ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к электромеханическим приводам с волновыми редукторами с промежуточными телами качения.
Известен мотор-редуктор (патент (75№9850996 от 17.04.2015 г.), содержащий: корпус, электродвигатель, размещенный в корпусе, вал электродвигателя, выполненный из магнитного материала, проходящий через корпус, имеющий первый конец и второй конец, противоположный первому концу, волновой генератор, имеющий эллиптическое зубчатое колесо, охватывающее вал со стороны его первого конца, гибкое зубчатое колесо, соединенное с выходным валом редуктора, охватывающее эллиптическое зубчатое колесо так, что колеса, имеющие одинаковый модуль зубьев, взаимодействуя между собой, редуцируют частоту вращения вала электродвигателя, передаваемую выходному валу редуктора. Между выходным валом и корпусом редуктора имеется подшипник с перекрещивающимися роликами.
Недостаток данного мотор-редуктора - низкая надежность зубьев гибкого зубчатого колеса при высокой частоте вращения ротора; большие габариты электродвигателя при одноступенчатом редукторе при необходимости получения большого крутящего момента на выходном валу.
Известен электромеханический привод с зубчатым редуктором (заявка US №2008/0176701 от 22.01.2008 г.), включающий соединенные между собой корпуса электродвигателя и одноступенчатого зубчатого планетарного редуктора так, что электродвигатель и редуктор имеют общий вал, на котором установлены ротор электродвигателя и эксцентрики - волнообразователи, взаимодействующие с дисками с наружными зубьями, которые приводят во вращательное движение выходной вал редуктора, имеющий зубья на внутренней поверхности. Редуцирование частоты вращения общего вала передаваемой выходному валу одноступенчатого редуктора происходит за счет периодического взаимодействия приводимых эксцентриками зубчатых дисков с выходным валом редуктора между выходным валом редуктора и частью корпуса, охватывающей редуктор, имеется подшипник с перекрещивающимися роликами.
Недостаток данного электромеханического привода - высокая инерционность зубчатого редуктора при большой частоте оборотов ротора электродвигателя; большая масса и габариты мотор-редуктора при заданном крутящем моменте на выходном валу при одноступенчатом редукторе и низкой частоте вращения вала.
Известен волновой привод (патент RU №2377455 от 02.06.2008 г.), содержащий корпус, размещенный в нем двухопорный выходной вал, волновую зубчатую передачу с гибким и жестким колесами, а также размещенным внутри гибкого колеса генератором волн, через промежуточный редуктор связанным с валом электродвигателя, при этом первый конец выходного вала установлен на опоре, размещенной в корпусе; жесткое колесо волновой зубчатой передачи жестко закреплено на корпусе, а гибкое колесо соединено с выходным валом, в выходном валу выполнена полость, электродвигатель установлен внутри нее, а второй конец выходного вала установлен на опоре, размещенной в расточке генератора волн.
Недостатком данного волнового привода являются значительные осевые габариты, сложность и пониженная надежность конструкции, включающей зубчатую передачу.
Известен силовой мини-привод подвижной аэродинамической поверхности летательного аппарата (патент RU №2408125 от 27.01.2010 г.), состоящий из электродвигателя, размещенного в отдельном корпусе, ротор которого расположен на входном валу и соединен с входным валом волнового двухступенчатого редуктора с промежуточными телами качения, в котором концентрично относительно центральной оси размещены: волновая передача первой ступени с входным валом, имеющим, по меньшей мере, две эксцентрично расположенные цилиндрические поверхности с противоположно направленными эксцентриситетами и с подшипниками качения на эксцентрично расположенных цилиндрических поверхностях; неподвижный относительно корпуса многоступенчатый сепаратор первой ступени с размещенными в нем двумя рядами радиальных отверстий с телами качения, взаимодействующими с подшипниками качения на эксцентрично расположенных цилиндрических поверхностях; ступенчатая втулка, являющаяся входным валом второй ступени, охватывающая сепаратор первой ступени, с внутренней эпициклической поверхностью с эксцентрично расположенными цилиндрическими поверхностями на второй ступени втулки, эксцентриситеты которых являются противоположно направленными, и с подшипниками качения на эксцентрично расположенных цилиндрических поверхностях и с опорными подшипниками качения; расположенный в корпусе и опирающийся на подшипники качения, находящиеся между выходным валом и корпусом, являющийся выходным валом, сепаратор второй ступени с размещенными в нем рядами радиальных отверстий с телами качения при количестве рядов, равном количеству эксцентрично расположенных на втулке цилиндрических поверхностей с подшипниками качения.
