ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРИВОД C ВОЗМОЖНОСТЬЮ СМАЗЫВАНИЯ БЕЗ ДЕМОНТАЖА
LINEAR ELECTROMECHANICAL DRIVE WITH POSSIBILITY OF LUBRICATION WITHOUT DISMANTLING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к линейным приводам и, и в частности, к линейному электромеханическому приводу с роликовинтовой передачей.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно использование линейных электромеханических приводов с роликовинтовой передачей для управления различными машинами и механизмами. В патентном документе US5491372A описан двунаправленный линейный электромеханический привод, который содержит составной корпус, электромотор и роликовинтовую передачу, причем указанные электромотор и роликовинтовая передача размещены в корпусе с возможностью взаимодействия. Роликовинтовая передача состоит из резьбового цилиндра, резьбовых роликов и выходного вала. Электромотор состоит из статора и ротора, причем функцию ротора электромотора выполняет резьбовой цилиндр роликовинтовой передачи. Перемещение выходного вала роликовинтовой передачи в обоих направлениях обеспечивается электромотором. Смазка рабочих поверхностей известного привода осуществляется путем размещения смазочного материала на указанных поверхностях в процессе сборки привода.
Недостатком данной конструкции является то, что для пополнения смазочного материала, необходимо осуществить разборку привода и извлечь выходной вал с резьбовыми роликами из корпуса, что приводит к необходимости демонтажа привода и длительному простою.
Также известна конструкция электрического привода, описанная в патентной заявке US8196484B2 которая является наиболее близким аналогом. Согласно данному документу, привод содержит гайку с внутренней резьбой, зафиксированную с возможностью вращения и осевого перемещения относительно корпуса привода и соединенную с удлиненным винтом, так что вращение удлиненного винта вызывает перемещение гайки в осевом направлении относительно корпуса привода. Вращение удлиненного винта обеспечивается за счет ротора мотора привода. При этом, удлинённый винт и ротор проходят вдоль корпуса привода, а между ними находится шток и полый цилиндр, между которыми проходит канал смазки.
Недостатком данной конструкции является то, что удлинённый винт приводится в движение ротором мотора, который в свою очередь вызывает перемещение гайки в осевом направлении, вследствие чего удлиненный винт и ротор значительно нагреваются при работе и тем самым нагревают сопряженные детали. Таким образом, полый цилиндр и шток также значительно нагреваются в процессе работы, поскольку находятся между удлиненным винтом и ротором, а значит нагревается и смазка, находящаяся в канале смазки и контактирующая с поверхностью штока и полого цилиндра. При длительном нагреве смазка деградирует, т.е. ухудшаются ее характеристики. При последующей процедуре пополнения смазки она попадает в механизм привода, т.к. она вытесняется смазкой, подаваемой снаружи через канал, что снижает срок службы описанного привода.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является упрощение пополнения смазочного материала, а также снижение деградации смазочного материала в линейном электромеханическом приводе.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно настоящему изобретению предложен линейный электромеханический привод, который содержит корпус, электромотор, содержащий статор, закрепленный на внутренней поверхности корпуса, и ротор. Также линейный электромеханический привод содержит роликовинтовую передачу, которая содержит цилиндр с внутренней резьбой, установленный с возможностью вращения в корпусе, винт, установленный в указанном цилиндре с возможностью поступательного перемещения и содержащий резьбовой участок, шток, соединенный с винтом без возможности взаимного перемещения и содержащий наружную часть и внутреннюю полую трубчатую часть, причем внутренняя полая трубчатая часть отделена от наружной части полостью, и резьбовые ролики, которые установлены в указанном цилиндре во взаимодействии с внутренней резьбой цилиндра и резьбовым участком винта с возможностью передачи усилия от указанного цилиндра к штоку. Возможность вращения цилиндра роликовинтовой передачи обеспечена его установкой в корпусе по меньшей мере на одной подшипниковой опоре, а ротор электромотора содержит постоянные магниты, установленные на внешней поверхности цилиндра роликовинтовой передачи.  Также, линейный электромеханический привод содержит отверстие для доступа смазки и канал для смазки, проходящий от отверстия для доступа смазки к внутреннему пространству указанного резьбового цилиндра роликовинтовой передачи. Часть канала для смазки проходит во внутренней полой трубчатой части штока, причем внутренняя полая трубчатая часть штока расположена относительно винта последовательно в продольном направлении.
