ПРЯМОХОДНЫЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЗМ
STRAIGHT-RUNNING EXECUTIVE ELECTROMECHANISM

Изобретение относится к областям авиастроения и электромашиностроения и может быть использовано для приводов различных устройств, преимущественно на летательных аппаратах.
Известен приводной электромеханизм [Патент RU 2277195 С2. - МПК: F16H 1/48 (2006.01), В64С 13/50 (2006.01) опубл. 27.05.2006 г. Бюл. №15], содержащий электродвигатель со встроенной тормозной электромагнитной муфтой, редуктор и блок микропереключателей, а также размещенное на конце вала вентильного электродвигателя солнечное колесо первой ступени трехступенчатой планетарной передачи с общим эпициклом с опорным цилиндрическим шипом, и водило, на котором размещены сателлиты первой ступени и солнечное колесо второй ступени, выполненное с расположенной со стороны шипа торцевой расточкой, соосной с водилом, в которой запрессована втулка из антифрикционного материала и подвижно установлен шип.
Недостатком данного устройства является низкая надежность механизма выходного звена. Это обусловлено тем, что в устройстве за возвратно-поступательное движение выходного звена обеспечивает винт ШВП, который обладает ограничением по длине и скорости вращения, а также, в виду сложности изготовления и низкой ремонтопригодности - весьма непрактичен при эксплуатации в приводном электромеханизме.
Наиболее близким к заявляемому устройству является прямоходный исполнительный механизм [Патент RU 2297088 С1. - МПК: H02K 7/06 (2006.01), H02K 7/10 (2006.01) опубл. 10.04.2007 г. Бюл. №10], содержащий корпус, на котором установлены электродвигатель с фланцем и винт на подшипниках со шкивами и приводным ремнем, защитная трубка и втулка с размещенным в ее направляющей штоком с силовой гайкой и наконечником, шпонку устройства антипроворота штока, гайку зажима подшипников, индуктивные концевые выключатели, кроме того механизм снабжен устройством регулирования натяжения приводного ремня, устройством подвода смазки и устройством механического стопорения гайки зажима подшипников в корпусе, причем во внутренней части защитной трубы с обеих сторон введены упоры, на конце штока выполнены продольный паз, радиальное отверстие и наружный буртик, установленный с возможностью взаимодействия с упорами, а в продольный паз и радиальное отверстие вставлен вкладыш, который своими боковыми поверхностями охватывает шпонку и снабжен выступом, расположенным в шпоночном пазу силовой гайки, размещенной внутри штока, при этом промежуточная втулка выполнена цельной и соединена с винтом фиксирующим элементом, установленным в месте расположения какого либо подшипника.
Недостатком данного устройства является низкая надежность работы основных узлов и механизмов, поскольку возвратно-поступательного движения наконечника обеспечивает шпонка и вкладыш, фиксирующие от проворота гайку и шток, которые защищены от проворотов лишь в одной точке крепления шпонки и вкладыша. Следовательно, при нагрузке устройства будет возникать повышенный изгибающий момент, что повлечет за собой некорректную работу всех элементов конструкции и в итоге приведет к поломке устройства.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы прямоходного исполнительного электромеханизма.
Указанный технический результат достигается тем, что в прямоходном исполнительном электромеханизме содержится корпус, на котором установлен механизм преобразования электрической энергии в механическую с приводным ремнем и шкивами, соединенными с винтом с упорами на подшипниках, поверх винта установлены силовая гайка и гайка зажима подшипников с втулкой, на торцевой части силовой гайки установлен наконечник, поверх силовой гайки установлена защитная труба, на которой закреплены индуктивные концевые включатели, при этом дополнительно установлены устройство регулирования натяжения приводного ремня, закрепленное на корпусе, устройство подвода смазки, закрепленное на наконечнике, и устройство механического стопорения гайки зажима подшипников, кроме того, силовая гайка выполнена с внутренним шлицевым пазом, внутри которого установлена полумуфта, при этом гайка установлена между наконечником и защитной трубой, также между гайкой и винтом, установлен механизм преобразования вращательного движения в поступательное, а на торцевой части винта установлен механизм удерживания, поверх которого, на торцевой части механизма преобразования вращательного движения в поступательное, установлены фланец и регулировочные элементы, при этом между фланцем и регулировочными элементами установлены упругие элементы.
Сущность данного изобретения заключается в том, что силовая гайка выполнена с внутренним шлицевым пазом, внутри которого установлена полумуфта, при этом гайка установлена между наконечником и защитной трубой, также между гайкой и винтом, установлен механизм преобразования вращательного движения в поступательное, а на торцевой части винта установлен механизм удерживания, поверх которого, на торцевой части механизма преобразования вращательного движения в поступательное, установлены фланец и регулировочные элементы, при этом между фланцем и регулировочными элементами установлены упругие элементы.
В аналогах и прототипе прямоходного исполнительного электромеханизма надежность работы на низком уровне, ввиду особенностей конструкции исполнительных узлов, в частности, механизмов выходного звена.
В изобретении повышение надежность работы механизмов осуществляется следующим образом.
