ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Электромеханический привод (далее - привод) относится к машиностроению и приборостроению, в частности к приводам, преобразующим вращательное движение в поступательное.

Известны электромеханические приводы, выпускаемые фирмой SKF, состоящие из электродвигателя, корпуса с направляющим цилиндром, передачи винт-гайка качения [Каталог роликовинтовых и шариковинтовых передач, выпускаемых фирмой «La technique integrale» под торговой маркой «Transrol» - France imp. Maistrello / Chambery, 1970. - 50 с; SKF roller screws. Catalogue n° 4351/7 E. June 2002. Printed in France. 62 p.].
Недостатки приводов фирмы SKF связаны с недостатками передач с короткими резьбовыми роликами, а именно пониженная грузоподъемность, точность, плавность работы и надежность электропривода.
Известен электромеханический привод (А.с. №955375, опубл. 30.08.82, бюл. №32), включающий в себя два электродвигателя, имеющих полый ротор, внутри каждого размещена передача винт-гайка, причем оси этих передач параллельны друг другу, винты обеих передач жестко соединены между собой, имеют равные ходы при различном числе заходов резьбы на них, оба двигателя закреплены на одном основании, а передача винт-гайка выполнена с резьбовыми роликами.
Данный привод обеспечивает повышенную точность, при высокой грузоподъемности, за счет применения двух параллельно расположенных исполнительных механизмов на базе передачи винт-гайка, причем, винты этих передач имеют разные числа заходов резьбы, что исключает проскальзывание в резьбах и нарушение постоянства передаточного числа передачи. Но применение двух электродвигателей имеет недостатки в виде повышенных габаритных размеров и пониженной надежности, так как для реализации функциональных характеристик необходимо точное согласование вращения двух электродвигателей. При выходе из строя хотя бы одного электродвигателя нарушается работоспособность.
Наиболее близким аналогом является электромеханический привод на базе передачи с длинными резьбовыми роликами (патент РФ №2297563, опубл. 20.04.2007, бюл. №16), принятый в качестве прототипа, содержащий электродвигатель и передачу с длинными резьбовыми роликами, состоящую из винта, длинных резьбовых роликов, ходовой гайки, опорной гайки, зубчатых венцов на концах винта, роликов, зубчатого эпицикла опорной гайки, опорная гайка, закрепленная в корпусе передачи, имеет с направляющим цилиндром резьбовое соединение по посадке с зазором, при этом торцевая поверхность направляющего цилиндра поджата к торцевой поверхности бурта этой гайки, ходовая гайка выполнена в виде единой детали со штоком, зубчатый эпицикл опорной гайки, закрепленной в корпусе передачи, разделен в осевом сечении на два отдельных зубчатых эпицикла, которые закручены друг относительно друга для выборки зазоров зубчатых зацеплениях, внутри штока установлена вторая опорная гайка, имеющая на своей торцевой поверхности соединение «впадина-выступ» с торцевой поверхностью третьего зубчатого эпицикла, сопряженного с зубчатыми венцами роликов и закрепленного через подшипник на конце винта.
Данный привод имеет небольшие габаритные размеры и вес за счет компоновки в виде ходового цилиндра, но обладает следующими недостатками:
а) сопряжение направляющего цилиндра с первой опорной гайкой по посадке с зазором и поджатие его в торцевую поверхность первой опорной гайки по средством резьбового соединения не обеспечивает необходимую угловую жесткость (устойчивость) направляющего цилиндра, что может привести к заклиниванию передачи при действии осевых сжимающих сил на шток. Кроме того, резьбовое соединение не обеспечивает надежной фиксации направляющего цилиндра с первой опорной гайкой, что может привести к раскручиванию направляющего цилиндра под действием динамических нагрузок и, как следствие, потере работоспособности привода.