Такое решение настоящего изобретения обеспечивает технический результат в виде упрощение пополнения смазочного материала в линейном электромеханическом приводе и продление срока службы его механизма.
Указанный технический результат достигается благодаря предлагаемой конструкции линейного электромеханического привода, в которой содержится отверстие для доступа смазки, расположенное снаружи штока, и канал для смазки, обеспечивающий подачу смазывающего материала к роликовинтовой передаче без демонтажа привода, что упрощает пополнение смазочного материала. Кроме того, отсутствие необходимости в разборке и сборке привода для пополнения смазочного материала продлевает срок службы его механизма.
В предлагаемой конструкции благодаря применению инвертированной схемы роликовинтовой передачи (т.е. когда винт перемещается поступательно, а цилиндр вращается вместе с ротором и закреплен от осевого перемещения) возможно выполнение соединения винта со штоком без возможности взаимного перемещения так, что соединенные винт со штоком проходят вдоль корпуса электропривода. Предлагаемое соединение винта и штока позволяет выполнить шток, содержащим наружную часть и внутреннюю полую трубчатую часть, которая отделена от наружной части полостью. Предлагаемая конструкция штока позволяет обеспечить наличие части канала для смазки в его внутренней полой трубчатой части.
Предлагаемое расположение части канала для смазки обеспечивает снижение нагрева смазки за счет воздушного зазора, отделяющей наружную часть штока от вращающегося нагревающегося цилиндра с внутренней резьбой, а также за счет полости, отделяющей полую трубчатую часть штока от наружной части штока, что обеспечивает теплоизоляцию. Применение роликовинтовой передачи обеспечивает малую площадь контакта резьбы роликов с резьбой цилиндра и резьбой винта, что снижает передачу тепла от цилиндра и ротора к винту и полой трубчатой части штока, что в свою очередь снижает нагрев смазки в части канала для смазки.
Также, в предлагаемой конструкции шток не контактирует с резьбовыми роликами, что также снижает нагрев части канала для смазки, проходящего во внутренней трубчатой части штока.
Снижение нагрева канала для смазки снижает деградацию смазки во время работы привода, что позволяет сохранять качественные характеристики смазки, находящейся в канале смазки или по меньшей мере снизить объем деградирующей смазки, попадающей во внутреннее пространство цилиндра, тем самым увеличивая срок службы линейного электромеханического привода.
Кроме того, за счет инвертированной схемы роликовинтовой передачи обеспечивается возможность использования винта, длина которого позволяет устанавливать трубчатую часть штока необходимой длины, на протяжении которой происходит минимальный нагрев части канала для смазки. При этом, чем длиннее полая трубчатая часть штока, тем большая часть канала смазки находится вдали от нагревающихся элементов и обеспечивается, как следствие, большее снижение нагрева канала смазки.
Таким образом, предлагаемая конструкция, имеющая канал для смазки, обеспечивающий подачу смазывающего материала к роликовинтовой передаче без демонтажа привода, и обеспечивающая снижение нагрева канала смазки, позволяет выполнить упрощенное пополнение смазочного материала в линейном электромеханическом приводе и повысить долговечность его механизма.
Согласно одному из вариантов реализации внутренняя полая трубчатая часть штока отделена от винта в продольном направлении воздушным зазором, достаточным для прохождения смазки, таким образом внутренняя трубчатая часть штока не контактирует с винтом, что снижает нагрев части канала для смазки, проходящего во внутренней трубчатой части штока.
