Линейный электропривод
LINEAR ELECTRIC DRIVE

Изобретение относится к электромеханическим линейным исполнительным механизмам, представляющим собой совмещённую конструкцию электродвигателя и эксцентриковой передачи винт - гайка.
Известен линейный электропривод RU2 213 896, который содержит электродвигатель с полым ротором, и размещённую внутри полого ротора планетарную винтовую передачу с резьбовыми роликами. Винтовая гайка этой передачи связана с полым ротором через дополнительный стакан. Винт связан с выходным штоком. Основным недостатком такого привода является относительно большой момент инерции вращающейся части и обусловленная этим низкая скорость отработки положения исполнительного органа.
Линейный электропривод в RU 2 427 750 лишён этого недостатка за счёт того, что полый ротор двигателя связан с одним концом винта, а винтовая гайка связана с выходным штоком.
При применении линейных электроприводов в ряде областей техники, в частности в аэрокосмической технике, к ним предъявляются повышенные требования по надёжности, точности позиционирования, а также по минимальным удельным массогабаритным показателям. Оба вышеописанных привода не удовлетворяют таким требованиям, т.к. имеют сложную конструкцию с большим количеством деталей, обусловленным применением винтовой передачи с резьбовыми роликами.
Известна эксцентриковая передача винт - гайка, описанная в заявке на изобретение №2018126056, фиг.5. Она содержит винты, посаженные с возможностью вращения на эксцентрики входного вала. Эксцентрики ориентированы симметрично вокруг оси вала. В частности, при наличии трёх эксцентриков, они ориентированы друг относительно друга под углом в 120 градусов. Ось гайки совпадает с осью входного вала. Отличительной особенностью передачи является винтовая пара, детали которой кроме винтовой резьбы содержат сопрягаемые зубчатые профили. Участки с зубчатым профилем могут быть выполнены поверх винтовой резьбы, но для повышения нагрузочной способности механизма их целесообразно расположить на каждом винте в центре между винтовой резьбой, выполненной по краям винта. Наличие зубчатого зацепления обеспечивает отсутствие проскальзывания в паре винт-гайка, уменьшение люфтов и вследствие этого повышенную точность позиционирования. Если в этой конструкции входной вал соединить с ротором электродвигателя, а гайку посадить в корпусе с возможностью только осевого перемещения, то при вращении ротора двигателя гайка будет совершать линейное перемещение, т.е. мы получим линейный электропривод. При этом и двигатель, и передача винт гайка будут иметь собственные корпуса, причём корпус передачи должен быть длиннее винтовой пары на величину хода передачи.
с выбегом инструмента
Такой линейный привод будет иметь достаточно большие осевые габариты, особенно для приводов с большим ходом. Кроме того, в случае расположения зубчатого профиля отдельно от винтовой резьбы возникают технологические проблемы, связанные , которые увеличивают продольный размер каждого винта, и привода в целом.
Техническим результатом изобретения является уменьшение осевых размеров линейного привода.
Этот результат достигается за счёт того, что привод, как и прототип, содержит электродвигатель и эксцентриковую передачу винт - гайка. Входной вал передачи выполнен с эксцентриками, на которых с возможностью вращения посажены винты, взаимодействующие с винтовой резьбой гайки. Обращённые друг к другу поверхности винтов и гайки выполнены с дополнительными зубчатыми профилями, сопрягающимися друг с другом. В отличие от прототипа двигатель агрегатирован с передачей винт - гайка, для чего его ротор непосредственно соединён с входным валом передачи. Гайка передачи посажена с возможностью осевого перемещения снаружи на корпус электродвигателя посредством зубчатого профиля на её внутренней поверхности, который образует шлицевое соединение с зубьями, выполненными дополнительно на наружной поверхности корпуса.
Зубчатый профиль на винте целесообразно выполнить на отдельных деталях, которые установлены в середине винтов. Это обеспечивает равномерность распределения нагрузки на каждом из винтов.
