ПЛАНЕТАРНАЯ ЗУБНАЯ ПЕРЕДАЧА, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ СИСТЕМЫ СЕРВОДВИГАТЕЛЯ, СПОСОБ И СИСТЕМА СЕРВОДВИГАТЕЛЯ, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ ТАКУЮ ПЛАНЕТАРНУЮ ЗУБЧАТУЮ ПЕРЕДАЧУ Российский патент 2019 года по МПК F16H3/72 F16K31/05 

Изобретение относится к планетарной зубчатой передаче, преимущественно для системы серводвигателя такого типа, а также к способу управления, в частности, для клапана, и системе серводвигателя, использующей такую планетарную зубчатую передачу и оснащенной механизмом ручного управления маховиком.

Известно, что усилие, необходимое для закрытия клапана, не является постоянной и изменяется в зависимости от перемещения подвижного элемента, как показано на фигуре 2. Во время длительной фазы приближения подвижного элемента, т.е. до достижения уплотнительного седла клапана, необходимое усилие является относительно постоянным и слабым, и значительно увеличивается лишь в короткой фазе натяжения до закрытия клапана, продолжительность которой обычно короче, чем 10% продолжительности общего хода. Тем не менее, в известных управляемых вручную системах серводвигателей с маховиком механизм ручного управления клапаном выполнен исключительно в зависимости от короткой фазы большого усилия без учета гораздо более длительной фазы приближения.

Изобретение направлено на устранение этого недостатка.

Для достижения этой цели в изобретении предложено использование планетарной зубчатой передачи для передачи скорости между входом и выходом, которая отличается тем, что содержит средства для изменения передаточного отношения скоростей, которыемогут приводиться в действие извне.

В соответствии с одной преимущественной особенностью изобретения, планетарная зубчатая передача отличается тем, что кольцевая шестерня установлена в корпусе с возможностью вращения и тем, что средства управления пригодны для придания кольцевой шестерне скорости вращения, установленной для получения первого отношения скорости и для закрепления кольцевой шестерни и водила планетарной передачи с возможностью вращения для получения второго отношения скорости.

В соответствии с другой особенностью, планетарная зубчатая передача отличается тем, что кольцевая шестерня может быть заблокирована при вращении средствами управления.

В соответствии с еще одной другой особенностью, планетарная зубчатая передача отличается тем, что кольцевая шестерня и водило сателлитов снабжены внешними зубцами и тем, что средства управления содержат ведущую шестерню, которая выполнена с возможностью перемещения между положением зацепления только внешних зубцов кольцевой шестерни и положением закрепления кольцевой шестерни и водила планетарной передачи с возможностью вращения посредством зацепления наружных зубцов кольцевой шестерни и водила планетарной передачи.

В соответствии с еще одной другой особенностью, планетарная зубчатая передача отличается тем, что она производит, в положении блокировки только кольцевой передачи, увеличение скорости, передаваемой между входом и выходом, а в ее положении, в котором кольцевая шестерня и водило планетарной передачи закреплены с возможностью вращения, она производит передачу скорости между входом и выходом при отношении 1:1.

В соответствии с еще одной другой особенностью, планетарная зубчатая передача отличается тем, что ведущая шестерня установлена на стержне, который выполнен с возможностью перемещения в осевом направлении в корпусе параллельно оси планетарной зубчатой передачи, и тем, что стержень содержит на своем внешнем конце элемент управления для изменения отношения скорости и выбора желаемого отношения.

В соответствии с еще одной другой особенностью, планетарная зубчатая передача отличается тем, что изменение и выбор отношения скорости выполняется путем толкания элемента управления в корпус или вытягивания указанного элемента из корпуса.

В соответствии с еще одной другой особенностью, планетарная зубчатая передача отличается тем, что водило сателлитов представляет собой входной элемент, а солнечная шестерня представляет собой выходной элемент.

