ЭЛЕКТРОПРИВОД С ТРЕХСТУПЕНЧАТЫМ ПЛАНЕТАРНЫМ РЕДУКТОРОМ Российский патент 2013 года по МПК F16H1/46 F16H57/23 F16H57/08 

Настоящее изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в электроприводах раскрытия крупногабаритных трансформируемых механических систем космических аппаратов, а также в приводах другого назначения как в ракетно-космической, так и в других областях техники.

Известен трехступенчатый планетарный редуктор (Слюдиков М.Н., Бруевич Н.Г., Сергеев В.И. и др. Надежность и точность механизмов приводов систем управления летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1984. С.74. Рис.4.6.), содержащий три подряд установленных планетарных ряда (реализованных по схеме 2K-h), в котором водило тихоходного планетарного ряда, выполненное как единое целое с выходным валом, опирается на два разнесенных шарикоподшипника, установленных в корпусе редуктора, водило быстроходного планетарного ряда, выполненное как единое целое с солнечной шестерней промежуточной ступени, опирающееся, с одной стороны на шарикоподшипник, установленный в корпусе редуктора, с другой стороны на сферическую опору в виде шарика, расположенного между солнечной шестерней быстроходного планетарного ряда и водилом промежуточного планетарного ряда, водило промежуточного планетарного ряда, выполненное как единое целое с солнечной шестерней тихоходного планетарного ряда и опирающееся на две сферические опоры в виде шариков, один из которых установлен между солнечной шестерней быстроходного планетарного ряда и водилом промежуточного планетарного ряда и второй - между водилом тихоходного планетарного ряда и солнечной шестерней промежуточного планетарного ряда.

Недостатком данной конструкции является отсутствие возможности компенсировать зазоры между рабочими поверхностями (центральных опор и водил и др.), образующиеся в процессе их износа и в связи с изменением температурных режимов в процессе работы редуктора и внешних условий, что снижает точность работы редуктора, увеличивает динамические нагрузки на детали редуктора и тем самым снижает надежность его работы. Кроме того, у данного редуктора неудовлетворительные габаритно-массовые параметры из-за установки тихоходного вала на подшипниках, удаленных друг от друга на значительном расстоянии и, как следствие этого, указанный вал выполнен с увеличенными габаритно-массовыми параметрами. Это усугубляется дополнительно тем, что вал выполнен с наружной связью с объектом вращения, а не внутри его полости.

В качестве прототипа выбран электропривод для создания крутящего момента (RU 2252347, МПК F16H 1/48, H02K 7/116. Опубл. 20.10.2004), в состав которого входит трехступенчатый планетарный редуктор, состоящий из корпуса, выполненного как единое целое с короной трех планетарных передач, последовательно установленных, при этом водило тихоходного планетарного ряда выполнено как единое целое с выходным валом и опирается на два подшипника, установленных в корпусе; водило быстроходного планетарного ряда выполнено как единое целое с солнечной шестерней промежуточного планетарного ряда; водило промежуточного планетарного ряда выполнено как единое целое с солнечной шестерней тихоходного планетарного ряда и размещено на опорах со сферическими выступами, со стороны венцов шестерен.

Недостатки прототипа аналогичны недостаткам вышеописанного аналога.

Задачи изобретения - повышение точности и надежности работы редуктора, улучшение его габаритно-массовых характеристик.

