ЭЛЕКТРОПРИВОД Российский патент 2003 года по МПК F16H57/02 

Изобретение относится к деталям машин и может быть использовано в составе электроприводов систем автоматики изделий авиационной и космической техники.

Известен электропривод, содержащий размещенные в корпусе электродвигатель с шестерней на его валу и редуктор с быстроходным и выходным валами, установленными на подшипниках [I]. Недостатком этого электропривода является низкое передаточное отношение его редуктора, являющегося двухступенчатым.

Этого недостатка лишен электропривод, содержащий размещенные в корпусе с присоединенной к нему посредством крепежных деталей крышкой электродвигатель с шестерней на его валу, редуктор с быстроходным, промежуточным и выходным валами, установленными на подшипниках, при этом на быстроходном и промежуточном валах неподвижно установлены по шестерне и зубчатому колесу, а на выходном валу - зубчатое колесо, выбранный в качестве прототипа [2]. Шестерня на валу электродвигателя введена в зацепление с зубчатым колесом быстроходного вала редуктора, шестерня быстроходного вала редуктора введена в зацепление с зубчатым колесом промежуточного вала редуктора, а шестерня промежуточного вала редуктора введена в зацепление с зубчатым колесом выходного вала редуктора.

Недостатком такого электропривода является его низкая технологичность, вызванная необходимостью совместной обработки подшипниковых гнезд в сборе корпуса с крышкой для обеспечения соосности валов, требуемой для безотказной работы электропривода, вследствие размещения подшипников валов в различных деталях - корпусе и крышке. Это удлиняет технологический цикл изготовления электропривода и удорожает производство. Другим недостатком является низкая вибропрочность электропривода, что вызвано малой жесткостью крепления внутреннего корпуса к крышке. Указанное крепление осуществляется винтами и штифтами, скрепляющими эти детали. В результате вызванных характерной для ракетной техники (особенно на участке выведения на орбиту) вибрацией пластических деформаций материала кожуха и стакана (выполненных, как правило, из легких алюминиевых сплавов, не обладающих высокой прочностью) в местах сопряжения со стальными винтами и штифтами появляются зазоры, что может привести к смещению крышки относительно корпуса, изменению межосевых расстояний и заклиниванию редуктора электропривода.

Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленного изобретения, является повышение технологичности электропривода за счет устранения совместной обработки корпуса в сборе с крышкой и повышение его вибропрочности.

Этот результат достигается за счет того, что в известном электроприводе, содержащем размещенные в корпусе с присоединенной к нему посредством крепежных деталей крышкой электродвигатель с шестерней на его валу, редуктор с быстроходным, промежуточным и выходным валами, установленными на подшипниках, шестерню и зубчатое колесо, неподвижно установленные на быстроходном валу, шестерню и зубчатое колесо, неподвижно установленные на промежуточном валу, а на выходном валу - зубчатое колесо, шестерню на валу электродвигателя, введенную в зацепление с зубчатым колесом быстроходного вала редуктора, шестерню быстроходного вала редуктора, введенную в зацепление с зубчатым колесом промежуточного вала редуктора, шестерню промежуточного вала редуктора, введенную в зацепление с зубчатым колесом выходного вала редуктора, согласно изобретению, в корпусе с противоположных сторон выполнены две глухие цилиндрические расточки, в первой расточке диаметра D, большего или равного наружному диаметру зубчатого колеса промежуточного вала, размещен электродвигатель, а во второй расточке соосно ей - выходной вал редуктора, и сообщающая эти расточки полость, одни противоположные стенки которой перпендикулярны осям расточек, оба подшипника быстроходного и промежуточного валов и один подшипник выходного вала размещены в корпусе, а второй подшипник выходного вала размещен в крышке, крышка снабжена буртом для центрирования по цилиндрической поверхности второй расточки, шестерня и зубчатое колесо быстроходного вала размещены в первой расточке, а зубчатое колесо промежуточного вала размещено в сообщающей расточки полости, при этом
D≥2L+F,
где L - расстояние между осями электродвигателя и быстроходного вала,
F - наружный диаметр зубчатого колеса быстроходного вала,
причем шестерня быстроходного вала размещена между зубчатым колесом быстроходного вала и дном первой расточки, а подшипники промежуточного вала размещены между шестерней и зубчатым колесом промежуточного вала, и на корпусе со стороны крышки выполнен вырез для установки промежуточного вала и его подшипников, а зубчатое колесо промежуточного вала выполнено съемным по отношению к нему и зафиксировано в осевом направлении пружинным кольцом, установленным на ближайшем к электродвигателю конце промежуточного вала, при этом стенки корпуса, образующие полость, на всем ее протяжении выполнены охватывающими зубчатое колесо промежуточного вала.

