ШАГОВЫЙ ГИДРО(ПНЕВМО)ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК F15B11/12 F01C1/73 

Изобретение относится к гидро(пневмо)приводостроению и может быть использовано для привода гидро(пневмо)инструмента, трубопроводной арматуры, станочных приспособлений, конвейеров, лебедок и других тихоходных механизмов.

Известен принятый за прототип шаговый гидро(пневмо)двигатель, содержащий статор-корпус с торцовыми крышками и каналами подвода рабочей среды, в котором с образованием рабочих камер установлен набор роторов, обеспечивающих выходному валу шаговый угловой ход. (Авт. св. СССР 1795155, кл. F 15 B 15/12, БИ 6, 1993 г.).

Недостатки прототипа: большие габариты и сложность конструкции, многочисленность линий подвода рабочей среды, ограниченность числа шагов и угла поворота, отсутствие функции свободного хода. Эти недостатки вызваны тем, что шаговый гидро(пневмо)двигатель по существу состоит из нескольких встроенных друг в друга простых гидродвигателей, число которых близко к числу возможных шагов.

Технической задачей, решаемой изобретением, является повышение компактности и упрощение конструкции, сокращение числа линий подвода рабочей среды и расширение функциональных возможностей за счет неограниченного числа шагов и угла поворота, а также возможности свободного хода.

Это достигается тем, что в шаговом гидро(пневмо)двигателе, содержащем статор-корпус с торцовыми крышками и каналами подвода рабочей среды, в котором с образованием рабочих камер установлен ротор, ротор выполнен в виде зубчатого колеса и установлен в статоре с возможностью одноосного радиального хода величиной не менее половины шага зубьев по их вершинам, а на статоре с двух сторон от оси радиального хода ротора с контактом по его зубьям установлены храповые собачки, зубья которых одинаково ориентированы вдоль периметра ротора, а ширина равна ширине зубьев ротора.

Такая конструкция гидро(пневмо)двигателя обеспечивает выполнение поставленных задач, т. к. в ней имеются всего две рабочие камеры с двумя подводными каналами, а ротор одновременно выполняет функцию поршня и колеса храпового механизма, преобразующего его шаговое возвратно-поступательное движение в однонаправленной неограниченный угловой шаговый ход. Собачки храпового механизма по совместительству служат и контактными уплотнениями между цилиндрическими поверхностями ротора и статора, герметично отделяющими рабочие камеры друг от друга. Наличие храпового механизма обеспечивает возможность свободного хода ротора.

На фиг. 1 представлена конструкция шагового гидро(пневмо)двигателя в варианте с внутренним ротором, на фиг. 2 разрез по А-А по фиг. 1; на фиг. 3 вариант конструкции с внешним ротором; на фиг. 4 разрез Б-Б по фиг. 3.

Гидродвигатель содержит статор-корпус 1 с торцевыми крышками 2, стяжными болтами 3 и рабочими камерами 4 с подводными каналами 5. В варианте фиг. 1 и 2 с внутренним ротором цилиндрический ротор 6 с внешними зубьями 7 с шагом по их вершинам и квадратным отверстием 8 для связи с исполнительными органами машин расположен в статоре между рабочими камерами с возможностью радиального хода l вдоль оси 9. На статоре с двух сторон от оси 9 хода ротора с контактом по его зубьям установлены храповые собачки 10, зубья 11 которых одинаково ориентированы вдоль периметра ротора, причем ширина собачек и ротора h равны между собой. Для поджима собачек к ротору предусмотрены пружины 12, расположенные между собачками и корпусом.

В варианте с внешним ротором фиг. 3 и 4 ротор 6 охватывает статор 1 и имеет внутренние зубья 7. Одна из крышек статора может быть выполнена за одно целое с ним, а болтовое крепление заменено на резьбовое соединение 13 крышки с корпусом (см. фиг. 4).

Герметизация неподвижных стыков деталей, образующих рабочие камеры обеспечивается известными способами, например, плотными посадками или применением жидких прокладок. Подвижные стыки герметизируются с помощью малых зазоров (целевых уплотнений). При необходимости исключения внешних утечек между торцами ротора и крышек могут устанавливаться контактные уплотнители 14 (см. фиг. 2). Кроме приведенных на фиг. 1 4 собачек, закладываемых в паз статора, возможно использование и других конструкций собачек, например, с креплением на осях, опертых о крышки, или собачек, например, с креплением на осях, опертых о крышки, или собачек в виде плоских пружин, закрепленных на статоре с помощью винтов.

Равенство ширины собачек и ротора и пружинный поджим собачек к ротору обеспечивает работу собачек в качестве контактных уплотнений, препятствующих перетечкам рабочей среды между рабочими камерами вдоль цилиндрической поверхности ротора. При равенстве ширины собачек и ротора достигаются минимальные утечки по торцам собачек без потери подвижности собачек от контакта с торцевыми крышками.

Форма профиля зубьев ротора может быть треугольной или прямоугольной, а их число назначается с учетом необходимого углового шага ротора из расчета, что угловой шаг ротора равен половине углового шага его зубьев. Из условия компоновки предпочтительно нечетное число a зубьев количеством не менее 11.