Способ управления вращающимся приводным элементом устройства, таким как клапан, путем перемещения вращающегося элемента посредством вращения ручного приводного маховика между открытым положением клапана и закрытым положением клапана, перемещением из открытого положения в закрытое положение, содержащим первую фазу для приближения к закрытому положению, в котором крутящий момент, применяемый к маховику, является относительно низким, и вторую фазу для произведения закрытия, в которой крутящий момент для применения к маховику значительно возрастает, отличается тем, что во время первой фазы приближения, относительно второй фазы, обеспечивается увеличение числа оборотов между маховиком и вращающимся элементом.

В соответствии с одной предпочтительной особенностью, способ отличается тем, что для изменения скорости передачи используется планетарная зубчатая передача в соответствии с изобретением.

В соответствии с другой преимущественной особенностью, способ отличается тем, что во время второй фазы (b) перемещения планетарная зубчатая передача используется в своей конфигурации, в которой кольцевая шестерня и водило планетарной передачи закреплены с возможностью вращения, а во время первой фазы (а) - в конфигурации для отделения кольцевой шестерни.

Система серводвигателя, предназначенная для управления приводным элементом открывающегося и закрывающегося клапана канала потока текучей среды, такого как труба, и снабженная маховиком ручного управления для приводного элемента, отличается тем, что она содержит и планетарную зубчатую передачу в соответствии с изобретением.

В соответствии с одной преимущественной особенностью, система отличается тем, что она реализует способ в соответствии с изобретением.

Изобретение станет лучше понято, а его другие цели, признаки, особенности и преимущества станут более ясными из следующего пояснительного описания, сделанного со ссылкой на прилагаемые чертежи, представленные исключительно в качестве примера, иллюстрирующего один вариант реализации изобретения, и на которых:

- Фигура 1 представляет собой схематический вид системы серводвигателя в соответствии с изобретением;

- Фигура 2 представляет собой технологическую схему клапана и иллюстрирует взаимосвязь между крутящим моментом закрытия клапана и ходом клапана;

- Фигуры 3 и 4 представляют собой виды в перспективе первого варианта реализации конструкции планетарной зубчатой передачи в соответствии с изобретением, на которых последняя показана, соответственно, в ее конфигурации для увеличения скорости и в ее конфигурации с передаточным отношением скорости, составляющим 1:1;

- Фигуры 5 и 6 представляют собой функциональные схематические иллюстрации первой версии второго варианта реализации планетарной зубчатой передачи в соответствии с изобретением, на которых последняя показана, соответственно, в ее конфигурации для увеличения скорости и в ее конфигурации с передаточным отношением скорости, составляющим 1:1; и

- Фигуры 7 и 8 представляют собой функциональные схематические иллюстрации второй версии второго варианта реализации планетарной зубчатой передачи, на которых последняя показана, соответственно, в ее конфигурации для увеличения скорости и в ее конфигурации с передаточным отношением скорости, составляющим 1:1.

Изобретение будет описано ниже в качестве неограничивающего примера, поскольку оно применимо к многооборотной системе серводвигателя, как показано на фигуре 1.

В соответствии с синоптической блок-схемой данной фигуры, система содержит последовательно установленные двигатель 1, планетарную зубчатую передачу 3, ограничитель 5 усилия и редуктор 7, включающий червячный винт 8 и шестерню 9, приводимую в движение винтом 8 и закрепленную с возможностью вращения с выходным валом 14, предназначенным для приведения в действие приводного элемента, такого как вращающийся элемент клапана, для закрытия и открытия трубы. На фигуре дополнительно показаны, также установленные последовательно с червячным вин том 8, маховик 11 для ручного приведения в действие приводного механизма и система 13 муфты, и, в соответствии с изобретением, планетарная зубчатая передача 16, снабженная элементом 17 управления.

На фигуре 2 показана характеристическая кривая крутящего момента Сподвижного приводного элемента клапана в зависимости от перемещения этого элемента между его открытым положением О на правой стороне схемы и его закрытым положением F слева. Можно увидеть, что кривая имеет две части, каждая из которых определяет этап процесса закрытия клапана, а именно первую фазу а, в течение которой крутящий момент С является относительно низким и по существу постоянным, и который является фазой приближения вращающегося элемента перед вхождением в контакт с седлом клапана, и фазу b натяжения до тех пор, пока клапан не будет закрыт.

