一种水下舵系统的制作方法

1.本发明属于舵机技术领域，更具体地，涉及一种水下舵系统。


背景技术：

2.近年来，随着基础工业水平以及现代科技的不断进步，舱段内部各分系统均在给弹体让出空间，伺服系统正朝着小型化、高集成化、长寿命、抗环境干扰能力强的方向发展。
3.21世纪以来，随着人类在利用海洋和开发海洋上的投入不断增大，自主式水下航行器引起了越来越多的关注。由于水下弹体积小巧，需要保证舱段内部空间具有较高的利用率，导致增加了用于调整其空间姿态或发动机控制所需舵系统的设计研发难度，因此如何保证舵系统在舱段内的集成度是当前亟待解决的技术难题。


技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种水下舵系统，其目的在于不仅可以实现对舱段的姿态调整，还能保证多个舵机单元在舱体内整体结构紧凑、集成度高。
5.本发明提供了一种水下舵系统，所述水下舵系统包括多个舵机单元和安装板，多个舵机单元和所述安装板用于安装在舱段内，且多个所述舵机单元沿所述舱段内螺旋桨转轴的周向均匀间隔布置，各所述舵机单元包括支撑组件、传动组件和控制组件；
6.所述支撑组件包括壳体和底座，所述壳体和所述底座可拆卸连接，且形成安装空间，多个所述支撑组件的多个所述底座和所述安装板可拆卸连接；
7.所述传动组件包括电机、多级齿轮、蜗轮、蜗杆和输出轴，所述电机位于所述底座上，所述电机的输出端上具有同轴布置的输入齿轮，所述蜗杆与所述螺旋桨转轴平行，所述蜗杆上具有同轴布置的输出齿轮，所述输入齿轮、多级所述齿轮和所述输出齿轮依次啮合，且均位于所述安装空间内，所述蜗轮与所述蜗杆啮合，所述蜗轮同轴套设在所述输出轴上，且所述输出轴垂直于所述螺旋桨转轴，且所述输出轴的一端伸出所述舱段；
8.所述控制组件包括驱动板和控制板，所述驱动板和所述控制板依次平行布置在所述安装板上，所述控制板、所述驱动板和各所述电机依次电连接。
9.可选地，所述安装板上具有多个间隔布置的立柱；
10.所述水下舵系统还包括多个支柱，多个所述支柱和多个所述立柱一一对应，各所述支柱的中部具有外凸缘，各所述支柱的一端插装在所述立柱上，以夹装所述驱动板，各所述支柱的另一端套设有螺母，以夹装所述控制板。
11.可选地，各所述立柱上具有螺纹孔，各所述支柱的一端具有外螺纹，各所述外螺纹和相对应的螺纹孔配合。
12.可选地，所述齿轮的数量为2个，且依次为第一齿轮和第二齿轮，所述输入齿轮和所述第二齿轮的齿数为8-12齿。
13.可选地，所述输入齿轮、多级所述齿轮、所述输出齿轮、所述蜗轮和所述蜗杆形成
的减速比为500-700。
14.可选地，所述水下舵系统还包括供电组件，所述供电组件包括相互配合的插座和插头，所述插座和各所述电机电连接。
15.可选地，所述传动组件还包括角度传感器，所述角度传感器位于所述蜗杆上。
16.可选地，各所述舵机单元均为锥形结构，且各所述舵机单元上所述输出轴对应的所述壳体处，在垂直于所述螺旋桨转轴的方向上的厚度为20-22mm。
17.本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
18.对于本发明实施例提供的一种水下舵系统，通过控制板接收、处理电信号，并通过驱动板产生相对应的控制信号，则会驱动相对应的电机工作。在此基础上，各舵机单元的电机、输入齿轮、多级齿轮、输出齿轮、蜗轮、蜗杆和输出轴之间的传动，可以依次带动各输出轴转动，输出轴则可以带动舵片转动，从而完成舱段(舱段为弹体的一部分)的姿态调整。另外，通过输入齿轮、多级齿轮、输出齿轮、蜗轮和蜗杆的配合，可以形成减速比，从而便于调节转速。并且，通过蜗轮和蜗杆的配合，不仅改变了扭矩的传递方向，还大大减小了在舵机单元在垂直于螺旋桨转轴的方向上的厚度，从而进一步适应了舱段的径向空间狭小的问题，避免增大舱段的径向空间而导致集成度降低的问题。
19.进一步地，多个舵机单元和安装板用于安装在舱段内，且多个舵机单元沿舱段内螺旋桨转轴(螺旋桨转轴连接螺旋桨从而保证舱段的前进和后退)的周向均匀间隔布置，多个支撑组件的多个底座和安装板可拆卸连接，驱动板和控制板依次平行布置在安装板上，从而将多个舵机单元连接为一个整体，并将多个舵机单元沿螺旋桨转轴周向均匀布置在舱段内，整体结构紧凑、集成度高。
20.也就是说，本发明提供的一种水下舵系统，不仅可以实现对舱段的姿态调整，还能保证多个舵机单元在舱体内整体结构紧凑、集成度高。
附图说明
