Электромеханический привод поступательного действия

Предлагаемая к защите полезная модель относится к области машиностроения, предназначена для преобразования электрической энергии в энергию поступательного движения и может быть использована в авиакосмической, транспортной, строительной, сельскохозяйственной, пищевой, металлургической, обрабатывающей и других отраслях промышленности.
Из патентной литературы известен электромеханический мини-привод поступательного действия, патент RU №2526366, F16H 25/22, содержащий электродвигатель, промежуточную передачу и шариковинтовую передачу, включающую винт и сепаратор с телами качения, размещенный в корпусе с внутренней цилиндрической поверхностью, при этом сепаратор с телами качения является входным звеном, а винт выходным.
В связи с тем, что в указанном приводе входным звеном является сепаратор с телами качения, а выходным - винт, расположенный внутри сепаратора, в нем возникает относительно большой момент инерции, что в свою очередь влияет на надежность, а также на нагрузочную способность.
Элетромеханический привод поступательного действия, патент RU 2671662, F16H 25/22, принятый за более близкий аналог к предлагаемому техническому решению, частично устраняет указанный недостаток - наличие большого момента инерции. Он содержит электродвигатель, редуктор с промежуточными передачами и винтовую передачу с винтом и сепаратором с телами качения, дополнительно использует в качестве входного звена вращающийся винт, а выходным звеном является гайка, выполненная в форме поршня, состоящего из сепаратора с гнездами, в которых размещены тела качения, и корпуса с гладкой цилиндрической внутренней поверхностью, сепаратор и корпус расположены коаксиально и жестко соединены между собой по торцам сепаратора так, что тела качения, в процессе работы привода, постоянно контактируют с поверхностью профиля винта, внутренней поверхностью профиля гайки и поверхностями гнезд сепаратора, расположенных по винтовой линии с шагом, равным шагу винта, при этом в качестве тел качения используются шарики или ролики, выполненные с коническими торцевыми поверхностями и сферическими вершинами.
Но у указанного привода осталась не высокая нагрузочная способность, а также низкие скоростные характеристики.
Задача, решаемая предлагаемым к защите техническим решением, повышение нагрузочной способности, скорости и надежности функционирования.
Техническим результатом, достигаемым предложенным техническим решением, является достижение высоких эксплуатационных качеств: управление положением рабочего органа с высокой надежностью и скоростью при минимальных энергетических затратах, а также обеспечение отсутствия механических люфтов, что обеспечивает высокую точность перемещения выходного штока и защиту исполнительного механизма от загрязнения.
Указанный технический результат достигается тем, что электромеханический привод поступательного движения, содержащий электродвигатель, редуктор, соединенный с механизмом преобразования вращательного движения в поступательное, выполненным в виде планетарной роликовинтовой передачи, входным звеном которой является вращающийся винт, а выходным - гайка, снабжен установленными на вращающемся винте тормозным механизмом и датчиком обратной связи, электродвигатель имеет блок управления, резьба вращающегося винта и гайки роликовинтовой передачи выполнена многозаходной, ролики имеют ответную резьбе винта и гайки однозаходную резьбовую поверхность и концевые цапфы, закрепленные с возможностью вращения в отверстиях сепараторов, концентрично установленных относительно винта во втулках, которыми оснащена гайка, размещенных внутри гайки по ее концам и имеющих ступенчатую внутреннюю поверхность, меньший диаметр которой выполнен с зубчатым венцом, ответным резьбе на поверхности роликов.
Зубчатые венцы втулки, установленной по концам гайки, препятствуют выкручиванию роликов из зацепления, а сепараторы равномерно распределяют ролики относительно винта.
Оснащение электродвигателя блоком управления, т.е установка серводвигателя, использование планетарной роликовинтовой передачи, в которой выходным звеном является гайка в зацеплении со штоком: ролики, как тела качения, вращаются вокруг своей оси и оси винта - передает движение от винта к гайке.
