ВИНТОВОЙ МЕХАНИЗМ
SCREW MECHANISM

Изобретение относится к машиностроению, а именно к механизмам для преобразования вращательного движения в поступательное.
Известна выдвижная антенна транспортного средства (заявка №97102397), включающая корпус, в котором размещен электродвигатель, редуктор привода выдвижной части, включающий барабан с тросом, связанным с выходной частью, кабель связи и элементы крепления к корпусу транспортного средства, редуктор привода выдвижной части выполнен червячным, червячное колесо которого взаимодействует с валом барабана через фрикционную муфту, при этом рабочие поверхности червячного колеса и фрикционной муфты взаимодействуют между собой посредством выполненных на них совокупностей выступов и впадин, а барабан выполнен из двух обойм, в полости между которыми размещен упругий трос, один конец которого заправлен в барабан с возможностью относительного линейного перемещения между его обоймами, а другой конец прикреплен к верхнему колену выдвижной части, выполненной телескопической, при этом колена выдвижной части снабжены пружинными контактами, обеспечивающими их электрическое взаимодействие между собой, а кабель связи снабжен пружинным контактом, взаимодействующим с нижним коленом выдвижной части.
Недостаток аналога заключается в его сложности из-за наличия в нем барабана с валом и тросом, фрикционной муфты. В связи с этим он обладает увеличенной массой, увеличенными габаритами, недостаточной надежностью точности работы. Его металлическая конструкция подвержена температурным деформациям, приводящим к появлению люфтов между подвижными элементами при неравномерных тепловых воздействиях на конструкцию. Это усугубляется еще и тем, что между подвижными элементами должно быть пространство (щель) для прохождения троса и расположения роликов
Известен шариковый выдвижной механизм (а.с. №1581941, М. кл. F16H 25/22), содержащий винт, гайку, шарики и устройство для циркуляции шариков в виде вкладышей с каналами возврата, снабженными на входе и выходе идентичными участками. Особенность устройства заключается в том, что идентичные участки канала возврата в продольном сечении направлены по касательной к поверхности наружного цилиндра резьбы гайки.
Недостаток данного прототипа заключается в том, что оно обладает повышенной массой, так как его конструкция предполагает выполнение винта, гайки и шариков из стали для обеспечения прочности. Это связано с тем, что при его работе возникают большие механические нагрузки на края каналов винта и гайки от шариков, через которые они взаимодействуют и которые работают с напряжением в сторону выхода из каналов. Кроме того, прототип не обладает достаточно высокой точностью работы в условиях переменных температурных нагрузок на него с разных сторон, так как при этом необходимо обеспечивать увеличение зазоров между взаимодействующими элементами для исключения их заклинивания при неравномерных температурных расширениях. Наличие зазоров между взаимодействующими элементами значительно ухудшает точность выдвижения и фиксацию конца винта.
В качестве прототипа выбран «Винтовой механизм», патент РФ №2291994. Недостаток прототипа заключается в его недостаточно высоких характеристиках по габаритно-массовым параметрам, по точности работы винтового механизма, по относительному увеличению его рабочей длины (по отношению длины выдвинутой штанги к высоте устройства в сложенном состоянии для транспортирования), по надежности. Причиной этому является его сложность и несовершенство принятых частных решений. Так, например, трубчатая выдвижная штанга выполнена с наружными роликами, взаимодействующими с винтом и направляющими штанги. При этом, чтобы исключить возможность заклинивания при движении штанги, взаимодействие элементов осуществляется с определенными зазорами, суммарный эффект которых существенно ухудшает точность работы устройства. Кроме того, прототип не содержит устройства жесткой фиксации штанги при полностью выдвинутом ее положении.
Задача изобретения - улучшение габаритно-массовых характеристик, повышение надежности и точности работы винтового механизма, увеличение его относительной рабочей длины по сравнению с линейным размером в сложенном его положении (транспортируемом).
Поставленная задача достигнута за счет того, что гайка неподвижно закреплена на нижнем фланце выдвижной штанги, выполненной с наружной ее стороны, а винт закреплен одним своим концом с возможностью его вращения на верхнем фланце корпуса, выполненного с внутренней его стороны, а другим своим концом он выполнен выходящим из гайки наружу нижнего фланца выдвижной штанги и связан с выходным валом шестеренчатого электропривода, причем боковые поверхности указанных фланцев, обращенные к стенкам соответственно корпуса и выдвижной трубчатой штанги, выполнены подвижно сопряженными с ними; торцевые поверхности верхнего внутреннего фланца корпуса и нижнего наружного фланца выдвижной штанги, обращенные друг к другу, выполнены сопряженными при полностью выдвинутой наружу выдвижной штанги; закрепление шестеренчатого привода на нижнем наружном фланце корпуса выполнено посредством вновь введенной балки, жестко связанной своими концами с его диаметрально расположенными участками; винт и фланцы секций, как и их боковые стенки, выполнены из органопластика (кевлара) или углепластика, причем наружная поверхностью винта с резьбой выполнена из металла; винтовой механизм выполнен с дополнительной парой винта и гайки, установленной аналогично основной паре с диаметрально противоположной стороны относительно стенок корпуса и выдвижной штанги, а связь другого конца дополнительного винта выполнена с дополнительным выходным валом электропривода, который выполнен с противоположной стороны, относительно его основного выходного вала.
