ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИЙ ЛИНЕЙНЫЙ ПРИВОД

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящая полезная модель относится к устройствам для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное с помощью винтового механизма, а именно к телескопическим линейным приводам, и может быть использовано, например, для изготовления подъемников, толкателей, исполнительных механизмов различного назначения, обеспечивающих линейное перемещение или позиционирование объекта за счет осевого усилия, создаваемого выдвижным штоком.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны различные телескопические линейные приводы.
Так, в патенте US 1457825 (опубл. 05.06.1923) описан телескопический линейный привод, включающий последовательно вложенные соосно друг в друга и соединенные посредством резьбового соединения четыре секции и корпус, в который погружаются сложенные секции устройства и который снабжен приводным механизмом. Каждая из трех секций выполнена в форме цилиндра, имеющего наружную резьбу вдоль всей боковой поверхности и обратную внутреннюю резьбу, примыкающую к торцу цилиндра, со стороны которого входит меньшая по диаметру секция, а четвертая секция выполнена в виде винта с резьбой вдоль всей боковой поверхности. Усилие вращения от приводного механизма передается через гайку, охватывающую снаружи первую секцию самого большого диаметра, которая при вращении совершает осевое перемещение относительно корпуса, а также вращает вторую секцию. Аналогично взаимодействуют между собой вторая и третья, а также третья и четвертая секции. За счет того, что секции на внутренней и внешней поверхностях имеют прямые и обратные резьбы, при приложении к первой секции вращающего усилия все секции вращаются и совершают однонаправленное осевое перемещение.
Аналогичную конструкцию имеет привод, описанный в патенте US 1585291 (опубл. 18.05.1925), который имеет вложенные одна в другую множество секций, каждая из которых имеет наружную резьбу и обратную внутреннюю резьбу, выполненные вдоль всей боковой поверхности. В данной конструкции вращающее усилие прикладывается к секции с наименьшим диаметром. Однако наличие наружной резьбы вдоль всей боковой поверхности на выдвигающихся секциях требует установки дополнительных защитных кожухов, как, например, описано в заявке US 2005/0161649 (опубл. 28.07.2005). Кроме того, передача вращающего усилия от приводного механизма к первой (или последней) секции требует ее установки с возможностью вращения в дополнительном корпусе, который служит неподвижной опорой при работе устройства.
Следует отметить, что приложение вращающего усилия к первой - крайней секции требует дополнительной опоры, на которую бы опиралась вращающаяся секция. В противном случае первую секцию нельзя использовать в качестве опорной секции, устанавливаемой непосредственно на объект, с которым должен взаимодействовать телескопический линейный привод.
Известны решения, в которых вращающее усилие от приводного механизма передается на второй, не являющийся крайним элемент телескопического линейного привода, при этом первый элемент, поскольку при работе устройства он не вращается, может монтироваться непосредственно на опорную поверхность или выполняется заодно целое с опорной поверхностью. В частности, такие решения описаны в патентах US 3404580 (опубл. 08.10.1968), US 7424833 В2 (опубл. 16.09.2008) и заявке DE 3910814 А1 (опубл. 11.10.1990), описанный в которой телескопический линейный привод принят за прототип.
Прототип включает последовательно вложенные соосно друг в друга и соединенные посредством резьбового соединения три секции, а также приводной вал. Первая секция выполнена в форме стакана и имеет внутреннюю резьбу, выполненную в части, примыкающей к открытому торцу стакана, вторая секция выполнена в форме стакана и имеет согласованную с внутренней резьбой первой секции наружную резьбу вдоль всей боковой поверхности, а также внутреннюю резьбу, имеющую обратное направление относительно упомянутой наружной резьбы и примыкающую к открытому торцу стакана. Третья секция выполнена в виде цилиндра, имеющего согласованную с внутренней резьбой второй секции наружную резьбу вдоль всей боковой поверхности. Приводной вал устройства проходит с возможностью вращения через центральное отверстие, выполненное в дне первой секции, и входит в зацепление с центральным отверстием, выполненным в дне второй секции, с возможностью свободного осевого перемещения в нем. В данной конструкции усилие вращения прикладывается ко второй - срединной секции телескопического привода, в результате вращения которой вторая секция может совершать осевое перемещение относительно первой секции, а третья секция - осевое перемещение относительно второй секции, при этом крайние опорные секции во время работы привода не вращаются.