Радиальный ход ротора l между упорами его в стенки статора назначается не менее половины шага зубьев t из условия обеспечения перехода зацепления собачек с одного зуба на другой, с учетом того, что при работе двигателя ротор перекатывается вокруг одной из собачек и ход центра ротора равен половине хода его зубьев под другой собачкой. Уменьшение l до величины менее 0,5t недопустимо, т.к. вызовет невхождение собачки в зацепление со следующим зубом ротора и отсутствие фиксации шага ротора.

Гидро(пневмо)двигатель работает следующим образом.

При подаче давления рабочей среды по каналу 5 в рабочую полость 4 ротор как поршень перемещается в радиальном направлении вдоль оси 9. При этом собачка 10, обращенная зубом против этого движения, удерживает примыкающий к ней зуб ротора и ротор начинает проворачиваться вокруг него. Вторая собачка 10 обращена зубом в направлении осевого хода ротора и поэтому не препятствует его движению, выходя из зацепления с торцом зуба ротора в начале хода ротора и, входя в зацепление со следующим его зубом, в конце хода тора при упоре его в стенку статора. В процессе движения ротора уменьшается объем противоположной рабочей камеры 4 и рабочая среда вытесняется из двигателя через канал 5. При последующей подаче давления рабочей среды в другую рабочую полость 4 ротор перемещается в исходное положение. Однако при этом он поворачивается в том же направлении, что и при первом ходе, т.к. собачка 10 свободно пропускает зуб ротора, а собачка 10 удерживает примыкающий к ней зуб ротора. В результате за один двойной радиальный ход ротора он проскальзывает на 1 зуб под каждой собачкой и оказывается повернутым вокруг своей центральной оси на один зуб, т.е. угол его поворота равен угловому шагу зубьев, а угловой шаг за одинарный ход составит половину углового шага зубьев. При последовательном поочередном подводе давления среды к каналам 5 и 5 ротор поворачивается далее в том же направлении на неограниченный угол, определяемый суммарным числом поочередных подач давления в рабочие полости.

Наличие храпового механизма обеспечивает гидро(пневмо)двигателю возможность свободного хода, т.к. под действием внешнего момента, приложенного к ротору в направлении его рабочего хода, собачки не препятствуют повороту ротора.

Технико-экономическая эффективность шагового гидро(пневмо)двигателя по сравнению с базовым объектом, за который принят прототип заключается в следующем.

1. Многократно упрощается конструкция и повышается компактность, т.к. вместо пропорционального числу шагов количества роторов, рабочих камер, подводных каналов и линий подвода рабочей среды использован один ротор простейшей цилиндрической формы, при котором количество рабочих камер, подводящих каналов и линий сокращено до двух. Повышению компактности способствует использование всей площади поперечного сечения ротора для воздействия давления рабочей среды и отсутствие внутри статора кроме миниатюрных собачек каких-либо вспомогательных элементов типа неподвижных лопастей или разделительных перегородок. Исключительно высокая компактность предложенной конструкции характеризуется большим значением удельного рабочего объема q/G≈150 см³/кг, (q рабочий объем за один оборот ротора, G вес двигателя), многократно превышающим этот показатель не только в прототипе, но и в наиболее компактных неполноповоротных шаговых гидродвигателях. В сочетании с работоспособностью при давлениях рабочей среды в десятки МПа такая компактность обеспечивает гидродвигателю высокий удельный момент M/G примерно на порядок превышающий этот показатель у существующих гидродвигателей.

2. Сокращение линий подвода рабочей среды с 4 10 в прототипа и аналогов до двух резко упрощает связь гидро(пневмо)двигателя с источником питания и расширяет сферу его применения.

3. Исключение ограничений в максимальных числах шагов и углах поворота расширяет функциональные возможности устройства и позволяет использовать его взамен менее компактных и более дорогих полноповоротных гидро(пневмо)двигателей, а также в системах с суммарным числом шагов более ста, ранее недопустимым для шаговых гидро(пневмо)двигателей.

4. Наличие свободного хода ротора также расширяет функциональные возможности гидро(пневмо)двигателя, например за счет возможности использования его в паре с ручным дублером.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано, в частности в качестве гидро(пневмо)привода инструмента и в других тихоходных механизмах. Сущность изобретения заключается в том, что в шаговом гидро(пневмо)приводе, содержащем статор с торцевыми крышками и каналами подвода и отвода рабочей среды и установленный в нем с образованием рабочих камер ротор, последний выполнен в виде зубчатого колеса и установлен в статоре с возможностью одноосного радиального перемещения на величину не менее половины шага зубьев по их вершинам, а статор снабжен храповыми собачками, установленными с двух сторон от оси радиального перемещения ротора с возможностью контактирования с последним, при этом ширина собачек равна ширине ротора, а их зубья ориентированы вдоль периметра ротора. 4 ил.

Шаговый гидро(пневмо)двигатель, содержащий статор с торцевыми крышками и каналами подвода и отвода рабочей среды и установленный в нем с образованием рабочих камер ротор, отличающийся тем, что ротор выполнен в виде зубчатого колеса и установлен в статоре с возможностью одноосного радиального перемещения на величину не менее половины шага зубьев по их вершинам, а статор снабжен храповыми собачками, установленными с двух сторон от оси радиального перемещения ротора с возможностью контактирования с последним, при этом ширина собачек равна ширине ротора, а их зубья ориентированы вдоль периметра ротора.