ДВУХСКОРОСТНОЕ ПРИВОДНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к машиностроению. Она может найти применение в приводах, преимущественно ручных, трубопроводной запорно-регулирующей арматуры, в особенности клиновых задвижек, где шпиндель проходит внутри редуктора и стоят требования минимизации «кольцевых» габаритов редуктора.
Известно (SU 493584, F16K 31/53, 1976) двухскоростное приводное устройство для управления трубопроводной арматурой, содержащее электродвигатель с планетарным редуктором, фрикционную предохранительную муфту, кулачковую муфту, и выходной вал. В устройстве использован простейший планетарный редуктор Джемса, содержащий ведущую центральную шестерню, насаженную на вал электродвигателя, неподвижное центральное колесо с внутренними зубьями, сателлит, взаимодействующий с центральными колесами, и водило, несущее ось сателлита. Фрикционная предохранительная муфта соединяет напрямую ведущий вал с выходным валом устройства, а кулачковая муфта соединяет с выходным валом водило. Конструкция муфт обеспечивает автоматическое отключение фрикционной муфты и включение кулачковой при повышении момента сопротивления на выходном валу. В результате при увеличении нагрузки выходной вал продолжает вращаться в ту же сторону, но с меньшей угловой скоростью.
Главный недостаток данного устройства применительно к приводам арматуры, для которых лимитированы «кольцевые» габариты редуктора, обусловлен тем, что в механизме Джемса нет места для ведомого вала (или шпинделя), проходящего внутри ведущей шестерни и ведущего вала. Если, например, требуется передаточное число редуктора - 4, то начальный диаметр центральной шестерни должен быть в 3 раза меньше начального диаметра неподвижного колеса с внутренними зубьями. При этом если в центральной шестерне выполнить отверстие необходимого диаметра радиальные габариты редуктора получаются слишком большими. Если снизить передаточное число до 2.5 (что само по себе очень мало для привода), то габариты становятся приемлемы, но возникают проблемы с размерами и количеством подшипников сателлитов. Это неоправданно увеличивает сложность и стоимость редуктора. Другой недостаток данного устройства связан со сложностью конструкции системы автоматического срабатывания муфт в зависимости от крутящего вала.
Наиболее близким предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому эффекту (прототип) является привод задвижки (SU 476402, F16K 31/53, 1975), выполненный в виде установленного на ее корпусе двухступенчатого планетарного редуктора и снабженный тормозным устройством, блокирующим определенные звенья редуктора. Редуктор содержит три центральных колеса, сателлиты и водило. Одно из центральных колес редуктора имеет наружные зубья, оно является ведущим и связанно со штурвалом привода. Два других центральных колеса, опорное и ведомое, имеют внутренние зубья. Сателлиты выполнены с двумя венцами, один из которых взаимодействует с ведущим и опорным колесами, а другой - с ведомым центральным колесом. Тормозное устройство выполнено в виде двух выдвижных скоб. Оно обеспечивает жесткое соединение опорного колеса с ведомы колесом, либо с корпусом привода. В первом случае весь редуктор вместе со штурвалом вращается как одно целое и передаточное число привода равно единице. Во втором случае передаточное число привода рано передаточному числу планетарного редуктора.
Недостатками устройства в оговоренных условиях ограничения «кольцевых» габаритов редуктора является наличие водила. Оно необходимо для удержания осей сателлитов в определенном положении при действии больших сил, возникающих в зацеплениях, и неизбежно имеет значительные габариты (кстати, его реальные осевые габариты с учетом использования подшипников качения и необходимой величины их осевой базы, будут пропорционально много больше, чем на фигуре 1 в SU 476402. Расположение ведущего вала внутри ведущей шестерни еще более увеличивает габариты такого привода. Наличие водила с подшипниками обуславливает также высокую сложность и стоимость редуктора. Другие недостатки известного устройства вызваны сложностью и малой надежностью автоматического тормозного устройства.
Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством - пополнение арсенала средств управления запорной аппаратурой за счет создания двухскоростного привода, имеющего малые «кольцевые» габариты, высокую нагрузочную способность, простого по конструкции, удобного и надежного в эксплуатации.
Предлагается двухскоростное приводное устройство, подобно прототипу выполнение в виде планетарного редуктора, содержащего корпус, три центральных зубчатых колеса, одно из которых имеет наружные зубья и является ведущим, другое имеет внутренние зубья и является ведомым, а третье колесо является опорным, но установлено с возможностью вращения, сателлиты, взаимодействующие со всеми тремя центральными колесами, а также двухпозиционное блокирующее устройство, обеспечивающие в одном положении стопорение опорного колеса относительно стойки, а в другом - стопорение всех колес редуктора друг относительно друга. Новым является то, что опорное колесо выполнено с наружными зубьями, сателлиты расположены в два слоя в шахматном порядке, причем сателлиты внутреннего слоя взаимодействуют с опорным колесом, сателлиты внешнего слоя - с ведомым колесом и сателлитами внутреннего слоя, а ведущее колесо, взаимодействует с сателлитами внешнего слоя. Корпус редуктора выполнен в виде стакана, снабженного крепежным фланцем, присоединяемым к корпусу управляемого объекта (например, задвижки), а в дне этого стакана выполнено отверстие для вала ведущего колеса. Ведомое колесо редуктора (имеющее внутренние зубья) снабжено выходным фланцем, предназначенным для сцепления с подвижным звеном управляемого объекта. Ведущее колесо редуктора опирается на выходной фланец своим торцом. Вал ведущего колеса проходит в отверстии опорного колеса (имеющего наружные зубья). Вал ведущего колеса также выполнен полым. Опорное колесо имеет свободу осевого перемещения, а на его торцах выполнены кулачки, предназначенные для взаимодействия с ответными кулачками, выполненными на внутренней поверхности дна стакана корпуса и на торцовой поверхности ведущего колеса. В одном из крайних положений опорного колеса, когда его кулачки сцеплены с кулачками корпуса, включен редуктор. В другом положении - все центральные колеса движутся как одно целое, редуктор отключен.
Наиболее рациональное устройство управления положением опорного колеса содержит поворотную вилку, выступы которой входят в кольцевой паз, выполненный на опорном колесе, а ось проходит в отверстия корпуса и имеет на концах, выступающих из корпуса, элементы соединения с управляющим звеном, например, рукояткой. При этом корпус имеет разъем, проходящий по оси вилки.
Для обеспечения надежного и удобного переключения скоростей управляющая рукоятка выполнена в виде скобы, соединенной с обоими выступающими концами оси вилки и снабжена фиксаторами своего положения относительно корпуса.
Благодаря отсутствию водила и подшипников приводное устройство просто в изготовлении и имеет минимальные «кольцевые» габариты. Большое число одновременно работающих сателлитов обеспечивает высокую нагрузочную способность редуктора. Простое и надежное устройство включения и отключения редуктора позволяет повысить производительность труда оператора.
Сущность технического решения поясняется чертежами: на фиг.1 изображен осевой разрез приводного устройства по А-А; на фиг.2 - его разрез по плоскости разъема Б-Б, перпендикулярной главной оси планетарного редуктора.
Двухскоростное приводное устройство, изображенное на фигурах 1 и 2, выполнено виде планетарного редуктора, содержащего корпус 1, три центральных зубчатых колеса, одно из которых 2 имеет наружные зубья и является ведущим, другое 3 имеет внутренние зубья и является ведомым, а третье колесо 4 с наружными зубьями является опорным, но установлено с возможностью вращения и осевого перемещения. Сателлиты расположены в два слоя в шахматном порядке, причем сателлиты 5 внутреннего слоя взаимодействуют с опорным колесом 4, сателлиты 6 внешнего слоя - с ведомым колесом 3 и сателлитами 5 внутреннего слоя, а ведущее колесо 2, взаимодействует с сателлитами 6 внешнего слоя.
