Результат интеллектуальной деятельности: Электромеханический привод

Изобретение относится к машиностроению, а именно к электромеханическим приводам с волновыми редукторами с промежуточными телами качения.

Известен мотор-редуктор (патент US №9850996 от 17.04.2015 г.), содержащий: корпус, электродвигатель, размещенный в корпусе, вал электродвигателя, выполненный из магнитного материала, проходящий через корпус, имеющий первый конец и второй конец, противоположный первому концу, волновой генератор, имеющий эллиптическое зубчатое колесо, охватывающее вал со стороны его первого конца, гибкое зубчатое колесо, соединенное с выходным валом редуктора, охватывающее эллиптическое зубчатое колесо так, что колеса, имеющие одинаковый модуль зубьев, взаимодействуя между собой, редуцируют частоту вращения вала электродвигателя, передаваемую выходному валу редуктора. Между выходным валом и корпусом редуктора имеется подшипник с перекрещивающимися роликами.

Недостаток данного мотор-редуктора - низкая надежность зубьев гибкого зубчатого колеса при высокой частоте вращения ротора; большие габариты электродвигателя при одноступенчатом редукторе при необходимости получения большого крутящего момента на выходном валу.

Известен электромеханический привод с зубчатым редуктором (заявка US №2008/0176701 от 22.01.2008 г.), включающий соединенные между собой корпуса электродвигателя и одноступенчатого зубчатого планетарного редуктора так, что электродвигатель и редуктор имеют общий вал, на котором установлены ротор электродвигателя и эксцентрики-волнообразователи, взаимодействующие с дисками с наружными зубьями, которые приводят во вращательное движение выходной вал редуктора, имеющий зубья на внутренней поверхности. Редуцирование частоты вращения общего вала передаваемой выходному валу одноступенчатого редуктора происходит за счет периодического взаимодействия приводимых эксцентриками зубчатых дисков с выходным валом редуктора между выходным валом редуктора и частью корпуса, охватывающей редуктор, имеется подшипник с перекрещивающимися роликами.

Недостаток данного электромеханического привода - высокая инерционность зубчатого редуктора; большая масса и габариты мотор-редуктора при заданном крутящем моменте на выходном валу при одноступенчатом редукторе и низкой частоте вращения вала.

Известен волновой привод (патент RU №2377455 от 02.06.2008 г.), содержащий корпус, размещенный в нем двухопорный выходной вал, волновую зубчатую передачу с гибким и жестким колесами, а также размещенным внутри гибкого колеса генератором волн, через промежуточный редуктор связанным с валом электродвигателя, при этом первый конец выходного вала установлен на опоре, размещенной в корпусе; жесткое колесо волновой зубчатой передачи жестко закреплено на корпусе, а гибкое колесо соединено с выходным валом, в выходном валу выполнена полость, электродвигатель установлен внутри нее, а второй конец выходного вала установлен на опоре, размещенной в расточке генератора волн.

Недостатком данного волнового привода являются значительные осевые габариты, сложность и пониженная надежность конструкции, включающей зубчатую передачу.

Известен силовой мини-привод подвижной аэродинамической поверхности летательного аппарата (патент RU №2408125 от 27.01.2010 г.), состоящий из электродвигателя, размещенного в отдельном корпусе, ротор которого расположен на входном валу и соединен с входным валом волнового двухступенчатого редуктора с промежуточными телами качения, в котором концентрично относительно центральной оси размещены: волновая передача первой ступени с входным валом, имеющим, по меньшей мере, две эксцентрично расположенные цилиндрические поверхности с противоположно направленными эксцентриситетами и с подшипниками качения на эксцентрично расположенных цилиндрических поверхностях; неподвижный относительно корпуса многоступенчатый сепаратор первой ступени с размещенными в нем двумя рядами радиальных отверстий с телами качения, взаимодействующими с подшипниками качения на эксцентрично расположенных цилиндрических поверхностях; ступенчатая втулка, являющаяся входным валом второй ступени, охватывающая сепаратор первой ступени, с внутренней эпициклической поверхностью с эксцентрично расположенными цилиндрическими поверхностями на второй ступени втулки, эксцентриситеты которых являются противоположно направленными, и с подшипниками качения на эксцентрично расположенных цилиндрических поверхностях и с опорными подшипниками качения; расположенный в корпусе и опирающийся на подшипники качения, находящиеся между выходным валом и корпусом, являющийся выходным валом, сепаратор второй ступени с размещенными в нем рядами радиальных отверстий с телами качения при количестве рядов, равном количеству эксцентрично расположенных на втулке цилиндрических поверхностей с подшипниками качения.

