МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ НА БАЗЕ ПЛАНЕТАРНОГО ЦИКЛОИДАЛЬНОГО РЕДУКТОРА - МКЭ ПЦР
MULTI-PURPOSE SYSTEM OF ELECTRIC DRIVES ON BASIS OF PLANETARY CYCLOIDAL REDUCTION GEAR - MKE PCSR

Многофункциональный комплекс электроприводов на базе планетарного циклоидального редуктора - МКЭ ПЦР относится к мотор-редукторам, электроприводам и может быть использован в прецизионных приводах роботов и манипуляторов, в оборонной, наземной и космической навигациях, в станкостроении, на транспорте, в электромобилях, в грузоподъемных механизмах и лебедках, для передачи вращения в герметичное пространство, в нефтегазовой промышленности. В последнее время все большее применение находят мотор-редукторы (речь идет здесь и ниже об электроприводах), которые монтируются в едином корпусе, характеризуются меньшими габаритными размерами, небольшим числом деталей, низким уровнем шума в процессе работы и используются, в основном, в грузоподъемных механизмах и такелажных работах.
Исследования аналогов изобретения открыли известные и своеобразные передачи с различными профилями зацепления. Они характеризуются относительно невысокой надежностью, ресурсом и приспособляемостью [1-6-10] к эксплуатации в различных условиях и перегрузках, и недостаточной самоорганизацией по формированию зацепления и низкой ремонтопригодностью. У предлагаемого комплекса МКЭ ПЦР более высокая перспективность и долговечность эксплуатации при многотонных перевозках и высоких скоростях движения при бесшумном характере эксплуатации. Налицо своеобразное и оригинальное, простое конструкционное решение предлагаемого изобретения. Недостатки и аварийность прототипа и аналогов устранены в предлагаемом изобретении МКЭ ПЦР. Так малая зона зацепления в аналогах (~1°-5°) значительно расширена многозаходностью и большей упругой зоной зацепления до 100° и более (фиг.2, 3, 5, 6).
У изобретения МКЭ ПЦР повышены надежность, ресурс работы, КПД передачи (>95%), по характеристикам основаны на расчете и внедрении в производство оптимальных условий проектирования и эксплуатации, при необходимости со смазкой.
Изобретение применимо в промышленности и обеспечивается широким выбором необходимого сортамента материалов, расчетом перспективной технологии производства и эксплуатации, у него выше самоорганизующееся (приспосабливающееся) свойство [9].
Конструкция МКЭ ПЦР предусматривает лучшее энергосбережение и уменьшение электромагнитных потерь в моторах и редукторах электропривода, в ней расширен диапазон передаточных отношений (i≥10-1000), у аналогов и прототипа он ограничен. Изобретение характеризуется безлюфтовым и бесшумным характером работы и эксплуатации, что при минимальных габаритах электропривода и его автономности чрезвычайно важно для его быстрого внедрения в подводные лодки, вертолеты и в исследования при экстремальных условиях дна океана и космоса.
Комплекс электроприводов ценен также возможностью сохранять и учитывать прошлую эксплуатацию и информацию, что повышает его оптимальность в системах автоматического управления и регулирования (САУ).
Комплекс электроприводов ПЦР может быть сопряжен и включен в сеть обычных непрерывных электродвигателей, в том числе встроенных специальных, а также сопрягаться с дискретными системами управления от дискретных датчиков импульсов или от ЦВМ.
Технические аналоги изобретения - это мотор-редукторы [1] французских, американских, японских и других фирм. Например, мотор-редуктор France. Pat. №1440594, 1966. Технический прототип изобретения - это мотор-редуктор по фиг.1, как и другие мотор-редукторы, представляют собой механическое соединение электродвигателя - ЭД и редуктора в одном общем корпусе. При этом не происходит объединение ряда узлов и агрегатов по выполнению ими примерно равных операций, общее число подшипников увеличивается.
Наиболее близким по технической сущности является планетарный циклоидальный редуктор разработки Минского института проблем надежности машин АН БССР, 1988 г., который принят за прототип (фиг.1) и содержит корпус 10, крышку 12, входной (ведущий) и выходной (ведомый) валы 4 и 13, неподвижное центральное (солнечное) колесо 2 с рядом роликов (цевок) 1, циклоидальные сателлиты 7, 9 блока сателлитов 8, установленного на входном валу 4 на подшипниках вала 3 и на эксцентрично расположенных подшипниках сателлитов 6, внутри центральных колес 2, 11, циклоидальные зубья которого 8 зацепляются с зубьями центральных колес; пальцы 14, запрессованные во фланец выходного вала (подвижного выходного колеса 11) и свободно надетые на них ролики 15, входящие в зацепление с сателлитом 9 блока сателлитов 8, ролики (цевки) 1 неподвижного центрального колеса 2 и ролики (цевки) 15 выходного вала (подвижного центрального колеса 11).
