Планетарно-червячный электропривод
Полезная модель относится к электроприводам машин с шестеренными редукторными передачами. При использовании полезной модели обеспечивается возможность резервного, в частности - ручного, привода машины. Так же обеспечивается возможность точного позиционирования выходного вала привода и возможность получения на выходном валу привода движения, координаты которого являются результатом сложения (суперпозиции) двух движений, каждое из которых передается по отдельной кинематической цепи от отдельного приводного двигателя. В известном планетарном электроприводе, редуктор снабжен устройством для стопорения солнечного колеса, корончатое колесо подвижно укреплено в корпусе редуктора с возможностью вращения вокруг своей оси, на внешней цилиндрической поверхности корончатого колеса выполнены червячные зубья, в зацепление с которыми, образуя червячную передачу, введен червяк. Червяк, в свою очередь, подвижно укреплен в подшипниковых опорах, причем вал червяка снабжен конструктивными элементами для присоединения к нему второго приводного двигателя.
Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к электроприводам машин с шестеренными редукторными передачами. Техническое решение может быть использовано в силовых узлах механизмов и машин различного назначения.
Известны конструкции электроприводов с использованием червячных редукторов (В.В.Длоугий, Т.И.Муха и др. Приводы машин. Справочник. Ленинград. «Машиностроение» 1982-384 с, глава 3; Л.С.Бойко, А.З.Высоцкий и др. Редукторы и мотор-редукторы общемашиностроительного применения. Справочник. М. «Машиностроение», 1984-248 с, с.58-67). В данном аналоге корпус червячного редуктора и приводной электродвигатель неподвижно укреплены относительно друг друга на несущей раме. Характерной особенностью данных устройств является наличие червяка на входном валу и червячного колеса на выходном валу, образующих червячную пару (передачу), причем входной и выходной валы червячного редуктора расположены перпендикулярно друг другу, а входной вал механически и соосно, как правило через муфту) соединен с валом приводного электродвигателя. Червячные редукторы обладают низким к.п.д., по сравнению с редукторами других типов и, кроме того, перпендикулярное расположение вала электродвигателя и выходного вала редуктора в некоторых случаях нежелательно или недопустимо. Указанные особенности, ограничивают область применения данного типа электроприводов.
Известны конструкции электроприводов с планетарными редукторами, включающие электродвигатель и планетарный редуктор, которые укреплены неподвижно относительно друг друга либо на несущей раме, либо непосредственно соединены корпусами (мотор-редукторы). У этих аналогов входной и выходной валы планетарного редуктора, а так же вал электродвигателя расположены на одной геометрической оси, причем вал двигателя механически соединен с входным валом планетарного редуктора или непосредственно с его солнечным колесом, а входной и выходной валы редуктора механически связаны через одноступенчатый или многоступенчатый планетарно-шестеренный механизм. Планетарный механизм таких редукторов может быть выполнен по различным кинематическим схемам (В.В.Длоугий, Т.И.Муха и др. Приводы машин. Справочник. Ленинград. «Машиностроение» 1982-384 с., глава 1; Л.С.Бойко, А.З.Высоцкий и др. Редукторы и мотор-редукторы общемашиностроительного применения. Справочник. М. «Машиностроение», 1984-248 с., с.41-42; Д.В.Чернилевский, Б.Б.Панич. Курсовое проектирование одноступенчатых редукторов. М. «Высшая школа», 1975-159 с., с.74, рис.31). Применение данного типа редукторов в некоторых случаях не может полностью обеспечить все эксплуатационные требования к электроприводу. Таким требованием, например, может быть обязательное обеспечение резервного, в частности - ручного, привода машины при неисправности приводного электродвигателя, особенно в тех случаях, когда его вал, связанный с входным валом редуктора, застопорен или недоступен по конструктивным причинам. Это обстоятельство так же ограничивает область применения электроприводов с использованием планетарных редукторов.
