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申请/专利权人：北京自动化控制设备研究所

摘要：本发明属于机电作动器技术领域，具体涉及一种基于速度合成的无力纷争差速器。本发明的差速器，主要包括：第一输入齿轮、第二输入齿轮、第一共轴齿轮、第二共轴齿轮、小太阳轮、大太阳轮、短行星轮、长行星轮、输出齿轮、行星架、保持架、行星架支撑轴承、保持架支撑轴承、短行星轮支柱、长行星轮支柱、支撑壳体和壳体端盖；本发明解决了现有的解决双余度机电作动器力纷争现象和故障隔离的差速器会带来对控制单元的控制精度要求非常高，或对加工精度和装配精度要求非常高，并且转动惯量大的问题，将一个单排行星齿轮和一个双排行星齿轮组合传动，以实现双通道输入速度合成的无力纷争差速器，该差速器体积小、惯量低。

主权项：一种基于速度合成的无力纷争差速器，主要包括：第一输入齿轮1、第二输入齿轮2、第一共轴齿轮3、第二共轴齿轮4、小太阳轮5、大太阳轮6、短行星轮7、长行星轮8、输出齿轮9、行星架10、保持架11、行星架支撑轴承12、保持架支撑轴承13、短行星轮支柱14、长行星轮支柱15、支撑壳体16和壳体端盖17；其特征在于：所述第一输入齿轮1用于输入转动，第一输入齿轮1与第一共轴齿轮3啮合；第一共轴齿轮3与小太阳轮5共轴，两者分别固定安装于第一传动轴301的两端，使得第一共轴齿轮3和小太阳轮5能够同步转动，第一传动轴301为圆柱状实心轴；所述第二输入齿轮2用于输入转动，第二输入齿轮2与第二共轴齿轮4啮合；第二共轴齿轮4啮合与大太阳轮6共轴，两者分别固定安装于第二传动轴401的两端，使得第二共轴齿轮4和大太阳轮6能够同步转动；第二传动轴401为圆筒状，通过支撑轴承安装于第一传动轴301外部，使得第二共轴齿轮4和大太阳轮6在空间中位于第一共轴齿轮3和小太阳轮5之间，并且第二传动轴401和第一传动轴301能够同轴的自由转动；所述小太阳轮5与短行星轮7啮合，短行星轮7通过支撑轴承安装于短行星轮支柱14上，短行星轮7能够相对于短行星轮支柱14自由地周向转动；短行星轮支柱14的两端分别固定安装于行星架10和保持架11上；支撑壳体16为两端开放的圆筒状，行星架10和保持架11分别通过行星架支撑轴承12和保持架支撑轴承13安装于支撑壳体16内部，使得行星架10和保持架11能够在支撑壳体16内沿各自的轴向转动；保持架11为圆盘状，中部设置有通孔，第二传动轴401和第一传动轴301都从该通孔中穿过，使得在空间中，小太阳轮5和大太阳轮6位于行星架10和保持架11之间的空间内；行星架10为圆盘状，其中部设置有输出轴1001，输出齿轮9固定安装输出轴1001之上，用于将转动输出；长行星轮支柱15的两端分别固定安装于行星架10和保持架11之间；长行星轮8通过支撑轴承安装于长行星轮支柱15上，位于行星架10和保持架11之间，长行星轮8能够绕长行星轮支柱15的轴向旋转；长行星轮8同时与大太阳轮6和短行星轮7啮合；壳体端盖17安装于支撑壳体16一侧的开口上，壳体端盖17的中部设置有通孔，输出轴1001和输出齿轮9能够从该通孔中穿出；壳体端盖17和支撑壳体16共同构成对安装于两者所构成空间内的设备的保护。

全文数据：一种基于速度合成的无力纷争差速器技术领域本发明属于机电作动器技术领域，具体涉及一种基于速度合成的无力纷争差速器。背景技术双余度电动舵系统被广泛应用于无人机控制系统中，以提高无人机飞行任务的可靠性。当前，双余度电动舵系统的研制面临的一项关键技术就是如何解决双电机输出运动合成所产生的力纷争现象和故障隔离问题。国内外相关研究单位通常的解决办法为通过力矩合成的离合器控制方案和通过机械运动合成的差动周转轮系控制方案。