ПРИВОД МАШИНЫ
MACHINE DRIVE

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к приводам машин с шестеренными редукторными передачами. Техническое решение может быть использовано в силовых узлах механизмов и машин различного назначения.
Известны конструкции приводов с использованием червячных редукторов (В.В.Длоугий, Т.И.Муха и др. Приводы машин. Справочник. Ленинград: Машиностроение. 1982. 384 с., глава 3; Л.С.Бойко, А.З.Высоцкий и др. Редукторы и мотор-редукторы общемашиностроительного применения. Справочник. М.: Машиностроение. 1984. 248 с., с.58-67). Корпус червячного редуктора и приводной двигатель неподвижно укреплены относительно друг друга на несущей раме. Характерной особенностью данных аналогов является наличие червяка на входном валу и червячного колеса на выходном валу, образующих червячную пару (передачу), входной и выходной валы редуктора расположены перпендикулярно друг другу, а входной вал механически и соосно соединен с валом приводного двигателя. Червячные редукторы обладают низким кпд, по сравнению с редукторами других типов и, кроме того, перпендикулярное расположение вала электродвигателя и выходного вала редуктора в некоторых случаях нежелательно или недопустимо. Указанные особенности ограничивают область применения данного типа приводов.
Известны конструкции приводов машин с планетарными редукторами, включающие двигатель и планетарный редуктор, которые укреплены неподвижно относительно друг друга либо на несущей раме, либо непосредственно соединены корпусами (мотор-редукторы). У этих аналогов входной и выходной валы планетарного редуктора, а так же вал двигателя расположены на одной геометрической оси, причем вал двигателя механически соединен с входным валом планетарного редуктора или непосредственно с его солнечным колесом, а входной и выходной валы редуктора механически связаны посредством одноступенчатого или многоступенчатого планетарно-шестеренного механизма. Планетарный механизм таких редукторов может быть выполнен по различным кинематическим схемам (В.В.Длоугий, Т.И.Муха и др. Приводы машин. Справочник. Ленинград: Машиностроение. 1982. 384 с., глава 1; Л.С.Бойко, А.З.Высоцкий и др. Редукторы и мотор-редукторы общемашиностроительного применения. Справочник. М.: Машиностроение. 1984. 248 с., с.41-42; Д.В.Чернилевский, Б.Б.Панич. Курсовое проектирование одноступенчатых редукторов. М.: Высшая школа. 1975. 159 с., с.74, рис.31). Применение данного типа редукторов в некоторых случаях не может полностью обеспечить все эксплуатационные требования к приводу машины. Таким требованием, например, может быть обязательное обеспечение резервного, в частности ручного, привода машины при выходе из строя приводного двигателя, особенно в тех случаях, когда вал этого двигателя, связанный с входным валом редуктора, застопорен или недоступен по конструктивным причинам. Это обстоятельство так же ограничивает область применения приводов с использованием планетарных редукторов.
За прототип изобретения принимается серийный привод машины с простейшим одноступенчатым планетарным редуктором, выполненный в виде мотор-редуктора типа МПз (В.В.Длоугий, Т.И.Муха и др. Приводы машин. Справочник. Ленинград: Машиностроение. 1982. 384 с., с.49, рис.1.6а). У прототипа планетарный механизм состоит из центрального (солнечного) колеса, соединенного с валом электродвигателя, сателлитов, совершающих сложное движение - обкатывание вокруг солнечного колеса и одновременное вращение внутри неподвижно сопряженного с корпусом корончатого колеса. Сателлиты помещаются на осях водила, которое заканчивается выходным валом. Входной и выходной валы имеют общую геометрическую ось. Солнечное колесо планетарного редуктора расположено на этой же оси и соединено с валом приводного электродвигателя, а корпус редуктора и электродвигатель соединены в единый агрегат, образуя мотор-редуктор. Прототипу в полной мере присущи недостатки предыдущего аналога.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей приводов машин с шестеренными редукторными передачами. При использовании изобретения достигаются следующие полезные технические результаты:
1. Обеспечивается возможность резервного, в частности - ручного, привода машины, при выходе из строя приводного двигателя.
2. Обеспечивается возможность точного позиционирования выходного вала привода.