Когда клапан должен быть закрыт вручную путем приведения в действие маховика 11, усилие, необходимое для закрытия клапана, и усилие, скоторым оператор должен воздействовать на маховик, является относительно малым в фазеаприближения, но значительно увеличивается во время фазы b, в течение которой приведенный в действие элемент, т.е. мембранное уплотнение, входит в зацепление с седлом клапана.

В соответствии с изобретением предлагается оптимизировать использование ручного управления путем адаптации его к кривой, изображенной на фигуре 2. Данная цель достигается путем обеспечения между двумя элементами, а именно маховиком и вращающимся элементом для закрытия и открытия клапана во время фазы а приближения, при которой крутящий момент является приблизительно постоянным и низким, увеличения скорости передачи между двумя элементами, т.е. числа оборотов, относительно скорости передачи между двумя элементами в фазе b, при которой оператору, для обеспечения возможности закрытия, необходимо применить гораздо большее усилие.

Действительно, в фазе а, при которой крутящий момент низок, изобретение позволяет уменьшить число оборотов, которые должны быть применены к маховику для заданного перемещения клапана. С этой целью происходит ускорение между маховиком и вращающимся элементом. Разумеется, поскольку происходит ускорение, усилие на маховик должно быть больше относительно передачи непосредственного крутящего момента без ускорения. Однако поскольку необходимый крутящий момент является относительно низким, при выборе соответствующего значения ускорения, увеличение усилия может теперь иметь значение, которое не мешает оператору. В фазе b, при которой крутящий момент, который должен быть обеспечен, увеличивается, изобретение предусматривает возврат к прямой передаче, что эквивалентно увеличению числа оборотов, которые должны быть заданы маховику, относительно фазы а. Однако с увеличением, таким образом, количества оборотов, которые должны быть применены к маховику, усилия, оказываемое на маховик, уменьшается.

Для воплощения данной функции изобретение предлагает разместить планетарную зубчатую передачу с двумя передаточными отношениями скорости между маховиком 11 и червячным винтом 8. Такая планетарная зубчатая передача показана в качестве неограничивающего примера на фигурах 3 и 4. Планетарная зубчатая передача в соответствии с изобретением, обозначенная 16, содержит находящееся в корпусе 18 между входным валом 20 и выходом 22 водило 24 планетарной передачи, закрепленное с возможностью вращения с валом 20 и несущее три сателлита 26, каждый из которых вращается вокруг оси 27 водила планетарной передачи, кольцевую шестерню 28 с внутренними зубцами, зацепляющимися с сателлитами 26, и солнечную шестерню 30, приводимую в движение сателлитами и которая предназначена для закрепления с возможностью вращения с выходным валом, который не показан.

В данной конфигурации, когда кольцевая шестерня заблокирована, т.е. обездвижена при вращении в корпусе, в соответствии с фигурой 3, сателлиты 26 вызывают вращение солнечной шестерни 30, а планетарная зубчатая передача, между ее входом и выходом, производит увеличение скорости передачи, которое определяется зубцами компонентов, составляющих зубчатую передачу.

Скорость вращения выходного вала и, следовательно, червячного винта 8, увеличивается относительно скорости вращения, которую оператор применяет к маховику 11 относительно ускорения планетарной зубчатой передачи.

В соответствии с изобретением, планетарная зубчатая передача используется в конфигурации, показанной на фигуре 3, в фазе а, при которой крутящий момент, подаваемый на приводной элемент, является низким.

С другой стороны, для обеспечения наименьшей скорости вращения во время фазы b, которая требует большего крутящего момента и, следовательно, большего усилия со стороны оператора, планетарная зубчатая передача 16 обеспечена средствами, обеспечивающими передачу скорости между входом и выходом с отношением 1:1.