Недостатки данного силового мини-привода: большой осевой размер электропривода, соединенного с двухступенчатым редуктором с последовательным размещением редуцирующих ступеней, при котором передаточное отношение двухступенчатой передачи обеспечивает меньший крутящий момент, чем у двухступенчатой передачи с параллельным размещением ступеней. Дополнительным недостатком является наличие муфтового соединения валов, увеличивающего момент инерции вращающихся деталей электромеханического привода, ухудшающего динамические характеристики электромеханического привода и снижающего точность позиционирования входного звена приводимого агрегата.
Известны соединения деталей "вал-втулка" с натягом (патент RU №2428295 от 11.01.2010 г. и RU №142049 от 06.11.2013 г.), обеспечивающие соосность соединяемых деталей и высокую точность позиционирования валов, что особенно важно при реверсе.
Известен электромеханический привод, имеющий волновой двухступенчатый редуктор с промежуточными телами качения (патент RU №108239 от 09.06.2010 г., прототип), состоящий из электродвигателя со статором в отдельном корпусе и ротором на валу с подшипниками качения, установленных на первом и втором концах вала, и волнового двухступенчатого редуктора с промежуточными телами качения, соосно расположенных так, что корпус электродвигателя соединен с корпусом волнового редуктора, а вал электродвигателя соединен с входным валом редуктора; размещенных в волновом редукторе: волновой передачи первой ступени с входным валом, имеющим две эксцентрично расположенные цилиндрические поверхности с противоположно направленными эксцентриситетами и с подшипниками качения на эксцентрично расположенных цилиндрических поверхностях; сепаратора первой ступени в виде втулки с фланцем и размещенными во втулке, по меньшей мере, двумя рядами радиальных отверстий с телами качения, взаимодействующими с подшипниками качения на эксцентрично расположенных цилиндрических поверхностях входного вала; охватывающей сепаратор первой ступени втулки, являющейся входным валом второй ступени, по меньшей мере, с одной внутренней эпициклической поверхностью и с эксцентрично расположенными внешними цилиндрическими поверхностями, эксцентриситеты которых являются противоположно направленными, и с подшипниками качения на эксцентрично расположенных цилиндрических поверхностях; сепаратора второй ступени в виде втулки с внутренним фланцем с размещенными во втулке рядами радиальных отверстий с телами качения при количестве рядов, равном количеству эксцентрично расположенных на входном валу второй ступени цилиндрических поверхностей с подшипниками качения; выходного вала, расположенного в корпусе редуктора, опирающегося на тела качения и, по меньшей мере, на один радиально-упорный подшипник качения, расположенный между выходным валом и корпусом.
Недостаток данного электромеханического привода - в увеличенных габаритных размерах и низкой технологичности изготовления электромеханического привода вследствие сложности его конструкции и расположения электродвигателя внутри второй ступени редуктора и внутри единого с редуктором корпуса.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, - уменьшение габаритных размеров электромеханического привода при повышении технологичности его изготовления.