В отличие от прототипа в аналогичной конструкции привода, описанного в патенте US 3404580, раскрыт вариант с шариковым резьбовым соединением, а привода, описанного в патенте US 7424833 В2, - вариант с дополнительными гайками, выполняющими функцию внутренней резьбы первого элемента и функцию внутренней резьбы второго элемента.
Во всех этих решениях телескопического линейного привода за счет перенесения вращающего усилия от приводного вала на второй, не являющийся крайним элемент устройства, исключается вращение первого - опорного элемента. Однако, поскольку второй и третий элементы устройства имеют наружную резьбу вдоль всей боковой поверхности, то при выдвижении привода резьба оказывается открытой, что небезопасно при использовании устройства, а также может привести к загрязнению резьбы и поломке устройства. Либо, чтобы этого избежать, потребуются специальные меры защиты, например, кожух, выдвигающийся вместе с телескопическими элементами устройства.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является создание свободной от указанных недостатков простой конструкции телескопического линейного привода с неподвижной опорной секцией.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Телескопический линейный привод в соответствии с настоящим техническим решением включает последовательно вложенные соосно друг в друга и соединенные посредством резьбового соединения три секции, а также приводной вал. Первая секция выполнена в форме стакана и имеет внутреннюю резьбу. Вторая секция выполнена в форме стакана и имеет согласованную с внутренней резьбой первой секции наружную резьбу, выполненную в части, примыкающей к дну стакана, и выступающую в радиальном направлении от наружной боковой поверхности, а также внутреннюю резьбу, имеющую обратное направление относительно упомянутой наружной резьбы. Третья секция выполнена в форме полой детали и имеет согласованную с внутренней резьбой второй секции наружную резьбу, выполненную в части, примыкающей к торцу детали, и выступающую в радиальном направлении от наружной боковой поверхности. В сборе третья секция размещена во второй секции наружной резьбой в направлении дна второй секции, а вторая секция размещена в первой секции наружной резьбой в направлении дна первой секции, при этом приводной вал проходит с возможностью вращения через центральное отверстие, выполненное в дне первой секции, входит в зацепление с центральным отверстием, выполненным в дне второй секции, с возможностью свободного осевого перемещения в нем, при этом поперечные размеры приводного вала и внутреннего пространства третьей секции выбраны так, что приводной вал может свободно вращаться во внутреннем пространстве третьей секции.
В сложенном состоянии устройства его третья секция погружена во вторую секцию, при этом резьбовое соединение между ними обеспечивается посредством внутренней резьбы второй секции и наружной резьбы третьей секции, а вторая секция погружена в первую секцию, при этом резьбовое соединение между ними обеспечивается посредством внутренней резьбы первой секции и наружной резьбы второй секции. Приводной вал, проходящий с возможностью вращения через центральное отверстие, выполненное в дне первой секции, проходит также через отверстие, выполненное в дне второй секции, при этом приводной вал входит в зацепление со второй секцией так, что может передавать на вторую секцию усилие вращения и одновременно может свободно перемещаться в осевом направлении относительно отверстия в дне второй секции. Также в сложенном состоянии приводной вал проходит во внутреннее пространство третьей секции так, что может свободно в нем вращаться. При использовании устройства вращающийся приводной вал начинает вращать вторую секцию, которая благодаря резьбовому соединению начинает выдвигаться из первой секции, при этом вторая секция свободно скользит вдоль приводного вала. Одновременно вращающаяся вторая секция, учитывая, что ее резьбовое соединение с третьей секцией имеет противоположное направление, вызывает выдвижение третьей секции. В выдвинутом состоянии секций все части взаимодействующих резьбовых соединений оказываются внутри, а не снаружи устройства, как это характерно для прототипа, в результате чего обеспечивается достижение указанного результата.