С этой целью планетарная зубчатая передача, в соответствии с изобретением, снабжена устройством 40, которое позволяет планетарной зубчатой передаче работать в обоих режимах отношения скорости и выбирать желаемое отношение. Для того чтобы устройство могло выполнять эти функции, кольцевая шестерня свободно вращается в корпусе и содержит на радиально внешней поверхности кольцевой шестерни наружные зубцы 36, а на внешней периферийной поверхности водила планетарной передачи -наружные зубцы 38. Устройство 40 выборочного управления двух режимов работы с различными передаточными отношениями скорости включает стержень 42, который выполнен с возможностью перемещения в корпусе 18 в радиально внешней части относительно водила планетарной передачи и кольцевой шестерни, а также несет ведущую шестерню 44. Стержень 42 выполнен с возможностью перемещения параллельно оси планетарной зубчатой передачи между положением, показанным на фигуре 3, в котором ведущая шестерня 44 зацепляется только с наружными зубцами 36 кольцевой шестерни и заблокирована во вращении в корпусе 18 посредством зацепления с зубцами 45 последнего (фигура 4), и положением в соответствии с фигурой 4, в котором ведущая шестерня 44 зацепляется как с внешними зубцами 36 кольцевой шестерни, так и с внешними зубцами 38 водила планетарной передачи.

Следует отметить, что в положении зацепления только зубцов 36 кольцевой шестерни и блокировки вращения ведущей шестерни, вращение зубчатого колеса также предотвращено. Таким образом, в данной конфигурации планетарная зубчатая передача работает в первом режиме увеличения выходной скорости относительно входной скорости. В ее втором положении, в соответствии с фигурой 4, в котором ведущая шестерня свободно вращается в корпусе и входит в зацепление как с зубцами 36 кольцевой шестерни, так и с зубцами 38 водила планетарной передачи, при этом обеспечивая тем самым вращение кольцевой шестерни и водила планетарной передачи, планетарная зубчатая передача работает во втором режиме передаточного отношения 1:1. Действительно, учитывая, что кольцевая шестерня и водило планетарной передачи закреплены с возможностью вращения и, следовательно, имеют одинаковое вращательное движение, сателлиты 26 не могут вращаться вокруг своей оси. Следовательно, поскольку сателлиты неподвижны относительно водил планетарной передачи, солнечная шестерня также неподвижна относительнопоследних, в результате чего входная скорость идентична выходной скорости, а планетарная зубчатая передача производит, таким образом, передаточное отношение, составляющее 1:1.

Для обеспечения возможностивыбора желаемого отношения, стержень включает, на своем свободном наружном конце, элемент, в настоящем документе, в качестве примера, кнопку приведения в действие, которая образовывает элемент 17 управления, изображенный на фигуре 1, и обеспечивает возможность управления и выбора извне.

Как следует из фигур, двухскоростная командная планетарная зубчатая передача может быть взята из ее конфигурации, показанной на фигуре 4, для закрепления кольцевой шестерни и водила планетарной передачи с возможностью вращения до своей конфигурации для блокировки вращения кольцевой шестерни, в соответствии с фигурой 3, путем толкания стержня в корпус посредством нажатия на кнопку 17. При вытягивании стержня зубчатая передача возвращается к своей конфигурации, показанной на фигуре 4.

В предшествующем описании продемонстрировано, что способ управления приводным элементом посредством приведения в действие маховика 11 включает две рабочие фазы с различными передаточными отношениями скорости, т.е. первую фазу а, которая характеризуется отношением увеличения скоростей, и вторую фазу b, которая характеризуется отношением, составляющим 1:1.

Разумеется, данный способ не ограничивается управлением клапаном и может быть применен для управления любым другим соответствующим приводным механизмом.

Что касается планетарной зубчатой передачи, как описано и показано на фигурах, ее использование в способе и системе, описанных выше, приведено в качестве примера и не является ограничивающим, и она может быть использована в любой другой области техники, в которой желательно двухскоростное управление.

Следует отметить, что сама по себе планетарная зубчатая передача, как описано и показано, является лишь одним вариантом реализации, представленным в качестве примера. В действительности, вместо обеспечения блокировки кольцевой шестерни при вращении в корпусе в режиме увеличения скорости, т.е. числа оборотов между входом и выходом планетарной зубчатой передачи, также возможно считать, что кольцевая шестерня вращается с заданной скоростью, которая может быть, например, придана соответствующей скоростью вращения ведущей шестерни, что позволило бы модифицировать отношение усиления. Данная модификация может быть выполнена извне, например, путем применения соответствующего вращательного движения к внешнему концу стержня, несущего ведущую шестерню.