Сателлиты 7, 9 блока сателлитов 8 прототипа по фиг.1 находятся в постоянном зацеплении с центральными колесами 2 и 11 (15′), жестко закрепленными соответственно в корпусе 10 и на выходном валу 13. Сателлит соединен с эксцентриковым валом 5 и электрическим двигателем ЭД подшипниками 6, а через подшипники 16 выходного вала 13 подвижного колеса 11 (15′) соединен с нагрузкой. В аналогичной последовательности происходит и работа указанного прототипа.
Недостатками прототипа являются:
- возможный диапазон передаточных чисел ограничен в пределах 7-5000 и не может быть регулируемым;
- КПД представленного прототипа не превышает 92%;
- редуктор прототипа одноступенчатый, нерегулируемый;
- ограничен срок службы - 30000-50000 часов;
- многопарное зацепление не превышает 70%;
- «жесткое» (как у традиционных эвольвентных и червячных передач) зацепление требует необходимых монтажных зазоров. Отсюда возможны люфты, обеспечение минимальных зазоров приводит к существенным затратам производства;
- массивный блок сателлитов имеет значительный момент инерции, что приводит к перегрузке быстроходных подшипников блока сателлитов и снижает ресурс работы редуктора;
- сложность конструкции, наличие блока сателлитов, сплошные трубчатые цевки, которые упругостью не обладают, наличие быстроходных подшипников блока сателлитов.
Указанные недостатки устранены в предлагаемом изобретений - многофункциональном комплексе электроприводов ПЦР. Многолетние исследования показывают, что создание конструкции электропривода с редуктором с устранением указанных недостатков прототипа невозможно при простом механическом объединении электродвигателя (электромотора) и редуктора.
Необходимо коренное изменение подхода к объединению агрегатов электромоторов и редуктора, основанное на слиянии и совершенствовании их функций. То есть электромотор должен стать частью редуктора с выполнением его функций, а редуктор должен стать частью электромотора со свойственной ему работой.
Требуемый технический результат и цель изобретения - совместить воедино в одной конструкции электромагнитные и механические функции электромотора и редуктора для существенного улучшения технико-экономических параметров предлагаемого многофункционального комплекса МКЭ ПЦР электроприводов на базе планетарного циклоидального редуктора - ПЦР.
Предлагаемый многофункциональный комплекс электроприводов с редуктором ПЦР является новым перспективным направлением в редукторостроении, поскольку зацепление у него циклоидальное круговинтовое, многопарное, упругодеформируемое пружинное со всесторонним объемным центральным, симметричным, самоцентрирующим характером работы во всех парах его зацепления, а также с одновременным использованием магнитопроводящих функций электродвигателя, его статора и ротора. Последнее достигается тем, что его зацепление, опорные и посадочные элементы выполнены симметрично по скользящей посадке конструкции, и эксплуатация редуктора в сборе с комплексом электроприводов с ПЦР осуществляется со смазкой в оптимальных условиях - при минимальных магнитных потерях, на трение и нагрев [7, 8, 9, 11, 12].
Таким образом, в МКЭ ПЦР устранены рабочие сборочные зазоры и люфты. Наряду с высоким КПД (около 95%), данный комплекс электроприводов обладает увеличенной контактной прочностью, надежностью и долговечностью, уменьшенной металлоемкостью и габаритами в 2-3 раза, в процессе работы не создает шума [2-6, 7-12].
Беззазорный безлюфтовый характер зацепления позволяет использовать МКЭ ПЦР в высокоточных системах, а совмещение электродвигателя и ПЦР в едином многофункциональном комплексе электроприводов значительно расширяет области его внедрения. При этом общие производственные и технологические затраты снижаются примерно в 3-5 раз.
Подобные комплексы электроприводов и редукторов могут быть использованы в электроприводах роботов и манипуляторах, в прецизионных наземной, космической и подводной навигациях, ракетной технике, в станкостроении, в электромобилях, на транспорте, в грузоподъемных механизмах, в электролебедках, для передачи вращения в герметичное пространство, в нефтегазовой и других областях промышленности, в медицине и различных научных исследованиях.
