ЭЛЕКТРОПРИВОД С ТРЕХСТУПЕНЧАТЫМ ПЛАНЕТАРНЫМ РЕДУКТОРОМ
ELECTRIC DRIVE WITH THREE-STEP PLANETARY GEAR

Настоящее изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве электропривода, например, на космическом аппарате (КА).
Известен трехступенчатый планетарный редуктор (Руденко В.Н. Планетарные и волновые передачи. Альбом конструкций. - М.: Машиностроение, 1980. с 37), содержащий корпус, быстроходный вал, быстроходный, промежуточный и тихоходный планетарные ряды, каждый из которых включает солнечную шестерню, сателлиты, водило и корону, причем тихоходный вал, выполненный как единое целое с водилом тихоходного планетарного ряда и установленный на двух шарикоподшипниках.
Недостаток указанного устройства заключается в том, что водило быстроходного планетарного ряда, выполненое совместно с солнечной шестерней промежуточного планетарного ряда, водило промежуточного планетарного ряда, выполненное совместно с солнечной шестерней тихоходного планетарного ряда, опираются каждое на два игольчатых подшипника, установленных на одну общую ось, которая установлена в корпусе редуктора и опирающаяся с одной стороны на корпус редуктора, при помощи радиального шарикоподшипника, с другой стороны на радиальный шарикоподшипник, установленный в тело водила тихоходной ступени. Известно, что КПД игольчатых подшипников ниже чем КПД шарикоподшипников, при этом в рассматриваемой конструкции использовано большое число подшипниковых опор. Кроме этого в конструкции планетарных рядов не предусмотрены самоустанавливающиеся звенья для исключения или уменьшения неравномерности распределения нагрузки между сателлитами, что также способствует снижению КПД. Кроме этого, подшипники выходного вала выполнены разнесенными, что ухудшает габаритно-массовые параметры устройства.
В качестве прототипа выбран электропривод (RU 2222860, МПК H02K 7/10, F16D 13/00. Опубл. 27.01.2004), содержащий электродвигатель и многоступенчатый планетарный редуктор, включающий корпус, быстроходный вал, связанный с электродвигателем, планетарные ряды, каждый из которых включает солнечную шестерню, сателлиты, водило и корону, причем водило каждого планетарного ряда (кроме тихоходного) выполнено как единое целое с солнечной шестерней последующего планетарного ряда, тихоходный вал, выполненный как единое целое с водилом тихоходного планетарного ряда и установленный на двух шарикоподшипниках.
Недостаток прототипа заключается в том, что его конструкция выполнена с элементами, в которых при работе возникает трение скольжения, что приводит к снижению КПД. Кроме того, в этом редукторе солнечная шестерня каждой последующей ступени выполнена как единое целое с водилом предыдущей ступени, то есть звенья двух разных ступеней являются зависимыми, то есть погрешности работы одной отражаются на работе второй. Такое техническое решение не дает возможности осуществить самоустановку солнечной шестерни каждой последующей ступени отдельно, и тем самым создаются дополнительные силы сопротивления при работе устройства, что также снижает его КПД.
Габаритно-массовые характеристики прототипа ухудшены по причине того, что подшипники выходного вала выполнены разнесенными.
Задачи изобретения: повышение КПД, улучшение габаритно-массовых параметров электропривода.
Задачи решены за счет того, что в предложенном электроприводе с трехступенчатым планетарным редуктором (содержащем электродвигатель, редуктор, включающий плату с корпусом, быстроходный вал, связанный с электродвигателем посредством предступени, быстроходный, промежуточный и тихоходный планетарные ряды, каждый из которых включает соответственно солнечную шестерню, сателлиты, водило и корону, причем быстроходное водило выполнено как единое целое с промежуточной солнечной шестерней, тихоходный (выходной) вал, выполненный как единое целое с тихоходным водилом и установленным с опорой на двух радиальных шарикоподшипниках; быстроходное водило выполнено с опорой со стороны электродвигателя) промежуточное водило выполнено с внутренним зубчатым венцом и консольно при помощи оси расположено на двух подшипниках, сопряженных своими торцами и установленными в теле тихоходного водила, на оси слева и справа от указанных подшипников установлены стопорные кольца для удержания промежуточного водила от осевого смещения; зацепление зубьев тихоходной солнечной шестерни и внутренних зубьев зубчатого венца промежуточного водила выполнены с радиальными и боковыми зазорами, не менее чем произведение модуля зацепления (m) на 0,4. Опора быстроходного водила со стороны электродвигателя выполнена на плате корпуса редуктора в виде радиального однорядного шарикоподшипника или двухрядного сферического самоустанавливающегося радиального шарикоподшипника.
Суть изобретения показана фиг.1-2. На фиг.1 представлен общий вид электропривода в разрезе с двухрядным сферическим самоустанавливающимся радиальным шарикоподшипником для опоры быстроходного водила (как одного из двух заявленных вариантов). На фиг.2 представлены промежуточное водило 16 с промежуточными сателлитами 13 и тихоходной солнечной шестерней 11.