21.图1是本发明实施例提供的一种水下舵系统的剖视图；
22.图2是本发明实施例提供的舵机单元的布置示意图；
23.图3是本发明实施例提供的舵机单元的结构示意图；
24.图4是本发明实施例提供的传动组件的结构示意图；
25.图5是本发明实施例提供的舵机单元的剖视图；
26.图6是本发明实施例提供的安装板的结构示意图；
27.图7是本发明实施例提供的支柱的结构示意图。
28.图中各符号表示含义如下：
29.1、舵机单元；11、支撑组件；111、壳体；112、底座；12、传动组件；121、电机；1211、输入齿轮；122、齿轮；123、蜗轮；124、蜗杆；1241、输出齿轮；125、输出轴；126、角度传感器；13、控制组件；131、驱动板；132、控制板；2、安装板；21、立柱；3、支柱；31、外凸缘；32、螺母；4、供电组件；41、插座；42、插头；100、舱段；200、螺旋桨转轴。
具体实施方式
30.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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例仅仅用以解释本发明，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组合。
31.图1是本发明实施例提供的一种水下舵系统的剖视图，如图1所示，水下舵系统包括多个舵机单元1和安装板2，多个舵机单元1和安装板2用于安装在舱段100内，且多个舵机单元1沿舱段100内螺旋桨转轴200的周向均匀间隔布置(见图2)。
32.图3是本发明实施例提供的舵机单元的结构示意图，图4是本发明实施例提供的传动组件的结构示意图，结合图3和图4所示，各舵机单元1包括支撑组件11、传动组件12和控制组件13。
33.支撑组件11包括壳体111和底座112，壳体111和底座112可拆卸连接，且形成安装空间，多个支撑组件11的多个底座112和安装板2可拆卸连接。
34.传动组件12包括电机121、多级齿轮122、蜗轮123、蜗杆124和输出轴125，电机121位于底座112上，电机121的输出端上具有同轴布置的输入齿轮1211，蜗杆124与螺旋桨转轴200平行，蜗杆124上具有同轴布置的输出齿轮1241，输入齿轮1211、多级齿轮122和输出齿轮1241依次啮合，且均位于安装空间内，蜗轮123与蜗杆124啮合，蜗轮123同轴套设在输出轴125上，且输出轴125垂直于螺旋桨转轴200，且输出轴125的一端伸出舱段100。
35.控制组件13包括驱动板131和控制板132，驱动板131和控制板132依次平行布置在安装板2上，控制板132、驱动板131和各电机121依次电连接。
36.对于本发明实施例提供的一种水下舵系统，通过控制板132接收、处理电信号，并通过驱动板131产生相对应的控制信号，则会驱动相对应的电机121工作。在此基础上，各舵机单元1的电机121、输入齿轮1211、多级齿轮122、输出齿轮1241、蜗轮123、蜗杆124和输出轴125之间的传动，可以依次带动各输出轴125转动，输出轴125则可以带动舵片转动，从而完成舱段100(舱段100为弹体的一部分)的姿态调整。另外，通过输入齿轮1211、多级齿轮122、输出齿轮1241、蜗轮123和蜗杆124的配合，可以形成减速比，从而便于调节转速。并且，通过蜗轮123和蜗杆124的配合，不仅改变了扭矩的传递方向，还大大减小了在舵机单元1在垂直于螺旋桨转轴200的方向上的厚度，从而进一步适应了舱段100的径向空间狭小的问题，避免增大舱段100的径向空间而导致集成度降低的问题。
37.进一步地，多个舵机单元1和安装板2用于安装在舱段100内，且多个舵机单元1沿舱段100内螺旋桨转轴200(螺旋桨转轴200连接螺旋桨从而保证舱段100的前进和后退)的周向均匀间隔布置，多个支撑组件11的多个底座112和安装板2可拆卸连接，驱动板131和控制板132依次平行布置在安装板2上(即同时实现控制组件13的集成安装)，从而将多个舵机单元1连接为一个整体，并将多个舵机单元1沿螺旋桨转轴200周向均匀布置在舱段100内，整体结构紧凑、集成度高。
38.也就是说，本发明提供的一种水下舵系统，不仅可以实现对舱段100的姿态调整，还能保证多个舵机单元1在舱体内整体结构紧凑、集成度高。
39.需要说明的是，在舱段100内，先安装多个舵机单元1，再安装安装板2，即将安装板2安装在多个底座112上。
