述的一种伺服机构，其特征在于：所述的机械锁定装置安装在伺服机构的壳体与输出杆之间，伺服机构的壳体与输出杆上设置卡槽与第一、第二锁紧套筒组件的卡环配合，第一锁紧套筒组件一端通过卡环卡槽与伺服机构的壳体连接，第二锁紧套筒组件一端通过卡环卡槽与伺服机构的输出杆连接。11.一种权利要求1-8任一所述的机械锁定装置的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，将第二锁紧套筒组件环抱固定安装在旋转件上；第二步，将第一内螺纹环抱筒一端卡在固定件上，另一端的内螺纹与第二锁紧套筒组
件的外螺纹咬合，通过旋转件带动第二锁紧套筒组件的外螺纹与第一内螺纹环抱筒的内螺纹配合运动，使第一内螺纹环抱筒位于零位，再通过第一连接固定支耳使第二内螺纹环抱筒和第一内螺纹环抱筒固定连接，组成第一锁紧套筒组件环抱在第二锁紧套筒组件上。12.根据权利要求11所述的一种装配方法，其特征在于：所述第一步中，将第一外螺纹环抱筒卡在旋转件上，再通过第二连接固定支耳将第二外螺纹环抱筒与第一外螺纹环抱筒固定连接，组成第二锁紧套筒组件环抱在旋转件上。13.根据权利要求12所述的一种装配方法，其特征在于：所述第一步、第二步中第一、第二连接固定支耳通过销孔定位，螺钉连接。14.根据权利要求13所述的一种装配方法，其特征在于：所述第一步、第二步中定位销与第一内、外螺纹环抱筒连接固定支耳上的定位销孔过渡或过盈配合，并涂胶防松；第二内、外螺纹环抱筒连接固定支耳上的定位销通孔与定位销间隙配合。

技术总结
本发明提出一种机械锁定装置、装配方法及伺服机构，包括第一锁紧套筒组件和第二锁紧套筒组件，第一、第二锁紧套筒组件通过螺纹连接。本发明在满足零位可调节的同时，更能适应大负载的情况，提高可靠性，且结构受力稳定均匀，不存在间隙，拆装亦不复杂。拆装亦不复杂。拆装亦不复杂。


技术研发人员：郑欢 黄建 李勇 郑美媛 肖中卓 赵帆 王永乐
受保护的技术使用者：北京自动化控制设备研究所
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/6/14