阅读说明：本技术 一种外转子无刷直流电机驱动的炮膛擦拭装置 (Bore wiping device driven by outer rotor brushless direct current motor ) 是由 付剑涛 朱新岗 周培堂 于 2020-10-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种外转子无刷直流电机驱动的炮膛擦拭装置,包括轴向往复单元、旋转单元和导向支撑单元；旋转单元包括外转子电机、凸轮和设置在外转子电机外圈的旋转毛刷座；轴向往复单元包括往复毛刷座、第一弹簧和两只第一轴承,两只第一轴承外圈在第一弹簧的压力作用下压贴在凸轮的凹凸工作面上,带动往复毛刷座沿定子轴的轴线方向往复运动,导向支撑单元将炮膛擦拭装置定位在炮膛内壁；本发明的炮膛擦拭装置基于外转子无刷直流电机驱动旋转毛刷座进行旋转擦拭,旋转擦拭中以凸轮机构将旋转运动转换成往复运动,满足不同口径火炮的擦拭、清洗、涂油,节省了人力,大大提高了擦拭效率。(The invention discloses a bore wiping device driven by an outer rotor brushless direct current motor, which comprises an axial reciprocating unit, a rotating unit and a guide supporting unit, wherein the axial reciprocating unit is connected with the rotating unit; the rotating unit comprises an outer rotor motor, a cam and a rotating brush seat arranged on the outer ring of the outer rotor motor; the axial reciprocating unit comprises a reciprocating brush seat, a first spring and two first bearings, outer rings of the two first bearings are pressed on a concave-convex working surface of the cam under the pressure action of the first spring to drive the reciprocating brush seat to reciprocate along the axial direction of the stator shaft, and the guide supporting unit positions the bore wiping device on the inner wall of the bore; the bore wiping device provided by the invention drives the rotary brush seat to rotationally wipe based on the outer rotor brushless direct current motor, and the rotary motion is converted into reciprocating motion by the cam mechanism in the rotational wiping process, so that the requirements of wiping, cleaning and oiling guns with different calibers are met, the manpower is saved, and the wiping efficiency is greatly improved.)

一种外转子无刷直流电机驱动的炮膛擦拭装置

技术领域

本发明属于机械装备领域，具体涉及一种火炮炮膛擦拭装置，特别是一种基于外转子无刷直流电机驱动的炮膛擦拭装置。

背景技术

火炮在射击前后以及火炮的启闭时，均要对火炮进行擦拭保养。尤其是火炮射击后，内膛粘附一定数量的发射药燃烧产物，如不及时清除，势必影响火炮的战技性能，严重时还会发生炸膛。目前火炮主要由多名人员共执一端装有擦洗头的擦炮杆对火炮内壁进行人工擦洗，费时费力，劳动强度大，擦拭效率低，不能保证火炮在连续射击中的可靠性。

申请号为201120404585.5的中国专利“擦拭炮管或其他管道内壁的擦拭机”公开了一种擦拭机，包括驱动装置、擦拭装置、支撑装置、控制装置，该擦拭机采用可轴向伸缩动作的气动/液压执行元件联动支撑装置和擦拭装置，实现轴向擦拭和管道导向行进。在实际应用中由于需要气动或液压源和管道，存在着设备体积大，使用不便等缺点。

发明内容

本发明提供了一种外转子无刷直流电机驱动的炮膛擦拭装置，克服了传统气动或液压驱动中存在的气管和气源携带不便问题，可方便地进行炮膛擦拭。

本发明的技术方案如下：

一种外转子无刷直流电机驱动的炮膛擦拭装置，包括设置在炮膛擦拭装置头部的轴向往复单元、中部的旋转单元和尾部的导向支撑单元；

所述的旋转单元包括外转子电机、凸轮和设置在外转子电机外圈的旋转毛刷座；所述的凸轮为中空的凸台结构，包括中心孔和凹凸工作面，中心孔以间隙方式套设在外转子电机的定子轴外圈，外转子电机的外转子套旋转时带动旋转毛刷座和凸轮同步转动；

所述的轴向往复单元包括往复毛刷座、第一弹簧和两只第一轴承，两只第一轴承外圈在第一弹簧的压力作用下压贴在凸轮的凹凸工作面上，进而带动往复毛刷座沿定子轴的轴线方向往复运动；