Состав и назначение многофункционального комплекса электроприводов на базе ПЦР представлен на фиг.(2-5) и включает главный электродвигатель, главный привод которого соединен с распределительными двигателями (эл. приводами) с помощью упругодеформируемого круговинтового пружинного зацепления в виде разомкнутого центрального ротора фиг.2 или в виде торообразной замкнутой винтовой пружины фиг.3, 5. Перечисленные агрегаты и узлы комплекса размещены на общем основании, корпусе основных объектов, вертолетов, ракет и т.д. Новизна и полезность предлагаемого комплекса МКЭ ПЦР состоит в его универсальности, во-первых, он позволяет суммировать моменты и мощности отдельных двигателей (ЭД) и передавать их суммарные максимальные параметры на главный привод, главный силовой орган (фиг.5) ракет и его элементов (крыш и т.п.), мощных следящих комплексов обсерваторий, локаторов, станций в их наблюдении за оборонными объектами противника, космоса, НЛО, метеоритами, летящими к Земле, в ветроэнергетике. В этом случае технологичнее и эффективнее суммирование силовых параметров отдельных двигателей (ЭД) на главном приводе вышеуказанных агрегатов непрерывного и дискретного управления, чем создание единичных экземпляров сверхмощных двигателей, ЭД, к недостаткам которых прибавляется ненадежность и аварийный выход из строя в условиях необходимой их эксплуатации в агрессивных средах и перегрузках, невозможность их дублирования. Новизна и полезность предлагаемого комплекса состоит и в универсальности распределения моментов и мощностей от главного привода (двигателя, ЭД) на распределительные двигатели (ЭД) фиг.5, например, от главного двигателя на двигатели дополнительных винтов и агрегатов вертолета, на органы управления полетом и маневрированием ракет, на многочисленные органы управления и регулирования космических станций, подводных лодок, авиации, роботов и кибернетических устройств, агрегатов станкостроения, транспорта, нефтегазовой промышленности и т.п. Здесь важны не только высокие КПД и энергетические характеристики, но и значительная надежность и безаварийность МКЭ ПЦР в отличии от характерной аварийности и ненадежности многочисленных существующих передач электрических приводов и их соединений. В результате данный комплекс МКЭ ПЦР со значительными технологичностью, эффективностью (КПД ≥95%) может быть рекомендован для многочисленных систем безаварийного автоматического управления и регулирования наиболее ответственных мощных агрегатов ракет, космоса, исследования глубин земли, океана, новейшего оружия: аварии в этом случае исключены и не требуется их дублирование. Объединение вспомогательных первичных двигателей (электромоторов, ЭД) и ПЦР в единый комплекс МКЭ ПЦР перспективно повышает энергетику, уменьшаются его масса, габариты, затраты на производство и эксплуатацию (~ на порядок). Значительно расширяется диапазон передаваемых рабочих моментов и мощностей, увеличиваются надежность и ресурс работы комплекса до 25 лет с возможность бесшумной эксплуатации и без аварий с перегрузкой.
b
k
k
Исследования и испытания наших изобретений (патента №2312260 от 10.12.2007 г. и др.) показали технологичность и эффективность создания на их базе многофункционального комплекса ЭП ПЦР со значительными суммирующими свойствами по моментам и мощностям при суммировании их от распределительных двигателей (ЭД), приводам и передачи суммарной энергии на главный его привод, двигатель (ГД). Распределительный характер комплекса с передачей энергетических параметров с главного привода, двигателя (ЭД) на вспомогательные распределительные приводы, агрегаты, двигатели (ЭД) обеспечивает их надежную, оптимальную эксплуатацию. По фиг.5 комплекс МКЭ ПЦР представляет центральную сущность предлагаемого изобретения и позволяет практически, конструктивно просто с минимальными затратами и эффективно реализовать основную задачу энергосистем - суммирование и распределение энергии в различных системах, агрегатах и роботах оборонного и промышленного назначения. Существенно и то, что реализация МКЭ ПЦР возможна в ограниченных габаритах и объемах, для их размещения в вертолетах, подводных лодках, космосе, авиации и т.п. Реализации МКЭ ПЦР способствует и то, что его состав может состоять как из электродвигателей, так и из двигателей и приводов различных конструкций, в том числе из двигателей внутреннего сгорания. Так в каждом участке, агрегате (элементе) комплекса МКЭ ПЦР усиление и уменьшение массы, габаритов (фиг 2, 3, 5, 6) определяется передаточным отношением - i по зависимости , где Z - число витков торообразной замкнутой круговинтовой и разомкнутой пружин - ротора, Z - число заходов зацепления пазов магнитопровода статора и пружинного ротора. Для основного замкнутого варианта МКЭ ПЦР по фиг.2, Z=1.