Техническая задача решена в конструкции электромеханического привода, состоящего из электродвигателя со статором в отдельном корпусе и ротором на валу с подшипниками качения, установленных на первом и втором концах вала, и волнового двухступенчатого редуктора с промежуточными телами качения, соосно расположенных так, что корпус электродвигателя соединен с корпусом волнового редуктора, а вал электродвигателя соединен с входным валом редуктора; размещенных в волновом редукторе: волновой передачи первой ступени с входным валом, имеющим две эксцентрично расположенные цилиндрические поверхности с противоположно направленными эксцентриситетами и с подшипниками качения на эксцентрично расположенных цилиндрических поверхностях; сепаратора первой ступени в виде втулки с фланцем и размещенными во втулке двумя рядами радиальных отверстий с телами качения, взаимодействующими с подшипниками качения на эксцентрично расположенных цилиндрических поверхностях входного вала; охватывающей сепаратор первой ступени втулки, являющейся входным валом второй ступени с внутренней эпициклической поверхностью и с эксцентрично расположенными внешними цилиндрическими поверхностями, эксцентриситеты которых являются противоположно направленными, и с подшипниками качения на эксцентрично расположенных цилиндрических поверхностях; сепаратора второй ступени в виде втулки с внутренним фланцем с размещенными во втулке рядами радиальных отверстий с телами качения при количестве рядов, равномколичеству эксцентрично расположенных на входном валу второй ступени цилиндрических поверхностей с подшипниками качения; выходного вала, расположенного в корпусе редуктора, опирающегося на тела качения и на радиально-упорный подшипник качения, расположенный между выходным валом и корпусом, при этом корпус электродвигателя имеет форму втулки с присоединенными к ее торцам крышками с кольцевыми выступами внутрь корпуса электродвигателя с внешним диаметром каждого кольцевого выступа меньшим внутреннего диаметра статора и внутренним диаметром каждого кольцевого выступа, соответствующим внешнему диаметру подшипника качения, установленного на соответствующем конце вала электродвигателя; сепаратор первой ступени редуктора имеет на части втулки со стороны электродвигателя утолщение, внешний фланец на утолщении с отверстиями под винты, и закреплен винтами на внутреннем фланце сепаратора второй ступени; сепаратор второй ступени редуктора имеет внешний фланец, диаметр которого соответствует внешнему диаметру корпуса редуктора, с отверстиями под винты, соединяющие фланец сепаратора второй ступени с корпусом редуктора; крышка корпуса электродвигателя со стороны редуктора имеет фланец, внешний диаметр которого больше внешнего диаметра втулки корпуса, с отверстиями под винты во фланце для присоединения к торцу втулки электродвигателя и к внешнему фланцу сепаратора второй ступени редуктора; конец входного вала редуктора имеет в поперечном сечении форму и размеры, соответствующие форме и размерам поперечного сечения обращенного к нему конца вала электродвигателя, и соединение с натягом соединительной втулкой, форма и размеры внутренних отверстий которой соответствует форме и размерам соединяемых концов валов.
Для повышения технологичности изготовления электромеханического привода соединяемые концы валов имеют одинаковые формы в поперечном сечении и размеры.
Для повышения жесткости соединения с натягом входного вала редуктора и левого конца вала электродвигателя с помощью втулки между внешнейповерхностью соединительной втулки и внутренней поверхностью утолщения втулки сепаратора первой ступени имеется опорный подшипник качения.
Для дополнительного уменьшения габаритов электромеханического привода радиально-упорный подшипник качения, расположенный между выходным валом редуктора и корпусом, является подшипником качения с перекрещивающимися роликами, разделенными сепараторами, а дорожки качения роликов расположены на внешней поверхности выходного вала и на внутренней поверхности корпуса редуктора.
Для дополнительного уменьшения габаритов электромеханического привода электродвигатель является вентильным постоянного тока, его ротор имеет частоту вращения, выбираемую из интервала 1000…40000 об/мин, а двухступенчатый редуктор имеет передаточное отношение, выбираемое из интервала 36…6000.