Согласно одному из вариантов реализации диаметр внутренней полой трубчатой части штока меньше диаметра винта. Выполнение трубчатой части меньшего диаметра позволяет сократить расход смазки и увеличить скорость пополнения смазочного материала. Кроме того, выполнение внутренней полой трубчатой части штока меньшего диаметра позволяет снизить нагрев канала для смазки за счет увеличенного воздушного зазора между внутренней и наружной частями штока. При этом, минимальный диаметр внутренней полой трубчатой части определяется вязкостью смазывающего материала.
Согласно еще одному из вариантов реализации дальний от винта конец штока содержит первый наконечник, в котором выполнено отверстие для доступа смазки. Данная конструкция упрощает пополнение смазочного материала в линейном электромеханическом приводе. Кроме того, первый наконечник содержит часть канала для смазки, которая обеспечивает прохождение смазки от отверстия далее по каналу для смазки.
Согласно еще одному из вариантов реализации часть канала для смазки расположена между наружной частью штока и первым наконечником, что так же обеспечивает прохождение смазки от отверстия далее по каналу для смазки. Расположение указанной части канала для смазки обеспечивает снижение нагрева смазки, поскольку находится на дальнем от винта конце.
Согласно еще одному из вариантов реализации ближний от винта конец штока содержит второй наконечник, в котором выполнена часть канала для смазки. Согласно еще одному из вариантов реализации часть канала для смазки расположена между наружной частью штока и вторым наконечником. Указанные части канала для смазки обеспечивают доступ смазки к внутренней резьбе цилиндра.
Согласно еще одному из вариантов реализации линейный электромеханический привод содержит уплотнительные элементы, удерживающие смазку внутри канала для смазки, что исключает попадание смазки на элементы привода, которые не требуют смазки. Данная конструкция повышает долговечность механизма линейного электромеханического привода.
Также предложен способ смазывания линейного электромеханического привода, согласно которому осуществляют подсоединение емкости со смазывающим материалом к отверстию для доступа смазки, и пропускают смазывающий материал по каналу для смазки, проходящему от отверстия для доступа смазки к внутреннему пространству указанного резьбового цилиндра роликовинтовой передачи, а часть канала для смазки расположена во внутренней полой трубчатой части штока, причем внутренняя полая трубчатая часть штока расположена на расстоянии от винта в продольном направлении.
Разработанный способ отвечает всем требованиям, необходимым для пополнения смазывающего материала, является надежным и простым в реализации.
Таким образом, предлагаемая конструкция линейного электромеханического привода и способ его смазывания обеспечивают упрощение пополнение смазочного материала в линейном электромеханическом приводе и повышение долговечности его механизма.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА
Сущность изобретения более подробно поясняется со ссылкой на прилагаемый чертеж (фигуру), на котором показан вид в разрезе линейного электромеханического привода, согласно предпочтительному варианту реализации.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
На чертеже показан линейный электромеханический привод (ЭМП), который содержит сборный корпус, состоящий из деталей 1, 2, 3 и 4, в котором размещены с возможностью взаимодействия электромотор и роликовинтовая передача (РВП). РВП содержит цилиндр 5 с внутренней резьбой, резьбовые ролики 6, винт 7 и шток, который состоит из корпуса 8 штока (наружная часть штока), первого наконечника 9, второго наконечника 10, трубчатая часть 11 (внутренняя полая трубчатая часть штока), и двух колец 12а и 12б. Первый и второй наконечники 9, 10 закреплены в корпусе 8 штока. Первый наконечник 9 имеет средство соединения (например, резьбу) с рабочим органом механизма, в котором установлен ЭМП.
Винт 7 и шток установлены соосно с цилиндром 5 и соединены между собой без возможности взаимного перемещения.