б) сложность контроля соединения «впадина-выступ» при сборке зубчатого эпицикла со второй опорной гайкой. При нарушении этого соединения вследствие неправильной сборки, вторая опорная гайка, находясь в свободном состоянии, под действием вибрации во время работы может неконтролировано перемещаться по блоку длинных резьбовых роликов и ограничить ход ходовой гайки, что приведет к удару ее о вторую опорную гайку.
в) отсутствие специальных отверстий для необходимого дренажа воздуха внутри привода. Переменный объем цилиндрической полости между оголовком штока и зубчатым венцом второй опорной гайки, приводит к повышению сопротивления из-за необходимости продавливания воздуха через зазоры между деталями, тем самым, снижая коэффициент полезного действия привода.
г) отсутствие защиты привода от загрязнений и воздействий окружающей среды снижает надежность привода.
Задачей данной полезной модели является разработка конструкции электромеханического привода, обеспечивающей повышение его надежности, жесткости и коэффициента полезного действия.
Указанная цель достигается тем, что привод, содержащий электродвигатель и передачу с длинными резьбовыми роликами, состоящую из центрального винта, длинных резьбовых роликов, первой опорной гайки, установленной в корпусе передачи, зубчатого эпицикла первой опорной гайки, ходовой гайки, выполненной в виде единой детали со штоком, длина которого не меньше максимальной величины перемещения ходовой гайки внутри направляющего цилиндра, второй опорной гайки, которая установлена внутри штока и имеет на своей торцевой поверхности соединение «впадина-выступ» с торцевой поверхностью зубчатого эпицикла второй опорной гайки, сопряженного с зубчатыми венцами роликов и закрепленного через подшипник на конце винта, первая опорная гайка, имеет с направляющим цилиндром соединение по цилиндрической посадке с зазором, величина которого не меньше отклонения от соосности наружной поверхности ходовой гайки и внутренней поверхности направляющего цилиндра, корпус, первая опорная гайка и направляющий цилиндр снабжены фланцами с центрирующими цилиндрическими поясками, поверхности стыка фланцев поджаты друг к другу с помощью болтов с контргайками при обеспечении перпендикулярности этих поверхностей к осям их деталей в заданных пределах, при этом отверстия под болты выполнены резьбовыми только во фланце корпуса, зубчатый эпицикл первой опорной гайки установлен в ней с помощью сегментной шпонки по конической посадке с натягом и поджат в осевом направлении силами упругости податливого кольца, размещенного в кольцевой канавке корпуса, на торцевой поверхности зубчатого эпицикла второй опорной гайки напротив соединения «впадина-выступ» имеются сквозные отверстия, шток имеет резьбовое соединение с оголовком штока и между ними установлена стопорная шайба, лепестки которой зафиксированы в пазах на боковых поверхностях штока и оголовка поочередно, а на боковой поверхности направляющего цилиндра рядом с первой опорной гайкой имеются сквозные отверстия, находящиеся внутри гофрированного чехла, один конец которого закреплен на направляющем цилиндре, другой на оголовке штока.
Сущность полезной модели представлена в описании и на чертеже, на котором изображен общий вид электромеханического привода.
Привод включает в себя винт 1, длинные резьбовые ролики 2, ходовую гайку 3, оголовок штока 4, первую опорную гайку 5 закрепленную в корпусе 6, зубчатый эпицикл 7 первой опорной гайки, направляющий цилиндр 8, вторую опорную гайку 9, соединение "впадина - выступ" 10, зубчатый эпицикл 11 второй опорной гайки с отверстиями на его торце 12, подшипник 13, отверстия 14 на направляющем цилиндре, болты 15, гайки 16, податливое кольцо 17, сегментную шпонку 18, гофрированный чехол 19, хомуты 20, стопорную шайбу 21 и электродвигатель 22.
Привод работает следующим образом. От электродвигателя 22, вращающий момент прикладывается к винту 1 передачи. Винт приводит в движение длинные резьбовые ролики 2, которые обкатываются по винту, совершая планетарное движение. Длинные резьбовые ролики обкатываются также по неподвижной первой опорной гайке 5, а ходовая гайка 3, зафиксированная от поворота, осуществляет осевое перемещение. Ходовая гайка выполнена в виде единой детали со штоком, и соединена через оголовок штока 4 с рабочим органом.