Изобретение иллюстрируется фигурами 1-4. На фиг. 1 изображён продольный разрез предлагаемого линейного электропривода, а на фиг. 2 общий вид винта с зубчатым поясом, выполненным на отдельной детали. На фиг. 3 и 4 показано поперечное сечение привода по А-А и В-В.
Привод содержит электродвигатель 1 и передачу винт - гайка 2, образующие единую конструкцию. Ротор 3 двигателя 1 непосредственно соединён с входным валом 4 передачи винт - гайка. В данном конкретном примере ротор 3 установлен на одном конце вала 4. Этот конец вала 4 с ротором 3 посажен в корпусе 5 с помощью подшипников 6 и 7. В корпусе установлен также статор 8 двигателя 1.
Второй конец вала 4, выходящий за пределы корпуса 5, выполнен с тремя эксцентриками 9, 10 и 11, ориентированными симметрично относительно оси вала 4, так что образуют уравновешенную относительно этой оси систему.  Эксцентриков может быть и два. Выбор их количества зависит от нагрузочной способности и долговечности работы подшипников 12, 13, 14. На каждом из эксцентриков на подшипниках 12, 13 и 14 посажены винты 15, 16, и 17 передачи винт - гайка. На наружной поверхности винтов 15, 16 и 17 кроме винтовой резьбы 18 выполнен зубчатый профиль 19 (см. фиг. 2 и 3). Он может быть выполнен как поверх всей винтовой резьбы на поверхности винта, так и на части поверхности винта, свободной от винтовой резьбы. Второй вариант обладает повышенными нагрузочными характеристиками, однако при изготовлении таких винтов возникают технологические трудности, связанные с необходимостью наличия выбега инструмента, которые увеличивают продольные размере винтов, что не всегда приемлемо. Для устранения этого недостатка зубчатый профиль целесообразно выполнить на отдельной детали, которая крепится на теле винта.  Так, в частности, на фиг. 1, 2 и 3 зубчатый профиль 19 выполнен на двух полукольцах 20 и 21, которые закреплены на теле винта с помощью резьбовых соединений 22, расположенных между зубьями.  Гайка 23 этой передачи соосна входному валу 4, расположена снаружи корпуса 5 и соединена со штоком 24 линейного привода. Гайка 23 по длине перекрывает корпус 5 электродвигателя 1 и  эксцентриковую винтовую передачу 2. На внутренней поверхности гайки 23 кроме винтовой резьбы выполнены зубья 25, сопрягаемые с зубьями 19 винтов. На наружной поверхности корпуса 5 выполнены зубья 26 (см. фиг. 4). Зубья 25 на гайке 23  совместно с дополнительными зубьями 26 на наружной поверхности корпуса 5 образуют шлицевое соединение, которое позволяет гайке 23 совершать осевое перемещение вдоль корпуса 5, но препятствует вращению гайки. Для уменьшения трения скольжения зубья 26 целесообразно выполнить не по всей длине корпуса 5, а только на его участке, расположенном перед передачей, как это показано на фиг. 1. В этом случае гайка 23 базируется на противоположном конце корпуса 5 с помощью подшипника скольжения 27. Таким образом, корпус 5 электродвигателя 1 выполняет одновременно функцию корпуса передачи 2. Т.е. корпус 5 электродвигателя обеспечивает возможность хода гайки 23 на величину его длины, без увеличения полного продольного размера привода.
Работает электропривод следующим образом. При включении электродвигателя 1 его ротор 3 начинает вращать входной вал 4 эксцентриковой винтовой передачи 2. Винты 15, 16 и 17, сидящие на подшипниках 12, 13 и 14 на эксцентриках 9, 10, 11 входного вала 4, будут совершать орбитальное движение вокруг оси привода ОО1. Винтовая резьба 18 винтов будет взаимодействовать с винтовой резьбой гайки 23. Проскальзыванию резьбы препятствуют зубья 19 и 25 на винтах 15, 16 и 17 и гайке 23. Так как гайка 23 не может вращаться из-за шлицевого соединения её зубьев 25 с зубьями 26 на корпусе 5, то  она вместе со штоком 24 будет  перемещаться относительно винтов и корпуса 5 в осевом направлении.