一种水下潜航器径向配重式滚转调节机构

本发明属于水下航行器，尤其涉一种水下潜航器径向配重式滚转调节机构。

背景技术：

1、水下潜航器在海洋观测、目标探测以及水下环境监测等任务中，需要根据航行状态和外界水动力条件对自身姿态进行调节，其中径向滚转调节是水下潜航器姿态控制的重要组成部分。现有水下潜航器通常通过改变舱内质量分布的方式形成滚转力矩，以实现滚转姿态调整。例如，可利用电机经减速机构和齿轮传动机构驱动舱内电池包等质量较大的部件发生偏转或转动，从而改变潜航器整体重心相对于其纵向轴线的位置，使潜航器产生相应的滚转运动。为满足驱动、减速及姿态保持等要求，此类机构通常包括多级减速、换向以及齿轮啮合等传动环节。

2、然而，现有采用电池包等大质量部件整体转动实现滚转调节的结构中，参与运动的部件质量较大，运动惯量较高，在启动、停止以及调节过程中容易产生较大的惯性冲击和机械振动；同时，电机动力需经过多级减速及齿轮啮合环节传递至运动负载，传动路径较长，不仅增加机械摩擦损耗，而且多个啮合环节产生的间隙、冲击和振动容易逐级叠加并向潜航器主体传递，导致机构运行噪声较大，进而可能对潜航器所搭载的声学探测设备造成干扰。 因此，现有技术有必要解决在实现水下潜航器径向滚转调节过程中，因驱动大质量部件整体转动以及传动链路复杂而导致运动惯量较大、机械振动和运行噪声较高的问题，以获得一种能够使独立配重负载在潜航器径向方向受导向地移动、并由驱动机构带动其相对于支撑主体进行位置调节的滚转调节结构

技术实现思路

1、针对现有技术中采用大质量舱内部件整体运动实现水下潜航器滚转调节时，存在运动惯量较大、惯性冲击明显以及机械振动和运行噪声较高的问题，本发明提供了一种水下潜航器径向配重式滚转调节机构。

2、本发明是这样实现的，一种水下潜航器径向配重式滚转调节机构，其特征在于，包括支撑主体、导向组件、质量块和驱动组件；所述导向组件设置于所述支撑主体上，所述质量块与所述导向组件移动配合；所述驱动组件设置于所述支撑主体上，并与所述质量块传动连接；所述导向组件的导向方向沿水下潜航器的径向设置，所述质量块沿所述导向组件的导向方向相对于所述支撑主体移动。

3、本发明的优点和效果是：

4、本发明通过在支撑主体上设置沿水下潜航器径向进行导向的导向组件，并使独立设置的质量块与导向组件移动配合，同时利用驱动组件带动质量块相对于支撑主体沿径向移动，使潜航器能够通过质量块的位置变化调整内部质量分布，从而无需以电池包等大质量舱内部件的整体转动作为滚转调节的运动负载。相较于驱动大质量部件整体偏转的方式，该结构能够减少参与滚转调节运动的负载质量及相应运动惯量，降低质量调节过程中因启动、停止及换向产生的惯性冲击；同时，导向组件对质量块的运动方向进行约束，使质量块按照预定径向路径移动，减少质量块在调节过程中的非预期摆动及由此产生的机械振动。驱动组件与独立质量块建立专用于配重位置调节的传动关系，避免为实现重心调整而驱动电池包及其相关大质量安装部件整体运动，从而减少大惯量运动部件及其相关传动运动所引起的振动和机械噪声向潜航器主体传递，在实现水下潜航器径向滚转调节的同时，有利于降低机构运行过程中的机械振动和自噪声，减少滚转姿态调节对潜航器声学探测作业的干扰。

5、在上述技术方案中，优选的，所述驱动组件包括电机、减速器和丝杠传动组件，所述电机与所述减速器的输入端传动连接，所述减速器的输出端与所述丝杠传动组件传动连接，所述丝杠传动组件与所述质量块传动连接。

6、在上述技术方案中，优选的，所述丝杠传动组件包括滚珠丝杠和与所述滚珠丝杠配合的丝杠螺母，所述滚珠丝杠与所述减速器的输出端连接，所述丝杠螺母与所述质量块连接，所述滚珠丝杠的轴线与所述导向组件的导向方向平行。

7、在上述技术方案中，优选的，所述减速器为蜗轮蜗杆减速器，所述滚珠丝杠与所述蜗轮蜗杆减速器的输出轴同轴连接。

8、在上述技术方案中，优选的，所述电机为无刷电机，所述无刷电机的输出端与所述蜗轮蜗杆减速器的输入轴连接。

9、在上述技术方案中，优选的，所述导向组件包括两根相互平行设置的导轨以及分别与两根所述导轨滑动配合的滑块，两根所述导轨固定于所述支撑主体上；还包括固定板，所述固定板横跨两根所述导轨设置并分别与两根所述导轨上的所述滑块连接，所述质量块固定于所述固定板上。

10、在上述技术方案中，优选的，两根所述导轨关于所述滚珠丝杠的轴线对称设置；所述支撑主体上固定有位于两根所述导轨之间的固定架，所述减速器安装于所述固定架上。

11、在上述技术方案中，优选的，所述支撑主体包括呈l形圆盘结构的支撑板，所述支撑板上设有多个定位孔。

12、在上述技术方案中，优选的，所述质量块在垂直于水下潜航器轴向的横截面内呈叶片形，所述质量块远离所述导向组件的一端形成锥形端部，所述质量块的两侧分别形成向外凸出的圆弧形侧缘。

