Механизм электрический прямоходный
Механизм электрический прямоходный для систем автоматического управления, используемый в качестве исполнительного механизма силового электропривода, состоит из: составного корпуса, в котором установлен статор с многофазной обмоткой, взаимодействующий с ротором силового электродвигателя, имеющим набор постоянных магнитов, установленных на его наружной поверхности; преобразователя вращательного движения в поступательное, выполненного в виде шариковинтовой передачи; датчика положения выходного штока, выполненного в виде автономной электрической машины, взаимодействующей через разрезную шестерню с зубчатой рейкой, жестко закрепленной на выходном штоке; растормаживающего электромагнита и подвижного якоря с фрикционной накладкой; шарнирных узлов соединения механизма с объектом управления и с рабочим органом, обеспечивающих устранение разворота корпуса механизма от реактивных моментов и перекосов; а также устройства ручного (аварийного) перемещения выходного штока механизма.
Конструктивные узлы механизма выполнены соосными, а использование минимальных осевых зазоров в их соединениях,, позволяет снизить неуравновешенность и массогабаритные показатели механизма, а также значительно повысить его жесткость, виброустойчивость и надежность.
Полезная модель относится к области машиностроения, конкретно к области силового электропривода и может быть использована в конструкции исполнительного механизма силового электропривода, осуществляющего перемещение рабочих регулируемых органов различного функционального назначения в соответствии с командными сигналами в системах автоматического управления на объектах промышленности.
Известен механизм электрический прямоходный (далее «механизм») (см. патент США 3828622. Кл. 74-409. 1974 г.- аналог), содержащий шток, датчик его положения, шестерню, установленную на валу последнего, соединяющую шток с шестерней, рейку, установленную в направляющих.
Недостатком такого механизма является его низкая надежность вследствии возможных зазоров и перекосов в сопряжениях элементов механизма.
Известен механизм, выбранный в качестве прототипа, (см. Авторское свидетельство СССР 1145187, кл. F16Н 19/04, приоритет от 16.07.1982 г.), содержащий разъемный корпус, состоящий из соединенных между собой передней крышки, задней крышки, центральной части и кожуха, расположенные в корпусе силовой электродвигатель, включающий статор и ротор, преобразователь вращательного движения в поступательное, выполненный в виде ходового винта, гайки и связанного с гайкой выходного штока, устройство фиксации выходного штока от крутящих моментов, при его поступательном перемещении, датчик позиционного положения выходного штока, состоящий из электрической автономной машины с шестерней на ее валу и зубчатой рейкой, связанной с одной стороны с шестерней электрической машины и с выходным штоком с другой стороны, и соосные,
шарнирные концевые узлы крепления выходного штока и корпуса, каждый из которых включает концевую проушину с отверстием, причем одна из проушин расположена на внешнем конце выходного штока со стороны передней крышки корпуса, а вторая расположена на внешней стороне задней крышки корпуса.
Недостатком известного механизма является большая неуравновешенность, низкая виброустойчивость, а также повышенные массогабаритные показатели механизма в целом.
Для устранения указанных недостатков известный механизм дополнительно снабжен расположенным в корпусе ручным приводом выходного штока, растормаживающим электомагнитом ротора силового электродвигателя и устройством устранения разворота корпуса механизма от реактивных моментов и перекосов, при этом, ручной привод выходного штока состоит из полого вала с ведомой шестерней на внешнем его конце и наружными шлицами на внутреннем конце, съемной рукоятки, подпружиненного в осевом направлении вала с ведущей шестерней и кулачковой муфтой с торцевыми зубьями, одна часть которой закреплена на ведущей шестерне, а другая - на корпусе, статор силового электродвигателя установлен в центральной части корпуса со стороны передней крышки и имеет многофазную обмотку, ротор электродвигателя выполнен в виде стакана, полого вала, набора постоянных магнитов и тормозного диска, причем полый вал ротора расположен коаксиально внутри полого вала ручного привода, постоянные магниты закреплены на внешней цилиндрической поверхности стакана, тормозной диск расположен со стороны задней крышки на торце стакана, а полый вал, тормозной диск и стакан ротора жестко связаны между собой, растормаживающий электромагнит установлен в центральной части корпуса между его задней крышкой и силовым электродвигателем и состоит из кольцевой неподвижной обоймы с обмоткой и якоря, выполненного в виде подвижного в осевом направлении диска, расположенного между кольцевой
обоймой и тормозным диском ротора на шлицевом конце вала ручного привода, кроме того, диск якоря снабжен фрикционной накладкой со стороны тормозного диска ротора и подпружинен в сторону прижатия его к последнему, преобразователь вращательного движения в поступательное выполнен в виде шариковинтовой передачи, причем ходовой винт расположен внутри полого вала ротора и жестко с ним связан, гайка выполнена в виде разнесенных по оси винтовых частей, установленных внутри выходного штока с возможностью изменения расстояния между ними путем их разворота и фиксации, зубчатая рейка датчика позиционного положения жестко закреплена на выходном штоке и связана с шестерней электрической машины датчика через понижающий редуктор, концевой узел крепления корпуса дополнительно снабжен поперечной силовой балкой с вилкообразной проушиной, сопряженной с проушиной на корпусе через шаровой шарнир, а устройство устранения разворота корпуса от реактивных моментов и перекосов расположено на внешней стороне задней крышки и выполнено в виде ползуна на удлиненном конце цилиндрического пальца узла крепления и направляющей вилки, закрепленной на внешней поверхности задней крышки и сопряженной с ползуном. Кроме того, полый вал ручного привода и полый вал ротора установлены на радиально упорных подшипниках, а на свободном конце ходового винта преобразователя вращательного движения в поступательное и выходном штоке установлены упоры крайних положений выходного штока.