前者需要解决负载均衡和力纷争现象，并且由于运动合成是机械硬式结构，要求控制单元的控制精度非常高，不然会因负载不均衡带来通道间以及机械固件间的相互干扰，降低系统的稳定性和可靠性；后者采用差动式的机械运动合成方案，可以实现两通道间的运动输出解耦，即两个输入通道的负载出现不均衡即转速不一样时，可以解决或不存在力纷争问题，但该方案所采用的差动器通常机械机构复杂，对加工精度和装配精度要求较高，并且转动惯量大，不利于系统动态性能的提高。此外，上述两种方案由于其分别使用的离合器和差速器均会增大舵机的空间尺寸和重量。因此，研制一种体积小、低惯量的运动合成装置以解决多电机输出运动合成所产生的力纷争现象和故障隔离问题成为多余度电动舵系统研制中的一个难点。基于上述背景分析，本发明提出一种通过基于机械运动合成的差动周转轮系控制方案将一个单排行星齿轮和一个双排行星齿轮组合传动，以实现双通道输入速度合成的无力纷争差速器。该差速器体积小、惯量低，很巧妙的将两个通道中的电机输入运动合成为单一输出，不仅有效地回避了余度控制系统中的力纷争现象，而且为无缝余度切换提供了基础。发明内容本发明需要解决的技术问题为：现有的解决双余度机电作动器力纷争现象和故障隔离的差速器会带来对控制单元的控制精度要求非常高，或对加工精度和装配精度要求非常高，并且转动惯量大的问题。本发明的技术方案如下所述：一种基于速度合成的无力纷争差速器，主要包括：第一输入齿轮、第二输入齿轮、第一共轴齿轮、第二共轴齿轮、小太阳轮、大太阳轮、短行星轮、长行星轮、输出齿轮、行星架、保持架、行星架支撑轴承、保持架支撑轴承、短行星轮支柱、长行星轮支柱、支撑壳体和壳体端盖；其中，所述第一输入齿轮用于输入转动，第一输入齿轮与第一共轴齿轮啮合；第一共轴齿轮与小太阳轮共轴，两者分别固定安装于第一传动轴的两端，使得第一共轴齿轮和小太阳轮能够同步转动，第一传动轴为圆柱状实心轴；所述第二输入齿轮用于输入转动，第二输入齿轮与第二共轴齿轮啮合；第二共轴齿轮啮合与大太阳轮共轴，两者分别固定安装于第二传动轴的两端，使得第二共轴齿轮和大太阳轮能够同步转动；第二传动轴为圆筒状，通过支撑轴承安装于第一传动轴外部，使得第二共轴齿轮和大太阳轮在空间中位于第一共轴齿轮和小太阳轮之间，并且第二传动轴和第一传动轴能够同轴的自由转动；所述小太阳轮与短行星轮啮合，短行星轮通过支撑轴承安装于短行星轮支柱上，短行星轮能够相对于短行星轮支柱自由地周向转动；短行星轮支柱的两端分别固定安装于行星架和保持架上；支撑壳体为两端开放的圆筒状，行星架和保持架分别通过行星架支撑轴承和保持架支撑轴承安装于支撑壳体内部，使得行星架和保持架能够在支撑壳体内沿各自的轴向转动；保持架为圆盘状，中部设置有通孔，第二传动轴和第一传动轴都从该通孔中穿过，使得在空间中，小太阳轮和大太阳轮位于行星架和保持架之间的空间内；行星架为圆盘状，其中部设置有输出轴，输出齿轮固定安装输出轴之上，用于将转动输出；长行星轮支柱的两端分别固定安装于行星架和保持架之间；长行星轮通过支撑轴承安装于长行星轮支柱上，位于行星架和保持架之间，长行星轮能够绕长行星轮支柱的轴向旋转；长行星轮同时与大太阳轮和短行星轮啮合；壳体端盖安装于支撑壳体一侧的开口上，壳体端盖的中部设置有通孔，输出轴和输出齿轮能够从该通孔中穿出；壳体端盖和支撑壳体共同构成对安装于两者所构成空间内的设备的保护。优选的，所述短行星轮支柱的两端通过轴孔配合和锁紧螺母分别安装于行星架和保持架上，使其固定于行星架和保持架之间，以确保短行星轮能够自由地绕其自身轴向转动。优选的，所述长行星轮支柱的两端通过轴孔配合和锁紧螺母安装于行星架和保持架之间，以确保长行星轮能够绕自身轴向旋转。优选的，所述第一传动轴的靠近小太阳轮的末端通过支撑轴承安装于行星架的中部，第一传动轴的靠近第一共轴齿轮的末端也设置有支撑轴承，用于同其它装置的连接。优选的，在所述短行星轮支柱和长行星轮支柱各自位于行星架和保持架外侧的两端，还分别安装有螺母，用于锁紧短行星轮支柱和长行星轮支柱，防止锁紧短行星轮支柱和长行星轮支柱沿各自轴向的移动和转动。