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, промежуточное водило выполнено как единое целое с тихоходной солнечной шестерней; две осевые опоры между промежуточной солнечной шестерней и промежуточным водилом и между тихоходной солнечной шестерней и тихоходным водилом; быстроходное водило выполнено с опорой со стороны электродвигателя; тихоходный (выходной) вал, выполненный как единое целое с тихоходным водилом и установленный с опорой на двух радиальных шарикоподшипниках), каждая осевая опора выполнена сферической и снабжена своими вкладышами с твердостью, выше твердости водил, с возможностью их перемещения в направлении оси, совпадающей с осью вращения водил; вкладыши, установленные по оси в промежуточное водило, выполненное как единое целое с тихоходной солнечной шестерней, с обеих его сторон, выполнены подпружиненными между собой посредством пружины, установленной в выполненном между ними осевом канале; вкладыш, установленный в торце промежуточной солнечной шестерни, выполнен подпружиненным посредством пружины, установленной в осевом канале, ось которого совпадает с продольной осью промежуточной солнечной шестерни, причем указанный осевой канал со стороны быстроходной солнечной шестерни снабжен регулировочным винтом для регулировки усилия пружины; быстроходное водило со стороны предступени выполнено с опорой в виде радиального шарикоподшипника, а радиальные шарикоподшипники тихоходного вала, выполненного полым со шлицами для взаимодействия с объектом вращения, установлены сопряженными своими торцами; тихоходное водило со стороны тихоходного (выходного) вала выполнено с регулировочным винтом с контргайкой и с рабочей поверхностью на его торце со стороны тихоходной солнечной шестерни для осевой опоры промежуточного водила, выполненного как единое целое с тихоходной солнечной шестерней, аналогичной рабочей поверхности вкладыша, установленного в торце промежуточной солнечной шестерни. Во вкладышах, установленных в промежуточное водило, выполненное как единое целое с тихоходной солнечной шестерней, имеются рабочие поверхности в виде центральной площадки, ортогональной продольной оси вращения промежуточного водила и тихоходной солнечной шестерни, с переходом без уступов в симметричные сферические поверхности с радиусом кривизны, равным радиусу сферических опор, и центрами кривизны, смещенными в плоскостях, ортогональных оси вращения водила и проходящих через центры сферических опор, относительно центров кривизны каждой этой сферической опоры на величину 0,25 радиуса ее сферической поверхности. Во вкладыше, установленном в торце промежуточной солнечной шестерни, выполнена рабочая поверхность, которая представляет собой вогнутую часть сферической поверхности, с радиусом кривизны, равным радиусу поверхности сферической опоры, и с центром кривизны, смещенным вдоль оси вращения водила в сторону вогнутости указанной части сферической поверхности на расстояние, равное 0,15 радиуса сферической опоры, переходящую без уступов в симметричные сферические поверхности, с радиусами кривизны, равными радиусу сферической опоры, и центрами кривизны, смещенными в плоскости ортогональной оси промежуточной солнечной шестерни и проходящей через центр указанной сферической опоры, относительно центра кривизны сферической опоры на величину 0,25 радиуса указанной сферической опоры.

Суть изобретения иллюстрируется на фиг.1-3. На фиг.1 показан общий вид электропривода в разрезе. На фиг.2 показаны вкладыши центральных опор 26, 27, 28 и регулировочный винт 35 для установки требуемых зазоров при изготовлении. На фиг.3 показана центральная опора 20 с вкладышами 26, 27.

Электропривод с трехступенчатым планетарным редуктором содержит электродвигатель 1, 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 промежуточного планетарного ряда выполнена как единое целое с короной быстроходного планетарного ряда), причем быстроходное водило 15 выполнено как единое целое с промежуточной солнечной шестерней 10, промежуточное водило 16 выполнено как единое целое с тихоходной солнечной шестерней 11; две осевые опоры 20, 21 между промежуточной солнечной шестерней 10 и промежуточным водилом 16 и между тихоходной солнечной шестерней 11 и тихоходным водилом 17; быстроходное водило 15 выполнено с опорой 22 со стороны электродвигателя 1; тихоходный (выходной) вал 23, выполненный как единое целое с тихоходным водилом 17 и установленный с опорой на двух радиальных шарикоподшипниках 24, 25; каждая осевая опора 20, 21 выполнена сферической и снабжена своими вкладышами 26, 27, 28 с твердостью, выше твердости водил 15, 16, с возможностью их перемещения в направлении оси, совпадающей с осью вращения водил 15, 16, 17; вкладыши 27, 28, установленные по оси в промежуточное водило 16, выполненное как единое целое с тихоходной солнечной шестерней 11, с обеих его сторон, выполнены подпружиненными между собой посредством пружины 29, установленной в выполненном между ними осевом канале 30; вкладыш 26, установленный в торце промежуточной солнечной шестерни 10, выполнен подпружиненным посредством пружины 31, установленной в осевом канале 32, ось которого совпадает с продольной осью промежуточной солнечной шестерни 10, причем указанный осевой канал 32 со стороны быстроходной солнечной шестерни 9 снабжен регулировочным винтом 33 для регулировки усилия пружины 31; быстроходное водило 15 со стороны предступени 5 выполнено с опорой 22 в виде радиального шарикоподшипника, а радиальные шарикоподшипники 24, 25 тихоходного вала 23, выполненного полым со шлицами 34 для взаимодействия с объектом вращения, установлены сопряженными своими торцами; тихоходное водило 17 со стороны тихоходного (выходного) вала 23 выполнено с регулировочным винтом 35, с контргайкой 36 и с рабочей поверхностью 37 на его торце 38 со стороны тихоходной солнечной шестерни 11 для осевой опоры 21 промежуточного водила 16, выполненного как единое целое с тихоходной солнечной шестерней 11, аналогичной рабочей поверхности вкладыша 26, установленного в торце промежуточной солнечной шестерни 10; во вкладышах 27, 28, установленных в промежуточное водило 16, выполненное как единое целое с тихоходной солнечной шестерней 11, имеются рабочие поверхности 39, 40 в виде центральной площадки 41, 42, ортогональной продольной оси вращения промежуточного водила 16 и тихоходной шестерни 11, с переходом без уступов в симметричные сферические поверхности 43, 44, 45, 46 с радиусом кривизны, равным радиусу сферических опор 20, 21, и центрами кривизны, смещенными в плоскостях, ортогональных оси вращения водила и проходящих через центры сферических опор 20, 21, относительно центров кривизны каждой этой сферической опоры 20, 21 на величину 0,25 радиуса ее сферической поверхности; во вкладыше, установленном в торце промежуточной солнечной шестерни 10, выполнена рабочая поверхность 47, которая представляет собой вогнутую часть сферической поверхности 48, с радиусом кривизны, равным радиусу поверхности сферической опоры 20, и с центром кривизны, смещенным вдоль оси вращения водила в сторону вогнутости указанной части сферической поверхности 48 на расстояние, равное 0,15 радиуса сферической опоры 20, переходящей без уступов в симметричные сферические поверхности 49, 50, с радиусами кривизны, равными радиусу сферической опоры 20, и центрами кривизны, смещенными в плоскости ортогональной оси промежуточной солнечной шестерни 10 и проходящей через центр указанной сферической опоры 20, относительно центра кривизны сферической опоры 20 на величину 0,25 радиуса указанной сферической опоры 20.