Для обеспечения соосности первой опорной гайки 5 и ходовой гайки 3, первая опорная гайка, имеет с направляющим цилиндром 8 соединение по цилиндрической посадке с зазором, величина которого не меньше отклонения от соосности наружной поверхности ходовой гайки и внутренней поверхности направляющего цилиндра. Первая опорная гайка и направляющий цилиндр снабжены фланцами с центрирующими цилиндрическими поясками, поверхности стыка фланцев поджаты друг к другу с помощью болтов 15 с контргайками 16 при обеспечении перпендикулярности этих поверхностей к осям их деталей в заданных пределах. Отверстия под болты выполнены резьбовыми только во фланце корпуса 6.
Данное соединение обеспечивает повышенную угловую жесткость (устойчивость) направляющего цилиндра 8, предохраняя тем самым передачу от заклинивания при действии на шток осевых сжимающих сил, и обеспечивает надежную фиксацию от раскручивания первой опорной гайки 5 и направляющего цилиндра 8.
Оголовок штока 4 и ходовая гайка 3 имеют резьбовое соединение и между ними установлена стопорная шайба 21, лепестки которой зафиксированы в пазах на боковых поверхностях штока и его оголовка поочередно. Такое соединение обеспечивает надежную их фиксацию и препятствует ослаблению соединения под действием динамических нагрузок, возникающих во время работы привода. В противном случае, как показали испытания в эксплуатационных условиях, может произойти раскручивание оголовка штока и потере работоспособности привода.
Зубчатый венец 7 первой опорной гайки 5 установлен в ней с использованием сегментной шпонки 18 по конической посадке с натягом и поджат в осевом направлении силами упругости податливого кольца 17, размещенного в кольцевой канавке корпуса 6.
Фиксация зубчатого венца 7 по конической посадке с натягом обеспечивает его точное центрирование в первой опорной гайке 5. Податливое кольцо 17 препятствуют ослаблению конической посадки, а сегментная шпонка 18, в свою очередь, исключает проворачивание зубчатого венца вместе с блоком винта 1 с длинными резьбовыми роликами 2 в первой опорной гайке. В противном случае это приведет к смещению зубчатого венца вместе с блоком относительно первой опорной гайки и ходовой гайки 3. В свою очередь смещение нарушает постоянство передаточного отношения передачи и, как следствие, работоспособность привода.
Ходовая гайка 3 установлена на второй опорной гайке 9 по ходовой посадке. Вторая опорная гайка связана с зубчатым эпициклом 11 посредством соединения «впадина выступ» 10. На торцевой поверхности зубчатого эпицикла второй опорной гайки имеются отверстия 12. Зубчатый эпицикл второй опорной гайки связан с винтом 1 передачи через подшипник 13, закрепленный на выходном конце винта.
Отверстия 12 обеспечивают визуальный контроль надежности сборки соединения «впадина-выступ» 10, гарантирую надежность попадания выступа во впадину, что исключает перемещение второй опорной гайки 9 по блоку длинных резьбовых роликов под действием вибраций, возникающих в процессе работы привода. Таким образом, обеспечивается расчетный ход ходовой гайки 3, исключающий ее удар о вторую опорную гайку.
Отверстия 14 направляющего цилиндра 8 и отверстия 12 зубчатого эпицикла 11 второй опорной гайки, обеспечивают дренаж воздуха внутри привода, снижая сопротивление движению его подвижных частей, т.е. повышая коэффициент полезного действия привода.
Гофрированный чехол 19 одним концом закреплен на направляющем цилиндре 8, а другим на оголовке штока 4 с помощью хомутов 20. Он обеспечивает защиту привода от загрязнений и воздействий окружающей среды, повышая его надежность.
Использование предложенной полезной модели позволяет повысить надежность, жесткость и коэффициент полезного действия электромеханического привода.