3. Обеспечивается возможность получения на выходном валу привода движения, координаты которого являются результатом сложения (суперпозиции) двух движений, каждое из которых передается по отдельной кинематической цепи от отдельного приводного двигателя.
Сущность изобретения, обеспечивающая достижение всей совокупности указанных технических результатов, заключается в том, что в известный из уровня техники привод машины, который образован неподвижно укрепленными относительно друг друга приводным двигателем и планетарным редуктором, причем редуктор включает в себя корпус и, по меньшей мере, один планетарный механизм, состоящий из солнечного зубчатого колеса, симметрично расположенных на осях водила сателлитов и корончатого зубчатого колеса с внутренним зацеплением, которое выполнено в форме отрезка цилиндрической трубы и укреплено в корпусе, а вал приводного двигателя расположен на одной геометрической оси с солнечным колесом и соединен с ним, водило же образует выходной вал планетарного механизма, внесены следующие конструктивные изменения:
- редуктор снабжен устройством для стопорения солнечного колеса;
- корончатое колесо подвижно укреплено в корпусе редуктора с одной степенью свободы, а именно с возможностью вращения вокруг своей оси;
- на внешней цилиндрической поверхности корончатого колеса выполнены червячные зубья;
- в зацепление с червячными зубьями корончатого колеса, образуя червячную передачу, введен червяк;
- червяк подвижно укреплен в подшипниковых опорах с одной степенью свободы, а именно с возможностью вращения вокруг своей оси;
- подшипниковые опоры неподвижно укреплены в корпусе редуктора;
- вал червяка снабжен конструктивными элементами для присоединения к нему второго приводного двигателя.
Сущность изобретения связана с заявленными техническими результатами следующим образом соответственно:
1. При неисправности приводного двигателя осуществляют стопорение солнечного колеса и вращением червяка обеспечивают приведение в движение корончатого колеса планетарного механизма, которое, в свою очередь, через сателлиты передает движение на водило и далее на связанный с водилом выходной вал привода или на следующую ступень редуктора. Таким образом, движение от второго (резервного) приводного двигателя, при неподвижном вале основного приводного двигателя, передается по кинематической цепи на выходной вал планетарного механизма или редуктора.
2. Точное позиционирование выходного вала привода осуществляется при отключенном приводном двигателе и застопоренном солнечном колесе с помощью ручного привода, который выполняет в этом случае функцию второго приводного двигателя.
3. Движение выходного вала, координаты которого являются результатом сложения (суперпозиции) двух движений, каждое из которых передается по отдельной кинематической цепи от двух приводных двигателей, достигается одновременным приведением в движение как солнечного колеса, так и червяка от двух приводных двигателей
На Фиг.1 представлена конструктивная схема привода машины с использованием одноступенчатого планетарного редуктора и электродвигателя, укрепленных на несущей раме.
На Фиг.2 представлена конструктивная схема привода машины с использованием одноступенчатого планетарного редуктора и электродвигателя, выполненных единым агрегатом в виде мотор-редуктора.
Привод машины содержит приводной двигатель (1) и планетарный редуктор, укрепленные на несущей раме (2) (Фиг.1) или объединенные корпусами в единый агрегат, представляющий собою мотор-редуктор (Фиг.2). Внутри корпуса (3) редуктора расположен планетарный механизм, состоящий из солнечного зубчатого колеса (4), симметрично расположенных на осях (5) водила (6) сателлитов (7) и корончатого зубчатого колеса (8) с внутренним зацеплением. Как и в любом планетарном редукторе, количество сателлитов может составлять один, два и более. Корончатое зубчатое колесо (8) укреплено в расточке корпуса (3) и имеет возможность вращения в этой расточке, т.е. единственную степень свободы. Водило (6) образует своей оконечностью выходной вал (9) планетарного механизма. Этот вал является выходным валом привода машины в том случае, если редуктор одноступенчатый (Фиг.1, Фиг.2), и является входным валом второй ступени планетарного редуктора, если планетарный редуктор имеет две и более ступеней.