На фиг.1 приведен пример конкретного исполнения электропривода, продольный разрез, на фиг.2 - то же, вид со стороны выходного вала (крышка условно не показана). на фиг.3 - то же, разрез по А-А.

Электропривод содержит размещенные в корпусе 1 с присоединенной к нему посредством крепежных деталей крышкой 2 электродвигатель 3 с шестерней 4 на его валу, редуктор 5 с быстроходным 6, промежуточным 7 и выходным 8 валами, установленными на подшипниках 9, 10 и 11 соответственно. На быстроходном 6 и промежуточном 7 валах неподвижно установлены по шестерне 12, 13 и зубчатому колесу 14, 15 соответственно, а на выходном валу 8 - зубчатое колесо 16. Шестерни 12 и 13 выполнены заодно с валами 6 и 7 соответственно, зубчатое колесо 14 выполнено заодно с валом 6, зубчатое колесо 16 выполнено заодно с валом 8. Шестерня 4 на валу электродвигателя 3 введена в зацепление с зубчатым колесом 14 быстроходного вала 6 редуктора 5, шестерня 12 быстроходного вала 6 редуктора введена в зацепление с зубчатым колесом 15 промежуточного вала 7 редуктора, а шестерня 13 промежуточного вала 7 редуктора введена в зацепление с зубчатым колесом 16 выходного вала 8 редуктора. В корпусе 1 с противоположных сторон выполнены две глухие цилиндрические расточки 17 и 18, в первой расточке 17 размещен электродвигатель 3, а во второй расточке 18 соосно ей - выходной вал 8 редуктора, и сообщающая эти расточки полость 19, образованная стенками корпуса 1. Расточка 17 выполнена диаметром D, большим или равным наружному диаметру зубчатого колеса 15 промежуточного вала 7. Одни противоположные стенки 20 полости 19 перпендикулярны осям 21 и 22 расточек 17 и 18. Оба подшипника 9 быстроходного 6 вала, оба подшипника 10 промежуточного 7 вала и один подшипник 11 выходного 8 вала размещены в корпусе 1, а второй подшипник 11 выходного вала 8 размещен в крышке 2. Крышка 2 снабжена буртом 23 для центрирования по цилиндрической поверхности второй расточки 18. Шестерня 12 и зубчатое колесо 14 быстроходного вала 6 размещены в первой расточке 17, а зубчатое колесо 15 промежуточного вала 7 размещено в полости 19, при этом
D≥2L+F,
где L - расстояние между осями электродвигателя 3 и быстроходного вала 6,
F - наружный диаметр зубчатого колеса 14 быстроходного вала 6.

Шестерня 12 быстроходного 6 вала размещена между зубчатым колесом 14 быстроходного 6 вала и дном 24 первой расточки 17. Подшипники 10 промежуточного 7 вала размещены между шестерней 13 и зубчатым колесом 15 промежуточного 7 вала. На корпусе 1 со стороны крышки 2 выполнен вырез 25 для установки промежуточного вала 7 и его подшипников 10, т.е. поперечное сечение выреза 25 выполнено охватывающим наружный диаметр подшипника 10 промежуточного вала 7, что видно на фиг.2. Зубчатое колесо 15 промежуточного вала 7 выполнено съемным по отношению к нему, т.к. оно базируется своим внутренним диаметром на наружной цилиндрической поверхности вала 7, зафиксировано в угловом направлении шпонкой 26 и зафиксировано в осевом направлении пружинным кольцом 27, установленным на ближайшем к электродвигателю 3 конце 28 промежуточного вала 7. Стенки корпуса 1, образующие полость 19, на всем ее протяжении выполнены охватывающими зубчатое колесо 15 промежуточного вала 7, что видно на фиг.3. На фланце корпуса 1 выполнены отверстия 29 для крепления электропривода на изделии.

