具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

针对某大功率运载火箭对伺服作动器高传动精度、高刚度及高可靠性的使用要求，伺服作动器选取了双余度的优选方案：采用多相容错永磁同步电机、行星齿轮减速器和行星滚柱丝杠串联一体化的对称布局，保证大负载下的高传动精度、高刚度和可靠度；采用双余度直线电位器作为位置反馈；为了满足发动机高温回火、沙尘和淋雨等恶劣工况，伺服作动器进行了全密封及热防护设计。

如图2所示，本发明提供的伺服作动器，由多相容错永磁同步电机、行星齿轮减速器、行星滚柱丝杠和双余度位置反馈电位器组成。多相容错永磁同步电机、行星齿轮减速器和行星滚柱丝杠采用串联连接，使输出力中心线和作动器自身轴线一致。

位置反馈电位器28安装在作动器主壳体13上，位置反馈电位器28的输出轴与作动器输出轴24连接，用来反馈24输出轴的位置。件28双余度位置反馈电位器的输出线通过件9电位器连接器支架引出到连接器上；件8电位器盖板安装在件13主壳体上。

位置反馈电位器28采用余度设计。

位置反馈电位器采取了双导杆嵌入式支撑的加固措施。

传统位置反馈电位器的电刷由连接柄带动在导杆的导向作用下做直线运动，导杆的作用为支撑及导向，导杆仅在外壳两端头进行了固定，中间部分为悬空。该电刷支撑结构在电位器行程较短的情况内能够满足一般的力学条件需求，但如果行程超过了200mm，上述导杆支撑形式的电位器在较大量级力学条件下容易出现毛刺甚至跳变的现象，最终导致电位器失效。

针对恶劣的大量级力学环境，该大功率双余度高刚度串联传动电动伺服作动器所用位置反馈电位器，在原始导杆固定方式基础上进行了优化改进：调整后的导杆固定方式如图1所示，除了两端头通过外壳支撑外，侧面用螺钉将导杆固定并且嵌入进外壳，通过采用双导杆嵌入式支撑的加固措施，大幅提升了位置反馈电位器的刚度及抗大量级力学环境的能力。

多相容错永磁同步电机安装在电机壳体15上；电机后盖16安装在电机壳体15上；旋变38用于反馈电机的转动位置，旋变38包括定子和转子，旋变38的定子通过旋变压块11固定在电机后盖16上；旋变38的转子安装在多相容错永磁同步电机33的输出轴尾端。件33多相容错永磁同步电机和件38旋变的输出线通过件10电机和旋变连接器支架引出到连接器上。

电机后盖16为凹形设计，旋变38安装在电机后盖16的凹形内部，实现电机和旋变轴向空间的紧凑设计。

行星齿轮减速器包括行星轮18、行星轮连接柱19、外齿圈21；行星齿轮减速器采用大模数的齿轮并用4个行星轮共同承载；件30深沟球轴承内环安装在件19行星轮连接柱上，外环与行星轮18配合，为行星轮18提供支撑；件21外齿圈通过件22行星轮定位销固定在件13主壳体上。多相容错永磁同步电机33的输出端齿轮与行星齿轮减速器的行星轮18啮合，行星轮18与外齿圈21啮合后，带动行星轮连接柱19转动。

在紧凑的空间下为了实现有效的位置和力的传递，行星轮连接柱19与行星滚柱丝杠23之间的螺纹连接，行星轮连接柱19在靠近行星滚柱丝杠23一端有一段圆柱用于定位；输出轴24与行星滚柱丝杠23的螺纹连接均使用点胶进行加固；为了进一步加强紧固效果，输出轴24与行星滚柱丝杠23径向通过两个紧定螺钉进行轴向加固。

行星滚柱丝杠(23)包括丝杠、滚柱、螺母、内齿圈、内齿圈、保持架和钢丝挡圈，伺服作动器的输出轴通过螺纹与行星滚柱丝杠的螺母紧固连接。

如图3、图4所示，本发明的串联传动电动伺服作动器通过件1输出端销轴和件34固定端销轴与外部取得连接；件3输出端销轴螺母、件35固定端销轴螺母分别与件1输出端销轴和件34固定端销轴采用螺纹连接；件31固定端开口销、件36输出端开口销通过销孔分别将件3输出端销轴螺母、件35固定端销轴螺母轴向固定在件1输出端销轴和件34固定端销轴上；件2销轴套筒安装在件1输出端销轴两侧；件37输出端关节轴承压接在件4输出端支耳上，件4输出端支耳螺接在件24输出轴上，件4输出端支耳通过件5输出杆厚螺母和件6输出杆薄螺母实现轴向紧固，件32固定端关节轴承压接在12-固定端支耳上。