За прототип полезной модели принимается серийный планетарный электропривод с простейшим одноступенчатым планетарным редуктором, выполненный в виде мотор редуктора типа МПз (В.В.Длоугий, Т.И.Муха и др. Приводы машин. Справочник. Ленинград. «Машиностроение» 1982 - 384 с., с.49, рис 1.6а). У прототипа планетарный механизм состоит из центрального (солнечного) колеса, соединенного с валом электродвигателя, сателлитов, совершающих сложное движение - обкатывание вокруг солнечного колеса и одновременное вращение внутри неподвижно сопряженного с корпусом корончатого колеса. Сателлиты помещаются на осях водила, которое заканчивается выходным валом. Входной и выходной валы имеют общую геометрическую ось. Солнечное колесо планетарного редуктора расположено на этой же оси и соединено с валом приводного электродвигателя, а корпус редуктора и электродвигатель соединены в единый агрегат, образуя мотор - редуктор. Прототипу в полной мере присущи недостатки предыдущего аналога.
Целью полезной модели является расширение функциональных возможностей электроприводов с шестеренными редукторными передачами. При использовании полезной модели достигаются следующие полезные технические результаты:
1. Обеспечивается возможность резервного, в частности - ручного, привода механизма или машины, при выходе из строя приводного электродвигателя.
2. Обеспечивается возможность точного позиционирования выходного вала электропривода.
3. Обеспечивается возможность получения на выходном валу электропривода движения, координаты которого являются результатом сложения (суперпозиции) двух движений, каждое из которых передается по отдельной кинематической цепи от отдельного приводного электродвигателя.
Сущность полезной модели, обеспечивающая достижение всей совокупности указанных технических результатов, заключается в том, что в известный из уровня техники, планетарный электропривод, который образован неподвижно укрепленными относительно друг друга приводным электродвигателем и планетарным редуктором, причем редуктор включает в себя корпус и, по меньшей мере, один планетарный механизм, состоящий из солнечного зубчатого колеса, симметрично расположенных на осях водила сателлитов и корончатого зубчатого колеса с внутренним зацеплением, которое выполнено в форме отрезка цилиндрической трубы и укреплено в корпусе, а вал приводного электродвигателя расположен на одной геометрической оси с солнечным колесом и соединен с ним, водило же образует выходной вал планетарного механизма, внесены следующие конструктивные изменения:
- редуктор снабжен устройством для стопорения солнечного колеса
- корончатое колесо подвижно укреплено в корпусе редуктора с одной степенью свободы, а именно с возможностью вращения вокруг своей оси
- на внешней цилиндрической поверхности корончатого колеса выполнены червячные зубья
- в зацепление с червячными зубьями корончатого колеса, образуя червячную передачу, введен червяк
- червяк подвижно укреплен в подшипниковых опорах с одной степенью свободы, а именно с возможностью вращения вокруг своей оси
- подшипниковые опоры неподвижно укреплены в корпусе редуктора
- вал червяка снабжен конструктивными элементами для присоединения к нему второго приводного двигателя.
Сущность полезной модели связана с заявленными техническими результатами следующим образом соответственно:
1. При неисправности приводного электродвигателя, осуществляют стопорение солнечного колеса и вращением червяка обеспечивают приведение в движение корончатого колеса планетарного механизма, которое, в свою очередь, через сателлиты передает движение на водило и, далее, на связанный с водилом, выходной вал электропривода или на следующую ступень редуктора. Таким образом, движение от второго (резервного) приводного электродвигателя, при неподвижном вале основного приводного электродвигателя, передается по кинематической цепи на выходной вал планетарного механизма или редуктора.
2. Точное позиционирование выходного вала планетарно-червячного электропривода осуществляется при отключенном приводном электродвигателе и застопоренном солнечном колесе, с помощью ручного привода, который выполняет, в этом случае, функцию второго приводного двигателя.