Другой пример воплощения варианта реализации может заключаться в исключении ведущей шестерни избирателя путем установки кольцевой шестерни в корпусе таким образом, чтобы она могла скользить между положением, в котором она заблокирована при вращении в полости корпуса, что обеспечивает возможность получения увеличения, и в положении, в котором она входит в зацепление с внешними зубцами водила сателлитов, чтозакрепляет кольцевую шестерню и водило сателлитов с возможностью вращения с целью обеспечения возможности полученияотношения 1:1.

На фигурах 5-8 представлена схема двух вариантов данного воплощения варианта реализации с использованием кольцевой шестерни, скользящей при перемещении. На данных фигурах компоненты, уже присутствующие в первом варианте реализации, в соответствии с фигурами 3 и 4, обозначены с использованием тех же ссылочных позиций.

На фигурах 5 и 6 показан первый вариант воплощения данного второго варианта реализации планетарной зубчатой передачи в соответствии с изобретением, в котором кольцевая шестерня 28, как показано стрелками, установлена с возможностью перемещения в осевом направлении в корпусе 18 при скольжении в 47 на направляющем элементе 48, который соосно окружает входной вал 20 и неподвижно установлен в корпусе. На фигуре 5 кольцевая шестерня 28 находится в своем положении, блокирующем вращение в корпусе 18, при этом входя в зацепление только с сателлитами 26 водила 24 планетарной передачи. Как объяснено выше, в данной конфигурации планетарная зубчатая передача работает в своем режиме увеличения скорости между ее входом 20 и ее выходом 22, с соответствием фигуре 3. В случае фигуры 6, кольцевая шестерня 28 перемещается в осевом направлении в своем положении, входя в зацепление только с внешними зубцами 38 водила 24 планетарной передачи. В данном положении с закреплением кольцевой шестерни 28 и водила 24 планетарной передачи с возможностью вращения, планетарная зубчатая передача работает в своем режиме передачи в соответствии с отношением 1:1, в соответствии с фигурой 4.

Во втором варианте воплощения второго варианта реализации изобретения, представленном на фигурах 7 и 8, кольцевая шестерня 28 и ось маховика, т.е. входной вал 20, образуют узел, который выполнен с возможностью перемещения в осевом направлении в корпусе 18, как обозначено стрелками. Вращательное звено между входным валом 20 и водилом 24 планетарной передачи выполнено при помощи скользящих шлицов, схематически обозначенных ссылочной позицией 51. На фигуре 7 показана кольцевая шестерня 28 в ее положении, блокирующем вращение в корпусе 18, а на фигуре 8 - в ее положении закрепления с возможностью вращения с водилом 24 планетарной передачи.

В контексте изобретения также можно рассмотреть возможность изменения конструкции планетарной зубчатой передачи путем размещения солнечной шестерни на входе, а водила планетарной передачи на выходе, что может обеспечить возможность получения вырабатывания планетарной зубчатой передачей, в одной конфигурации, передаточного отношения, составляющего 1:1, а в другой конфигурации -отношения, при котором выходная скорость ниже, чем входная скорость.

Группа изобретений относится к машиностроению. Планетарная зубчатая передача, преимущественно для системы серводвигателя такого типа содержит расположенное в корпусе водило планетарной передачи, несущее множество сателлитов, кольцевую шестерню и солнечную шестерню и средства для изменения отношения входной и выходной скоростей, которые могут быть приведены в действие извне корпуса. Каждая кольцевая шестерня и каждое водило снабжены внешними зубцами. Средства управления содержат ведущую шестерню, которая выполнена с возможностью перемещения между положением зацепления только внешних зубцов кольцевой шестерни и положением закрепления кольцевой шестерни и водила планетарной передачи при вращении посредством зацепления наружных зубцов кольцевой шестерни и водила планетарной передачи. Также заявлен способ управления вращающимся приводным элементом устройства и система серводвигателя для управления приводным элементом. Обеспечивается расширение арсенала технических средств. 3 н. и 8 з.п. ф-лы.