优选的，所述第一传动轴安装小太阳轮的相应位置处，以及小太阳轮的齿轮内孔上均设置有键槽，平键安装于键槽内，用于保证小太阳轮和第一传动轴同步转动。优选的，安装在所述短行星轮齿轮内孔的支撑轴承为两个，短行星轮的齿轮内孔为阶梯孔两个支撑轴承安装于阶梯孔的大孔内，阶梯孔的大孔和小孔之间的端面形成对安装在短行星轮内的两个支撑轴承一侧轴向移动的限位；在两个支撑轴承的另一侧，短行星轮支柱上还安装有弹性挡圈，用于构成支撑轴承在轴向上向另一侧移动的限位。优选的，安装在所述长行星轮齿轮内孔内的支撑轴承为两个，在两个支撑轴承各自外侧的长行星轮支柱上均安装有弹性挡圈，用于限制两个支撑轴承向滑出长行星轮齿轮内孔的方向移动。本发明的有益效果为：本发明的差速器将一个单排行星齿轮和一个双排行星齿轮组合传动，以实现双通道输入速度合成的无力纷争差速器，该差速器体积小、惯量低，很巧妙的将两个通道中的电机输入运动合成为单一输出，不仅有效地回避了余度控制系统中的力纷争现象，而且为无缝余度切换提供了基础。附图说明图1为本发明的无力纷争差速器的剖视图；其中，1-第一输入齿轮，2-第二输入齿轮，3-第一共轴齿轮，301-第一传动轴，4-第二共轴齿轮，401-第二传动轴，5-小太阳轮，6-大太阳轮，7-短行星轮，8-长行星轮，9-输出齿轮，10-行星架，1001-输出轴，11-保持架，12-行星架支撑轴承，13-保持架支撑轴承，14-短行星轮支柱，15-长行星轮支柱，16-支撑壳体，17-壳体端盖，18-平键。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明的一种基于速度合成的无力纷争差速器进行详细说明。如图1所示，本发明的差速器主要包括第一输入齿轮1、第二输入齿轮2、第一共轴齿轮3、第二共轴齿轮4、小太阳轮5、大太阳轮6、短行星轮7、长行星轮8、输出齿轮9、行星架10、保持架11、行星架支撑轴承12、保持架支撑轴承13、短行星轮支柱14、长行星轮支柱15、支撑壳体16和壳体端盖17。其中，第一输入齿轮1用于输入转动，第一输入齿轮1与第一共轴齿轮3啮合。第一共轴齿轮3与小太阳轮5共轴，两者分别固定安装于第一传动轴301的两端，使得第一共轴齿轮3和小太阳轮5能够同步转动，第一传动轴301为圆柱状实心轴。第二输入齿轮2用于输入转动，第二输入齿轮2与第二共轴齿轮4啮合。第二共轴齿轮4啮合与大太阳轮6共轴，两者分别固定安装于第二传动轴401的两端，使得第二共轴齿轮4和大太阳轮6能够同步转动。第二传动轴401为圆筒状，通过支撑轴承安装于第一传动轴301外部，使得第二共轴齿轮4和大太阳轮6在空间中位于第一共轴齿轮3和小太阳轮5之间，并且第二传动轴401和第一传动轴301能够同轴的自由转动。小太阳轮5与短行星轮7啮合，短行星轮7通过支撑轴承安装于短行星轮支柱14上，短行星轮7能够相对于短行星轮支柱14自由地周向转动。短行星轮支柱14的两端通过轴孔配合和锁紧螺母分别安装于行星架10和保持架11上，使其固定于行星架10和保持架11之间，以确保短行星轮7能够自由地绕其自身轴向转动。支撑壳体16为两端开放的圆筒状，行星架10和保持架11分别通过行星架支撑轴承12和保持架支撑轴承13安装于支撑壳体16内部，使得行星架10和保持架11能够在支撑壳体16内沿各自的轴向转动。保持架11为圆盘状，中部设置有通孔，第二传动轴401和第一传动轴301都从该通孔中穿过，使得在空间中，小太阳轮5和大太阳轮6位于行星架10和保持架11之间的空间内。行星架10为圆盘状，其中部设置有输出轴1001，输出齿轮9固定安装输出轴1001之上，用于将转动输出。长行星轮支柱15的两端通过轴孔配合和锁紧螺母安装于行星架10和保持架11之间，以确保长行星齿轮8能够绕自身轴向旋转。