Конструктивной особенностью предлагаемого привода является использование планетарной роликовинтовой передачи, в которой многозаходность резьбы гайки и винта, а также однозаходность резьбы внешней поверхности ролика, - обеспечивают преобразование вращательного движения в поступательное с более высокой скоростью по сравнению с приводом, принятым за прототип.
Если в прототипе число точек контакта в шариковинтовой передаче ограничивается размерами шарика, то в конструкции роликовинтовой передачи с планетарным расположением роликов имеется большее количество точек контакта (зависит от шага резьбы), чем возможно в шариковинтовой передаче сравнимых размеров - вследствие чего обеспечивается высокая нагрузочная способность, а также улучшенная жесткость планетарной роликовинтовой передачи.
Кроме того, для увеличения надежности предлагаемого электромеханического привода, зазор между внешней резьбой винта, внутренней резьбой гайки и внешней резьбой роликов должен стремиться к минимуму.
Особенность предлагаемой конструкции заключается в низких допусках размерной цепочки контактных витков зацепления, что повышает надежность исполнения заданного закона движения привода.
Датчик обратной связи позволяет с требуемой точностью определять текущее положение выходного штока. При получении приводом сигнала на изменение рабочего положения срабатывает система обратной связи серводвигателя.
На фиг. 1 схематично показан электромеханический привод поступательного действия, фиг. 2 - продольный разрез планетарной роликовинтовой передачи, фиг. 3 - вид сбоку на планетарную роликовинтовую передачу, фиг. 4 - вид Б (увеличено) - расположение точек контакта между битном и гайкой с многозаходной резьбой, и роликом, имеющим однозаходную внешнюю резьбу, в конструкции роликовинтовой передачи с планетарным расположением роликов.
Электромеханический привод поступательного действия содержит электродвигатель 1, редуктор 2, соединенный с механизмом преобразования вращательного движения в поступательное, выполненным в виде роликовинтовой передачи 3, тормозной механизм 4 и датчик обратной связи 5. Входным звеном роликовинтовой передачи 3 является вращающийся винт 6. а выходным - гайка 7. Электродвигатель 1 имеет блок управления, и поэтому называется серводвигателем.
Резьба вращающегося винта 6 и гайки 7 роликовинтовой передачи 3 выполнена многозаходной, ролики 8 имеют ответную резьбе винта 6 и гайки 7 однозаходную резьбовую поверхность и концевые цапфы 9, закрепленные с возможностью вращения в отверстиях сепараторов 10, концентрично установленных относительно винта 6 во втулках 11, которыми оснащена гайка 7. Втулки 11 размещены внутри гайки 7 по ее концам и имеют ступенчатую внутреннюю поверхность, меньший диаметр которой выполнен с зубчатым венцом 12, ответным резьбе на поверхности роликов 8 (для лишения степени их свободы, исключения выкручивания).
Зубчатые венцы 12, с помощью зубчатого зацепления, возвращают ролики 8 в рабочее положение.
Гайка 7 находится в жестком зацеплении с рабочим органом посредством проушины 13.
С помощью датчиков обратной связи 5 корректируется перемещение роликовинтовой передачи для минимизации ошибки выполнения заданного закона движения - повышения точности и надежности работы электромеханического привода. В случае критичной ситуации, отклонения от заданного нагружения и других параметров, срабатывает тормозной механизм 4.
Блок управления задает сигнал электродвигателю 1, который посредствам редуктора 2 передает вращающий момент на винт 6 планетарной роликовинтовой передачи 3. Винт 6 посредствам зубчатого зацепление задает вращение роликам 8, которые вращаясь вокруг своей оси и оси винта 6, задают поступательное перемещение гайке 7.
По причине многозаходности резьбы гайки и винта контакт с однозаходной резьбой роликов выполняется не линейный, а в одной точке, что позволяет повысить скорость по сравнению с прототипом. Нагрузочная способность зависит от количества точек контакта, что указывает на высокую нагрузочную способность выше, чем у прототипа. В результате при аналогичных габаритах получен электромеханический привод со значительными высокими скоростными и нагрузочными характеристиками.