РУЛЕВОЙ ПРИВОД
STEERING GEAR

Изобретение относится к области приводов управления аэродинамическими поверхностями управления беспилотных летательных аппаратов и может быть использовано как при создании новых, так и при модернизации существующих летательных аппаратов. Оно также может быть использовано в других областях техники, где существует потребность в скоростных приводах.
Известны приводы рулевых поверхностей с использованием в их редукторах шариковинтовой передачи, см., например, конструктивную схему винтового шарикового преобразователя вращательного движения в поступательное в книге «Привод рулевых поверхностей самолетов», под ред. Ф.И.Склянского, М, Машиностроение, 1974 г., стр.79, Рис.2.4.
Известен блок рулевых приводов (см. патент RU №2154593), содержащий многоступенчатый редуктор с использованием шариковинтовой и реечной передач.
Известно также рулевое управление для автомобиля, содержащее ходовой винт с ходовой гайкой (см. «Шариковинтовые механизмы», И.Б.Пясик, Машгиз, Москва-Киев, 1962 г., стр.56, 57, Рис.4). Данное техническое решение по своей технической сущности наиболее близко к предлагаемому решению и выбрано в качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения.
Известный привод содержит приводной механизм (рулевое колесо), шариковинтовой редуктор, включающий ходовой винт с перемещающейся по нему ходовой гайкой, и механическую передачу с гайки на ось исполнительного звена. Приводной механизм закреплен на ходовом винте, по которому перемещается ходовая гайка. Механическая передача от гайки на ось исполнительного звена представляет собой реечную передачу, выполненную в виде закрепленной на гайке зубчатой рейки, находящейся в зацеплении с зубчатым сектором, закрепленным на выходной оси исполнительного звена. Ходовой винт с перемещающейся по нему ходовой гайкой, механическая передача и ось исполнительного звена заключены в единый корпус. К корпусу привода прикреплена шпонка, предохраняющая ходовую гайку от проворота в процессе движения по ходовому винту. Поступательное движение ходового винта исключается радиально-упорными подшипниками.
В результате поворота рулевого колеса приводится во вращательное движение ходовой винт, удерживаемый от поступательного движения радиально-упорными подшипниками. Винт, вворачиваясь в гайку, удерживаемую от проворота шпонкой, сообщает ей поступательное движение по винту вместе с закрепленной на ней зубчатой рейкой. Перемещение ее вызывает обкатку ее зубьев по зубчатому сектору и поворот его вместе с выходной осью исполнительного звена.
Недостатки данного рулевого привода с шариковинтовой и реечной передачами применительно к управлению рулевыми поверхностями скоростных беспилотных летательных аппаратов связаны с наличием больших изгибных напряжений ходового винта. Действительно, для таких объектов необходимо обеспечить максимально возможное быстродействие привода, а это влечет за собой, в частности, использование ходовых винтов минимального сечения. При этом вследствие применения больших значений угловых скоростей и ускорений поперечная нагрузка на ходовой винт, возникающая при взаимодействии зубчатого колеса с зубчатой рейкой ходовой гайки, также значительна. В результате ходовой винт малого диаметра может деформироваться, изменяя при этом геометрию винта (что приводит к снижению к.п.д. шариковинтовой передачи), и даже разрушиться.
Технической задачей изобретения является создание быстродействующего рулевого привода, содержащего шариковинтовую и реечную передачи.
Техническим результатом является повышение надежности и быстродействия рулевого привода.
Для решения этой задачи рулевой привод, содержащий двигатель, редуктор, включающий размещенную в его корпусе шариковинтовую передачу в виде ходового винта с ходовой гайкой, и реечную зубчатую передачу движения с ходовой гайки на зубчатый сектор вала руля, дополнительно снабжен компенсатором деформаций ходового винта, возникающих в зубчатой реечной передаче от воздействия радиальных сил при вращении руля, выполненным в виде подшипника качения, установленного на корпусе редуктора на стороне, противоположной зубчатому сектору, и взаимодействующего с боковой поверхностью ходовой гайки при ее перемещении вдоль ходового винта. При этом подшипник качения установлен на корпусе редуктора с возможностью регулирования его поджатия к боковой поверхности ходовой гайки.