所述的旋转毛刷座和往复毛刷座上均安装有若干组毛刷；

所述的导向支撑单元包括导向支撑筒、活动支撑、三只滚轮和与滚轮对应的三套活动连杆机构，活动支撑为中空结构，活动支撑的内圈以活动方式套在导向支撑筒的外圈，三只滚轮和三套活动连杆机构沿导向支撑筒的圆周三等分间隔均布，每套活动连杆机构驱动对应的滚轮与炮膛内壁接触。

上述外转子无刷直流电机驱动的炮膛擦拭装置中，所述外转子套两侧分别设置有第二轴承座和第三轴承座，定子轴与第二轴承座、第二轴承座之间分别安装第二轴承和第三轴承，外转子套旋转时，第二轴承座和第三轴承座跟随旋转。

上述外转子无刷直流电机驱动的炮膛擦拭装置中，所述凸轮的凹凸工作面上对称设置了两个凹陷部位和两个凸起部位，且凹陷部位和凸起部位之间平滑过渡；凹凸工作面设置在底盘上，底盘固定在第二轴承座上。

上述外转子无刷直流电机驱动的炮膛擦拭装置中，旋转毛刷座在定子轴的轴向方向分成两段，每段又在定子轴的圆周方向分成两部分。

上述外转子无刷直流电机驱动的炮膛擦拭装置中，轴向往复单元还包括滑动轴承，滑动轴承的外圈安装在第一轴承座上，滑动轴承的内圈固定在定子轴上。

上述外转子无刷直流电机驱动的炮膛擦拭装置中，定子轴的头部设置有锁紧螺母和中空的弹簧座，锁紧螺母将弹簧座固定在定子轴上；第一弹簧设置在弹簧座的中空部位。

上述外转子无刷直流电机驱动的炮膛擦拭装置中，每套活动连杆机构包括第二弹簧、第一连杆和第二连杆；其中第二弹簧的一端固定在活动支撑上，另一端则固定弹簧挂板上，弹簧挂板固定在定子轴或导向支撑筒上。

上述外转子无刷直流电机驱动的炮膛擦拭装置中，导向支撑单元还包括固定在导向支撑筒外壁上的喷液头。

上述外转子无刷直流电机驱动的炮膛擦拭装置中，喷液头包括喷嘴、出液通孔和喷液尾套；喷嘴的开口方向朝向炮膛擦拭装置的头部，并向炮膛内壁方向倾斜。

上述外转子无刷直流电机驱动的炮膛擦拭装置中，导向支撑单元尾端套有硬管，硬管内部设置有导液管，导液管的一端联接在喷液尾套上，另一端与喷液箱联接，喷液箱内的液体依次经过导液管、喷液尾套、出液通孔和喷嘴，喷射至炮膛管壁。

本发明具有的有益技术效果如下：

1、本发明基于无刷直流电机驱动旋转单元带动旋转毛刷旋转擦拭，同时依靠凸轮机构将旋转运动转换成同步的往复运动，实现往复毛刷沿炮膛方向进行往复擦拭；擦拭中电机可正反旋转，利用炮膛内螺旋线，实现擦炮机自动前进或后退。这种往复和旋转的复合擦拭方法，并结合不同材质的毛刷，满足了不同口径火炮的擦拭、清洗、涂油，节省了人力，大大提高了擦拭效率。

2、本发明的导向支撑单元依靠三只滚轮三等分均布支撑在炮膛内，自适应不同的炮筒口径，同时自带的喷油部件可根据不同的要求自动喷擦炮液、喷水、喷油，满足擦炮机一次完成擦拭、清洗、防锈涂油等工序。

3、本发明的旋转毛刷座在长度方向分成两段，每段又平均分成两瓣，扣合在外转子套圈上，降低了旋转毛刷座加工和装配难度，同时利于毛刷座和毛刷的拆装、更换。

4、本发明的轴向往复单元基于凹凸工作面的凸轮和两只滚珠轴承，在弹簧预紧力的作用下实现了往复毛刷座的往复运动，且旋转毛刷座每转动一圈时，往复毛刷座往复运动两次，该机构结构简单可靠，克服了传统单一的擦拭方法，更好的对炮膛的阴线和阳线污垢进行清除。