Такое исполнение механизма обеспечивает управляемое перемещение выходного штока по заданному закону и сигналу, фиксацию выходного штока в нужном положении после снятия управляющего напряжения, устранение перекоса корпуса относительно объекта управления, а также максимальную жесткость и отсутствие люфтов относительно продольной оси.
На фиг.1 изображен продольный разрез механизма.
На фиг.2 изображено поперечное сечение А-А.
На фиг.3 изображен вид по стрелке В.
Механизм электрический прямоходный (далее - «механизм») содержит разъемный корпус, выполненный в виде передней крышки 1, задней крышки 2, центральной части 3 и кожуха 4. Все части корпуса соединены между собой шпильками 5. В центральной части 3 корпуса установлен силовой электродвигатель, состоящий из статора 6 с многофазной обмоткой и ротора, выполненного в виде стакана 7 с набором постоянных магнитов 8, полого вала 9 и тормозного диска 10, расположенного со стороны задней крышки 2 корпуса. Стакан 7, полый вал 9 и тормозной диск 10 жестко связаны между собой, а постоянные магниты 8 закреплены на наружной цилиндрической поверхности стакана 7. Растормаживающий электромагнит ротора выполнен в виде неподвижной кольцевой обоймы 11, открытой со стороны статора 6, обмотки 12 и якоря, выполненного в виде диска 13. Диск 13 выполнен подвижным в осевом направлении и расположен между кольцевой обоймой 11 и тормозным диском 10. На боковой поверхности диска 13 со стороны тормозного диска 10 закреплена фрикционная накладка 14, а на внутреннем посадочном отверстии выполнены прямоугольные пазы 15. Диск 13 якоря снабжен пружинным блоком, включающим пружину сжатия 16, установленной внутри втулки 17. Пружинный блок расположен внутри стакана 7 ротора и обеспечивает прижатие диска 13 якоря к тормозному диску 10 ротора. Ручной привод механизма состоит из полого вала 18 с ведомой шестерней 19 на его внешнем конце со стороны задней крышки 2 и наружными шлицами на внутреннем конце, из съемной рукоятки 20 и подпружиненного в осевом направлении вала 21. Полый вал 18 конструктивно расположен соосно внутри кольцевой обоймы 11. Подпружиненный вал 21 имеет наружный хвостовик 22 для съемной рукоятки 20, кулачковую муфту с торцевыми зубьями, ведущую шестерню 23 и пружину 24, обеспечивающую замкнутое положение кулачковой муфты. Кулачковая муфта состоит из подвижной вместе с подпружиненным валом 21 полумуфты 25 и неподвижной полумуфты 26, а
ведущая 23 и ведомая 19 шестерни ручного привода находятся в постоянном зацеплении, конец полого вала 18 с выступами сопряжен с прямоугольными пазами 15 на внутреннем посадочном отверстии диска 13. Преобразователь вращательного движения в поступательное выполнен в виде шариковинтовой передачи, выходного штока 28, гайки, состоящей из разнесенных по оси винтовых частей 29, 30 и шариков, расположенных в винтовых канавках ходового винта 27 и гайки. Винтовые части 29 и 30 гайки собираются в выходном штоке 28 с возможностью изменения расстояния между ними путем их разворота и фиксации для обеспечения минимальных осевых зазоров в шариковинтовой передаче преобразователя вращательного движения в поступательное при реверсивном движении выходного штока 28. Хвостовик ходового винта 27 расположен внутри полого вала 9 ротора и жестко с ним связан, а винтовые части 29, 30 гайки устанавливаются в выходном штоке 28 с фиксацией от вращения. Датчик позиционного положения выходного штока 28 содержит электрическую автономную машину 31, например, бесконтактный вращающийся трансформатор, зубчатую рейку 32 и понижающий цилиндрический редуктор, состоящий из шестерни 33 на валу электрической машины 31 и шестерни 34, сопряженной с зубчатой рейкой 32. Зубчатая рейка 32 жестко связана с выходным штоком 28. Кинематическая цепь между электрической машиной 31 датчика положения и выходным штоком 28 выполнена безлюфтовой за счет того, что шестерни 33 и 34 выполнены разрезными из двух соосных частей, подпружиненных друг к другу. Полый вал 9 ротора расположен коаксиально внутри полого вала 18 ручного привода, причем каждый из валов установлен на радиально упорных подшипниках 35, 36 с натягом. Механизм снабжен концевыми соосными и шарнирными узлами крепления для связи его с одной стороны с рабочим органом и с объектом управления с другой. Узел крепления механизма к рабочему органу имеет концевой элемент крепления в виде вилки 37 на внешнем конце выходного штока 28, цилиндрический палец 38 и резьбовые элементы. Узел крепления