Недостатки данного силового мини-привода: большой осевой размер электропривода, соединенного с двухступенчатым редуктором с последовательным размещением редуцирующих ступеней, при котором передаточное отношение двухступенчатой передачи обеспечивает меньший крутящий момент, чем у двухступенчатой передачи с параллельным размещением ступеней. Дополнительным недостатком является наличие муфтового соединения валов, увеличивающего момент инерции вращающихся деталей электромеханического привода, ухудшающего динамические характеристики электромеханического привода и снижающего точность позиционирования входного звена приводимого агрегата.

Известны соединения деталей "вал-втулка" с натягом (патент RU №2428295 от 11.01.2010 г. и RU №142049 от 06.11.2013 г.), обеспечивающие соосность соединяемых деталей и высокую точность позиционирования валов, что особенно важно при реверсе.

Известен электромеханический привод, имеющий волновой двухступенчатый редуктор с промежуточными телами качения (патент RU №108239 от 09.06.2010 г., прототип), состоящий из соосно расположенных электродвигателя со статором в отдельном корпусе, ротор которого установлен на валу в подшипниках качения на первом и втором концах вала, и волнового двухступенчатого редуктора с промежуточными телами качения, корпус которого соединен с корпусом электродвигателя, а вал соединен с валом электродвигателя, при этом волновой редуктор имеет волновую передачу первой ступени с входным валом с двумя эксцентрично расположенными цилиндрическими поверхностями с противоположно направленными эксцентриситетами и с подшипниками качения на эксцентрично расположенных цилиндрических поверхностях; неподвижно закрепленный на корпусе электродвигателя сепаратор первой ступени в виде втулки с фланцем с размещенными во втулке двумя рядами радиальных отверстий с телами качения, взаимодействующими с подшипниками качения на эксцентрично расположенных цилиндрических поверхностях входного вала; охватывающую сепаратор первой ступени втулку, являющуюся входным валом второй ступени, по меньшей мере, с одной внутренней эпициклической поверхностью и с эксцентрично расположенными внешними цилиндрическими поверхностями, эксцентриситеты которых являются противоположно направленными, с подшипниками качения на них; сепаратор второй ступени в виде втулки с внутренним фланцем с размещенными во втулке рядами радиальных отверстий с телами качения при количестве рядов, равном количеству эксцентрично расположенных на входном валу второй ступени цилиндрических поверхностей с подшипниками качения; выходной вал, расположенный в корпусе редуктора, опирающийся, по меньшей мере, на один радиально-упорный подшипник качения, расположенный между выходным валом и корпусом редуктора.

Недостаток данного электромеханического привода - в увеличенных габаритных размерах и низкой технологичности изготовления электромеханического привода вследствие сложности его конструкции и расположения электродвигателя внутри второй ступени редуктора и внутри единого с редуктором корпуса.

Техническая задача изобретения - уменьшение габаритных размеров электромеханического привода при повышении технологичности его изготовления.

