Передаточный механизм

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к механическим передачам,  предназначенным для управления исполнительными механизмами с поступательным перемещением рабочих органов. Полезная модель может быть использована  для передачи механической энергии и движения от входного к выходному звену с обеспечением высокой нагрузочной способности и существенного увеличения усилия на выходном звене.
Из патента JPH0219660 (опубл. 23.01.1990) известен  передаточный механизм в составе электропривода. Передаточный механизм содержит входной вал, связанный с электродвигателем, редуктор первой ступени и редуктор второй ступени в виде винтовой пары с выходным звеном поступательного действия. Винтовая пара включает винт и гайку, рабочие поверхности которых взаимодействуют посредством тел качения.
В качестве редуктора первой ступени использована цилиндрическая передача с наружным зацеплением, входная шестерня которой установлена на входном валу. Однако цилиндрические передачи с наружным зацеплением характеризуются относительно низкой нагрузочной способностью, поэтому перегрузки на входном валу, обусловленные, например, дисбалансом вала электродвигателя, наличием толчков, ударов и вибраций, или изгибом вала электродвигателя, приведут  к нарушению нормального распределения сил вдоль поверхности зуба в зацеплении, вплоть до поломки зубьев.
В редукторе второй ступени гайка вращается вместе с выходной шестерней цилиндрической передачи, винт поступательно перемещается. Недостатком редуктора второй ступени является большой осевой размер, обусловленный поступательным перемещением винта, вследствие чего длина винта и длина хода винта расположены последовательно на продольной оси.
Известен передаточный механизм для привода по патенту РФ 2564157 (опубл.27.09.2015), выбранный за ближайший аналог. Передаточный механизм содержит корпус, входной вал, связанный с электродвигателем, редуктор первой ступени и редуктор второй ступени с поступательным движением выходного звена.
Для обеспечения большой нагрузочной способности редуктор первой ступени выполнен в виде планетарно-цевочной передачи, которая содержит два диска с зубьями циклоидального профиля (см. фиг.1 патента РФ 2564157), последовательно установленные на эксцентриковом входном валу, неподвижное колесо внутреннего зацепления и выходной вал.
Редуктор второй ступени (см. фиг.3 патента РФ 2564157) выполнен в виде винтовой пары, включающей в себя винт и гайку, рабочие поверхности которых взаимодействуют посредством тел качения. Гайка неподвижно соединена с выходным валом редуктора первой ступени и вращается вместе с указанным выходным валом. Выходным звеном редуктора второй ступени является поступательно перемещающийся винт, который выполняет функцию штока, связанного с трубопроводной арматурой для ее линейного перемещения.
Недостатком редуктора первой ступени является увеличение его осевого размера ввиду последовательно установленных на валу двух циклоидальных дисков и подшипников. Использование двух циклоидальных дисков обусловлено тем, что планетарно-цевочная передача с одним циклоидальным диском имеет большую неуравновешенную массу, а также имеет точки мертвого хода.
Недостатком редуктора второй ступени является большой осевой размер, обусловленный поступательным перемещением винта, вследствие чего длина винта и длина хода винта расположены последовательно на продольной оси.
Таким образом, актуальна проблема разработки компактного передаточного механизма, обеспечивающего высокую нагрузочную способность и существенное увеличение усилия на выходном звене.
Технический результат заключается в обеспечении большей, по сравнению с прототипом, компактности передаточного механизма за счет уменьшения его осевого размера, при сохранении большой нагрузочной способности.
Указанная проблема решается и технический результат достигается тем, что передаточный механизм, как и ближайший аналог, содержит корпус, редуктор первой ступени и редуктор второй ступени, выполненный в виде винтовой пары, включающей винт и гайку, рабочие поверхности которых взаимодействуют посредством тел качения.
В отличие от ближайшего аналога, редуктор первой ступени выполнен в виде передачи с промежуточными телами качения, содержащей эксцентриковую втулку, неподвижный зубчатый венец, и находящиеся в зацеплении с зубчатым венцом промежуточные тела качения, размещенные в гнездах сепаратора. Винтовая пара выполнена с вращающимся при вращении сепаратора винтом и ходовой гайкой,  при этом гайка неподвижно соединена со штоком, расположенным коаксиально винту.
При этом гайка расположена на винте с обеспечением необходимой длины хода.
При этом винт своей выходной частью расположен в полости штока.
Сущность полезной модели поясняют чертежи: фиг.1 – продольный разрез передаточного механизма; фиг.2 – вид редуктора первой ступени (вид слева на фиг. 1).
Передаточный механизм содержит корпус 1, редуктор 2 первой ступени и редуктор 3 второй ступени с поступательным движением выходного звена.