Устройство работает следующим образом. Вращающий момент от электродвигателя 1 передается входному валу (на фигуре не показано) предступени 5, выходной вал которой одновременно является быстроходным валом 4 трехступенчатого планетарного редуктора. Предступень 5 представляет собой одноступенчатый планетарный редуктор, реализованный по схеме 2K-h. На быстроходном валу 4 установлена быстроходная солнечная шестерня 9, посредством которой вращающий момент передается сателлитам 12 (например, трем) и, соответственно, быстроходному водилу 15 и промежуточной солнечной шестерне 10, которая в свою очередь передает вращающий момент сателлитам 13 и, соответственно, промежуточному водилу 16, а также тихоходной солнечной шестерне 11, которая в свою очередь передает вращающий момент тихоходным сателлитам 14 и, соответственно, тихоходному водилу 17 и тихоходному валу 23.

Осевые опоры 20, 21 установлены соответственно во вкладышах 26, 27, 28 и в выемке регулировочного винта 35, которым обеспечивается регулировка требуемых рабочих осевых зазоров между ними при изготовлении в обеспечение точности и надежности работы электропривода.

Вкладыш 26 имеет рабочую поверхность 47, которая выполнена с вышеуказанной вогнутой частью сферической поверхности 48, переходящей без уступов в симметричные сферические поверхности 49, 50. Вогнутая часть сферической поверхности 48 выполнена для обеспечения центрирования сферической опоры 20. Аналогичную рабочую поверхность имеет регулировочный винт для обеспечения центрирования сферической опоры 21.

Рабочие поверхности 39, 40 вкладышей 27 и 28 выполнены в виде центральных площадок 41, 42, ортогональных продольной оси промежуточного водила 16, выполненного как единое целое с тихоходной солнечной шестерней 11, переходящие без уступов в симметричные сферические поверхности 43, 44, 45, 46. Наличие указанных площадок 41, 42 дает возможность перемещаться осевым опорам 20, 21 в радиальном направлении, относительно оси редуктора, а также как поступательно перемещаться промежуточному водилу 16 вместе с тихоходной солнечной шестерней 11, так и осуществлять поворот на определенный угол в любой из плоскостей трехмерной системы координат, что позволяет самоустанавливаться промежуточному водилу 16, снижая неравномерность распределения нагрузки между промежуточными сателлитами 13, и тихоходной солнечной шестерне 11, снижая неравномерность распределения нагрузки между тихоходными сателлитами 14. Это позволило повысить КПД и надежность устройства.

Перемещением вкладышей 27, 28 под действием пружины 29 осуществляется компенсация зазоров между вкладышами 26, 27, 28, регулировочным винтом 35 и сферическими опорами 20, 21, возникающих в результате износа как вкладышей и рабочей поверхности регулировочного винта, так и сферических опор. Компенсируемые зазоры могут появляться не только в результате износа рабочих поверхностей, но и вследствие изменения температурных рабочих режимов. Вкладыш 26, установленный в проточку, выполненную в торце промежуточной солнечной шестерни 10, может перемещаться в осевом направлении под действием силы упругости пружины 31, установленной в осевом канале 32 солнечной шестерни 10 и находящейся в сжатом состоянии. Регулировочным винтом 33 осуществляют регулирование силы упругости пружины 31. При этом жесткости пружин 29 и 31 должны быть одинаковыми. Таким образом, повышены точность и надежность работы редуктора.

