ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ МИНИ-ПРИВОД ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ
ELECTROMECHANICAL MINI-DRIVE OF TRANSLATIONAL ACTION

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для преобразования вращательного движения управляющего двигателя в поступательное движение выходного звена и может быть использовано в приводах летательных аппаратов, в робототехнике и других областях техники.
Известны электромеханические исполнительные механизмы с поступательным движением выходного звена. В общем случае они состоят из электродвигателя, механических передач, преобразующих вращательное движение ротора во вращательное движение промежуточного вала, и механических передач, преобразующих вращательное движение промежуточного вала в поступательное движение выходного звена (Патент РФ 227195 С2, патент Франция 2604684)
Недостатками указанных аналогов являются высокие массогабаритные показатели и низкий КПД.
Наиболее близким по технической сути и по количеству совпадающие признаков является электромеханический исполнительный механизм, построенный на основе волновой передачи с телами качения. Наличие во всех передачах тел качения обеспечивает ему высокий КПД. Конструкция прототипа (Патент РФ 2265147) содержит электродвигатель, промежуточную механическую передачу, преобразующую вращательное движение во вращательное, выполненную в виде волновой передачи с телами качения, у которой входное звено - эксцентриковая втулка механического волнообразователя, жестко соединенная с валом электродвигателя, а выходное - сепаратор, выполненный заодно с входным звеном передачи, преобразующей вращательное движение в поступательное движение выходного звена поступательной передачи, шарики которой расположены в отверстиях сепаратора и контактируют с наружной поверхностью выходного звена и внутренней поверхностью неподвижного корпуса.
Недостатками прототипа являются большие габариты, обусловленные расположением всех элементов исполнительного механизма последовательно вдоль продольной оси, и выполнение их в отдельных корпусах, при этом конструкция не позволяет удерживать нагрузку в заданном положении без потребления энергии и отключать электродвигатель от редуктора с нагрузкой при отказе в системе управления, что необходимо для резервированного привода.
Цель предлагаемого изобретения уменьшить массогабаритные показатели при сохранении высокого КПД и расширить функциональные возможности привода.
Заявленный технический результат достигается тем, что в электромеханическом силовом мини-приводе поступательного действия, состоящем из электродвигателя, корпуса, внутри которого расположены последовательно соединенные промежуточная волновая передача с телами качения и поступательная передача с выходным звеном, при этом входным звеном промежуточной волновой передачи является механический волнообразователь с эксцентриковыми втулками, а выходным звеном - сепаратор с телами качения, выполненный заодно с входным звеном поступательной передачи, шарики которой контактируют с наружной поверхностью выходного звена и внутренней поверхностью корпуса, согласно заявляемому изобретению электродвигатель размещен в корпусе силового минипривода, ротор электродвигателя, эксцентриковые втулки и вал механического волнообразователя промежуточной волновой передачи выполнены в виде пустотелых валов и связаны между собой через две последовательно соединенные фрикционные электромагнитные муфты сцепления, закрепленные на корпусе, при этом на внутренней поверхности пустотелого вала механического волнообразователя имеется канавка, внутри которой размещены опорные ролики, контактирующие с наружной поверхностью выходного звена поступательной передачи, размещенного внутри этих валов.
Выходное звено поступательной передачи может быть выполнено с центральным отверстием, внутри которого размещена потенциометрическая линейка датчика обратной связи.
Внутренняя поверхность корпуса, контактирующая с выходным звеном поступательной передачи, может быть выполнена цилиндрической, а наружная поверхность выходного звена поступательной передачи - винтовой или входное звено поступательной передачи может быть дополнено винтовой гайкой, а выходное звено выполнено в виде винта.
Техническая сущность и принцип действия силового мини-привода поступательного действия поясняется чертежами на которых изображено:
На фиг.1 - продольный разрез силового мини-привода с выходной волновой передачей, преобразующей вращательное движение в поступательное.
На фиг.2 - поперечный разрез по А-А на фиг.1.
На фиг.3 - поперечный разрез по Б-Б на фиг.1.
На фиг.4 - продольный разрез силового мини-привода с выходной поступательной передачей, преобразующей вращательное движение в поступательное, у которой входным звеном является сепаратор, а выходным звеном - винт.
На фиг.5 - поперечный разрез по В-В на фиг.4.
На фиг.6 - продольный разрез силового мини-привода с выходной поступательной передачей, у которой входное звено дополнено винтовой гайкой, а выходным звеном является винт.