Установка указанным выше образом подшипника на корпусе редуктора с возможностью регулирования его поджатия к боковой поверхности ходовой гайки позволяет существенно снизить поперечную нагрузку на ходовой винт (практически полностью разгрузить его от боковой нагрузки), возникающую при взаимодействии зубчатого сектора руля с зубчатой рейкой, закрепленной на ходовой гайке. При этом поперечная нагрузка будет передаваться непосредственно через ходовую гайку на подшипник, а от него - на корпус редуктора рулевого привода.
Вследствие значительных скоростей перемещения ходовой гайки по ходовому винту, характерных для приводов управления рулевыми поверхностями скоростных беспилотных летательных аппаратов, целесообразно использовать в качестве указанного подшипника именно подшипник качения, а не подшипник скольжения.
Введение регулирования степени поджатия подшипника к боковой поверхности ходовой гайки позволяет практически обеспечить передачу поперечной нагрузки с ходового винта на корпус редуктора рулевого привода.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлен общий вид рулевого привода, а на Фиг.2 - сечение редуктора рулевого привода, иллюстрирующий взаимное расположение составляющих его частей.
Рулевой привод включает в себя электродвигатель 1, закрепленный через его собственный фланец на корпусе 2 промежуточного шестеренчатого редуктора с крышкой 3, входное зубчатое колесо 4 промежуточного редуктора, размещенное на валу электродвигателя 1, зубчатое колесо 5 промежуточного редуктора, выходное зубчатое колесо 6 промежуточного редуктора, установленное на консольном конце ходового винта 7 шариковинтовой передачи. Шариковинтовая передача, преобразующая вращательное движение ходового винта в поступательное движение ходовой гайки, включает в себя ходовой винт 7, зафиксированный в корпусе 2 и кожухе 8.
Ходовая гайка шариковинтовой передачи представляет собой сборный узел, состоящий из двух одинаковых гаек ходовых 9, заключенных внутри цилиндрического корпуса 10 с зубчатой рейкой 11. Резьбовая часть гаек 9 контактирует с резьбовой частью ходового винта 7 через систему шариков 12. В свою очередь, рейка 11 ходовой гайки сопряжена с зубчатым сектором 13 выходного вала (не показан) рулевого привода для преобразования поступательного перемещения ходовой гайки во вращательное движения выходного вала.
На кожухе 8 с противоположной от рейки 11 стороны установлен компенсатор, состоящий из основания 14, установленного на нем посредством оси 15 шарикоподшипника 16 и крепящих основание 14 через регулировочные прокладки 17 к кожуху 8 винтов 18.
Предлагаемый рулевой привод работает следующим образом. Электрический сигнал управления, поступивший на электродвигатель 1, приводит во вращение его вал с закрепленным на нем входным зубчатым колесом 4 промежуточного редуктора. Вращение через зубчатые колеса блока шестерен промежуточного редуктора с осью, подшипниковые опоры которой размещены в корпусе 2 и крышке 3 промежуточного редуктора, и выходное зубчатое колесо 6 промежуточного редуктора передается на ходовой винт 7 шариковинтовой передачи.
При этом ходовой винт 7 через собственную резьбовую часть и систему шариков 12 передает вращение на ходовую гайку посредством воздействия на резьбовую часть гаек 9. При поступательном движении ходовая гайка зубьями рейки 11 поворачивает зубчатый сектор 13, который, в свою очередь, поворачивает выходной вал привода. Общая сила взаимодействия зубчатой рейки и зубчатого сектора выходного вала привода разлагается на осевую и поперечную силы. При этом осевая сила является рабочей, а поперечная сила изгибает ходовой винт 7 в его центральной части, тем самым изменяя геометрию винта, что приводит к снижению к.п.д. шариковинтовой передачи. С целью снижения воздействия поперечной составляющей силы на характеристики шариковинтовой передачи вводится компенсатор, состоящий из установленного на корпусе редуктора на основании 14 посредством оси 15 шарикоподшипника 16, который воспринимает указанную поперечную составляющую и не позволяет ходовому винту изгибаться в поперечном направлении. Достижение плотного поджатия корпуса шарикоподшипника 16 к боковой поверхности ходовой гайки осуществляется путем использования сменных регулируемых прокладок 17.
Таким образом, предлагаемая конструкция привода позволяет использовать минимальные размеры ходовых винтов (что повышает быстродействие рулевых приводов), применяя при этом простые средства для обеспечения их прочности и неизменности их геометрического профиля.