k
k
k
k
В предлагаемом изобретении МКЭ ПЦР предлагается также многозаходный вариант комплекса фиг.6, для которого число заходов в зацеплении по нашим исследованиям оптимален и принят Z=3. Такой вариант комплекса, наряду с расширением диапазона передаточных отношений, имеет и другие дополнительные преимущества и назначения. Так, в перспективе, переход от однозаходного зацепления к многозаходному зацеплению (например, к Z=3) позволит менять в процессе эксплуатации передаточные отношения и, соответственно, передавать рабочие момент и мощность в нужных пределах. Суть трехзаходного зацепления (фиг.6) в том, что проволоки трех соответствующих пружин многозаходного зацепления накатываются на специальные оправки и после их соответствующей термической и технологической обработках все три пружины (Z=3) как одно целое устанавливаются, закрепляются для дальнейшей эксплуатации в односторонней центральной немагнитной металлической или пластмассовом корпусе-оправке, т.е. сборная 3-заходовая пружина подобна промышленному металлопласту функционирует как и однозаходная пружина (основной его вариант). Трехзаходная ответная часть зацепления (статор, шестерни фиг.6, 4) с параметром (Z=3) определяет и передаточные отношения . Технически ценно и важно, что средняя пружина трехзаходного пружинного ротора выполнена медной (две крайние магнито-стальные), ибо в данном случае медная пружина создает наилучшие оптимальные условия взаимодействия электромагнитных полей статора и магнитопроводящего ротора с медными обмотками. В обычных ЭД, как правило, статор и ротор содержат свои токопроводящие медные обмотки.
k
В любом случае, во втором варианте трехзаходная пружина представляется единой пружинной конструкцией ротора, все три его пружины, независимо от материала пружин, работают в общей единой передаче механического движения, в общей кинематике, от статора на пружинный ротор или от пружинного ротора на статор, на шестерни распределительных валов фиг.6, 4. Так при однообразном похожем характере движения однозаходного и трехзаходного ротора последний имеет различия в расширении диапазона передач энергетических параметров, момента и мощности, в соответствии с законом передаточного отношения, которое для трехзаходного определяется зависимостью , где Z=3. Одновременно при использовании трехзаходного ротора происходит увеличение надежности, ресурса эксплуатации при значительных перегрузках трехзаходного зацепления, в лучших условиях его электромагнитного взаимодействия электромагнитных полей статора и ротора при включении в ее трехзаходный ротор медной средней обмотки. Таким образом, центральный магнитопроводящий ротор с медной обмоткой становится полноправным электромагнитным ротором, т.е. статор и ротор трехзаходного комплекса работают и эксплуатируются в оптимальном режиме взаимодействия двух электромагнитных полей статора и ротора. Конструкция трехзаходного пружинного ротора фиг.6 несложна и подобно промышленному металлопласту монтируется и прочно крепится на внутренний пластмассовой или металлической немагнитной оболочке.
Важны различия и преимущества замкнутой и разомкнутой модификаций комплекса МКЭ ПЦР. Замкнутая модификация комплекса существенно необходима при распределении энергии от главного привода, главного электродвигателя на многочисленные дополнительные винты, как у вертолетов, агрегаты и механизмы в ограниченных габаритах и объемах многих боевых, исследовательских и специальных транспортных средств авиации, космоса, подлодок, роботов, манипуляторов и кибернетических агрегатов. Разомкнутая модификация комплекса конструктивно проще замкнутой и позволяет включить большее количество вспомогательных электроприводов, двигателей для концентрации усиленных энергетических параметров на одном или нескольких главных приводах, обслуживающих сложные, громоздкие, силовые станции и агрегаты, обсерватории, локаторы по контролю и наблюдению за полетом космических аппаратов, гражданских и военных объектов, планет, метеоритов и т.п. В этих условиях общие габариты и объемы размещения разомкнутой конструкции комплекса не существенны, поскольку выполняются главные суммирующие силовые функции его. Таким образом, применение и эксплуатация разомкнутой и замкнутых модификаций комплекса определяются общими суммарными условиями конкретных задач указанных комплексов с учетом габаритов и объемов для их размещения, агрессивности среды, работы в космосе, на дне океана и в глубине земли и т.д.
Замкнутая конструкция электропривода, предшествующая конструкции данного изобретения, с однозаходовым магнитопроводящим центральным пружинным ротором разработана, изготовлена и испытана нами [2-6, 10]. Предлагаемое изобретение - комплекс МКЭ ПЦР значительно расширяет предшествующее введение в комплекс значительного количества узлов, деталей и связей между ними. Так в комплекс введены шестерни (от трех до пяти и более) на распределительных валах, на которых закреплены распределительные электродвигатели, электроприводы, приводы. Все эти шестерни, распределительные валы с двигателями (приводами) объединены в единую конструкцию предлагаемого комплекса (фиг.5, 6), который взаимодействует в работе и эксплуатации как общий единый агрегат, объединенный главным электродвигателем, приводом, магнитопроводящим центральным упругодеформируемым замкнутым круговинтовым пружинным ротором, который при эксплуатации постоянно связан, взаимодействует и передает вращение на шестерни распределительных валов с распределительными двигателями (фиг.5). Все эти дополнительные детали, агрегаты, шестерни, распределительные валы с двигателями, приводами внесены в варианты как замкнутого, так и разомкнутого комплексов, объединяемых с главным приводом шестернями и распределительными валами с ЭД, приводами, с помощью однозаходного, трехзаходного магнитопроводящего пружинного ротора (фиг.2, 3, 5, 6).