Повышение надежности работы прямоходного исполнительного электромеханизма достигается установкой механизма преобразования вращательного движения в поступательное, который закреплен между силовой гайкой и винтом. Механизм преобразования вращательного движения в поступательное может состоять из: винта-гайки [Передача винт-гайка: учебное пособие / сост. В.О. Варганов, М.В. Аввакумов, М.В. Колычев, В.М. Гребенников. В.А. Романов; СПбГТУРП. - СПб., 2015. - 57 с.], шпоночного соединения, связывающего силовую гайку и защитную трубу, и винтового соединения, связывающего силовую гайку с наконечником. За счет того, что силовая гайка и винт-гайка находятся в плотном зацеплении по всей поверхности контакта, винт-гайка обеспечивает передачу крутящего момента на силовую гайку практически без потерь. Шпоночное и винтовое соединения силовой гайки с другими элементами ходовой части устройства обеспечат равномерное продольное возвратно-поступательное движение наконечника при работе прямоходного исполнительного электромеханизма.
В итоге, посредством установки механизма преобразования вращательного движения в поступательное, изгибающий момент, приходящийся на винт во время работы прямоходного исполнительного электромеханизма, будет минимальным в виду равномерного распределения нагрузки между силовой гайкой, защитной трубой, наконечником и механизмом преобразования вращательного движения в поступательное. Следовательно, работа всех элементов конструкции будет корректной, и надежность всего устройства на высоком уровне.
Повышение надежности работы прямоходного исполнительного электромеханизма достигается тем, что силовая гайка выполнена с внутренним шлицевым пазом, в котором установлена полумуфта [https://voronezh.yavitrina.ru/product/ /jgiqDvQgSZLoy6NuT4nTlg. Дата обращения: 15.10.2020 г.]. Это обеспечивает отсутствие холостых проворотов силовой гайки вокруг оси винта, которые могут возникать при больших нагрузках на винт и наконечник, и, следовательно, приводить к некорректной работе и поломке устройства. При эксплуатации прямоходного исполнительного электромеханизма установленная полумуфта взаимодействует с механизмом удерживания, который установлен на торцевой части винта. Механизм удерживания может быть выполнен в виде стопорного кольца и сепаратора. Полумуфта, стопорное кольцо и сепаратор создают новую механическую связь, которая в ходе эксплуатации устройства обеспечивает продольное перемещение наконечника без возможности его вращения. Следовательно, на наконечник не будут приходить динамические повторно-переменные нагрузки кручения, которые приводят к ускоренному износу и возможным поломкам устройства в ходе его эксплуатации.
За счет недопущения холостых проворотов силовой гайки вокруг оси винта и создания новой механической связи, которая исключает возможность вращения наконечника, достигается высокая надежность электромеханизма и его основных узлов и механизмов в ходе их эксплуатации.
Также повышение надежности работы прямоходного исполнительного электромеханизма достигается установкой фланца и регулировочных элементов, между которыми установлены упругие элементы. Регулировочные элементы могут быть выполнены в виде прецизионных ходовых винтов [http://www.инструменты-всем.рф/gost_7805-70. Дата обращения: 15.10.2020]. Упругие элементы могут быть выполнены в виде пружин [http://prughin.ru/index/gost_9389_75/0-132. Дата обращения: 15.10.2020]. Фланец может быть выполнена в виде муфты [Поляков B.C., Барбаш О.А., Ряховский О.А. Справочник по муфтам, с. 142].
В ходе эксплуатации устройства фланец входит в зацепление с полумуфтой и механизмом удерживания, далее по прецизионным ходовым винтам происходит подъем полумуфты и фланца до определенного вертикального положения. Контрпружины, установленные между фланцем и прецизионными ходовыми винтами, производят выброс зацепления фланца и полумуфты за предел торцевой поверхности винта. При этом движение силовой гайки блокируется, и затем происходит разблокировка продольного движения механизма преобразования вращательного движения в продольное. Тем самым достигается повышенная длина хода устройства, и исключается заклинивание винтовой пары (винта и силовой гайки), следовательно, обеспечивается высокая надежность всего электромеханизма в целом.
Тем самым достигается указанный в изобретении технический результат.
На фигуре изображена общая структурная схема предлагаемого прямоходного исполнительного электромеханизма в представленных выше вариантах исполнения основных элементов, таких как: механизм преобразования вращательного движения в поступательное и механизм удерживания.
На фигуре обозначены: 1 - корпус, 2 - механизм преобразования электрической энергии в механическую, 3 и 4 - шкивы, 5 - приводной ремень, 6 - защитная труба, 7 - винт, 8 - наконечник, 9 - подшипники, 10 - устройство механического стопорения гайки зажима подшипников, 11 - втулка, 12 - индуктивные концевые выключатели, 13 - устройство регулирования натяжения приводного ремня, 14 - устройство подвода смазки, 15 - гайка зажима подшипников, 16 - упоры, 17 - элементы крепления, 18 - механизм преобразования вращательного движения в поступательное, 19 - винт-гайка, 20 - шпоночное соединение, 21 - винтовое соединение, 22 - силовая гайка, 23 - полумуфта, 24 - механизм удерживания, 25 - сепаратор, 26 - стопорное кольцо, 27 - фланец, 28 - регулировочные элементы, 29 - упругие элементы, 30 - внутренний шлицевой паз.