件29角接触轴承外环通过件21外齿圈进行轴向固定；件29角接触轴承安装在件23行星滚柱丝杠上，件29角接触轴承内环通过件25丝杠锁紧螺母实现轴向定位；件26丝杠轴承外环调整垫片安装在件29角接触轴承和件21外齿圈之间；件14铜套安装在件13主壳体上，通过件7铜套端盖实现轴向定位。一种大功率双余度高刚度串联传动电动伺服作动器工作时，通过件33多相容错永磁同步电机自身的输出端齿轮带动件18行星轮转动，件18行星轮通过件19行星轮连接柱带动件23行星滚柱丝杠转动，件23行星滚柱丝杠带动件24输出轴直线运动，件28双余度位置反馈电位器的输出轴与件24输出轴连接，用来反馈件24输出轴的位置。

为了满足运载火箭领域短时大转矩、大惯量高动态输出，同时满足质量和空间需求，多相容错永磁同步电机经过多次迭代设计使得大负载及惯量匹配达到最优，优化后电机的功重比高达2.5kW/kg。

该大功率电动推力矢量伺服作动器的电机是多相容错永磁同步电机。该电机采用分数槽集中绕组排布，分数槽集中绕组线圈间接触少，甚至可以做到无接触，降低了线圈间短路的可能性，能够实现良好的物理隔离；此外，相比整数槽绕组，分数槽绕组线圈端部短，可有效减小绕组铜损，更适合运载火箭领域的短时大转矩输出用电机。

该大功率电动推力矢量伺服作动器的传动机构具有高承载和高刚度、传动平稳等特点，具体组成主要包括行星齿轮减速器和件23行星滚柱丝杠。行星齿轮减速器采用大模数的齿轮并用4个行星轮共同承载；件23行星滚柱丝杠主要由丝杠、滚柱、螺母、内齿圈、内齿圈、保持架和钢丝挡圈组成，伺服作动器的输出轴通过螺纹与行星滚柱丝杠的螺母紧固连接。与传统的滚珠丝杠相比，行星滚柱丝杠具有刚度大、承载能力高、传动平稳等诸多优点，该大功率电动推力矢量伺服作动器通过对滚柱螺纹中径修型的结构优化设计方法，承载力是修型前的1.2倍，进一步提高了伺服作动器承受大负载的刚度和可靠性。

该大功率电动推力矢量伺服作动器的固定端支耳的结构设计紧凑、与喷管的连接刚度较高：固定端通过件12固定端支耳、件32固定端关节轴承和件34固定端销轴与喷管支臂连接；件34固定端销轴通过件35固定端销轴螺母、31固定端开口销实现轴向定位；件12固定端支耳的半圆形结构保证该伺服作动器的固定端沿输出轴线对称安装，有效抑制伺服作动器自身的翻转的同时允许伺服作动器有一定角度的偏摆，满足双摆喷管的使用需求。

针对传动机构长时间工作因磨损造成预紧力下降、间隙增大，从而影响控制特性的隐患，该大功率电动推力矢量伺服作动器的控制特性可动态调整：通过增减件26丝杠轴承外环调整垫片的数量来调整件29角接触轴承的预紧转矩，可动态调节该大功率电动推力矢量伺服作动器的整体阻尼，从而方便调整伺服作动器的控制特性。

该大功率电动推力矢量伺服作动器在结构设计上采取以下措施以保证机械零位手动调整的高精度：件24输出轴、件5输出杆厚螺母、件6输出杆薄螺母通过细牙螺纹和件4输出端支耳相连，调整机械零位长度时，需要松开件5输出杆厚螺母和件6输出杆薄螺母，然后手动旋转件4输出端支耳，调整精度为细牙螺纹的半个螺距，机械零位达到目标值后通过锁紧件5输出杆厚螺母和件6输出杆薄螺母，保证机械零位保持不变。

该大功率电动推力矢量伺服作动器通过以下密封垫和密封圈实现全密封设计：件39固定端支耳密封垫、件40电机和旋变连接器支架密封垫、件41电机和旋变连接器密封垫、件42电机壳体和主壳体密封圈、件43电位器连接器支架密封垫、件44电位器连接器密封垫、件45电位器盖板密封垫和件46铜套密封圈，伺服作动器外露的螺纹孔均为盲孔。通过以上措施，保证了伺服作动器在沙尘淋雨等环境下能够可靠工作。

本发明在满足外形约束的前提下，以高可靠、高刚度和高传动精度为目标，通过多次迭代使多相容错永磁同步电机和大负载及惯量匹配达到最优；利用行星滚柱丝杠回差小、高刚度和高承载的特点，与多相容错永磁同步电机串联一体化设计，保证大负载下的高刚度和传动精度；位置反馈电位器采用了双导杆嵌入式支撑的双余度方案；伺服作动器进行了全密封及热防护设计。通过以上设计，该机构具备高传动精度、高刚度、高功重比及高可靠性，同时能够抗大负载和大转动惯量，满足某运载火箭伺服作动器的使用要求。

上述具体实施方式仅限于解释和说明本发明的技术方案，但并不能构成对权利要求保护范围的限定。本领域技术人员应当清楚，在本发明的技术方案的基础上做任何简单的变形或替换而得到的新的技术方案，均落入本发明的保护范围内。