3. Движение выходного вала, координаты которого являются результатом сложения (суперпозиции) двух движений, каждое из которых передается по отдельной кинематической цепи от двух приводных двигателей достигается одновременным приведением в движение, как солнечного колеса, так и червяка от двух приводных электродвигателей.
На Фиг.1 представлена конструктивная схема планетарно-червячного электропривода с использованием одноступенчатого планетарного редуктора и электродвигателя, которые укреплены на несущей раме.
На Фиг.2 представлена конструктивная схема планетарно-червячного электропривода с использованием одноступенчатого планетарного редуктора и электродвигателя, выполненных как единый агрегат в виде мотор-редуктора.
Планетарно-червячный электропривод содержит приводной электродвигатель (1) и планетарный редуктор, которые укреплены на несущей раме (2) (Фиг.1) или объединенны корпусами в единый агрегат, представляющий собою мотор-редуктор (Фиг.2). Внутри корпуса (3) редуктора расположен планетарный механизм, состоящий из солнечного зубчатого колеса (4), симметрично расположенных на осях (5) водила (6) сателлитов (7) и корончатого зубчатого колеса (8) с внутренним зацеплением. Как и в любом планетарном редукторе, количество сателлитов может составлять один, два и более. Корончатое зубчатое колесо (8) укреплено в расточке корпуса (3) и имеет возможность вращения в этой расточке, т.е. единственную степень свободы. Водило (6) образует своей оконечностью выходной вал (9) планетарного механизма. Этот вал является выходным валом планетарно-червячного электропривода в том случае, если планетарный редуктор одноступенчатый (Фиг.1, Фиг.2) и является входным валом второй ступени планетарного редуктора, если планетарный редуктор имеет две и более ступеней. Согласно сущности полезной модели, редуктор снабжен устройством (10) для стопорения солнечного колеса (4). Это устройство может иметь различное исполнение. На Фиг.1 схематично показана одна из возможных конструкций, представляющая собою винт, который ввернут в корпус (3) редуктора и завинчиванием может вводиться в радиальное отверстие или в паз вала, связанного с солнечным колесом (4), осуществляя глухое стопорение последнего. На Фиг.2 схематично показано другое возможное конструктивное решение устройства (10) для стопорения солнечного колеса (4), в котором, в качестве указанного устройства, использован электромагнитный тормоз, являющийся конструктивной частью электродвигателя соответствующего исполнения. Такие двигатели (со встроенным электромагнитным тормозом) выпускаются промышленностью республики Беларусь по ТУ РБ-05755950-420-93 (АИР 71А2Е........АИР 100L16/4E - по каталогу РУП «Могилевский завод «Электродвигатель»). На внешней цилиндрической поверхности корончатого колеса (8) нарезаны червячные зубья (11), при этом (не обязательно) может быть сохранена часть внешней цилиндрической поверхности этого колеса, обеспечивающая улучшение качества его подвижного сопряжения в расточке корпуса (3). С червячными зубьями (11) корончатого колеса (8) введен в зацепление червяк (12), который подвижно укреплен в подшипниковых опорах (13), которые, в свою очередь, неподвижно укреплены в корпусе (3) редуктора. Опоры (13) обеспечивают червяку (12) единственную степень свободы, а именно возможность вращения вокруг своей оси. Червяк (12) снабжен выходящим за опору (13) валом и другими конструктивными элементами (14) для присоединения к нему второго приводного двигателя (15). В качестве второго приводного двигателя может быть использовано ручное приспособление (Фиг.1, Фиг.2) в виде воротка, гаечного ключа и т.п., или любой другой двигатель, например от ручного электроинструмента (электродрель, шуруповерт и т.п.) Конструктивные элементы (14), в простейшем случае, могут представлять собою вал с оконечностью в виде головки под гаечный ключ, квадрата, шлицев, шпоночной канавки со шпонкой и т.п.
Планетарно-червячный электропривод позволяет реализовать несколько различных режимов функционирования.