Согласно изобретению редуктор снабжен устройством (10) для стопорения солнечного колеса (4). Это устройство может иметь различное исполнение. На Фиг.1 схематично показана одна из возможных конструкций, представляющая собою винт, который ввернут в корпус (3) редуктора и завинчиванием может вводиться в радиальное отверстие или в паз вала, связанного с солнечным колесом (4), осуществляя глухое стопорение последнего. На Фиг.2 схематично показано другое возможное конструктивное решение устройства (10) для стопорения солнечного колеса (4), в котором в качестве указанного устройства использован электромагнитный тормоз, являющийся конструктивной частью электродвигателя соответствующего исполнения. Такие двигатели (со встроенным электромагнитным тормозом) выпускаются промышленностью республики Беларусь по ТУ РБ-05755950-420-93 (АИР 71А2Е…АИР 100L16/4E - по каталогу РУП «Могилевский завод «Электродвигатель»). На внешней цилиндрической поверхности корончатого колеса (8) нарезаны червячные зубья (11), при этом (не обязательно) может быть сохранена часть внешней цилиндрической поверхности этого колеса, обеспечивающая улучшение качества его подвижного сопряжения в расточке корпуса (3). С червячными зубьями (11) корончатого колеса (8) введен в зацепление червяк (12), который подвижно укреплен в подшипниковых опорах (13), которые, в свою очередь, неподвижно укреплены в корпусе (3) редуктора. Опоры (13) обеспечивают червяку (12) единственную степень свободы, а именно возможность вращения вокруг своей оси. Червяк (12) снабжен выходящим за опору (13) валом и другими конструктивными элементами (14) для присоединения к нему второго приводного двигателя (15). В качестве второго приводного двигателя может быть использовано ручное приспособление (Фиг.1, Фиг.2) в виде воротка, гаечного ключа и т.п. или любой другой двигатель, например от ручного электроинструмента (электродрель, шуруповерт и т.п.). Конструктивные элементы (14), в простейшем случае, могут представлять собою вал с оконечностью в виде головки под гаечный ключ, квадрата, шлицев, шпоночной канавки со шпонкой и т.п.
Привод машины позволяет реализовать несколько различных режимов функционирования.
а) В том случае, если червяк (12) не приводится во вращение вторым приводным двигателем (15) и неподвижен, то червячная пара, образованная червяком (12) и червячным колесом (8), которое является одновременно корончатым колесом планетарного механизма, обеспечивает неподвижность этого колеса, поскольку червячная передача обладает свойством самостопорения. В этом случае, привод машины ничем не отличается от обычного привода с планетарным редуктором и функционально идентичен прототипу.
б) Стопорение солнечного колеса (4) планетарного редуктора, осуществленное при помощи устройства (10) или случившееся вследствие неисправности и заклинивания приводного двигателя (1), позволяет осуществлять приведение в движение выходного вала (9) привода вращением червяка (12) двигателем (15) через конструктивные элементы (14). Планетарный механизм редуктора при этом работает в обращенном режиме. Сателлиты (7) получают движение от корончатого колеса (8), которое является одновременно и червячным колесом и приводится во вращение червяком (12). Сателлиты обкатывают застопоренное солнечное колесо (4) и через оси (5) передают вращательное движение на водило (6) и, следовательно, на выходной вал привода (9).
в) Возможен режим работы привода одновременно от двух приводных двигателей. В этом случае координаты выходного вала привода являются результатом сложения (суперпозиции) двух движений, каждое из которых обеспечивается отдельной кинематической цепью от двух приводных двигателей. В этом режиме могут быть достигнуты вторичные важные для привода функциональные особенности (технические результаты). Так, например, может осуществляться регулирование угловой скорости выходного вала мощного привода, снабженного соответственно мощным приводным двигателем от маломощного вспомогательного второго приводного двигателя. При этом механическая мощность привода будет определяться как алгебраическая сумма механических мощностей двух двигателей, с учетом соответствующего кпд для каждой кинематической цепи. Кроме того, изобретение реализует несимметричную кинематическую и силовую связь между выходными координатами валов приводных двигателей (угловыми скоростями и моментами) и соответствующими выходными координатами выходного вала привода, т.е. может быть использована как несимметричная трехвальная механическая передача.
Предложенное устройство может быть изготовлено промышленным способом на базе любого современного машиностроительного предприятия без применения каких-либо особых технологий.