механизма к объекту управления имеет проушину 39, установленную на задней крышке 2 корпуса, цилиндрический палец 40, поперечную силовую балку с элементом крепления в виде вилки в ее средней части и резьбовые элементы. Каждый узел крепления имеет шаровую вставку и конические проставки, которые обеспечивают минимально возможный осевой люфт в узлах крепления. Устройство фиксации выходного штока 28 от крутящих моментов выполнено в виде кронштейна 42, жестко закрепленного на внутреннем конце выходного штока 28, дополнительного вала 43, закрепленного в передней крышке 1 и кожухе 4 корпуса, и шарнирного подшипника скольжения 44. Подшипник 44 подвижно установлен на валу 43 и связан с кронштейном 42. Выходной шток механизма направляется и поддерживается с внутренней стороны радиально упорными подшипниками 36 через вал 9 ротора и ходовой винт 27. С внутренней стороны выходной шток 28 имеет дополнительные опорные поверхности в виде цилиндрических опорных втулок 45, установленных в кожухе 4. Устройство устранения разворота корпуса механизма от реактивных моментов и перекосов расположено на внешней стороне задней крышки 2 и выполнено в виде ползуна 46 и направляющей вилки 47. Ползун 46 закреплен на удлиненном конце цилиндрического пальца 40, а направляющая вилка 47 закреплена на крышке 2 и сопряжена с ползуном 46 с возможностью перемещения последнего вдоль направляющей поверхности вилки 47. На свободном конце ходового винта 27 преобразователя вращательного движения в поступательное выполнены ограничительные упоры 48 крайних положений выходного штока 28.
Механизм электрический прямоходный (механизм) работает следующим образом. Механизм обеспечивает движение рабочего органа объекта управления в режиме следящего электропривода и в режиме аварийного ручного управления при отсутствии питания электропривода. В первом случае. При включении элетропривода одновременно подается постоянное
напряжение на обмотку 12 растормаживающего электромагнита. Диск 13 якоря притягивается к кольцевой обойме 11, преодолевая при этом противодействие пружины 16, и освобождает тормозной диск 10. Вал 9 ротора получает возможность вращаться, то есть происходит процесс растормаживания силового электродвигателя. При вращении ротора крутящий момент через ходовой винт 27 и винтовые части 29, 30 гайки преобразуется в поступательное перемещение выходного штока 28 механизма. Зубчатая рейка 32 полностью повторяет перемещение выходного штока. Поступательное перемещение рейки 32 преобразуется во вращательное движение вала электрической автономной машины 31, которая вырабатывает электрический сигнал. Величина сигнала, определяемая углом поворота вала машины 31 и пропорциональная перемещению выходного штока 28, поступает в систему управления механизмом. Во втором случае. При отключении питания механизма диск 13, под действием пружины 16 сцепляется с тормозным диском 10 через фрикционную накладку 14. При осевом нажиме съемной рукоятки 20, преодолевая осевое противодействие пружины 24, размыкаются полумуфты 25, 26 и вал 21 получает возможность вращаться. При вращении вала 21 крутящий момент через понижающую передачу (шестерни 23 и 19) передается на полый вал 18 ручного привода. Вал 18 с помощью выступов и пазов 15 диска 13 осуществляет вращение последнего. Диск 13 через фрикционную накладку передает вращение тормозному диску 10 ротора и далее ходовому винту 27. Вращение ходового винта 27 перемещает выходной шток 28 и через безлюфтовый шарнирный узел перемещает рабочий орган на необходимую величину, задаваемую числом оборотов рукоятки 20.