Суть технического решения заключается в том, что вращение винта осуществляют в неподвижно закрепленной на нижнем наружном фланце выдвижной штанги гайке, один конец винта закреплен на верхнем внутреннем фланце корпуса с возможностью его вращения, а другой, выходящий из гайки наружу нижнего фланца выдвижной штанги, вращают связанным с ним выходным валом шестеренчатого электропривода, что позволило упростить винтовой механизм (исключить из состава выдвижной штанги наружные ролики, уменьшить габариты гайки и исключить из ее состава подшипники, исключить направляющие пазы для роликов) и тем самым улучшить его габаритно-массовые характеристики, и повысить надежность работы; корпус и выдвижная штанга выполнены соразмерными по высоте и в закрытом и раскрытом положении обеспечивают соответственно высоту корпуса и суммарную их высоту, что обеспечивает соответственно снижение габаритов устройства в сложенном положении и увеличение рабочей длины в раскрытом его положении.
Винтовой механизм представлен на фиг.1, 2, на которых он показан соответственно в сложенном состоянии и раскрытом. Винтовой механизм содержит цилиндрический корпус 1, внутри которого расположена выдвижная штанга 2, продольная ось которой совпадает с продольной осью корпуса и которые выполнены соответственно с верхними внутренними 3 и 4 нижними наружными 5 и 6 фланцами, винт 7 с гайкой 8, которая неподвижно закреплена на нижнем наружном фланце 6 выдвижной штанги 2, а винт 7 закреплен одним своим концом с возможностью его вращения на верхнем внутреннем фланце 3 корпуса 1, а другим своим концом винт 7 выполнен выходящим из гайки 8 наружу нижнего наружного фланца 6 выдвижной штанги 2 и связан с основным выходным валом 9 шестеренчатого электропривода 10, закрепленным на нижнем наружном фланце 5 корпуса 1 посредством балки 11, жестко связанной своими концами с его диаметрально расположенными участками.
Боковые поверхности верхнего внутреннего фланца 3 корпуса 1 и нижнего наружного фланца 6 выдвижной штанги 2, обращенные к стенкам соответственно выдвижной штанги 2 и корпуса 1, выполнены подвижно сопряженными с ними, а торцевые поверхности фланцев 3 и 6, обращенные друг к другу, выполнены сопряженными при полностью выдвинутой наружу выдвижной штанги 2.
Винт 7 и фланцы 3, 5 и 4, 6 соответственно корпуса 1 и выдвижной штанги 2, как и боковые стенки последних, выполнены из органопластика (кевлара) или углепластика, причем наружная поверхностью винта 7 с резьбой выполнена из металла.
Винтовой механизм выполнен с дополнительной парой винта 12 и гайки 13, установленной аналогично основной паре с диаметрально противоположной стороны относительно стенок корпуса 1 и выдвижной штанги 2, а связь другого конца дополнительного винта 12 выполнена с дополнительным выходным валом 14 шестеренчатого электропривода 10, который расположен с противоположной стороны, относительно его основного выходного вала 9.
Конструкция закрепления винта 7 одним своим концом на верхнем внутреннем фланце 3 корпуса 1 с возможностью его вращения показана на разрезе (см. фиг.1). Фланец винта 7 своими двумя противоположными сторонами установлен на опорные подшипники 15, выполненные со съемной крышкой 16, позволяющей устанавливать винт 7 при сборке устройства.
Устройство работает следующим образом. Для раскрытия винтового механизма (перевода его из положения, показанного на фиг.1, в положение, показанное на фиг.2) шестеренчатый электропривод 10 включается в работу с направлением его вращения, при котором гайки 8 и 13 вместе с фланцем 6 и выдвижной штангой 2 поднимаются вверх относительно корпуса 1. Максимальный подъем секции осуществляется до сопряжения обращенных друг к другу торцевых поверхностей фланцев 3 и 6.
Высокая точность работы устройства обеспечивается как в процессе выдвижения штанги 2, так и при жесткой фиксации ее при полностью выдвинутом положении за счет того, что боковые поверхности фланцев 3 и 6, обращенные соответственно к стенкам выдвижной штанги 2 и корпуса 1, выполнены сопряженными с ними и торцевые поверхности фланцев 3 и 6, обращенные друг к другу, выполнены также сопряженными и стягиваются друг с другом винтами 7 и 12. Так как затянутые винты 7 и 12 в своих гайках 8 и 13 усилием шестеренчатого привода 10 исключают возможность самопроизвольного ослабления затяжки, то это позволяет обеспечить надежную жесткую и точную фиксацию выдвижной штанги 2 в корпусе 1. При этом из устройства исключаются, как правило, не достаточно точные и надежные устройства зачековки.
Закрытие штанги осуществляется путем включения шестеренчатого электропривода 10 с направлением вращения его основного 9 и дополнительного 14 выходных валов в направлении, при котором гайки 8, 13 и выдвижная штанга 2 перемещаются в сторону фланца 5 (внутрь корпуса 1). Выключение шестеренчатого электропривода 10 в крайних положениях штанги можно осуществлять, например, с помощью концевых выключателей (не показаны).
Технический результат заключается в улучшении габаритно-массовых характеристик, повышении надежности и точности работы винтового механизма, увеличении его относительной рабочей длины по сравнению с линейным размером в сложенном его положении (транспортируемом).
Предложенное решение в настоящее время находится на рассмотрении при выпуске эскизного проекта и предполагается для применения на космическом аппарате для выдвижения его составных частей в рабочее положение после выведения на орбиту.
Из известных заявителю патентно-информационных источников не известна совокупность признаков, схожая с совокупностью признаков заявляемого решения.