При всех различиях в конструкциях однозаходового замкнутого и разомкнутого комплексов ЭП ПЦР с трехзаходовым (многозаходовым) центральным пружинным ротором их исполнение технически целесообразно и возможно. Так при разомкнутом комплексе трехзаходовый пружинный вариант ротора последний специально наматывается и закрепляется прочно на центральной трубчатой оправке (пластмассовой или немагнитометаллической), такая сборная единая конструкция разомкнутого пружинного ротора взаимодействует в общем едином агрегате на всех стадиях его работы и эксплуатации. При этом возможности применения разомкнутого комплекса электропроводов с трехзаходовым, как и с однозаходовым ротором, значительно увеличены за счет значительного расширения диапазона передаваемых энергетических параметров, поскольку можно увеличить в конструкции комплекса число главных приводов, ЭД и дополнительных распределительных ЭД, приводов, деталей, агрегатов с учетом возможного расширения работы, габаритов и объемов для размещения разомкнутых вариантов предлагаемого комплекса. При замкнутой конструкции комплекса, трехзаходный пружинный ротор изготовлен и представлен торообразным трехзаходным ротором, собранным и прочно закрепленным на торообразной трубообразной специальной оправке (аналогично, как и для разомкнутого варианта). Такая конструкция замкнутого комплекса с трехзаходовым ротором сложнее, но ее неоспоримое превосходство при использовании данного комплекса в ограниченных габаритах и объеме для его размещения на основных объектах ракет, вертолетов, авиации, космоса, подлодок и т.п.
Указанные недостатки устранены в предлагаемом изобретении МКЭ ПЦР, содержащем корпусные детали (корпус с крышкой, электродвигатели (главные и распределительные), закрепленные и связанные через подшипники) и редуктор, передающий через него вращение от электродвигателя на выходной вал, отличающемся от прототипа применением в нем упругого магнитопроводящего многопарного круговинтового пружинного зацепления-ротора по фиг.2, 3, 5, 6, изготовленного из магнитопроводящей пружины, зацепленного и взаимодействующего с циклоидальными зубьями статора ЭД и шестернями распределительных валов (фиг.3). У прототипа (фиг.1) используется стальное жесткое однопарное зацепление устаревшего эвольвентного профиля [11] с наличием люфтов и зазоров в зацеплении, с ударным характером его работы, приводящим к значительному трению, сокращению ресурса эксплуатации и к разрушению прототипа, а шумы при эксплуатации приводят к обнаружению его, что недопустимо для военных подлодок и т.п.
Многопарное пружинное винтовое зацепление изобретения по фиг.2, 3, 5, 6 отличается бóльшими передаваемыми моментами, мощностями, надежностью, прочностью, длительным ресурсом эксплуатации с перегрузками (≥25 лет) и КПД ≥95% при оптимальном самонастраивающем характере работы в экстремальных условиях и при воздействии на него электромагнитных ядерных импульсов.
Вышеуказанные преимущества комплекса МКЭ ПЦР позволяют успешно и экономно использовать изобретение на транспорте с применением на нем маховичных двигателей конструкции Н.В.Гулиа [12].
Изобретение МКЭ ПЦР по п.1 отличается от прототипа (по фиг.1) экономичностью, технологичностью и простотой конструкции, так необходимыми для внедрения и серийного производства, поскольку для производства МКЭ ПЦР используются промышленные металлургия и производство изготовления специальных стальных пружин весьма широкого ассортимента в оборонной и гражданской технике со значительным опытом и совершенствованием их изготовления, в том числе и химоэлектронной доводкой их взаимодействующих поверхностей, позволяющих обеспечить их реализацию практически без потерь с КПД>95%.
Конструкция МКЭ ПЦР нова и совершенна и тем, что ее упругий пружинный ротор с выпуклым циклоидальным профилем (выступами) находится в постоянном зацеплении с вогнутым профилем (впадинами) статора ЭД и шестернями распределительных валов, с зеркальным отображением круговинтового пружинного профиля ротора. Данные работы отражены в трудах [2-6, 10] и затраты на его производство минимальны и изготовление практически безотходно и оптимально, технологично.