Решение технической задачи, - уменьшение габаритных размеров электромеханического привода при повышении технологичности его изготовления, - достигается за счет следующей новой совокупности отличительных признаков электромеханического привода: корпус электродвигателя имеет форму втулки с присоединенными к ее торцам крышками с кольцевыми выступами внутрь корпуса электродвигателя с внешним диаметром каждого кольцевого выступа меньшим внутреннего диаметра статора и внутренним диаметром каждого кольцевого выступа, соответствующим внешнему диаметру подшипника качения, установленного на соответствующем конце вала электродвигателя; сепаратор первой ступени редуктора имеет на части втулки со стороны электродвигателя утолщение, внешний фланец на утолщении с отверстиями под винты, и закреплен винтами на внутреннем фланце сепаратора второй ступени; сепаратор второй ступени редуктора имеет внешний фланец, диаметр которого соответствует внешнему диаметру корпуса редуктора с отверстиями под винты, соединяющие фланец сепаратора второй ступени с корпусом редуктора; крышка корпуса электродвигателя со стороны редуктора имеет фланец, внешний диаметр которого больше внешнего диаметра втулки корпуса, с отверстиями под винты во фланце для присоединения к торцу втулки электродвигателя и к внешнему фланцу сепаратора второй ступени редуктора; конец входного вала редуктора имеет в поперечном сечении форму и размеры, соответствующие форме и размерам поперечного сечения обращенного к нему конца вала электродвигателя, и соединение с натягом соединительной втулкой, форма и размеры внутренних отверстий которой соответствует форме и размерам соединяемых концов валов.
Данная совокупность отличительных признаков не обнаружена в ходе проведенного патентно-информационного исследования, следовательно, полезная модель соответствует критерию "новизна".
На фиг. 1 показана конструкция электромеханического привода.
На фиг. 2 показано сечение А-А на фиг. 1.
На фиг. 3 - конструкция подшипника качения с перекрещивающимися роликами, показанного на фиг. 1.
а
а
а
а
а
а
Электромеханический привод (фиг. 1-3) состоит из размещенного в отдельном корпусе 1 электродвигателя 2 со статором 3 и ротором 4, расположенным на валу 5, имеющем первый конец 5 и второй конец 5b с установленными на них подшипниками 6 и 6b качения и присоединенного соосно с электродвигателем 2 волнового двухступенчатого редуктора 7 так, что корпус 1 электродвигателя 2 соединен с корпусом 1 редуктора 7, а второй конец 5b вала 5 электродвигателя 2 соединен с входным валом 8 редуктора 7. Корпус 1 электродвигателя 2 имеет форму ступенчатой втулки 1 с присоединенными к ней первой крышкой 9 с кольцевым выступом 10 внутрь корпуса 1, и второй крышкой 11 с кольцевым выступом 12 внутрь корпуса 1, при этом внешние диаметры кольцевых выступов 10 и 12 меньше внутреннего диаметра статора 3, а внутри кольцевых выступов 10 и 12 установлены подшипники 6 и 6b; вторая крышка 11 со стороны редуктора 7 имеет фланец 13 и его резьбовое присоединение винтами 14 к редуктору 7 и винтами 15 к ступенчатой втулке 1 корпуса 1.
а
а
a
а
а
а
а
а
а
а
а
а
В волновом редукторе 7 концентрично относительно центральной оси размещены: волновая передача 16 с входным валом 8, имеющим две эксцентрично расположенные цилиндрические поверхности 17 (фиг. 2) с противоположно направленными эксцентриситетами 18 и с подшипниками 19 качения на эксцентрично расположенных цилиндрических поверхностях 17; сепаратор 20 первой ступени (фиг. 2) в виде втулки 20 (фиг. 1) с утолщением 20b и внешним фланцем 21 на утолщении 20b, с двумя рядами радиальных отверстий 22 на втулке 20 с размещенными в них промежуточными телами 23 качения, взаимодействующими с подшипниками 19, а внутри утолщения 20b втулки 20 в области соединения конца 5b вала 5 электродвигателя 2 и конца входного вала 8 редуктора 7 имеется опорный подшипник 24 на соединительной втулке 25; втулка 26, являющаяся входным валом второй ступени 27 редуктора 7, охватывающая втулку 20 сепаратора 20 первой ступени, имеющая две внутренние