Двухканальный фрикционный исполнительный механизм электромеханического привода Российский патент 2024 года по МПК F16H13/06 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к исполнительным механизмам электромеханических приводов с пространственным движением выходного звена. Двухканальный фрикционный исполнительный механизм электромеханического привода предназначен для перемещения объекта управления с заданной скоростью под известным моментом нагрузки относительно двух осей вращения.

Известно двухканальное механическое устройство, предназначенное для перемещения объекта управления относительно двух осей вращения ("Riabtsev, Mykhailo & Petuya, Victor & Urízar, Mónica & Altuzarra, Oscar. (2021). Design and Testing of Two Haptic Devices Based on Reconfigurable 2R Joints. Applied Sciences. 12. 339). Данное двухканальное механическое устройство выполнено на основе сферического механизма, состоящего из опорного устройства и расположенного в нем шара. Шар на наружной поверхности имеет два паза прямоугольного профиля, относительно которых он приводится в движение двумя механизмами, выходными звеньями которых являются кривошипы, перемещающиеся по пазам сферического шарнира.

Данное устройство обладает следующими недостатками:

1. Сложность и нетехнологичность конструкции, обусловленные наличием пазов на наружной поверхности шара.

2. Наличие зазоров в пазах, что обуславливает наличие люфта в механизме.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является «Система вращения шестерни сферического типа» («Spherical type gear rotation system», патент № JP2023038119A, дата публикации 16.03.2023; МПК B25J19/00, F16H1/02, F16H19/00, F16H51/00), включающая в себя сферический шарнир, состоящий из опорного устройства и сферического зубчатого колеса. Четырехдвигательный исполнительный механизм приводит в движение сферический шарнир. Выходными звеньями сферического шарнира являются два зубчатых колеса, входящих в зацепление со сферическим зубчатым колесом.

Недостатками прототипа являются:

1. Сложность конструкции и низкая технологичность, обусловленные использованием подвижных элементов сложной геометрии, а именно сферическим зубчатым колесом.

2. Возможность заклинивания при выходе из строя элементов зубчатого зацепления.

Целью предлагаемого изобретения является создание малогабаритного высоконадежного двухканального исполнительного механизма электромеханического привода, выходное звено которого может перемещаться относительно двух осей вращения, устойчивого к механическому заклиниванию за счет использования фрикционной передачи.

Двухканальный фрикционный исполнительный механизм электромеханического привода содержит размещенные в общем корпусе универсальный сферический шарнир, состоящий из гладкого шара и опорного устройства, механическую передачу и два электродвигателя. Механическая передача построена на основе планетарной передачи с двухрядным сателлитом, входными звеньями которой являются центральное колесо и водило, причем центральное колесо кинематически связано с валом одного электродвигателя, водило - с валом другого электродвигателя через цилиндрические зубчатые передачи. Входное центральное колесо планетарной передачи и сателлит первого ряда, входящий с ним в зацепление, выполнены коническими зубчатыми, сателлит второго ряда выполнен в виде гладкого ролика с коническим или сферическим профилем, к которому с помощью опорного устройства поджат гладкий шар, образуя тем самым фрикционную передачу. Поджатие опорного устройства может быть реализовано с помощью пружин, гидравлических или пневматических поршней, а также с помощью линейных двигателей или двигателей с передачами, обеспечивающими поступательное движение.

Техническая сущность и принцип действия изобретения поясняются на фиг.1, на которой изображена кинематическая схема двухканального фрикционного исполнительного механизма электромеханического привода.

Двухканальный фрикционный исполнительный механизм электромеханического привода содержит размещенные в общем корпусе 15 универсальный сферический шарнир, состоящий из гладкого шара и опорного устройства, механическую передачу и два электродвигателя 1, 5. Исполнительный механизм включает в свой состав два электродвигателя и планетарную передачу, состоящую из сателлита первого ряда 9, водила 8, гладкого ролика 10 с коническим или сферическим профилем, центрального конического зубчатого колеса 4, гладкого шара 11, зубчатого колеса 7, зубчатого колеса 3 и опорного устройства 13. Электродвигатель 1 снабжен шестерней 2, установленной на его валу и входящей в зацепление с зубчатым колесом 3, жестко связанным с центральным коническим зубчатым колесом 4 планетарной передачи. Электродвигатель 5 снабжен шестерней 6, установленной на его валу и входящей в зацепление с зубчатым колесом 7, жестко связанным с водилом 8 планетарной передачи. На водиле 8 установлен двухрядный сателлит, состоящий из сателлита первого ряда 9, выполненного в виде конического зубчатого колеса, и гладкого ролика 10 с коническим или сферическим профилем, огибающим поверхность шара. Входными звеньями планетарной передачи являются центральное коническое зубчатое колесо 4 и водило 8. Выходным звеном планетарной передачи является гладкий шар 11, образующий вместе с опорным устройством 13 универсальный сферический шарнир; кроме того, гладкий шар 11 жестко связан с выходным рычагом 12. Опорное устройство 13 может быть реализовано в виде вогнутой пластины, повторяющей профиль гладкого шара 11. Опорное устройство может быть реализовано в виде вогнутой пластины, повторяющей профиль гадкого шара 11 или вогнутой пластины, содержащей насыпной подшипник. Гладкий шар 11 поджат к гладкому ролику 10 с коническим или сферическим профилем с помощью пружины 14, установленной между опорным устройством 13 и общим корпусом 15, образуя тем самым фрикционную передачу.