а) В том случае, если червяк (12) не приводится во вращение вторым приводным двигателем (15) т.е. неподвижен, то червячная пара, образованная червяком (12) и червячным колесом (8), которое является одновременно корончатым колесом планетарного механизма, обеспечивает неподвижность этого колеса, поскольку червячная передача обладает свойством самостопорения. В этом случае, электропривод машины ничем не отличается от обычного электропривода с планетарным редуктором и функционально идентичен прототипу.
б) Стопорение солнечного колеса (4) планетарного редуктора, осуществленное при помощи устройства (10) или случившееся вследствие неисправности и заклинивания приводного двигателя (1), позволяет осуществлять приведение в движение выходного вала (9) планетарно-червячного электропривода вращением червяка (12) двигателем (15) через конструктивные элементы (14). Планетарный механизм редуктора при этом работает в обращенном режиме. Сателлиты (7) получают движение от корончатого колеса (8), которое является одновременно червячным колесом и приводится во вращение червяком (12). Сателлиты обкатывают застопоренное солнечное колесо (4) и через оси (5) передают вращательное движение на водило (6) и, следовательно, на выходной вал планетарно-червячного электропривода (9).
в) Возможен режим работы планетарно-червячного электропривода одновременно от двух приводных двигателей. В этом случае координаты выходного вала планетарно-червячного электропривода являются результатом сложения (суперпозиции) двух движений, каждое из которых обеспечивается отдельной кинематической цепью от двух приводных двигателей. В этом режиме могут быть достигнуты вторичные важные для привода функциональные особенности (технические результаты). Так, например, может осуществляться регулирование угловой скорости выходного вала мощного электропривода, снабженного соответственно, мощным приводным электродвигателем от маломощного вспомогательного второго приводного электродвигателя. При этом механическая мощность планетарно-червячного электропривода будет определяться как алгебраическая сумма механических мощностей двух двигателей, с учетом соответствующего к.п.д. для каждой кинематической цепи. Кроме того, в таком режиме полезная модель реализует несимметричную кинематическую и силовую связь между выходными координатами валов приводных двигателей (угловыми скоростями и моментами) и соответствующими выходными координатами выходного вала планетарно-червячного электропривода, т.е. может быть использована как несимметричная трехвальная механическая передача.
Предложенное устройство может быть изготовлено промышленным способом на базе любого современного машиностроительного предприятия без применения каких-либо специальных технологий.
1. Планетарно-червячный электропривод, образованный неподвижно укрепленными относительно друг друга приводным электродвигателем и планетарным редуктором, редуктор включает в себя корпус и, по меньшей мере, один планетарный механизм, состоящий из солнечного зубчатого колеса, симметрично расположенных на осях водила сателлитов и корончатого зубчатого колеса с внутренним зацеплением, которое выполнено в форме отрезка цилиндрической трубы и укреплено в корпусе, а вал приводного электродвигателя расположен на одной геометрической оси с солнечным колесом и соединен с ним, водило же образует выходной вал планетарного механизма, отличающийся тем, что редуктор снабжен устройством для стопорения солнечного колеса, а его корончатое колесо подвижно укреплено в корпусе редуктора с одной степенью свободы, а именно с возможностью вращения вокруг своей оси, на внешней цилиндрической поверхности корончатого колеса выполнены червячные зубья в зацепление с которыми, образуя червячную передачу, введен червяк, подвижно укрепленный в подшипниковых опорах с одной степенью свободы, а именно с возможностью вращения вокруг своей оси, причем червяк снабжен конструктивными элементами для присоединения к нему второго приводного двигателя, а подшипниковые опоры неподвижно укреплены в корпусе редуктора.
2. Планетарно-червячный электропривод по п.1, отличающийся тем, что приводной электродвигатель и планетарный редуктор непосредственно соединены корпусами, образуя мотор-редуктор.
3. Планетарно-червячный электропривод по п.1 или 2, отличающийся тем, что устройство стопорения солнечного колеса расположено в приводном электродвигателе.