В частном случае третья секция устройства может быть выполнена в форме цилиндрической детали. Строго говоря, цилиндрической должна быть только примыкающая к торцу часть с наружной резьбой, а вся остальная часть может иметь форму, отличающуюся от цилиндрической, например, квадратной в поперечном сечении.
Предпочтительно, чтобы приводной вал одним концом был установлен в подшипнике, размещенном в центральном отверстии дна первой секции. Этим достигается конструктивное единство устройства.
Чтобы обеспечить указанное зацепление приводного вала со второй секцией устройства, при котором вращение вала передается на вторую секцию, но при этом сохраняется свободное осевое перемещение вала в отверстии, выполненном в дне второй секции, приводной вал и упомянутое отверстие имеют поперечное сечение, отличающееся от круглой формы. В частности, они могут иметь форму многоугольника или овальную форму.
Дополнительно, чтобы образовать опорную площадку, свободный торец третьей секции - торец, противоположный торцу с наружной резьбой, может быть снабжен перекрывающим его опорным элементом. В частном случае этот опорный элемент и третья секция могут быть выполнены заодно целое.
Дополнительно первая секция устройства может быть снабжена наружным фланцем для крепления устройства.
С целью предотвращения вращения третьей секции вместе со второй секцией во время работы устройства, когда третья секция не имеет соединения с объектом воздействия, при котором блокируется такое ее вращение, устройство дополнительно может быть снабжено кожухом, выполненным в форме стакана с центральным отверстием в дне стакана. При этом кожух изнутри крепится с возможностью вращения к наружной боковой поверхности второй секции и устанавливается так, что его открытый торец обращен в направлении первой секции и охватывает ее снаружи, входя в зацепление с ней с возможностью осевого перемещения, а его отверстие охватывает снаружи третью секцию, входя в зацепление с ней с возможностью осевого перемещения. В таком исполнении кожух, сцепленный с не вращающейся первой секцией, блокирует вращение третьей секции, однако имеет возможность перемещаться в осевом направлении вместе со второй секцией, к которой он прикреплен. Одновременно кожух закрывает вторую секцию - единственную вращающуюся телескопического часть устройства.
В частном случае крепление кожуха к наружной поверхности второй секции может быть выполнено с помощью подшипника качения, при этом наружное кольцо подшипника крепится к внутренней поверхности кожуха, предпочтительно в области, прилегающей к дну стакана, а внутреннее кольцо подшипника крепится к наружной боковой поверхности второй секции, предпочтительно в области, прилегающей к ее открытому торцу.
Сцепление с возможностью только осевого перемещения кожуха с первой секцией может быть обеспечено, например, за счет выполнения входящих в зацепление внутренней поверхности кожуха и наружной поверхности первой секции с формой поперечного сечения, отличающейся от круглой, в частности, квадратной, гексагональной, овальной и т.п. Как вариант, возможно выполнение на указанных поверхностях соответствующих друг другу продольных выступов и канавок, препятствующих относительному вращению сцепленных деталей, но не препятствующих их осевому перемещению относительно друг друга.
Аналогичным образом может быть выполнена форма поперечного сечения центрального отверстия кожуха и наружной поверхности третьей секции, входящих в зацепление с возможностью только осевого перемещения относительно друг друга.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1 в продольном сечении показан пример выполнения телескопического линейного привода в соответствии с заявленным техническим решением. При этом для удобства восприятия секции устройства показаны разъединенными.
На Фиг. 2-4 показано сечение различных примеров выполнения приводного вала, при этом на Фиг. 2 показано сечение гексагональной формы, на Фиг. 3 - крестообразной формы, на Фиг. 4 - овальной формы.