Двухканальный фрикционный исполнительный механизм электромеханического привода работает следующим образом. При подаче напряжения на обмотки электродвигателя 1 движение от вала электродвигателя 1 передается на центральное коническое зубчатое колесо 4 через зубчатые колеса 2 и 3. В результате чего в движение приводится входящий в зацепление с центральным коническим зубчатым колесом 4 сателлит первого ряда 9, при этом движение совершают жестко связанный с сателлитом первого ряда 9 гладкий ролик 10 и водило 8. Так как к гладкому ролику 10, установленному на водиле 8, прижат гладкий шар 11, то вращение гладкого ролика 10 приводит к вращению гладкого шара 11 относительно оси OY, а вращение водила 8 приводит к вращению шара 11 относительно оси OX. При подаче напряжения на обмотки электродвигателя 5 движение от вала электродвигателя 5 передается на водило 8 через зубчатые колеса 6 и 7, что приводит к вращению гладкого шара 11 относительно оси OX в противоположном направлении от направления вращения гладкого шара 11 относительно оси OX, возникающего при подаче напряжения на обмотки электродвигателя 1. Таким образом, шар 11 может совершать пространственное движение под действием момента нагрузки, не превышающего момент трения, возникающий между гладким роликом 10 и гладким шаром 11 за счет их поджатия друг к другу пружиной 14.

В случае выхода из строя элементов зубчатого зацепления и заклинивания зубчатых передач сохраняется подвижность шара 11 при приложении к нему момента нагрузки, превышающего момент трения, возникающий между гладким роликом 10 и гладким шаром 11 за счет их поджатия друг к другу пружиной 14.

Таким образом, расположение элементов конструкции двухканального фрикционного исполнительного механизма электромеханического привода в указанной последовательности и их компоновка позволяют реализовать высоконадежный механизм за счет наличия фрикционной передачи, устойчивой к заклиниванию элементов кинематической цепи обоих электродвигателей, и малогабаритный механизм за счет реализации функций фрикционной передачи и универсального сферического шарнира с помощью одних и тех же элементов конструкции. Выходное звено двухканального фрикционного исполнительного механизма электромеханического привода при этом может перемещаться относительно двух осей вращения.

Изобретение относится к области машиностроения. Двухканальный фрикционный исполнительный механизм электромеханического привода содержит универсальный сферический шарнир, состоящий из гладкого шара и опорного устройства, механическую передачу и два электродвигателя, размещенные в общем корпусе. Механическая передача построена на основе планетарной передачи с двухрядным сателлитом, входными звеньями которой являются центральное колесо и водило причем центральное колесо кинематически связано с валом одного электродвигателя, водило - с валом другого электродвигателя через цилиндрические зубчатые передачи. Входное центральное колесо планетарной передачи и сателлит первого ряда, входящий с ним в зацепление, выполнены коническими зубчатыми, сателлит второго ряда выполнен в виде гладкого ролика с коническим или сферическим профилем, к которому поджат гладкий шар, образуя тем самым фрикционную передачу. Обеспечивается создание малогабаритного высоконадежного устройства, выходное звено которого может перемещаться относительно двух осей вращения, устойчивого к механическому заклиниванию. 1 ил.

Двухканальный фрикционный исполнительный механизм электромеханического привода, содержащий размещенные в общем корпусе универсальный сферический шарнир, состоящий из гладкого шара и опорного устройства, механическую передачу и два электродвигателя, при этом механическая передача построена на основе планетарной передачи с двухрядным сателлитом, входными звеньями которой являются центральное колесо и водило, причём центральное колесо кинематически связано с валом одного электродвигателя, водило – с валом другого электродвигателя через цилиндрические зубчатые передачи; входное центральное колесо планетарной передачи и сателлит первого ряда, входящий с ним в зацепление, выполнены коническими зубчатыми, сателлит второго ряда выполнен в виде гладкого ролика, профиль которого позволяет ему образовать фрикционную передачу с гладким шаром, при этом гладкий шар поджат к ролику с помощью опорного устройства.