1. Планетарная зубчатая передача, преимущественно для системы серводвигателя такого типа, содержащая расположенное в корпусе (18) водило (24) планетарной передачи, несущее множество сателлитов (26), кольцевую шестерню (28) и солнечную шестерню (30) и средства (40) для изменения отношения входной и выходной скоростей, которые могут быть приведены в действие извне корпуса (18), отличающаяся тем, что каждая кольцевая шестерня (28) и каждое водило (24) снабжены внешними зубцами (36, 38). и тем, что средства (40) управления содержат ведущую шестерню (44), которая выполнена с возможностью перемещения между положением зацепления только внешних зубцов (36) кольцевой шестерни и положением закрепления кольцевой шестерни (28) и водила (24) планетарной передачи при вращении посредством зацепления наружных зубцов (36, 38) кольцевой шестерни и водила планетарной передачи.

2. Планетарная зубчатая передача по п. 1, отличающаяся тем, что кольцевая шестерня (28) установлена с возможностью вращения в корпусе (18), при этом средства (40) управления выполнены с возможностью придания кольцевой шестерне (28) скорости вращения, определенной для получения первого отношения скорости, и для закрепления кольцевой шестерни (28) и водила (24) планетарной передачи с возможностью вращения для получения второго отношения скорости.

3. Планетарная зубчатая передача по п. 2, отличающаяся тем, что кольцевая шестерня (28) блокируется при вращении средствами (40) управления.

4. Планетарная зубчатая передача по пп. 1-3, отличающаяся тем, что она производит, только в положении блокировки кольцевой шестерни (28), увеличение скорости, передаваемой между входом и выходом, а в ее положении закрепления кольцевой шестерни (28) и водила (24) планетарной передачи при вращении, передачу скорости между входом и выходом при отношении, составляющем 1:1.

5. Планетарная зубчатая передача по одному из пп. 1 или 4, отличающаяся тем, что ведущая шестерня (44) установлена на стержне (42), который выполнен с возможностью перемещения в осевом направлении в корпусе (18), параллельно оси планетарной зубчатой передачи, и тем, что стержень (42) содержит на своем внешнем конце элемент (17) управления для изменения отношения скорости и выбора желаемого отношения.

6. Планетарная зубчатая передача по п. 5, отличающаяся тем, что изменение и выбор отношения скорости выполняется путем толкания элемента (17) управления в корпус (18) или вытягивания указанного элемента из корпуса (18).

7. Планетарная зубчатая передача по одному из пп. 1-6, отличающаяся тем, что водило планетарной передачи представляет собой входной элемент, а солнечная шестерня (30) - выходной элемент.

8. Способ управления вращающимся приводным элементом устройства, таким как клапан, путем перемещения вращающегося элемента посредством вращения ручного приводного маховика (11) между открытым положением (O) клапана и закрытым положением (F) клапана, причем перемещение из открытого положения в закрытое положение включает первую фазу для приближения к (а) закрытому положению, в котором крутящий момент, необходимый для закрытия клапана, является относительно низким, и вторую фазу (б) для произведения закрытия, при которой необходимый крутящий момент значительно возрастает, отличающийся тем, что во время первой фазы (а) приближения, относительно второй фазы (b), обеспечивают увеличение числа оборотов планетарной зубчатой передачи (16) в соответствии с пп. 1-7.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что во второй фазе (b) перемещения планетарная зубчатая передача находится в своей конфигурации, при которой кольцевая шестерня (28) и водило (24) планетарной передачи закреплены с возможностью вращения ведущей шестерней (44) средства управления (40), а в первой фазе (а) – в своей конфигурации, в которой кольцевая шестерня (28) отделена от водила (24) планетарной передачи.

10. Система серводвигателя для управления приводным элементом для открывания и закрывания клапана трубы путем приведения в движение шестерни (9) червячным винтом (8), которая снабжена ручным маховиком управления (11) для приводного элемента, отличающаяся тем, что она содержит планетарную зубчатую передачу (16) по одному из пп. 1-7, которая расположена между маховиком (11) и червячным винтом (8).

11. Система по п. 10, отличающаяся тем, что она реализует способ по одному из пп. 8, 9.