эпициклические поверхности 28 (фиг. 1, 2) и две внешние эксцентрично расположенные цилиндрические поверхности 29, эксцентриситеты 29 которых являются противоположно направленными, и подшипники 30 (фиг. 2) качения на цилиндрических поверхностях 29; сепаратор 31 (фиг. 1) второй ступени 27 в виде втулки 31 с внутренним фланцем 31b с размещенными во втулке 31 рядами радиальных отверстий 32 с телами 33 качения при количестве рядов, равном количеству эксцентрично расположенных на втулке 26 цилиндрических поверхностей 29 с подшипниками 30 качения с закрепленным на внутреннем фланце 31b сепаратором 20 первой ступени 17 редуктора 7 и имеющий внешний фланец 34 с утолщенной частью 35, к которой присоединена вторая крышка 11 корпуса 1, а по периферии внешнего фланца 34 имеются отверстия 36 под его резьбовые соединения 37 с корпусом 7 винтами 37; выходной вал 38, имеющий внутреннюю эпициклическую поверхность 39 (фиг. 2), с которой взаимодействуют тела 33 качения, расположенный в корпусе 7 редуктора 7, опирающийся на тела 33 качения и радиально-упорный подшипник 40 качения (фиг. 1), расположенный между выходным валом 38 и корпусом 7 редуктора 7; к выходному валу 38 присоединена крышка 41, а в нем имеются резьбовые отверстия 42 для крепления муфты или фланца вала агрегата (не показан), приводимого электромеханическим приводом. В корпусе 7 имеются отверстия 43 для крепления редуктора 7 к основанию (не показано).
Для обеспечения соосности соединяемых валов и высокой точности позиционирования валов при реверсе конец входного вала 8 редуктора 7 и второй конец 5b вала 5 электродвигателя 2 имеют одинаковую форму поперечных сечений и размеры, а также соединение валов с натягом соединительной втулкой.
Опорный подшипник 24 качения между внутренней поверхностью утолщения 20b сепаратора 20 и внешней поверхностью соединительной втулки 25 повышает жесткость соединения с натягом входного вала 8 редуктора 7 и второго конца 5b вала 5 электродвигателя 2.
а
Для дополнительного сокращения длины и диаметра электромеханического привода радиально-упорный подшипник 40 качения является подшипником качения с перекрещивающимися роликами 44 (фиг. 3), разделенными сепараторами 45, а дорожки качения роликов 44 расположены на внешней поверхности выходного вала 38 и на внутренней поверхности корпуса 7 редуктора 7.
а
При вращении ротора 4 электродвигателя 2 и соединенного с ним входного вала 8 редуктора 7 вращаются две эксцентрично расположенные цилиндрические поверхности 17, при этом два ряда тел 23 качения, размещенные в неподвижном относительно корпуса 7 сепараторе 20, перемещаются в радиальном направлении, совершая волнообразные движения с периодом, равным периоду одного оборота входного вала 8 и амплитудой, равной удвоенному эксцентриситету 18 поверхностей 17. Промежуточные тела 23 качения, взаимодействуя с внутренними эпициклическими поверхностями 28 втулки 26, с внешними кольцами подшипников 30 и сепаратором 20, поворачивают втулку 26 на угол, меньший угла поворота входного вала 8 в число раз, равное числу волн эпициклической поверхности 28 втулки 26.
При вращении втулки 26 вращаются эксцентрично расположенные цилиндрические поверхности 29; взаимодействуя с кольцами подшипников 30; два ряда тел 33 качения, размещенные в сепараторе 31, перемещаются в радиальном направлении, совершая колебательные движения с периодом, равным периоду одного оборота втулки 26 и амплитудой, равной удвоенному эксцентриситету цилиндрической поверхности 29. Промежуточные тела 33 качения, взаимодействуя с внутренней эпициклической поверхностью 39 (фиг. 2) выходного вала 38, с кольцами подшипников 30 качения и сепаратором 31, поворачивают выходной вал 38 на угол, меньший угла поворота втулки 26 в число раз, равное числу волн на внутренней эпициклической поверхности 39 выходного вала 38.
Общее передаточное отношение редуктора 7 равно произведению чисел волн внутренних профилированных эпициклических поверхностей 28 и 39 (задается при проектировании электромеханического привода из интервала значений от 36 до 6000).