附图说明

图1为本发明炮膛擦拭装置的构成部件图；

图2为本发明炮膛擦拭装置的三维结构图；

图3为本发明炮膛擦拭装置的组成结构原理图；

图4为本发明旋转单元的组成结构原理图；

图5为本发明旋转单元的截面剖视图；

图6为本发明旋转毛刷的结构示意图；

图7为本发明轴向往复单元结构示意图；

图8为本发明轴向往复机构的原理示意图；

图9为本发明轴向往复机构的凸轮结构图；

图10为本发明导向支撑单元的三维结构图；

图11 为本发明导向支撑单元剖视图；

图12为本发明导向支撑单元尾端结构示意图。

附图标记如下：1-锁紧螺母；2-弹簧座；3第一弹簧；4-往复毛刷座；5-滑动轴承；6-第一轴承座；7-销轴；8-第一轴承；9-凸轮；10-第二轴承座；11-第二轴承；12-旋转毛刷座；13-定子轴；14-外转子套；15-永磁体；16-平键；17-绕组；18-定子冲片；19-第三轴承座；20-第三轴承；21-弹簧挂板； 22-第二弹簧；23-第一铰链；24-第一连杆；25-滚轮；26-第二连杆；27-第二铰链；28-导向支撑筒；29-喷液头；30-活动支撑；31-导向支撑单元尾端；40-毛刷；41-旋转单元；42-轴向往复单元；43-导向支撑单元；51-喷嘴；52-出液通孔；53-喷液尾套；54-电缆；55-硬管；56-导液管； 91-凹凸工作面；92-中心孔；93-底盘。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的炮膛擦拭装置包括中部的旋转单元41、头部的轴向往复单元42和尾部的导向支撑单元43。

旋转单元41基于外转子无刷直流电机驱动旋转毛刷座12进行旋转擦拭，旋转擦拭中以凸轮机构将旋转运动转换成往复运动，同步带动轴向往复单元42中往复毛刷座4进行往复擦拭。其中电机可正反旋转，利用炮膛内螺旋线，可实现擦炮机自动前进或后退。导向支撑单元43依靠沿圆周方向均布的三只滚轮三等分支撑在炮膛内（每两只滚轮在圆周方向的夹角为120°），自适应不同的炮筒口径，同时自带的喷油部件在擦拭中喷油。通过这种旋转和往复的复合运动擦拭方法，以及采取不同材质的毛刷，满足不同口径火炮的擦拭、清洗、涂油，节省了人力，大大提高了擦拭效率。

（一）旋转单元

如图3至图5所示，旋转单元41主要包括中心的外转子无刷直流电机、凸轮9以及外圈的旋转毛刷座12，旋转毛刷座12上均匀安装有毛刷40。

其中外转子无刷直流电机采用常规的外转子无刷直流电机结构，主要包括中心的定子轴13、绕组17、永磁铁15、外转子套14；定子冲片18套在定子轴13外部，定子冲片18通过压紧配合或者平键16固定在定子轴13上。定子冲片18外圈设置有若干只齿，绕组17缠绕在定子冲片18的齿部。定子的外圈为环形的永磁铁15，永磁铁15的外部设置有外转子套14，永磁体15安装在外转子套14内；外转子套14两侧分别设置有第二轴承座10和第三轴承座19，定子轴13与第二轴承座10、第二轴承座19之间分别安装第二轴承11和第三轴承20。外转子套14旋转时，第二轴承座10和第三轴承座19跟随旋转。

凸轮9为中空的一体化凸台结构，包括中心孔92、凹凸工作面91和底盘93，凹凸工作面91设置在底盘93上。凹凸工作面91是在凸台工作面的一周对称设置了两个凹陷和两个凸起部位，且凹陷和凸起部位之间平滑过渡；中心孔92套在定子轴13外部并保持间隙，底盘93通过螺钉固定在第二轴承座10上，跟随外转子套14同步旋转，用于驱动轴向往复单元。

定子轴13固定在导向支撑单元43上，导向支撑单元43又支撑在炮膛内壁上。当绕组17接通直流电源时，在永磁无刷直流电机驱动器驱动下，形成内部旋转磁场，定子轴13静止不动， 旋转毛刷座12进行旋转运动，使得毛刷40擦拭炮膛。

如图4和图6所示，旋转毛刷座12在定子轴13的轴向方向分成两段，每段又在定子轴13的圆周方向分成两瓣，扣合或以螺钉固定安装在外转子套14外圈上，其目的是降低加工和装配难度，同时利于毛刷座和毛刷的拆装、更换。

（二）轴向往复单元

如图7至9所示，轴向往复单元 42包括往复毛刷座4、第一弹簧3、第一轴承座6和两只第一轴承8；第一轴承8为滚珠轴承，第一轴承8的内圈设置有销轴7，将第一轴承8安装在第一轴承座6上，且第一轴承8的中心线与定子轴13的轴线垂直，第一轴承8的外圈与凸轮9的凹凸工作面91相贴合；往复毛刷座4安装在轴承座6上。