На Фиг. 5 показано отмеченное на Фиг. 1 сечение А-А, иллюстрирующее пример выполнения третьей секции в части, свободной от наружной резьбы, и приводного вала квадратного сечения.
На Фиг. 6 показан фрагмент примера выполнения третьей секции устройства, торец которой снабжен опорным элементом.
На Фиг. 7 в продольном сечении показан пример выполнения телескопического линейного привода с кожухом, закрывающим вращающуюся вторую секцию, и препятствующим вращению третьей секции устройства.
На Фиг. 8 показано отмеченное на Фиг. 7 сечение В-В, иллюстрирующее форму поперечного сечения входящих в зацепление внутренней поверхности кожуха и наружной поверхности первой секции устройства.
На Фиг. 9 показано отмеченное на Фиг. 7 сечение С-С, иллюстрирующее форму поперечного сечения входящих в зацепление центрального отверстия кожуха и наружной поверхности третьей секции устройства.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Телескопический линейный привод, примерный вариант которого показан на Фиг. 1, включает первую секцию 10, вторую секцию 20, третью секцию 30 и приводной вал 40. Первая секция 10 выполнена в форме стакана, имеющего цилиндрическую боковую стенку И и дно 12. По существу по всей внутренней поверхности стенки 11 выполнена внутренняя резьба 13, а центре дна 12 выполнено отверстие 14, в котором с помощью подшипника 15 установлен с возможностью вращения вокруг оси 16 приводной вал 40. Соединение приводного вала 40 с внешним электромотором или иным приводным механизмом не показано: специалистам известны различные варианты этого решения. Для крепления устройства первая секция 10 может быть снабжена фланцем 17.
Вторая секция 20 также выполнена в форме стакана, имеющего цилиндрическую боковую стенку 21 и дно 22. По существу по всей внутренней поверхности стенки 21 выполнена внутренняя резьба 23, имеющая обратное направление относительно внутренней резьбы 13 первой секции 10, а в центре дна 22 выполнено отверстие 24 для зацепления второй секции 20 с приводным валом 40. Кроме того, на наружной поверхности боковой стенки 21 в части, примыкающей к дну 22, выполнена наружная резьба 25, согласованная с внутренней резьбой 13 первой секции 10. При этом наружная резьба 25 выступает в радиальном направлении от наружной боковой поверхности 26 стенки 21 так, что при размещении второй секции 20 внутри первой секции 10 наружная боковая поверхность 26 стенки 21 не касается внутренней резьбы 13 первой секции 10.
Третья секция 30 в данном примере выполнена в форме полого цилиндра, имеющего боковую стенку 31 и открытые торцы 32 и 33. Внутреннее пространство 34 третьей секции 30, ограниченное боковой стенкой 31, имеет поперечные размены достаточные для свободного вращения в нем приводного вала 40. Кроме того, на наружной поверхности боковой стенки 31 в части, примыкающей к дну 32, выполнена наружная резьба 35, согласованная с внутренней резьбой 23 второй секции 20. При этом наружная резьба 35 выступает в радиальном направлении от наружной боковой поверхности 36 стенки 31 так, что при размещении третьей секции 30 внутри второй секции 20 наружная боковая поверхность 36 стенки 31 не касается внутренней резьбы 23 второй секции 20.
В сложенном состоянии устройства его третья секция 30 погружена во вторую секцию 20, при этом резьбовое соединение между ними обеспечивается посредством внутренней резьбы 23 второй секции 20 и наружной резьбы 35 третьей секции 30. Вторая секция 20 погружена в первую секцию 10, при этом резьбовое соединение между ними обеспечивается посредством внутренней резьбы 13 первой секции 10 и наружной резьбы 25 второй секции 20. Приводной вал 40, установленный в подшипнике 15, проходит через отверстие 24, выполненное в дне 22 второй секции 20, и во внутреннее пространство 34 третьей секции 30. Противоположный конец приводного вала 40 выведен за пределы первой секции 10 и подсоединяется к приводному механизму (на Фиг. 1 не показан).