Кольца 12а и 12б фиксируются и стягиваются, тем самым закрепляя трубчатую часть 11 относительно винта последовательно в продольном направлении, а именно в данном варианте реализации на одной оси с винтом 7. Причем, внутренняя полая трубчатая часть 11 штока отделена от винта 7 в продольном направлении воздушным зазором (полостью). Кроме того, трубчатая часть 11 также отделена от корпуса 8 штока воздушным объемом (полостью). Резьбовые ролики 6 установлены в указанном цилиндре 5 во взаимодействии с внутренней резьбой цилиндра 5 и резьбовым участком винта 7 с возможностью передачи усилия от цилиндра 5 к штоку. Также линейный электромеханический привод содержит датчик 13 угла поворота ротора, вал 16 которого соединен с цилиндром 5 с возможностью совместного вращения.
Электромотор состоит из статора 14 электромотора и ротора электромотора. Статор 14 закреплен на внутренней поверхности корпуса 2. Ротор электромотора образован путем установки постоянных магнитов 15 ротора электромотора на внешнюю поверхность цилиндра 5 РВП. Таким образом, ротор образуют следующие компоненты линейного электромеханического привода: магниты 15, установленные на внешнюю поверхность цилиндра 5. Ротор установлен на две подшипниковые опоры, которые состоят из двух радиально-упорных шариковых подшипников 17, которые передают осевую нагрузку с цилиндра 5 с внутренней резьбой на корпусные детали 1, 2 и 3, шпильку (не показана) и радиальный шариковый подшипник 18. Необходимо отметить, что цилиндр 5 является частью роликовинтовой передачи и также частью ротора электромотора.
Цилиндр 5 имеет внутреннюю резьбу 19, длина которой определяет длину хода винта 7. На винте 7 расположен участок резьбы, длина которого примерно равна длине резьбовых роликов 6. Резьбовые ролики 6 закрепляются на винте 7 так, что не могут смещаться вдоль оси винта 7, но могут, совершая планетарное движение, прокатываться по резьбе винта 7 и цилиндра 5 с внутренней резьбой. При вращении цилиндра 5 резьбовые ролики 6 перемещаются вместе с винтом 7 и штоком в осевом направлении относительно цилиндра 5. Шток является выходным звеном линейного электромеханического привода и выполнен с возможностью совершать возвратно-поступательное движение. Таким образом, указанная выше конструкция линейного электромеханического привода представляет собой инвертированную схему роликовинтовой передачи.
В процессе работы линейного электромеханического привода существует необходимость смазки деталей 5, 6 и 7 роликовинтовой передачи. Согласно предложенному варианту реализации смазывание указанных деталей осуществляется без демонтажа и разборки электромеханического привода путем подачи смазки или смазывающего материала, через соответствующее отверстие для доступа смазки. Отверстие для доступа смазки расположено снаружи штока, в частности на дальнем от винта 7 конце штока, а именно, на первом наконечнике 9. Как показано на чертеже, отверстие для доступа смазки выполнено в виде смазочного ниппеля 20 и закрыто заглушкой. Отверстие для доступа смазки обеспечивает прохождение смазывающего материала в канал для смазки.
Канал смазки проходит через первый наконечник 9 штока, попадая в полость между первым наконечником 9 и кольцом 12а, далее проходит через трубчатую часть 11, попадая в полость между корпусом 8 штока и вторым наконечником 10, после чего проходит к внутреннему пространству резьбового цилиндра 5, а именно смазка попадает на резьбу цилиндра 5, роликов 6, винта 7. Стоит отметить, что благодаря наличию только одно трубчатой части 11 обеспечивается экономия смазочного материала. Причем, минимальное расстояние внутренней полой трубчатой части 11 штока от винта 7 в продольном направлении определяется вязкостью смазывающего материала. Дополнительно, ЭМП содержит уплотнительные элементы, расположенные в местах соединения деталей штока и которые обеспечивают удержание смазки внутри канала смазки.