作为进一步的实施方式，轴向往复单元 42还包括滑动轴承5，滑动轴承5的外圈安装在第一轴承座6上，滑动轴承5的内圈固定在定子轴13上。

作为进一步的实施方式，定子轴13的头部安装有锁紧螺母1和中空的弹簧座2，锁紧螺母1将弹簧座2固定在定子轴13上，第一弹簧3设置在弹簧座2的中空部位。第一轴承8的外圈在第一弹簧3的压力作用下压贴在凸轮9的凹凸工作面91上。

当外转子无刷直流电机转动时，外转子套14旋转，第二轴承座10跟随旋转，带动凸轮9跟随做旋转运动。第一弹簧3给予第一轴承座6预紧力，使得两只第一轴承8的外圈与凸轮9对应位置处的凹凸工作面91进行线接触往复运动，进而带动第一轴承座6和往复毛刷座4沿定子轴13的轴线方向往复运动，且外转子套14和旋转毛刷座12每转动一圈，往复毛刷座4往复运动2次。

这种旋转毛刷旋转和往复毛刷的往复运动相结合的擦拭方式，克服了传统单一的擦拭方法，更好的对炮膛的阴线和阳线污垢进行清除。其中毛刷40由猪鬃、不锈钢丝、尼龙或者其他材料构成，集束成若干组后粘接或铆接在毛刷座4上，外露部分的长度为数毫米，每组毛刷之间的间距为10mm-20mm，满足擦拭过程中除挂铜、污垢、清洗及涂油等工艺要求。

（三）导向支撑单元

如图10和图11所示，导向支撑单元43包括导向支撑筒28、活动支撑30、三只滚轮25和与三只滚轮一一对应的三套活动连杆机构。导向支撑筒28为圆筒结构，导向支撑筒28的一端套接固定在定子轴13的尾部，另一端可供绕组的供电电缆穿入。活动支撑30为中空结构，活动支撑30的内圈以活动方式套在导向支撑筒28的外圈。

每套活动连杆机构包括第二弹簧22、第一连杆24和第二连杆26；其中第二弹簧22的一端固定在活动支撑30上，另一端则固定弹簧挂板21上，弹簧挂板21固定在定子轴13或导向支撑筒28上。第一连杆24和第二连杆26分别通过第一铰链23和第二铰链24将滚轮25活动支撑在导向支撑筒28的外部，且三只滚轮25三等分间隔均布在导向支撑筒28的一周，在第二弹簧22预压力作用下，三套活动连杆机构使得三只滚轮25与炮膛内壁接触，从而在一定范围内适应不同口径炮膛的擦拭需求。

整个炮膛擦拭装置在尾端的导向支撑单元43和前端、中部的毛刷的支撑下，在炮膛内保持良好的位置精度和工作姿态，并能通过三只滚轮25使装置在炮膛内前后移动进行炮膛部位位置的擦拭。

如图11和图12所示，导向支撑单元43还包括固定在导向支撑筒28外壁上的喷液头29，喷液头29包括喷嘴51、出液通孔52和喷液尾套53；导向支撑单元尾端31为圆筒结构，外部套有硬管55，硬管采用橡胶管内部设置加强筋构成，硬管55内部设置有联接电机绕组的电缆54和导液管56，导液管的一端联接在喷液尾套53上，另一端与喷液箱联接，在压力作用下将擦炮液或油、水等依次通过出液通孔52和喷嘴51喷出至炮膛管壁，喷嘴51的开口方向朝向炮膛擦拭装置的头部，并倾斜向外，使用时喷液头29将擦炮液喷到炮膛内壁上，毛刷再旋转进行擦拭。并根据不同的要求自动喷擦炮液、喷水、喷油，满足擦炮机一次完成擦拭、清洗、防锈涂油等工序。涂油和除挂铜时换不同毛刷，除挂铜时毛刷为不锈钢丝并喷擦炮液，涂油时毛刷为猪鬃并喷油。使用中操作者手抓硬管55 即可炮膛前后移动，擦拭不同的位置。

本发明的炮膛擦拭装置采用自主设计的外转子无刷直流电机作为旋转动力，驱动旋转毛刷旋转，并配合凸轮机构将旋转动力巧妙转换为直线往复运动，实现了往复毛刷的往复运动，通过这种往复和旋转的组合擦拭方法，实现了炮膛内部的擦拭、清洗、涂油，大大降低了劳动强度，提高了擦拭效率。