Изготовление магнитопроводящего пружинного ротора, статора и сопрягающих шестерен сокращается по затратам в 5 раз с расширением его внедрения в оборонную, машиностоительную, транспортную и др. технику. При этом увеличивается прочность, надежность, ресурс работы ≥25 лет, передаваемые усиленные моменты и мощности, при безлюфтовом, бесшумном характере его эксплуатации. Существенно и то, что производство МКЭ ПЦР носит экономный сборочный характер из готовых деталей: стальных, витых пружин, роликов, ШП, шестерен с незначительной их доработкой. Производство прототипа по фиг.1 затратно по металлу, переходу части его в стружку, сложной технологии производства (зубодолбление, зубофрезерование, термообработка и т.п.). Отсюда перспективно внедрение МКЭ ПЦР в ракетную, космическую и др. технику.
Изобретение МКЭ ПЦР отличается упругим пружинным круговинтовым зацеплением в виде разомкнутых или замкнутых торообразных пружин ротора, сваренных в конструкцию в виде тора, характеризуется центральным, оптимальным, самонастраивающимся зацеплением циклоидального, круглого профиля. Оно оптимально в многопарности и в том, что круговинтовой выпуклый профиль пружинного ротора по фиг.2, 3, 5, 6 постоянно сопрягается с вогнутым профилем (зубьями) статора ЭД, шестерен [7, 8, 9, 11]. У прототипа по фиг.1 с устаревшим эвольвентным однопарным жестким зацеплением выпуклый профиль зубьев шестерен зацепляется с выпуклым профилем зубьев колес [11]. Отсюда у прототипа люфты и зазоры в зацеплении, значительное трение, ударный характер его работы, приводящий к разрушению. В итоге у прототипа низкий ресурс работы с перегрузками, ненадежность и низкий КПД (≤92%). Экономика производства МКЭ ПЦР с его многопарным круговинтовым пружинным ротором, роликами, ШП, шестернями значительно выше экономики прототипа с устаревшим эвольвентным зацеплением. Так при изготовлении его шестерен и колес 1/3 металла заготовок уходит в стружку, потери. Производство МКЭ ПЦР наиболее перспективно, экономно, безотходно, освоено промышленностью [2-6, 10], а его эксплуатация носит безлюфтовый характер с прецизионной отработкой командных сигналов без потерь информации и допускает эксплуатацию более 25 лет. Ресурс эксплуатации прототипа в лабораторных условиях не превышает 5 лет.
Комплекс электроприводов МКЭ ПЦР (по фиг.2, 3, 5, 6) отличается более совершенной новой технологией изготовления, сбалансированным, упругим магнитопроводящим пружинным ротором с круговинтовым зацеплением, с его центральным расположением и самоприспосабливающимся оптимальным характером работы к объемным силам электромагнитного взаимодействия электромагнитных полей статора и магнитопроводящего пружинного ротора по скользящей посадке, при необходимости со смазкой, а магнитное взаимодействие объемных круговинтовых профилей зацепления статора и пружинного ротора выполнено по замкнутой магнитной цепи без воздушного зазора, то есть с оптимальным максимальным использованием электромагнитной энергией их взаимодействия [7, 8, 9, 11]. Прототип с его односторонней жесткой однопарной ударной зоной зацепления вышеуказанными свойствами не обладает. Последнее ведет к значительным потерям электроэнергии в приводе прототипа, с дальнейшим суммированием потерь от трения в эвольвентных парах зацепления, тепловых потерь и необходимости в дополнительном теплоохлаждении. В комплексе электроприводов МКЭ ПЦР предложен новый своеобразный сателлит, роль которого выполняет магнитопроводящий ротор, вращающийся от вращающегося электромагнитного поля статора и вращающийся совместно с ним (вращающимся электромагнитным полем), по фиг.2, 3, 5, 6.
По аналогии с планетарной передачей роль водила-эксцентрика в изобретении выполняет вращающееся электромагнитное поле статора ЭД.
Сопряжение статора (или его вкладыша, шарикового зацепления), ротора в их совместном зубчатом зацеплении (по фиг.2, 6) тщательно дорабатывается, чтобы зацепление было свободным, по скользящей посадке, без заеданий зубьев ротора во впадинах статора. Положение ротора, его зацепление, во всех режимах сборки и эксплуатации, должно быть односторонним при непосредственном касании зубьев ротора со впадинами статора при постоянном значении эксцентриситета - e между осями статора и ротора [10]. Это необходимое условие нормальной эксплуатации комплекса МКЭ ПЦР.