Электропривод работает следующим образом: при подаче питающего напряжения на электродвигатель 3 вращается его вал с шестерней 4. Далее вращение передается на зубчатое колесо 14 и шестерню 12 быстроходного вала 6, на зубчатое колесо 15 и шестерню 13 промежуточного вала 7. Шестерня 13 приводит в движение через колесо 16 выходной вал 8. Редуктор 5 обеспечивает преобразование момента электродвигателя 3 в момент на выходном валу 8. За счет вышеописанных конструкции электропривода и математической зависимости обеспечивается размещение пар подшипников быстроходного и промежуточного валов и одного подшипника 11 выходного вала в одной детали - корпусе 1. Соосность второго, установленного в крышке 2 подшипника 11 выходного вала первому, установленному в корпусе 1, обеспечивается базированием крышки 2 своим буртом 23 в расточке 18, соосной выходному валу 8. Таким образом, обеспечивается точное выполнение межосевых расстояний редуктора за счет обработки одной детали - корпуса и выполнения бурта 23 крышки 2 соосным посадочному отверстию подшипника 11 в этой крышке, что легко выполнимо токарной обработкой. Повышается технологичность электропривода за счет устранения совместной обработки корпуса в сборе с крышкой. Для обеспечения собираемости электропривода необходимо, чтобы расточка 17 была выполнена диаметром D, большим или равным наружному диаметру зубчатого колеса 15 промежуточного вала 7, т.к. в противном случае невозможно установить зубчатое колесо 15 через расточку 17.

Обоснование необходимости выполнения математической зависимости D≥2L+F, невыполнение которой приведет к невозможности установки вала 6 на его место из-за упора зубчатого колеса 14 в корпус 1, вытекает из анализа фиг.3, т.к. видно, что максимально удаленная от оси 21 точка зубчатого колеса 15 находится от нее на расстоянии L+F/2. Также очевидно, что если это расстояние будет меньше или равно половине диаметра расточки 17 D/2, то возможна установка вала 6 через расточку 17 без упора колеса 15 в корпус 1, т.е.

L+F/2≤D/2,
или, после алгебраических преобразований,
D≥2L+F.

Ряд характеризующих изобретение признаков является необходимым для обеспечения сборки электропривода, в процессе которой первоначально устанавливают в корпус подшипник 11 (правый на фиг.1), затем через расточку 17 вставляют внутрь нее зубчатое колесо 15. После этого колесо 15 перемещают параллельно стенкам 20 внутрь полости 19, это возможно, т.к. стенки корпуса 1, образующие полость 19, на всем ее протяжении выполнены охватывающими зубчатое колесо 15, т.е. на всем этапе перемещения колеса 15 оно проходит внутри полости. Затем через вырез 25 вставляют вал 7 с установленными на нем подшипниками 10 и шпонкой 26, при этом зубчатое колесо 15 монтируют на вал 7 и фиксируют пружинным кольцом 27. После установки и фиксации вала 7 через расточку 17 в корпус 1 устанавливают подшипники 9 и вставляют вал 6, вводя в зацепление его шестерню 12 с зубчатым колесом 15. Т.к. шестерня 12 быстроходного 6 вала размещена между зубчатым колесом 14 быстроходного 6 вала и дном 24 первой расточки 17, то возможна установка вала 6 в его рабочее положение. Далее производят установку электродвигателя 3 с установленной на его валу. шестерней 4, установку выходного вала 8 и крышки 2 со вторым подшипником 11. Приведенное описание процесса сборки электропривода не претендует на патентную защиту и изложено для более полного понимания характеризующих устройство признаков. Выполнение корпуса 1 в виде единой детали, в которой монтируются практически все элементы электропривода, обусловливает высокую жесткость и механическую прочность электропривода. Вибрационные нагрузки, действующие в направлении межосевого расстояния между выходным и промежуточным валами, воспринимаются не крепежными элементами, а поверхностями бурта 23 и цилиндрической поверхности расточки 18, обладающими значительной площадью из-за большого диаметра сопрягаемых поверхностей, что значительно снижает контактные напряжения и не приводит к пластическим деформациям. Это обеспечивает высокую вибропрочность электропривода.