13、在上述技术方案中，优选的，所述质量块朝向所述蜗轮蜗杆减速器的一侧设有凹槽，所述凹槽沿所述质量块的移动方向与所述蜗轮蜗杆减速器相对设置，所述凹槽朝向所述电机的一侧设有豁口；所述质量块移动至靠近所述蜗轮蜗杆减速器一侧的行程端部时，所述蜗轮蜗杆减速器至少部分位于所述凹槽内。

14、综上所述，通过采用电机、减速器及滚珠丝杠构成质量块的传动路径，并使滚珠丝杠与减速器输出端连接，可减少传统多级齿轮传动所需的中间传动环节，降低机械摩擦损耗及多级啮合间隙的累积，有利于提高动力传递效率和质量块位置调节的准确性；采用蜗轮蜗杆减速器时，其连续啮合传动有利于减小传动过程中的冲击和振动，并可利用反向自锁特性在质量块调节到位后限制其反向移动，减少持续驱动所需的动力输入；采用滚珠丝杠将滑动摩擦转化为滚动摩擦，可进一步降低传动阻力及运动过程中因摩擦不均产生的爬行和机械扰动。通过将两根导轨关于滚珠丝杠的轴线对称设置，并由两侧滑块共同支承固定板和质量块，可使质量块的驱动力与导向支承关系更加均衡，减小偏载引起的侧向摆动和附加振动；此外，质量块采用与潜航器舱内空间相适配的叶片形结构，并在朝向蜗轮蜗杆减速器的一侧形成凹槽及相应豁口，使质量块移动至相应行程端部时能够与驱动组件形成空间上的局部嵌套，从而提高有限舱内空间的利用程度，并为质量块获得所需移动行程提供结构条件。上述结构共同有利于减少传动环节、降低运动阻力、啮合冲击及机构振动，并降低滚转调节过程中的机械自噪声。

1.一种水下潜航器径向配重式滚转调节机构，其特征在于，包括支撑主体、导向组件、质量块和驱动组件；所述导向组件设置于所述支撑主体上，所述质量块与所述导向组件移动配合；所述驱动组件设置于所述支撑主体上，并与所述质量块传动连接；所述导向组件的导向方向沿水下潜航器的径向设置，所述质量块沿所述导向组件的导向方向相对于所述支撑主体移动。

2.根据权利要求1所述的水下潜航器径向配重式滚转调节机构，其特征在于，所述驱动组件包括电机、减速器和丝杠传动组件，所述电机与所述减速器的输入端传动连接，所述减速器的输出端与所述丝杠传动组件传动连接，所述丝杠传动组件与所述质量块传动连接。

3.根据权利要求2所述的水下潜航器径向配重式滚转调节机构，其特征在于，所述丝杠传动组件包括滚珠丝杠和与所述滚珠丝杠配合的丝杠螺母，所述滚珠丝杠与所述减速器的输出端连接，所述丝杠螺母与所述质量块连接，所述滚珠丝杠的轴线与所述导向组件的导向方向平行。

4.根据权利要求3所述的水下潜航器径向配重式滚转调节机构，其特征在于，所述减速器为蜗轮蜗杆减速器，所述滚珠丝杠与所述蜗轮蜗杆减速器的输出轴同轴连接。

5.根据权利要求4所述的水下潜航器径向配重式滚转调节机构，其特征在于，所述电机为无刷电机，所述无刷电机的输出端与所述蜗轮蜗杆减速器的输入轴连接。

6.根据权利要求3所述的水下潜航器径向配重式滚转调节机构，其特征在于，所述导向组件包括两根相互平行设置的导轨以及分别与两根所述导轨滑动配合的滑块，两根所述导轨固定于所述支撑主体上；还包括固定板，所述固定板横跨两根所述导轨设置并分别与两根所述导轨上的所述滑块连接，所述质量块固定于所述固定板上。

7.根据权利要求6所述的水下潜航器径向配重式滚转调节机构，其特征在于，两根所述导轨关于所述滚珠丝杠的轴线对称设置；所述支撑主体上固定有位于两根所述导轨之间的固定架，所述减速器安装于所述固定架上。

8.根据权利要求1所述的水下潜航器径向配重式滚转调节机构，其特征在于，所述支撑主体包括呈l形圆盘结构的支撑板，所述支撑板上设有多个定位孔。

9.根据权利要求1所述的水下潜航器径向配重式滚转调节机构，其特征在于，所述质量块在垂直于水下潜航器轴向的横截面内呈叶片形，所述质量块远离所述导向组件的一端形成锥形端部，所述质量块的两侧分别形成向外凸出的圆弧形侧缘。

10.根据权利要求4所述的水下潜航器径向配重式滚转调节机构，其特征在于，所述质量块朝向所述蜗轮蜗杆减速器的一侧设有凹槽，所述凹槽沿所述质量块的移动方向与所述蜗轮蜗杆减速器相对设置，所述凹槽朝向所述电机的一侧设有豁口；所述质量块移动至靠近所述蜗轮蜗杆减速器一侧的行程端部时，所述蜗轮蜗杆减速器至少部分位于所述凹槽内。