40.在本实施例中，舵机单元1的数量为4个，4个输出轴125呈十字形布置。输出轴125通过轴承安装在舱段100上，且输出轴125的另一端通过花键的形式插入蜗轮123，实现对外
转速与转矩的输出。
41.另外，输入齿轮1211是与电机121的输出端为一体式设计。
42.具体地，齿轮122的数量(级数)为2个，且依次为第一齿轮(位于图4中右下方)和第二齿轮(位于图4中左上方)，输入齿轮1211和第二齿轮的齿数为8-12齿。
43.在上述实施方式中，通过输入齿轮1211和第二齿轮齿数为8-12齿，远小于渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动不根切的最小齿数17齿。不仅减小了齿数，增大了约2倍的减速比，还减少了输入齿轮1211和第二齿轮的安装结构，减小了舵机单元1质量，增加了舵机单元1装配时的工艺性。
44.容易理解的是，输入齿轮1211、2个齿轮122和输出齿轮1241共4个齿轮，两两配合，形成3级减速。
45.优选地，输入齿轮1211和第二齿轮的齿数为9齿。通过输入齿轮1211和第二齿轮的变位，使减速比达到了13.1。
46.示例性地，输入齿轮1211、多级齿轮122、输出齿轮1241、蜗轮123和蜗杆124形成的减速比为500-700。优选地，输入齿轮1211、多级齿轮122、输出齿轮1241、蜗轮123和蜗杆124形成的减速比为524。
47.在本实施例中，水下舵系统还包括供电组件4，供电组件4包括相互配合的插座41和插头42，插座41和各电机121电连接。
48.在上述实施方式中，通过供电组件4可以对各电机121供电。
49.示例性地，传动组件12还包括角度传感器126(见图5)，角度传感器126位于蜗杆124上。
50.在上述实施方式中，角度传感器126通过监测蜗杆124的转动位置可以进一步监测出输出轴125的转动位置，从而实现对舵片的监控。
51.需要说明的是，蜗轮123、蜗杆124具有反向自锁性，可以很好地抵抗水浪的冲击。当舵机单元1意外断电时，由于舵机单元1的反向自锁特性，输出轴125会保持当前位置不变，角度传感器126计数也不会发生变化，从而整个舵机单元1可以实现半闭环控制。
52.示例性地，蜗轮蜗杆级传动比达到了40。
53.结合图1和图2所示，各舵机单元1均为锥形结构，且各舵机单元1上输出轴125对应的壳体111处，在垂直于螺旋桨转轴200的方向上的厚度l为20-22mm。
54.容易理解的是，舱段100的内部整体呈锥形，其中，各舵机单元1上输出轴125对应的壳体111处最窄(对应舱段100内部最窄处)，通过本发明提供的水下舵系统，各舵机单元1呈均为锥形结构，可以较好地匹配舱段100，且最窄处厚度控制在20-22mm，集成度高。
55.图6是本发明实施例提供的安装板的结构示意图，如图6所示，安装板2上具有多个间隔布置的立柱21。
56.图7是本发明实施例提供的支柱的结构示意图，如图7所示，水下舵系统还包括多个支柱3，多个支柱3和多个立柱21一一对应，各支柱3的中部具有外凸缘31，各支柱3的一端插装在立柱21上，以夹装驱动板131，各支柱3的另一端套设有螺母32，以夹装控制板132。
57.在上述实施方式中，通过立柱21和外凸缘31的夹装可以实现驱动板131和安装板2的间隔布置及支撑，通过螺母32和外凸缘31的夹装可以实现驱动板131和控制板132的间隔布置及支撑，从而可以便于驱动板131和控制板132散热。
58.进一步地，各立柱21上具有螺纹孔，各支柱3的一端具有外螺纹，各外螺纹和相对应的螺纹孔配合，从而实现立柱21和支柱3的稳定连接。
59.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
60.本发明的一种水下舵系统通过合理的空间布局和结构设计，可实现弹体中间有螺旋桨转轴200且安装空间狭小的所有弹体产品。本发明的水下舵系统结构紧凑、组装简单、集成性高,在满足对外输出转速与转矩的同时，极大的减小了舵系统总重量，减小了弹上占用的体积，给弹上节省了空间，同时也提高了弹上舵系统的装配工艺性。