Тихоходное водило 17, выполненное как единое целое с выходным валом 23, вращается на двух радиальных шарикоподшипниках 24, 25, которые установлены с сопряжением их торцов. Это позволило улучшить габаритно-массовые параметры электропривода.

Предложенное решение в настоящее время находится на этапе выпуска конструкторской документации для изготовления образцов наземной отработки последующим запуском в серийное производство.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в электроприводах механических систем космических аппаратов, в приводах другого назначения и в других областях техники. Электропривод с трехступенчатым планетарным редуктором содержит электродвигатель (1), редуктор с быстроходным (6), промежуточным (7) и тихоходным (8) планетарными рядами. Быстроходное водило (15) выполнено как единое целое с промежуточной солнечной шестерней (10) и с опорой (22) со стороны электродвигателя. Промежуточное водило (16) выполнено как единое целое с тихоходной солнечной шестерней (11). Тихоходный (выходной) вал (23) выполнен как единое целое с тихоходным водилом (17) и установлен с опорой на двух радиальных шарикоподшипниках (24, 25). Осевые опоры (20, 21) между промежуточной солнечной шестерней (10) и промежуточным водилом (16) и между тихоходной солнечной шестерней (11) и тихоходным водилом (17) выполнены сферическими и снабжены своими вкладышами (26, 27, 28) с твердостью, выше твердости водил, с возможностью их перемещения в направлении оси, совпадающей с осью вращения водил. Вкладыши выполнены подпружиненными. Предусмотрены регулировочные винты для регулировки усилия пружин. Изобретение позволяет повысить точность и надежность работы редуктора, улучшить его габаритно-массовые параметры. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электропривод с трехступенчатым планетарным редуктором, содержащий 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, промежуточное водило выполнено как единое целое с тихоходной солнечной шестерней; две осевые опоры между промежуточной солнечной шестерней и промежуточным водилом и между тихоходной солнечной шестерней и тихоходным водилом; быстроходное водило выполнено с опорой со стороны электродвигателя; тихоходный (выходной) вал, выполненный как единое целое с тихоходным водилом и установленный с опорой на двух радиальных шарикоподшипниках, отличающийся тем, что каждая осевая опора выполнена сферической и снабжена своими вкладышами с твердостью, выше твердости водил, с возможностью их перемещения в направлении оси, совпадающей с осью вращения водил; вкладыши, установленные по оси в промежуточное водило, выполненное как единое целое с тихоходной солнечной шестерней, с обеих его сторон, выполнены подпружиненными между собой посредством пружины, установленной в выполненном между ними осевом канале; вкладыш, установленный в торце промежуточной солнечной шестерни, выполнен подпружиненным посредством пружины, установленной в осевом канале, ось которого совпадает с продольной осью промежуточной солнечной шестерни, причем указанный осевой канал со стороны быстроходной солнечной шестерни снабжен регулировочным винтом для регулировки усилия пружины; быстроходное водило со стороны предступени выполнено с опорой в виде радиального шарикоподшипника, а радиальные шарикоподшипники тихоходного вала, выполненного полым со шлицами для взаимодействия с объектом вращения, установлены сопряженными своими торцами; тихоходное водило со стороны тихоходного (выходного) вала выполнено с регулировочным винтом с контргайкой и с рабочей поверхностью на его торце со стороны тихоходной солнечной шестерни для осевой опоры промежуточного водила, выполненного как единое целое с тихоходной солнечной шестерней, аналогичной рабочей поверхности вкладыша, установленного в торце промежуточной солнечной шестерни.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что во вкладышах, установленных в промежуточное водило, выполненное как единое целое с тихоходной солнечной шестерней, имеются рабочие поверхности в виде центральной площадки, ортогональной продольной оси вращения промежуточного водила и тихоходной солнечной шестерни, с переходом без уступов в симметричные сферические поверхности с радиусом кривизны, равным радиусу сферических опор, и центрами кривизны, смещенными в плоскостях, ортогональных оси вращения водила и проходящих через центры сферических опор, относительно центров кривизны каждой этой сферической опоры на величину 0,25 радиуса ее сферической поверхности.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что во вкладыше, установленном в торце промежуточной солнечной шестерни, выполнена рабочая поверхность, которая представляет собой вогнутую часть сферической поверхности, с радиусом кривизны, равным радиусу поверхности сферической опоры, и с центром кривизны, смещенным вдоль оси вращения водила в сторону вогнутости указанной части сферической поверхности на расстояние, равное 0,15 радиуса сферической опоры, переходящую без уступов в симметричные сферические поверхности, с радиусами кривизны, равными радиусу сферической опоры, и центрами кривизны, смещенными в плоскости, ортогональной оси промежуточной солнечной шестерни и проходящей через центр указанной сферической опоры, относительно центра кривизны сферической опоры на величину 0,25 радиуса указанной сферической опоры.