Зацепление приводного вала 40 со второй секцией 20, при котором на вторую секцию 20 передавалось бы усилие вращения и одновременно приводной вал 40 мог бы свободно перемещаться в осевом направлении в отверстии 24 второй секции 20, обеспечивается согласованной формой сечения приводного вала 40 и отверстия 24, при которой исключается проворачивание приводного вала 40 в отверстии 24. В общем случае, это может быть форма, отличающаяся от круглой, например, гексагональная (Фиг. 2), крестообразная (Фиг. 3), овальная (Фиг. 4), квадратная, как показано на Фиг. 5.
Также в сложенном состоянии устройства приводной вал 40 проходит во внутреннее пространство 34 третьей секции 30 так, что может свободно в нем вращаться вокруг оси 16. Как было отмечено выше, в данном примере третья секция 30 имеет цилиндрическую форму. В этом случае предпочтительным с точки зрения поперечных размеров третьей секции 30 и устройства в целом будет выполнение приводного вала 40 и соответствующего отверстия 24 второй секции 20 с гексагональным поперечным сечением, как показано на Фиг. 2. Однако форма третьей секции 30 (в части боковой стенки 31 вне резьбы 35) может быть иной - в зависимости от особенностей применения устройства, например, может быть квадратной в поперечном сечении, как показано на Фиг. 5. Там же показан приводной вал 40 квадратного сечения, который может свободно вращаться во внутреннем пространстве 34 третьей секции 30.
При использовании устройства вращающийся приводной вал 40 начинает вращать вторую секцию 20, которая благодаря резьбовому соединению с первой секцией 10 начинает из нее выдвигаться вдоль оси 16 при этом, за счет описанной выше формы поперечного сечения приводного вала 40 и отверстия 24, вторая секция 20 свободно скользит вдоль приводного вала 40. В ненагруженном состоянии со стороны свободного торца 33 третьей секции 30, последняя будет вращаться вместе со второй секцией 20. Однако в случае, если создается препятствие вращению третьей секции 30, она начинает выдвигаться из второй секции 20. В итоге при вращении второй секции 20 одновременно вторая секция 20 выдвигается из первой секции 10, а третья секция 30 выдвигается из второй секции 20. Это обеспечивается за счет того, что резьбовое соединение второй секции 20 с третьей секцией 30 имеет противоположное направление относительно резьбового соединения второй секции 20 с первой секцией 10. При вращении приводного вала 40 в обратном направлении происходит вращение второй секции 20 в обратном направлении и складывание устройства. Дополнительно, как показано на Фиг. 6, торец 33 третьей секции 30 может быть снабжен перекрывающим его опорным элементом 37, который может быть выполнен заодно целое с третьей секцией 30. Как вариант, торец 33 третьей секции 30 может быть снабжен средством для присоединения к объекту, с которым взаимодействует устройство, например, выполненное в виде поперечного отверстия 38 в торце 33, как это показано на Фиг. 7.
Как можно видеть, в выдвинутом состоянии секций 10, 20 и 30 телескопического линейного привода в соответствии с настоящим изобретением все части взаимодействующих резьбовых соединений (13 и 25, а также 23 и 35) оказываются внутри устройства, в результате чего обеспечивается достижение указанного результата.
Дополнительно, чтобы предотвратить вращение третьей секции 30 вместе со второй секцией 20 во время работы устройства, когда третья секция 30 не имеет соединения с объектом воздействия, при котором блокируется такое ее вращение, устройство может быть снабжено кожухом 50, как это показано на Фиг. 7-9. Кожух 50 выполнен в форме стакана, имеющего боковую стенку 51 и дно 52 с центральным отверстием 54. При этом кожух 50 с внутренней стороны крепится к наружной боковой поверхности 26 второй секции 20 посредством подшипника качения 55 и устанавливается так, что его открытый торец 53 обращен в направлении первой секции 10 и охватывает ее снаружи. При этом наружное кольцо подшипника 55 крепится к внутренней поверхности кожуха 50, предпочтительно в области, прилегающей к дну 52, а внутреннее кольцо подшипника 55 крепится к наружной боковой поверхности 26 второй секции 20, предпочтительно в области, прилегающей к ее открытому торцу. При необходимости, с учетом габаритных размеров подшипника 55, для его установки может быть использовано компенсирующее кольцо 57.