Редуктор 2 первой ступени выполнен в виде передачи с промежуточными телами качения, включающей эксцентриковую втулку 4, неподвижный зубчатый венец 5 и промежуточные тела качения 6, размещенные в гнездах входной части сепаратора 7. Эксцентриковая втулка 4 установлена на входном валу 8 при помощи разъемного неподвижного соединения, например, шпоночного, шлицевого и т.д. На эксцентриковой втулке 4 установлен подшипник 9 качения. Промежуточные тела качения 6 контактируют одновременно с наружным кольцом подшипника 9 и с внутренним профилем зубчатого венца 5. Эксцентриковая втулка 4, подшипник 9, цепочка тел качения  6, входная часть сепаратора 7 и зубчатый венец 5 расположены коаксиально друг другу, т.е. с расположением одного элемента внутри другого. Зубчатый венец 5 жестко соединен с неподвижным корпусом 1. Сепаратор 7 установлен с возможностью вращения относительно корпуса 1 на подшипниках 10.
Редуктор 3 второй ступени выполнен в виде винтовой пары, включающей винт 11 и гайку 12, рабочие поверхности которых взаимодействуют посредством тел качения, например, шариков или роликов (на фигуре не показаны). Винт 11 неподвижно соединен с выходной частью сепаратора 7, например, при помощи шпоночного или шлицевого соединения 13. Винт 11 установлен в корпусе 1 на подшипниках 14 и неподвижен в осевом направлении. На выходном окончании винта 11 закреплено упорное кольцо 15. Гайка 12 своим внешним буртом жестко соединена со штоком 16 для линейного перемещения гайкой 12 штока 16 при вращении винта 11. Шток 16 расположен коаксиально винту 11. Жесткое соединение гайки 12 со штоком 16 может быть осуществлено при помощи крепежных соединительных элементов. На фиг. 1 показано положение гайки 12 на максимальном удалении от выходного окончания винта 11. В общем случае расположение гайки 12 на винте 11 должно обеспечивать длину хода. Шток 16 расположен в корпусе 1 и выполнен полым. Винт 11 своей выходной частью расположен в полости штока 16.
Работа передаточного механизма осуществляется следующим образом.
При сообщении вращательного движения входному валу 8 приводится во вращение неподвижно соединенная с ним эксцентриковая втулка 4, являющаяся входным звеном редуктора 2 первой ступени. Вращаясь, эксцентриковая втулка 4 кинематически взаимодействует через подшипник 9 с промежуточными телами качения 6. Промежуточные тела качения 6, находящиеся в гнездах сепаратора 7, контактируют с внутренним профилем зубчатого венца 5. За счет разницы количества тел качения 6 и внутренних профильных впадин венца 5 происходит поворот сепаратора 7, являющегося выходным звеном редуктора 2 первой ступени.
При вращении сепаратора 7 вращается неподвижно соединенный с ним винт 11. Винт 11 приводит в движение ходовую гайку 12. Гайка 12 при своем поступательном движении толкает шток 16, перемещающий рабочий орган исполнительного механизма, например, затвор клапана.
Выполнение редуктора 2 первой ступени в виде передачи с промежуточными телами качения, в которой  эксцентриковая втулка 4, подшипник 9, цепочка тел качения  6, входная часть сепаратора 7 и зубчатый венец 5 расположены коаксиально (по сравнению с последовательным расположением циклоидальных дисков и подшипников вдоль продольной оси в прототипе), уменьшен осевой размер редуктора 2 первой ступени. При этом, наряду с компактностью конструкции, передача с промежуточными телами качения обладает большой нагрузочной и перегрузочной способностью вследствие многопарности зацепления в передаче, высоким выходным крутящим моментом, большим передаточным отношением, плавностью работы и непрерывностью кинематического замыкания. (Е.А. Ефременков «Разработка и  проектирование передач с промежуточными телами качения нового вида» изд. ТПУ, 2005г., стр. 131)
Выполнение редуктора 3 второй ступени с ходовой гайкой 12, поступательно перемещающей шток 16, расположенный коаксиально винту 11, обеспечивает необходимую длину хода штока 16 без  увеличения длины винта 11 и позволяет  значительно (в 1,5 - 2 раза) уменьшить длину редуктора второй ступени. При этом сохранены все известные преимущества винтовой пары с телами качения, в том числе высокая нагрузочная способность, высокий КПД, бесшумность и плавность передачи, высокая точность. Так, при  регулировке рабочего потока в трубопроводной арматуре, передаточный механизм обеспечивает выходное  усилие до 65 000 Н.
Таким образом, предложен компактный передаточный механизм для электропривода, обеспечивающий высокую нагрузочную способность и существенное увеличение усилия на выходном звене электропривода.