Электромеханический силовой мини-привод с поступательным движением выходного звена, имеет высокоскоростной бескорпусной электродвигатель, который содержит статор 1 и полый ротор 2. Статор 1 неподвижно закреплен в корпусе 3, ротор 2 устанавливается в подшипники 4, 5 внутри статора. Входной вал сцепляющей муфты 6 соединен с ротором 2, пустотелый вал 7, соединенный с выходом тормозящей муфты 8, является входным звеном для промежуточной волновой передачи. На пустотелом валу 7 насажены эксцентриковые втулки 9 для создания эксцентриситета в промежуточной волновой передаче. Таким образом, вал 7 и втулки 9 образуют волнообразователь. Обмотки управления муфт 10, 11 закреплены на корпусе 3. Промежуточная волновая передача опирается на выходное звено 12 поступательной передачи через ролики 13. Выходное звено имеет наружный волновой профиль. Помимо волнообразователя волновая передача содержит тела качения, жесткое колесо 14 и сепаратор 15. В качестве тел качения используются шарики 16, которые расположены в отверстиях сепаратора 15. Сепаратор 15 выполнен многорядным, тонкостенным, отверстия в части промежуточной волновой передачи расположены по окружности с равным шагом. Жесткое колесо 14 имеет внутренние зубья. В профиль, образованный зубьями жесткого колеса 14, упираются тела качения, имеющие так же постоянный контакт с втулками 9 волнообразователя промежуточной волновой передачи. Сепаратор 15 выполнен общим, как выходное звено волновой передачи и входное звено выходной поступательной передачи передачи. Во второй части сепаратора отверстия равномерно расположены по винтовой линии. В этих отверстиях размещены шарики 17, которые контактируют с одной стороны с корпусом выходной передачи 18, который на этом участке имеет внутренние зубья, а с другой стороны - с волновым профилем выходного звена 12.
На фиг.4 представлен силовой мини-привод, у которого в качестве входного звена поступательной передачи используется сепаратор, а наружная поверхность выходного звена 12 выполнена винтовой. Корпус выходной передачи 18 имеет гладкую поверхность на этом участке. В сепараторе 15 выполнены отверстия по винтовой линии таким образом, что шарики 17 имеют постоянный контакт как с винтовым профилем выходного звена 12, так и с гладкой поверхностью корпуса выходной передачи 18.
На фиг.6 представлена конструкция, у которой входным звеном поступательной передачи является гайка 19 которая имеет канал перепуска шариков и выполнена спаренной. Сепаратор 15 жестко соединен с гайкой 19.
У всех рассмотренных вариантов внутри выходного звена 12 выполнено отверстие, в котором размещается линейка потенциометрического датчика обратной связи 20. Напряжение с датчика снимается с помощью токосъемника 21.
Электромеханический силовой мини-привод с выходной волновой передачей поступательного действия работает следующим образом. При включении электродвигателя, состоящего из статора 1 и ротора 2, на обмотку муфты 9 подается управляющий сигнал, по которому происходит сцепление ротора двигателя 2 с пустотелым валом 7 промежуточной волновой передачи. По управляющему сигналу, подающемуся на обмотку 11, расцепляется корпус 3 с входным звеном волновой передачи. В результате вращение с ротора двигателя 2 передается на волнообразователь.
Механический волнообразователь, образованный эксцентриковыми втулками 9 и валом 7, своей наружной поверхностью упирается в шарики 16, которые способны совершать только возвратно-поступательное движение, в результате которого, они, упираясь в зубцы жесткого колеса 14, приводят в движение сепаратор 15, который будет вращаться со скоростью, меньшей скорости вращения ротора двигателя 2, равной отношению скорости вращения ротора 2 к количеству зубцов жесткого колеса 14. Шарики 17, которые находятся в контакте с волновым профилем выходного звена 12, под действием вращения сепаратора 15 будут упираться в этот профиль, и выходное звено 12 начнет совершать поступательно движение. Вращение выходного звена 12 не происходит за счет наличия цапфы, соединяющей его с объектом регулирования, который имеет только одну степень свободы. При снятии управляющих сигналов с обмоток муфт 10 и 11 происходит расцепление промежуточной передачи с ротором двигателя 2 и замыкание входного вала промежуточной передачи на корпус 3.
Силовой мини-привод с поступательной передачей, у которой входным звеном является сепаратор, а выходным - винт, работает таким же образом, что и с выходной волновой передачей поступательного действия. Отличие состоит в том, что сепаратор 15 передает нагрузку на шарики 17, которые, упираясь в винтовой профиль вала 12, заставляют совершать его поступательное движение.
В конструкции силового мини-привода вращение от сепаратора промежуточной передачи передается на гайку 19, в которой шарики 17, перекатываясь по замкнутой траектории благодаря каналу перепуска, упираются в винтовой профиль выходного звена 12, вследствие чего выходной вал движется поступательно.
Таким образом, расположение элементов в указанной последовательности и компановка их так, что выходное звено поступательной передачи проходит внутри всех элементов, позволяет существенно сократить габариты и массу электромеханического силового минипривода, а введение двух электромагнитных муфт, подключенных указанным способом с рассмотренной коммутацией, позволяет удерживать нагрузку в заданном положении без потребления энергии и отключать электродвигатель от редуктора. В результате при отказе в системе управления или двигателе мини-привод переводится в пассивный режим работы, при котором он не будет создавать противодействия для работы других устройств, что расширяет функциональные возможности электромеханического силового мини-привода.