6
5
2
4
3
Количественные соотношения редуктора могут быть, например, такими: количество пар сателлитов - 7; сателлиты внешнего 6 и внутреннего 5 слоев имеют одинаковые числа зубьев Z=Z=18; числа зубьев центральных колес: Z=66, Z=60, Z=102. При данном соотношении чисел зубьев обеспечиваются условия сборки всех зацеплений передачи и оптимальные расстояния между вершинами невзаимодействующих зубьев. Корпус 1 редуктора выполнен в виде стакана, снабженного крепежным фланцем 7, присоединяемым к корпусу управляемого объекта (например, задвижки). Дно 8 этого стакана является съемным, оно крепится на корпусе 1 болтами 9, а в его середине выполнено отверстие. Ведомое колесо 3 редуктора снабжено выходным фланцем 10, на котором выполнены кулачки 11, предназначенные для сцепления с подвижным звеном управляемого объекта. Ведомое колесо 3 и сателлиты 5, 6 удерживаются от выпадения из корпуса 1 в осевом направлении кольцом 12. Ведущее колесо 2 редуктора расположено вблизи выходного фланца 10 и опирается на него своим торцом. Полый вал 13 ведущего колеса 2 проходит в отверстии опорного колеса 4. На торцах опорного колеса 4 выполнены кулачки 14 и 15, предназначенные для взаимодействия с ответными кулачками 16 и 17, выполненными на внутренней поверхности дна 8 стакана корпуса и на торцовой поверхности ведущего колеса 2. В верхнем крайнем положений опорного колеса 4, когда его кулачки 14 сцеплены с кулачками 16 корпуса (как показано на рисунке), включен редуктор. В нижнем положении (на рисунках не показано) все центральные колеса движутся как одно целое - редуктор отключен. Устройство управления положением опорного колеса 4 содержит поворотную вилку 18, выступы 19 которой входят в кольцевой паз 20, выполненный на опорном колесе 4, а ось 21 проходит в отверстия корпуса и содержит на концах, выступающих из корпуса, элементы 22 соединения с управляющим звеном, например, рукояткой 23. При этом корпус имеет разъем, проходящий по оси 21 вилки 18.
Для обеспечения надежного и удобного переключения скоростей управляющая рукоятка 23 выполнена в виде скобы, соединенной с обоими выступающими концами 22 оси 21 вилки и снабжена фиксаторами 24 своего положения относительно корпуса 1.
Приводное устройство работает следующим образом.
Когда опорное колесо 4 находится в верхнем положении, как это показано на фигуре 1, оно остановлено относительно корпуса 1. Центральное ведущее колесо 2 вращает сателлиты 6 внешнего слоя. В результате ведомое центральное колесо 3 вращается в ту же сторону, что и ведущее 2, но с меньшей угловой скоростью. При остановленном центральном опорном колесе 4 передаточное число редуктора  определяется по формуле:
,
что в рассматриваемом количественном примере составит .
В таком режиме работы приводное устройство обеспечивает максимальный вращающий момент.
При малом моменте сопротивления, приложенном со стороны управляемого объекта, опорное колесо 4 переводится (оператором или автоматическим устройством) в нижнее положение. Ведущее центральное колесо 2 оказывается жестко связанным с ведомым 3, а фиксация опорного колеса 4 относительно стойки снимается. В таком режиме все центральные колеса редуктора вращаются как одно целое с угловой скоростью, равной скорости ведущего вала 2.
Предлагаемое двухскоростное устройство может быть использовано в качестве единственного редуктора ручного привода управляемого объекта. В этом случае на его ведущем валу, непосредственно, закрепляется штурвал. Оно может использоваться также в качестве дополнительной редукторной вставки, в сочетании электроприводом или ручным редуктором. В любом качестве это устройство будет способствовать повышению производительности и облегчению труда оператора. Кроме того, новое приводное устройство имеет меньшие габариты и металлоемкость, а в итоге будет иметь меньшую стоимость, чем используемые аналоги.