Предлагаемый линейный электромеханический привод работает следующим образом. При подаче электрического тока на статор 14 электромотора генерируется вращающееся электрическое поле статора, которое приводит во вращение ротор с постоянными магнитами 15. Вращение ротора, приводит к вращению резьбовых роликов 6 и их поступательному перемещению совместно с винтом 7 относительно цилиндра 5. Указанное поступательное перемещение винта 7 приводит к поступательному перемещению штока, который является выходным звеном предлагаемого линейного привода. Также, стоит отметить, что винт 7 и шток соединены без возможности взаимного перемещения, на винте 7 расположен участок резьбы, а резьбовые ролики 6 могут совершать планетарное перемещение, прокатываясь по резьбе винта 7 и цилиндра 5. При вращении цилиндра 5 резьбовые ролики 6 могут перемещаться вместе с винтом 7 и штоком в осевом направлении относительно гайки. Таким образом, шток не взаимодействует с резьбовыми роликами, с ними взаимодействует только винт 7, соединенный со штоком, что снижает нагрев штока и, как следствие, канала смазки.
Детали РВП 5, 6 и 7 смазываются смазкой в виде пластичного смазывающего материала. Пополнение смазочного материала элементов РВП 5, 6 и 7 осуществляется подачей нового смазочного материала через смазочный ниппель 20 в канал смазки. Пополнение смазывающего материала осуществляют при выключенном линейном приводе. Для этого обеспечивают доступ к отверстию для подачи смазывающего материала путем снятия заглушки с ниппеля 20. Далее осуществляют подсоединение емкости со смазывающим материалом к ниппелю, т.е. к отверстию для доступа смазки, подают смазывающий материал и пропускают смазывающий материал по каналу смазки. Смазывающий материал от отверстия проходит по каналу смазки, расположенному внутри первого наконечника 9 штока, откуда затем, через трубчатую часть 11, расположенной на одной оси с винтом 7. Далее смазывающий материал поступает в канал смазки, расположенный во втором наконечнике 10 и выходит в зазор между вторым наконечником 10 и деталями РВП 5, 6 и 7. В ходе дальнейшей работы линейного привода смазывающий материал равномерно распределяется между деталями РВП 5, 6 и 7.
Важно отметить, что обеспечение упрощения пополнения смазывающего материала достигается за счет предлагаемой конструкции линейного электромеханического привода, которая позволяет осуществлять пополнение смазывающего материала без демонтажа (разборки привода).
Возможность пополнения смазывающего материала без демонтажа существенно продлевает срок службы и долговечность линейного привода, так как демонтаж предполагает сборку/разборку, в процессе которой могут быть повреждены детали конструкции.
Кроме того, важно отметить, что именно предложенная конструкции инвертированной схемы роликовинтовой передачи, предполагающая укороченный винт, обеспечивает возможность установки полой трубчатой части (часть канала смазки) в штоке, причем так, что трубчатая часть 11 отделяется от корпуса 8 штока воздушным объемом (полостью), который служит теплоизоляцией трубчатой части от нагревающихся элементов привода. Кроме того, укороченный винт обеспечивает возможность выполнения длины трубчатой части, такой что обеспечивается минимизация длин остальных частей канала смазки, находящихся рядом с нагревающимися элементами привода. Стоит отметить, что одна из предпочтительных длин трубчатой части может составлять примерно 5/8 от длины хода. При этом, стоит учитывать, что длина трубчатой части зависит от типоразмера привода.
Таким образом, благодаря предлагаемой реализации трубчатой части в конструкции привода обеспечивается минимальный нагрев смазки во время работы привода и, как следствие, обеспечивается сохранение качественных характеристик смазки, что повышает долговечность механизма предлагаемого привода. В частности, предлагаемая конструкция линейного привода обеспечивает снижение деградации смазки, что позволяет избежать преждевременного выхода из строя деталей привода.
Настоящее изобретение не ограничено конкретными вариантами реализации, раскрытыми в описании в иллюстративных целях, и охватывает все возможные модификации и альтернативы, входящие в объем настоящего изобретения, определенный формулой изобретения.