Электропривод с трехступенчатым планетарным редуктором содержит, элек-тродвигатель1, редуктор, включающий плату 2 с корпусом 3, быстроходный вал 4, связанный с электродвигателем 1 посредством предступени 5, быстроходный, промежуточный и тихоходный планетарные ряды 6, 7, 8, каждый из которых включает соответственно солнечную шестерню 9, 10, 11, сателлиты 12, 13, 14, водило 15, 16, 17 и корону 18, 19 (корона быстроходного и промежуточного планетарного ряда выполнена как единое целое), причем быстроходное водило 15 выполнено как единое целое с промежуточной солнечной шестерней 10; тихоходный (выходной) вал 20 выполнен как единое целое с тихоходным водилом 17 и установлен с опорой на двух радиальных шарикоподшипниках 21, 22; быстроходное водило выполнено с опорой 23 со стороны электродвигателя 1; промежуточное водило 16 выполнено с внутренним зубчатым венцом 24 и консольно при помощи оси 25 расположено на двух шарикоподшипниках 26, 27, сопряженных своими торцами и установленными в теле тихоходного водила 17, на оси 25 слева и справа от указанных подшипников 26, 27 установлены стопорные кольца 28, 29 для удержания промежуточного водила 16 от осевого смещения; зацепление зубьев тихоходной солнечной шестерни 11 и внутренних зубьев зубчатого венца 24 промежуточного водила 16 выполнены с радиальными и боковыми зазорами, не менее чем произведение модуля зацепления (m) на 0,4; опора 23 быстроходного водила 15 со стороны электродвигателя 1 выполнена на плате 2 корпуса 3 редуктора в виде радиального однорядного шарикоподшипника или двухрядного сферического самоустанавливающегося радиального шарикоподшипника.
Предложенное устройство работает следующим образом. Вращающий момент от электродвигателя 1 передается входному валу (на фигуре не показано) предступени 5, выходной вал которой одновременно является входным валом 4 трехступенчатого планетарного редуктора. Предступень 5 представляет собой одноступенчатый планетарный редуктор, реализованный по схеме 2K-h. На входном валу 4 установлена быстроходная солнечная шестерня 9, посредством которой вращающий момент передается быстроходным сателлитам 12 (например, трем) и соответственно быстроходному водилу 15 и промежуточной солнечной шестерне 10, которая в свою очередь передает вращающий момент промежуточным сателлитам 13 и соответственно промежуточному водилу 16, а также тихоходной солнечной шестерне 11 посредством зубчатого венца 24, которая в свою очередь передает вращающий момент тихоходным сателлитам 14 и соответственно тихоходному водилу 17 и выходному валу 20.
В предложенном устройстве повышен КПД и улучшены габаритно-массовые параметры за счет того, что промежуточное водило 16 выполнено с внутренним зубчатым венцом 24 и консольно расположено на двух шарикоподшипниках 26, 27, сопряженных своими торцами и установленных в теле тихоходного водила 17; зацепление зубьев тихоходной солнечной шестерни 11 и внутренних зубьев 24 промежуточного водила 16 выполнены с радиальными и боковыми зазорами, не менее чем произведение модуля зацепления (m) на 0,4; промежуточное водило 16 выполнено с внутренним зубчатым венцом 24 и консольно при помощи оси 25 расположено на двух шарикоподшипниках 26, 27, сопряженных своими торцами и установленных в теле тихоходного водила 17; на оси 25 слева и справа от указанных шарикоподшипников 26, 27 установлены стопорные кольца соответственно 28, 29 для удержания тихоходного водила 17 от осевого смещения. Это позволило промежуточному водилу 16 иметь возможность при деформации оси 25 перемещаться в радиальном направлении вместе с промежуточными сателлитами 13, самоустанавливаться, уравнивая нагрузки между промежуточными сателлитами 13.
Так как зацепление зубьев тихоходной солнечной шестерни 11 и внутренних зубьев 24 промежуточного водила 16 выполнены с радиальными и боковыми зазорами, не менее чем произведение модуля зацепления (m) на 0,4, то это позволило самоустанавливаться и уравнивать нагрузки между промежуточными сателлитами 13 и тем самым обеспечить повышение КПД электропривода. Дополнительно повышение КПД электропривода достигнуто за счет того, что опора 23 быстроходного водила 15 со стороны электродвигателя выполнена на плате корпуса редуктора в виде радиального однорядного шарикоподшипника или двухрядного сферического самоустанавливающегося радиального шарикоподшипника. При этом дополнительно улучшены габаритно-массовые параметры электропривода.
Предложенное решение в настоящее время находится на этапе выпуска конструкторской документации для последующей наземной отработки и запуска в производство для космических аппаратов.