Комплекс электроприводов МКЭ ПЦР (по п.1) отличается от прототипа более совершенной конструкцией выполнения шестерен распределительных валов по отношению к конструкциям жесткого зубчатого зацепления блока сателлитов с ограниченной однопарной зоной зацепления прототипа по фиг.1. В предлагаемом изобретении шестерни изготовлены по оригинальной технологии с многопарным круговинтовым вогнутым профилем зацепления циклоидального типа и находятся в постоянном зацеплении с круговинтовым выпуклым профилем пружинного ротора комплекса.
При эксплуатации комплекса вращение пружинного ротора через шестерни распределительных валов с ЭД носит более плавный, безлюфтовый, бесшумный характер, без потерь передаваемой информации (фиг.4).
Общая конструкция приводов, ротора, шестерни с распределительными валами и ЭД закреплена на общем основании для комплекса приводов, т.е. на основаниях основных агрегатов: подлодок, вертолетов, ракет, роботов и т.п.
Комплекс МКЭ ПЦР отличается от прототипа по фиг.1 тем, что формирование эксцентриситета - e между осями статора и ротора по фиг.2, 6 выполнено физическим электромагнитным взаимодействием статора и магнитопроводящего ротора. Вращающееся электромагнитное поле статора, по оси статора, воздействует на магнитопроводящий ротор, который односторонне расположен и притянут к статору по оси ротора. Между этими осями возникает и постоянно сохраняется эксцентриситет - e. Эксцентриситет -e изобретения незначителен (порядка единиц мм) и компенсируется общей массой ротора, шестерен распределительных валов и нагрузкой. У прототипа эксцентриситет - e образован принятыми размерами сопрягаемых многих узлов и деталей, что приводит к дисбалансу привода и необходимости его балансировки, а потери на трение в подвижных сопряжениях и ШП прототипа значительно усложняют его эксплуатацию и применение.
Поясним, что вращающееся электромагнитное поле статора ЭД во взаимодействии с магнитопроводящим ротором изобретения строго фиксирует и сохраняет полное вхождение круговыпуклого профиля (выступов, зубьев) ротора в круговогнутое (впадины) статора. Таким образом образуется и сохраняется эксцентриситет - e изобретения. Таким образом эксцентриситет - e изобретения образован одним узлом сопряжения (статора и ротора), а у прототипа эксцентриситет определяется многими узлами сопряжения между его агрегатами и ШП, приводящим к значительным потерям энергии.
В итоге ресурс эксплуатации предлагаемого изобретения достигает ≥25 лет при общем его КПД ≥95%, а у прототипа ресурс не превышает 5 лет при меньшем КПД.
Комплекс электроприводов МКЭ ПЦР по фиг.3, 5 отличается от прототипа применением в нем новой оригинальной конструкции редуктора, обладающего новыми и полезными свойствами распределения и суммирования энергетических параметров, моментов и мощностей, и передачей их в необходимых направлениях. Так при распределении по фиг.3, 5 электроэнергия от главного электродвигателя, привода 1, через шестерни 3, распределительных валов 4 передается на многие дополнительные электроприводы, приводы распределительных валов. В этом новизна, полезность и преимущества МКЭ ПЦР - конструктивно просто и практически без потерь передавать электроэнергию от главного электродвигателя, привода на многочисленные приводы роботов, агрегатов, механизмов, винтов вертолетов, ракет, космических и транспортных средств. Весьма важно, ново, полезно и суммирование энергии, когда общая энергия энергетических параметров моментов и мощностей, поступающих со всех отдельных электродвигателей, приводов (по фиг.5), энергия которых значительно усиливается и концентрируется на главном приводе, электроприводе 1 фиг.5, обеспечивая работу и эксплуатацию мощных, громоздких, сложных и дорогостоящих агрегатов: обсерваторий, локаторов наземного наблюдения за полетом ракет, космических средств противника, НЛО, метеоритов и др. техники.
Комплекс МКЭ ПЦР представлен в 2-х модификациях: разомкнутой по фиг.2, 6 и замкнутой по фиг.3, 5, что связано с конкретной работой и эксплуатацией этих модификаций: объемами и габаритами по их расположению, энергетическими параметрами передаваемых моментов и мощностей, возможностью простого и быстрого увеличения в комплексе 2-х и более главных приводов, многих дополнительных приводов в различных комбинациях. Прототип по фиг.1 вышеуказанными характеристиками не обладает.