Указанные преимущества - повышение технологичности электропривода за счет устранения совместной обработки корпуса в сборе с крышкой и повышение вибропрочности - позволяет рекомендовать заявленное техническое решение к использованию в электроприводах агрегатов систем автоматики жидкостных реактивных двигателей (ЖРД) изделий космической техники, характеризующихся высокими значениями виброперегрузок.

Источники информации
1. Чернавский С. А., Снесарев Г.А., Козинцов Б.С. и др. Проектирование механических передач. Учебно-справочное пособие для втузов. М.: Машиностроение, 1984, с. 12, рис. 1.2а.

2. Патент Российской федерации N 2039897, МПК F 16 H 1/06, 1995 г. (прототип).

Изобретение может быть использована в составе приводов систем автоматики двигателей изделий космической техники. Электропривод содержит размещенные в корпусе электродвигатель и редуктор. В корпусе с противоположных сторон выполнены две глухие цилиндрические расточки. В первой расточке размещен электродвигатель, а во второй расточке - выходной вал редуктора и сообщающая эти расточки полость, образованная стенками корпуса. Подшипники быстроходного и один подшипник выходного вала размещены в корпусе. Промежуточный вал и его подшипники установлены в вырезе корпуса. Второй подшипник выходного вала размещен в крышке корпуса. Шестерня и зубчатое колесо быстроходного вала редуктора размещены в первой расточке, а зубчатое колесо промежуточного вала размещено в сообщающей расточки полости. Шестерня быстроходного вала размещена между зубчатым колесом быстроходного вала и дном первой расточки. Подшипники промежуточного вала размещены между шестерней и зубчатым колесом промежуточного вала. Зубчатое колесо промежуточного вала выполнено съемным по отношению к нему и зафиксировано в осевом направлении пружинным кольцом, установленным на ближайшем к электродвигателю конце промежуточного вала. Технический результат - повышение технологичности электропривода и повышение его виброустойчивости. 3 ил.

Электропривод, содержащий размещенные в корпусе с присоединенной к нему посредством крепежных деталей крышкой электродвигатель с шестерней на его валу, редуктор с быстроходным, промежуточным и выходным валами, установленными на подшипниках, шестерню и зубчатое колесо, неподвижно установленные на быстроходном валу, шестерню и зубчатое колесо, неподвижно установленные на промежуточном валу, а на выходном валу - зубчатое колесо, шестерню на валу электродвигателя, введенную в зацепление с зубчатым колесом быстроходного вала редуктора, шестерню быстроходного вала редуктора, введенную в зацепление с зубчатым колесом промежуточного вала редуктора, шестерню промежуточного вала редуктора, введенную в зацепление с зубчатым колесом выходного вала редуктора, отличающийся тем, что в корпусе с противоположных сторон выполнены две глухих цилиндрических расточки, в первой расточке диаметра D, большего или равного наружному диаметру зубчатого колеса промежуточного вала, размещен электродвигатель, а во второй расточке соосно ей - выходной вал редуктора, и сообщающая эти расточки полость, одни противоположные стенки которой перпендикулярны осям расточек, оба подшипника быстроходного и промежуточного валов и один подшипник выходного вала размещены в корпусе, а второй подшипник выходного вала размещен в крышке, крышка снабжена буртом для центрирования по цилиндрической поверхности второй расточки, шестерня и зубчатое колесо быстроходного вала размещены в первой расточке, а зубчатое колесо промежуточного вала размещено в сообщающей расточки полости, при этом
D≥2L+F,
где L- расстояние между осями электродвигателя и быстроходного вала;
F - наружный диаметр зубчатого колеса быстроходного вала,
причем шестерня быстроходного вала размещена между зубчатым колесом быстроходного вала и дном первой расточки, а подшипники промежуточного вала размещены между шестерней и зубчатым колесом промежуточного вала, и на корпусе со стороны крышки выполнен вырез для установки промежуточного вала и его подшипников, а зубчатое колесо промежуточного вала выполнено съемным по отношению к нему и зафиксировано в осевом направлении пружинным кольцом, установленным на ближайшем к электродвигателю конце промежуточного вала, при этом стенки корпуса, образующие полость, на всем ее протяжении выполнены охватывающими зубчатое колесо промежуточного вала.