Выполнение конструктивных узлов механизма соосными, использование минимальных осевых зазоров в их соединениях, позволяет снизить неуравновешенность и массогабаритные показатели механизма, а также значительно повысить его жесткость, виброустойчивость и надежность.
1. Механизм электрический прямоходный, содержащий разъемный корпус, состоящий из соединенных между собой передней крышки, задней крышки, центральной части и кожуха, расположенные в корпусе силовой электродвигатель, включающий статор и ротор, преобразователь вращательного движения в поступательное, выполненный в виде ходового винта, гайки и связанного с гайкой выходного штока, устройство фиксации выходного штока от крутящих моментов при его поступательном перемещении, датчик позиционного положения выходного штока, состоящий из электрической автономной машины с шестерней на ее валу и зубчатой рейкой, связанной с одной стороны с шестерней электрической машины и с выходным штоком с другой стороны, и соосные, шарнирные концевые узлы крепления выходного штока и корпуса, каждый из которых включает концевой элемент крепления с отверстием, причем один из элементов расположен на внешнем конце выходного штока со стороны передней крышки корпуса, а второй расположен на внешней стороне задней крышки корпуса, отличющийся тем, что механизм дополнительно снабжен расположенным в корпусе ручным приводом выходного штока, растормаживающим электомагнитом ротора силового электродвигателя и устройством устранения разворота корпуса от реактивных моментов и перекосов, при этом ручной привод выходного штока состоит из полого вала с ведомой шестерней на внешнем его конце и наружными выступами на внутреннем конце, съемной рукоятки, подпружиненного в осевом направлении вала с ведущей шестерней и кулачковой муфтой с торцевыми зубьями, одна часть которой закреплена на ведущей шестерне, а другая - на корпусе, статор силового электродвигателя установлен в центральной части корпуса со стороны передней крышки и имеет многофазную обмотку, ротор электродвигателя выполнен в виде стакана, полого вала, набора постоянных магнитов и тормозного диска, причем полый вал ротора расположен коаксиально внутри полого вала ручного привода, постоянные магниты закреплены на внешней цилиндрической поверхности стакана, тормозной диск расположен со стороны задней крышки на торце стакана, а полый вал, тормозной диск и стакан ротора жестко связаны между собой, растормаживающий электромагнит установлен в центральной части корпуса между его задней крышкой и силовым электродвигателем и состоит из кольцевой неподвижной обоймы с обмоткой и якоря, выполненного в виде подвижного в осевом направлении диска, причем диск расположен между кольцевой обоймой и тормозным диском ротора и имеет пазы, сопряженные с выступами на конце вала ручного привода, кроме того, диск якоря снабжен фрикционной накладкой со стороны тормозного диска ротора и подпружинен в сторону прижатия его к последнему, а полый вал ручного привода расположен соосно внутри кольцевой обоймы, преобразователь вращательного движения в поступательное выполнен в виде шариковинтовой передачи, причем ходовой винт расположен внутри полого вала ротора и жестко с ним связан, гайка выполнена в виде разнесенных по оси винтовых частей, установленных внутри выходного штока с возможностью изменения расстояния между ними путем их разворота и фиксации, зубчатая рейка датчика позиционного положения жестко закреплена на выходном штоке и связана с шестерней электрической машины датчика через понижающий редуктор, концевой узел крепления корпуса дополнительно снабжен поперечной силовой балкой с элементом крепления в виде вилки, сопряженной с элементом крепления на корпусе через шаровой шарнир, а устройство разворота корпуса от реактивных моментов и перекосов расположено на внешней стороне задней крышки и выполнено в виде ползуна на удлиненном конце цилиндрического пальца узла крепления и направляющей вилки, закрепленной на внешней поверхности задней крышки и сопряженной с ползуном.
2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что полый вал ручного привода и полый вал ротора установлены на радиально упорных подшипниках.
3. Механизм по п.1, отличающийся тем, что на свободном конце ходового винта преобразователя вращательного движения в поступательное и выходном штоке установлены упоры крайних положений выходного штока.