b
k
k
Комплекс МКЭ ПЦР по фиг.6 отличается от прототипа, с однопарной жесткой схемой передачи вращения, наличием в нем нескольких разнообразных схем и конструкций, работающих в различных режимах распределения и суммирования энергии с отличными друг от друга характеристиками. За основной вариант передачи энергии, распределения и суммирования, принят комплекс с однозаходовой конструкцией зацепления статора ЭД и магнито-проводящего ротора, для которой передаточное отношение i определяется зависимости , где Z - число витков пружинного ротора, Z - число заходов в их зацеплении, и для однозаходового зацепления Z=1.
k
k
Отсюда и передаточное отношение i определяется числом витков однозаходового пружинного ротора и может составлять ≥100 и т.д. Принят и второй, новый, многозаходный, оптимально трехзаходный вариант, с Z=3, у которого расширен диапазон передаточных отношений , в перспективе допускающий его регулирование при эксплуатации. Трехзаходовый вариант комплекса на фиг.6 позволяет получить новые, полезные и преимущественные характеристики. Так конструкция его ротора (по фиг.6) выполнена из 3-х пружин, две крайние его пружины выполнены магнитопроводящими стальными, а средняя (третья) пружина выполнена медной электропроводящей. При включении 3-заходового комплекса в электросеть оптимальное вращение его ротора (с Z=3) обеспечивается более мощными взаимодействующими вращающимися электромагнитными полями статора ЭД и магнитопроводящего ротора. С увеличением мощности взаимодействия этих полей увеличиваются энергетические характеристики всего комплекса МКЭ ПЦР в целом. В итоге многофункциональный комплекс электроприводов - МКЭ ПЦР выполнен по совершенной эффективной конструкции с фундаментальными функциями распределения и суммирования энергии и ее параметров. При распределении энергия от главного электродвигателя (привода) распределяется с высоким КПД на многочисленные приводы ракет, роботов, подлодок и.т.д. Налицо простой, механически прочный силовой комплекс, допускающий перегрузки при эксплуатации и в агрессивных средах. Нова и функция суммирования комплексом энергии и ее параметров с усилением и концентрацией общих энергетических параметров со всех отдельных электродвигателей (приводов) на главном приводе, электростанции по обслуживанию мощных обсерваторий, локаторов. Внедрение суммирующего комплекса эффективнее изготовления единичных дорогостоящих сверхмощных главных силовых электродвигателей, приводов. Важно и то, что высокопрочный комплекс электроприводов обладает значительным резервом прочности, надежности и при ведении войны. Исследования показали его механически надежную эксплуатацию, работоспособность, живучесть даже в случаях попадания в него пуль, осколков, электромагнитных ядерных импульсов и т.д.
Существующие аналоги и прототипы с их многочисленной и сложной электропроводкой в условиях военных боевых действий совершенно не защищены от повреждения их пулями, осколками, воспламенения и возгорания электропроводки и неприемлемы из-за соответствующей их непригодности для эксплуатации в условиях военного времени.
Источники информации
1. Патенты Франции (Pal. №1440594, 1966 г.; №1452099, 1966 г.; №1477772,1967 г.), США (Pal. №32589994,1966 г.; ЕР 0286760 A1 19.10.1988 г.).
2. Яковлев А.Ф. и др. Планерный циклоидальный редуктор. Патент №1802958 по заявке 4854625/28 от 27.07.1990 г.
3. Яковлев А.Ф. и др. Планерный циклоидальный редуктор. Патент №2059131 от 07.04.1993 г. по заявке 93-018248/28/017813.
4. Соловцов Н.Е., Яковлев А.Ф. Планерный циклоидальный редуктор. Патент №2153613 от 27.07.2000 г.
5. Соловцов Н.Е., Яковлев А.Ф. Электропривод с планетарным циклоидальным редуктором. Патент №2206805 от 20.06.2003 г.
6. Кириллов Ю.Ф., Яковлев А.Ф. Планерный циклоидальный редуктор повышенной мощности. Патент №2251038 от 27.04.2005 г.
7. Советский энциклопедический словарь. Гл. ред. A.M.Прохоров. М.: Совет. энциклопедия, 1987 г., с.915, 933, 1165, 1475.
8. Политехнический словарь. Гл. ред. И.И.Артоболевский. М.: Совет. энциклопедия, 1977 г., с.268, 295, 323, 330, 437, 552.
9. Николис Г., Пригожий И. Самоорганизация в неравновесных системах. Перев. с англ. М., 1979 г.
10. Кириллов Ю.Ф., Яковлев А.Ф. и др. Электропривод с редуктором повышенной эффективности (варианты). Патент RU 2312260 С2 от 10.12.2007 г.
11. Акад. Благонравов А.А. «Преимущества огромны». Статья в газете «Правда» от 21.03.1960 г.
12. Гулиа Н.В. Маховичные двигатели. М.: «Машиностроение», 1976 г.