Техническая задача решена в конструкции электромеханического привода, состоящего из соосно расположенных электродвигателя со статором в отдельном корпусе, ротор которого установлен на валу в подшипниках качения на первом и втором концах вала, и волнового двухступенчатого редуктора с промежуточными телами качения, корпус которого соединен с корпусом электродвигателя, а вал соединен с валом электродвигателя, при этом волновой редуктор имеет волновую передачу первой ступени с входным валом с двумя эксцентрично расположенными цилиндрическими поверхностями с противоположно направленными эксцентриситетами и с подшипниками качения на эксцентрично расположенных цилиндрических поверхностях; неподвижно закрепленный на корпусе электродвигателя сепаратор первой ступени в виде втулки с фланцем с размещенными во втулке двумя рядами радиальных отверстий с телами качения, взаимодействующими с подшипниками качения на эксцентрично расположенных цилиндрических поверхностях входного вала; охватывающую сепаратор первой ступени втулку, являющуюся входным валом второй ступени, по меньшей мере, с одной внутренней эпициклической поверхностью и с эксцентрично расположенными внешними цилиндрическими поверхностями, эксцентриситеты которых являются противоположно направленными, с подшипниками качения на них; сепаратор второй ступени в виде втулки с внутренним фланцем с размещенными во втулке рядами радиальных отверстий с телами качения при количестве рядов, равном количеству эксцентрично расположенных на входном валу второй ступени цилиндрических поверхностей с подшипниками качения; выходной вал, расположенный в корпусе редуктора, опирающийся, по меньшей мере, на один радиально-упорный подшипник качения, расположенный между выходным валом и корпусом редуктора, при этом корпус электродвигателя имеет форму ступенчатой втулки с внешним и внутренним фланцами со стороны редуктора; внешний фланец корпуса электродвигателя имеет отверстия и соединен винтами с корпусом редуктора; внутренний фланец имеет втулку, которая входит в редуктор, и является сепаратором второй ступени; в ступенчатой втулке корпуса электродвигателя размещен статор, а к торцу присоединена крышка, имеющая направленный внутрь кольцевой выступ с размещенным в нем подшипником, установленным на первом конце вала с ротором; фланец сепаратора первой ступени является внешним, закреплен на внутреннем фланце корпуса электродвигателя и имеет кольцевой выступ внутрь корпуса электродвигателя, внутренняя поверхность которого является опорой подшипника качения, установленного на втором конце вала с ротором; конец входного вала редуктора имеет в поперечном сечении форму и размеры, соответствующие форме поперечного сечения и размерам внутреннего отверстия в конце вала электродвигателя, и соединение концов валов с натягом.

Для дополнительного сокращения габаритов электромеханического привода радиально-упорным подшипником качения, расположенным между выходным валом редуктора и корпусом, является подшипник с перекрещивающимися роликами, разделенными сепараторами, дорожки качения роликов расположены на внешней поверхности выходного вала и на внутренней поверхности корпуса редуктора, электродвигатель электромеханического привода является вентильным, постоянного тока, с частотой вращения ротора, выбираемой из интервала 1000-40000 об/мин при передаточном отношении двухступенчатого волнового редуктора, выбираемом из интервала 36-6000.

Решение технической задачи, - уменьшение габаритных размеров электромеханического привода при повышении технологичности его изготовления, - достигается за счет следующей новой совокупности отличительных признаков электромеханического привода: корпус электродвигателя имеет форму ступенчатой втулки с внешним и внутренним фланцами со стороны редуктора; внешний фланец корпуса электродвигателя имеет отверстия и соединен винтами с корпусом редуктора; внутренний фланец имеет втулку, которая входит в редуктор, и является сепаратором второй ступени; в ступенчатой втулке корпуса электродвигателя размещен статор, а к торцу присоединена крышка, имеющая направленный внутрь кольцевой выступ с размещенным в нем подшипником, установленным на первом конце вала с ротором; фланец сепаратора первой ступени является внешним, закреплен на внутреннем фланце корпуса электродвигателя и имеет кольцевой выступ внутрь корпуса электродвигателя, внутренняя поверхность которого является опорой подшипника качения, установленного на втором конце вала с ротором; конец входного вала редуктора имеет в поперечном сечении форму и размеры, соответствующие форме поперечного сечения и размерам внутреннего отверстия в конце вала электродвигателя, и соединение концов валов с натягом.

Данная совокупность отличительных признаков не обнаружена в ходе проведенного патентно-информационного исследования, следовательно, изобретение соответствует критерию "новизна". Она также не следует явно из уровня техники, следовательно, оно соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показана конструкция электромеханического привода.

На фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1

На фиг. 3 - конструкция подшипника качения с перекрещивающимися роликами, показанного на фиг. 1.