长行星轮8通过支撑轴承安装于长行星轮支柱15上，位于行星架10和保持架11之间，长行星轮8能够绕长行星轮支柱15的轴向旋转。长行星轮8同时与大太阳轮6和短行星轮7啮合。第一传动轴301的靠近小太阳轮5的末端通过支撑轴承安装于行星架10的中部，第一传动轴301的靠近第一共轴齿轮3的末端也设置有支撑轴承，用于同其它装置的连接。壳体端盖17安装于支撑壳体16一侧的开口上，壳体端盖17的中部设置有通孔，输出轴1001和输出齿轮9能够从该通孔中穿出。壳体端盖17和支撑壳体16共同构成对安装于两者所构成空间内的设备的保护。在短行星轮支柱14和长行星轮支柱15各自位于行星架10和保持架11外侧的两端，还分别安装有螺母，用于锁紧短行星轮支柱14和长行星轮支柱15，防止锁紧短行星轮支柱14和长行星轮支柱15沿各自轴向的移动和转动。第一传动轴301安装小太阳轮5的相应位置处，以及小太阳轮5的齿轮内孔上均设置有键槽，平键18安装于键槽内，用于保证小太阳轮5和第一传动轴301同步转动。安装在短行星轮7齿轮内孔的支撑轴承为两个，短行星轮7的齿轮内孔为阶梯孔两个支撑轴承安装于阶梯孔的大孔内，阶梯孔的大孔和小孔之间的端面形成对安装在短行星轮7内的两个支撑轴承一侧轴向移动的限位。在两个支撑轴承的另一侧，短行星轮支柱14上还安装有弹性挡圈，用于构成支撑轴承在轴向上向另一侧移动的限位。安装在长行星轮8齿轮内孔内的支撑轴承为两个，在两个支撑轴承各自外侧的长行星轮支柱15上均安装有弹性挡圈，用于限制两个支撑轴承向滑出长行星轮8齿轮内孔的方向移动。大太阳轮6、长行星轮8和行星架10构成单排行星齿轮组，小太阳轮5、短行星齿轮7、长行星齿轮8和行星架10构成双排行星齿轮组。此行星轮系没有内齿圈，大太阳轮6与小太阳轮5可以彼此起到作为对方内齿圈的作用。当只使用第一输入齿轮1输入转动时，应使第二输入齿轮2锁紧不转动。则用第一输入齿轮1带动第一共轴齿轮3转动，进而带动小太阳轮5同步转动，由于小太阳轮5与短行星轮7啮合，小太阳轮5会带动短行星轮7同步转动，由于短行星轮7和长行星轮8啮合，短行星轮7会带动长行星轮8同步转动，长行星轮8在自转的同时，由于第二输入齿轮2锁紧不转动，大太阳轮静止6并起到双排行星齿轮内齿圈的作用，使得长行星轮8绕大太阳轮6产生公转，进而带动行星架10和保持架11转动，最终通过输出齿轮9同转速地输出转动。当只使用第二输入齿轮2输入转动时，应使第一输入齿轮1锁紧不转动。第二共轴齿轮4在第二输入齿轮2的带动下转动，第二共轴齿轮4进而带动同轴的大太阳轮转动6同步转动，由于大太阳轮转动6和长行星轮8啮合，长行星轮8同步转动，由于长行星轮8和短行星轮7啮合，短行星轮7会在长行星轮8的带动下自传，同时，由于第一输入齿轮1锁紧不转动，小太阳轮5静止并起到该单排行星齿轮内齿圈的作用，短行星轮7绕小太阳轮5公转，进而带动行星架10和保持架11转动，最终通过输出齿轮9同转速地输出转动。当第一输入齿轮1和第二输入齿轮2同时同向输入转动时，行星架10和保持架11的转速增大，输出齿轮9输出两者合成后的速度。当第一输入齿轮1和第二输入齿轮2同时反向输入转动时，行星架10和保持架11的转速减小，输出齿轮9输出两者合成后的速度。

权利要求：1.一种基于速度合成的无力纷争差速器，主要包括：第一输入齿轮1、第二输入齿轮2、第一共轴齿轮3、第二共轴齿轮4、小太阳轮5、大太阳轮6、短行星轮7、长行星轮8、输出齿轮9、行星架10、保持架11、行星架支撑轴承12、保持架支撑轴承13、短行星轮支柱14、长行星轮支柱15、支撑壳体16和壳体端盖17；其特征在于：所述第一输入齿轮1用于输入转动，第一输入齿轮1与第一共轴齿轮3啮合；第一共轴齿轮3与小太阳轮5共轴，两者分别固定安装于第一传动轴301的两端，使得第一共轴齿轮3和小太阳轮5能够同步转动，第一传动轴301为圆柱状实心轴；所述第二输入齿轮2用于输入转动，第二输入齿轮2与第二共轴齿轮4啮合；第二共