61.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例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种水下舵系统，其特征在于，所述水下舵系统包括多个舵机单元(1)和安装板(2)，多个舵机单元(1)和所述安装板(2)用于安装在舱段(100)内，且多个所述舵机单元(1)沿所述舱段(100)内螺旋桨转轴(200)的周向均匀间隔布置，各所述舵机单元(1)包括支撑组件(11)、传动组件(12)和控制组件(13)；所述支撑组件(11)包括壳体(111)和底座(112)，所述壳体(111)和所述底座(112)可拆卸连接，且形成安装空间，多个所述支撑组件(11)的多个所述底座(112)和所述安装板(2)可拆卸连接；所述传动组件(12)包括电机(121)、多级齿轮(122)、蜗轮(123)、蜗杆(124)和输出轴(125)，所述电机(121)位于所述底座(112)上，所述电机(121)的输出端上具有同轴布置的输入齿轮(1211)，所述蜗杆(124)与所述螺旋桨转轴(200)平行，所述蜗杆(124)上具有同轴布置的输出齿轮(1241)，所述输入齿轮(1211)、多级所述齿轮(122)和所述输出齿轮(1241)依次啮合，且均位于所述安装空间内，所述蜗轮(123)与所述蜗杆(124)啮合，所述蜗轮(123)同轴套设在所述输出轴(125)上，且所述输出轴(125)垂直于所述螺旋桨转轴(200)，且所述输出轴(125)的一端伸出所述舱段(100)；所述控制组件(13)包括驱动板(131)和控制板(132)，所述驱动板(131)和所述控制板(132)依次平行布置在所述安装板(2)上，所述控制板(132)、所述驱动板(131)和各所述电机(121)依次电连接。2.根据权利要求1所述的一种水下舵系统，其特征在于，所述安装板(2)上具有多个间隔布置的立柱(21)；所述水下舵系统还包括多个支柱(3)，多个所述支柱(3)和多个所述立柱(21)一一对应，各所述支柱(3)的中部具有外凸缘(31)，各所述支柱(3)的一端插装在所述立柱(21)上，以夹装所述驱动板(131)，各所述支柱(3)的另一端套设有螺母(32)，以夹装所述控制板(132)。3.根据权利要求2所述的一种水下舵系统，其特征在于，各所述立柱(21)上具有螺纹孔，各所述支柱(3)的一端具有外螺纹，各所述外螺纹和相对应的螺纹孔配合。4.根据权利要求1所述的一种水下舵系统，其特征在于，所述齿轮(122)的数量为2个，且依次为第一齿轮和第二齿轮，所述输入齿轮(1211)和所述第二齿轮的齿数为8-12齿。5.根据权利要求1所述的一种水下舵系统，其特征在于，所述输入齿轮(1211)、多级所述齿轮(122)、所述输出齿轮(1241)、所述蜗轮(123)和所述蜗杆(124)形成的减速比为500-700。6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种水下舵系统，其特征在于，所述水下舵系统还包括供电组件(4)，所述供电组件(4)包括相互配合的插座(41)和插头(42)，所述插座(41)和各所述电机(121)电连接。7.根据权利要求1-5任意一项所述的一种水下舵系统，其特征在于，所述传动组件(12)还包括角度传感器(126)，所述角度传感器(126)位于所述蜗杆(124)上。8.根据权利要求1-5任意一项所述的一种水下舵系统，其特征在于，各所述舵机单元(1)均为锥形结构，且各所述舵机单元(1)上所述输出轴(125)对应的所述壳体(111)处，在垂直于所述螺旋桨转轴(200)的方向上的厚度为20-22mm。

技术总结
本发明公开了一种水下舵系统，属于舵机技术领域。所述水下舵系统包括多个舵机单元和安装板，各舵机单元包括支撑组件、传动组件和控制组件。支撑组件包括壳体和底座，壳体和底座可拆卸连接，且形成安装空间，多个支撑组件的多个底座和安装板可拆卸连接，传动组件包括电机、多级齿轮、蜗轮、蜗杆和输出轴，电机位于底座上，电机的输出端上具有同轴布置的输入齿轮，蜗杆与螺旋桨转轴平行，蜗杆上具有同轴布置的输出齿轮。控制组件包括驱动板和控制板，驱动板和控制板依次平行布置在安装板上。本发明提供的一种水下舵系统，不仅可以实现对舱段的姿态调整，还能保证多个舵机单元在舱体内整体结构紧凑、集成度高。集成度高。集成度高。


技术研发人员：杨智 陈子玮 黄兴同 邓强强 白雷 王健 唐瑞敏 潘卓 王万雷 杨帆 王洪生 张金铎
受保护的技术使用者：湖北三江航天红峰控制有限公司
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/5/30