В данном примере осуществления изобретения кожух 50 (см. Фиг. 8) имеет поперечное сечение квадратной формы со скругленными углами. Такую же форму имеет в поперечном сечении примыкающая к внутренней поверхности кожуха 50 наружная боковая поверхность 16 первой секции 10. За счет указанной формы выполнения примыкающих друг к другу поверхностей кожух 50 входит в зацепление с первой секцией 10, при котором блокируется вращение кожуха 50 относительно первой секции 10, но сохраняется возможность осевого перемещения кожуха 50. Для уменьшения трения скольжения кожух 50 имеет антифрикционные прокладки 58 из материала с низким коэффициентом трения, размещенные по периметру с внутренней стороны кожуха 50 вблизи его открытого конца 53. Вместо отдельных прокладок 58 можно использовать единое кольцо из материала с низким коэффициентом трения.
Отверстие 54 кожуха 50 охватывает снаружи третью секцию 30, входя в зацепление с ней с возможностью только осевого перемещения. Это достигается за счет аналогичного выполнения отверстия 54 и примыкающей к нему боковой поверхности 36 третьей секции 30, которые в поперечном сечении имеют квадратную форму со скругленными углами. За счет указанной формы выполнения примыкающих друг к другу поверхностей кожух 50 входит в зацепление с третьей секцией 30, при котором сохраняется возможность только осевого перемещения кожуха 50 относительно третьей секции 30. Для уменьшения трения скольжения кожух 50 имеет антифрикционное кольцо 59 из материала с низким коэффициентом трения, размещенное внутри отверстия 54 по его периметру.
В общем случае описанное сцепление кожуха с первой и третьей секциями обеспечивается формой поперечного сечения входящих в зацепление поверхностей - она должна отличаться от круглой, в частности может быть квадратной, гексагональной, овальной и т.п. Как вариант, возможно выполнение на указанных поверхностях соответствующих друг другу продольных выступов и канавок, препятствующих относительному вращению сцепленных деталей, но не препятствующих их осевому перемещению относительно друг друга. Специалистам известны и иные варианты зацепления деталей, при котором исключается их относительное вращение, но сохраняется возможность осевого перемещения.
При таком выполнении кожух 50, сцепленный с не вращающейся первой секцией 10, блокирует вращение третьей секции 30, однако имеет возможность перемещаться в осевом направлении вместе со второй секцией 20, к которой он прикреплен. В итоге при вращении второй секции 20 обеспечивается синхронное выдвижение второй секции 20 из первой секции 10 и третьей секции 30 из второй секции 20. В сложенном состоянии устройства третья секция 30 погружена во вторую секцию 20, которая, в свою очередь, погружена в первую секцию 10, при этом кожух 50 частично или по существу полностью закрывает снаружи боковую поверхность первой секции 10.
Вторая секция 20, как и в примере, проиллюстрированном Фиг. 1, приводится во вращение приводным валом 40, входящим в зацепление с возможностью осевого перемещения с центральным отверстием, выполненным в дне второй секции 20. С противоположной стороны вал 40 установлен в подшипнике 15 в дне первой секции 10, а его конец выведен наружу первой секции 10 и соединен с зубчатым колесом 45, приводимым во вращение электромотором через редуктор (на Фиг. 7 не показаны).
Одновременно, кроме выполнения функции блокировки вращения третьей секции 30, кожух 50 в выдвинутом состоянии устройства полностью закрывает вторую секцию 20 - единственную вращающуюся часть устройства, защищая тем самым его механизм от нежелательного воздействия внешней среды.