Назначение введенных элементов заключается в следующем.
Механизм преобразования вращательного движения в поступательное 18 предназначен для передачи крутящего момент на силовую гайку 22 с минимальными потерями хода движения. Кроме того, механизм преобразования вращательного движения в поступательное 18 предназначен для понижения приходящих нагрузок на силовую гайку 22 при ее линейном возвратно-поступательном движении.
Внутренний шлицевой паз 30, выполненный во внутренней поверхности силовой гайки 22, предназначен для перемещения вдоль винта 7 и силовой гайки 22 полумуфты 23, которая предназначена для недопущения холостого проворота силовой гайки 22.
Фланец 27 и регулировочные элементы 28, между которыми установлены упругие элементы 29, совместно с полумуфтой 23 предназначены для недопущения холостого проворота силовой гайки 22 в ходе работы устройства, а также для блокировки движения силовой гайки 22 в момент достижения ее максимального хода движения и разблокировки продольного движения механизма преобразования вращательного движения в поступательное 18.
При этом регулировочные элементы 28 и упругие элементы 29, предназначены для взаимного подъема фланца 27 и полумуфты 23. Упругие элементы 29 производят их выброс за предел торцевой поверхности винта 7. Тем самым обеспечивается увеличение длины хода прямоходного исполнительного механизма и исключение заклинивания его ходовой части (винта 7 и силовой гайки 22), что в значительной степени повышает надежность работы устройства в целом.
Механизм удерживания 24, который может быть выполнен в виде стопорного кольца 26 и сепаратора 25, предназначен для удерживания фланца 27 от проворотов и вращения в момент его работы.
Прямоходный исполнительный электромеханизм работает следующим образом.
Вращение от механизма преобразования электрической энергии в механическую 2, который закреплен в корпусе 1 с помощью элементов крепления 17, передается через шкивы 3 и 4 приводным ремнем 5 на винт 7.
Винт 7 передает движение на механизм преобразования вращательного движения в поступательное 18, который находится в зацеплении с силовой гайкой 22. Поскольку силовая гайка 22 совместно с защитной трубой 6 и наконечником 8 зафиксированы от проворота винтовым 21 и шпоночным соединениями 20, то силовая гайка 22 и защитная труба 6 совершают возвратно-поступательное движение, перемещая наконечник 8, соединенный с рабочим органом (на фигуре не показан). При этом упоры 16, установленные на торцах винта 7, смягчают удары силовой гайки 22, не приводя к повреждениям устройства. Осевое и часть радиальных усилий через подшипники 9 воспринимает втулка 11, при этом на другие детали ходовой части электромеханизма данное усилие не распространяется.
Повышение надежности работы устройства достигается следующим образом.
При эксплуатации электромеханизма по внутреннему шлицевом пазу 30, который выполнен внутри силовой гайки 22, вдоль винта 7, полумуфта 23 совершает вращательное и линейное движения, при этом не допускает проворота силовой гайки 22. При достижении определенного вертикального положения полумуфта 23 входит в зацепление с фланцем 27, который закреплен на торцевой части механизма преобразования вращательного движения в поступательное 18 с помощью стопорного кольца 26 и сепаратора 25. Далее происходит взаимный подъем полумуфты 23 и фланца 27 по регулировочным элементам 28, причем стопорное кольцо 26 и сепаратор 25 удерживают фланец 27 от проворотов и вращения. При этом упругие элементы 29 сжимаются, и в определенный момент за счет силы сжатия происходит выброс полумуфты 23 и фланца 27 за пределы ходовой части электромеханизма - происходит блокировка движения силовой гайки 22 и разблокировка продольного движения винта-гайки 19, то есть переключение винтовой пары винт 7 и силовая гайка 22 на винтовую пару винт 7 и винт-гайка 19. При этом длина хода наконечника 8 увеличится соразмерно с длинной винта-гайки 19.
Реверсивное движение прямоходного исполнительного электромеханизма происходит аналогично процессам его работы, но последовательность действий обратная.
Также стоит отметить следующие аспекты работы электромеханизма: регулирование величины натяжения приводного ремня 5, а также его подтяжка при эксплуатации происходит за счет устройства регулирования натяжения приводного ремня 13, которое расположено на корпусе 1;
пополнение смазки при эксплуатации происходит за счет устройства подводки смазки 14, расположенного на наконечнике 8;
дополнительная подтяжка подшипников 9 происходит с помощью гайки зажима подшипников 15, которая взаимосвязана с механическим устройством стопорения 10;
для регулирования хода силовой гайки 22 используются индуктивные концевые переключатели 12, закрепленные на защитной трубе 6.
Данные аспекты в полной мере реализованы в прототипе и лишь дополняют достигаемый технический результат предлагаемого изобретения.