轴齿轮4啮合与大太阳轮6共轴，两者分别固定安装于第二传动轴401的两端，使得第二共轴齿轮4和大太阳轮6能够同步转动；第二传动轴401为圆筒状，通过支撑轴承安装于第一传动轴301外部，使得第二共轴齿轮4和大太阳轮6在空间中位于第一共轴齿轮3和小太阳轮5之间，并且第二传动轴401和第一传动轴301能够同轴的自由转动；所述小太阳轮5与短行星轮7啮合，短行星轮7通过支撑轴承安装于短行星轮支柱14上，短行星轮7能够相对于短行星轮支柱14自由地周向转动；短行星轮支柱14的两端分别固定安装于行星架10和保持架11上；支撑壳体16为两端开放的圆筒状，行星架10和保持架11分别通过行星架支撑轴承12和保持架支撑轴承13安装于支撑壳体16内部，使得行星架10和保持架11能够在支撑壳体16内沿各自的轴向转动；保持架11为圆盘状，中部设置有通孔，第二传动轴401和第一传动轴301都从该通孔中穿过，使得在空间中，小太阳轮5和大太阳轮6位于行星架10和保持架11之间的空间内；行星架10为圆盘状，其中部设置有输出轴1001，输出齿轮9固定安装输出轴1001之上，用于将转动输出；长行星轮支柱15的两端分别固定安装于行星架10和保持架11之间；长行星轮8通过支撑轴承安装于长行星轮支柱15上，位于行星架10和保持架11之间，长行星轮8能够绕长行星轮支柱15的轴向旋转；长行星轮8同时与大太阳轮6和短行星轮7啮合；壳体端盖17安装于支撑壳体16一侧的开口上，壳体端盖17的中部设置有通孔，输出轴1001和输出齿轮9能够从该通孔中穿出；壳体端盖17和支撑壳体16共同构成对安装于两者所构成空间内的设备的保护。2.如权利要求1所述的基于速度合成的无力纷争差速器，其特征在于：所述短行星轮支柱14的一端通过轴孔配合和锁紧螺母安装于行星架10，另一端通过轴孔配合和锁紧螺母安装于保持架11，使其固定于行星架10和保持架11之间，以确保短行星轮7能够自由地绕其自身轴向转动。3.如权利要求2所述的基于速度合成的无力纷争差速器，其特征在于：所述长行星轮支柱15的一端通过轴孔配合和锁紧螺母安装于行星架10，另一端通过轴孔配合和锁紧螺母安装于保持架11，以确保长行星轮8能够绕自身轴向旋转。4.如权利要求3所述的基于速度合成的无力纷争差速器，其特征在于：所述第一传动轴301的靠近小太阳轮5的末端通过支撑轴承安装于行星架10的中部，第一传动轴301的靠近第一共轴齿轮3的末端也设置有支撑轴承，用于同其它装置的连接。5.如权利要求4所述的基于速度合成的无力纷争差速器，其特征在于：在所述短行星轮支柱14和长行星轮支柱15各自位于行星架10和保持架11外侧的两端，还分别安装有螺母，用于锁紧短行星轮支柱14和长行星轮支柱15，防止锁紧短行星轮支柱14和长行星轮支柱15沿各自轴向的移动和转动。6.如权利要求5所述的基于速度合成的无力纷争差速器，其特征在于：所述第一传动轴301安装小太阳轮5的相应位置处，以及小太阳轮5的齿轮内孔上均设置有键槽，平键18安装于键槽内，用于保证小太阳轮5和第一传动轴301同步转动。7.如权利要求6所述的基于速度合成的无力纷争差速器，其特征在于：安装在所述短行星轮7齿轮内孔的支撑轴承为两个，短行星轮7的齿轮内孔为阶梯孔两个支撑轴承安装于阶梯孔的大孔内，阶梯孔的大孔和小孔之间的端面形成对安装在短行星轮7内的两个支撑轴承一侧轴向移动的限位；在两个支撑轴承的另一侧，短行星轮支柱14上还安装有弹性挡圈，用于构成支撑轴承在轴向上向另一侧移动的限位。8.如权利要求7所述的基于速度合成的无力纷争差速器，其特征在于：安装在所述长行星轮8齿轮内孔内的支撑轴承为两个，在两个支撑轴承各自外侧的长行星轮支柱15上均安装有弹性挡圈，用于限制两个支撑轴承向滑出长行星轮8齿轮内孔的方向移动。

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