Электромеханический привод (фиг. 1-3) состоит из соосно расположенных в отдельном корпусе 1 электродвигателя 2 со статором 3, ротор 4 которого расположен на валу 5, имеющим первый конец 5а и второй конец 5b с установленными на них подшипниками 6а и 6b качения, и волнового двухступенчатого редуктора 7 так, что корпус 1 электродвигателя 2 соединен с корпусом 7а редуктора 7, а второй конец 5b вала 5 электродвигателя 2 соединен с входным валом 8 редуктора 7; корпус 1 электродвигателя 2 имеет форму ступенчатой втулки 9 с внешним фланцем 10, внутренним фланцем 11, втулкой 12; внешний фланец 10 имеет резьбовое соединение 13 винтами 14 с корпусом 7а редуктора 7; втулка 12 на внутреннем фланце 11 корпуса 1 входит в редуктор 7, имеет два ряда радиальных отверстий 15 с размещенными в них промежуточными телами 16 качения, и является сепаратором 12а второй ступени 17 редуктора 7; в ступенчатой втулке 9 корпуса 1 размещен статор 3, а к торцу присоединена крышка 18 электродвигателя 2, имеющая направленный внутрь кольцевой выступ 19 с размещенным в нем подшипником 6а качения.

В волновом редукторе 7 концентрично относительно центральной оси размещены: волновая передача 20 первой ступени с входным валом 8, имеющим, по меньшей мере, две эксцентрично расположенные цилиндрические поверхности 21 (фиг. 2) с противоположно направленными эксцентриситетами 22 и с подшипниками 23 качения на цилиндрических поверхностях 21; размещенный в редукторе 7 на внутреннем фланце 11 корпуса 1 электродвигателя 2 сепаратор 24 первой ступени в виде втулки 25 (фиг. 1), имеющей фланец 26 с кольцевым выступом 27 внутрь корпуса 1 электродвигателя 2; во втулке 25 имеется два ряда отверстий 28 с размещенными в них телами 29 качения; кольцевой выступ 27, являющийся опорой подшипника 6Ъ качения, расположенного на втором конце 5b вала 5 электродвигателя 2; охватывающая втулку 25 сепаратора 24 первой ступени и являющаяся входным валом второй ступени 30 редуктора 7 втулка 31 с двумя внутренними эпициклическими поверхностями 32 (фиг. 1, 2) с двумя внешними эксцентрично расположенными цилиндрическими поверхностями 33, эксцентриситеты которых являются противоположно направленными, и с подшипниками 34 качения на цилиндрических поверхностях 33; выходной вал 35, расположенный в корпусе 7а редуктора 7, опирающийся на радиально-опорный подшипник 36 качения (фиг. 1), расположенный между выходным валом 35 и корпусом 7а редуктора 7, имеет внутреннюю эпициклическую поверхность 37, с которой взаимодействуют тела 16 качения; к выходному валу 35 присоединена крышка 38, и в нем имеются резьбовые отверстия 39 для крепления муфты или фланца вала агрегата (не показан), приводимого электромеханическим приводом, а в корпусе 7а имеется резьбовое отверстие 39а для крепления корпуса 7а редуктора 7 к основанию (не показано).

Для обеспечения соосности соединяемых валов и высокой точности позиционирования валов при реверсе конец входного вала 8 редуктора 7 имеет в поперечном сечении форму и размеры, соответствующие форме поперечного сечения и размерам внутреннего отверстия во втором конце 5b вала 5 электродвигателя 2 и соединение валов с натягом.

Для дополнительного сокращения длины и диаметра электромеханического привода радиально-упорным подшипником 36 является подшипник с перекрещивающимися роликами 40 (фиг. 3), разделенными сепараторами 41, а дорожки качения роликов 40 расположены на внешней поверхности выходного вала 35 и на внутренней поверхности корпуса 7а редуктора 7.

При вращении ротора 4 электродвигателя 2 и соединенного с ним входного вала 8 редуктора 7 вращаются две эксцентрично расположенные цилиндрические поверхности 21, при этом два ряда тел 29 качения во втулке 25 сепаратора 24 перемещаются в радиальном направлении, совершая волнообразные движения с периодом, равным периоду одного оборота входного вала 8 и амплитудой, равной удвоенному эксцентриситету 22 поверхностей 21. Промежуточные тела 29 качения, взаимодействуя с внутренними эпициклическими поверхностями 32 втулки 31, с внешними кольцами подшипников 23 и сепаратором 24, поворачивают втулку 31 на угол, меньший угла поворота входного вала 8 в число раз, равное числу волн внутренней профилированной эпициклической поверхности 32 втулки 31.

При вращении втулки 31 вращаются эксцентрично расположенные цилиндрические поверхности 33; взаимодействуя с кольцами подшипников 34; два ряда тел 16 качения, размещенные в сепараторе 12a, перемещаются в радиальном направлении, совершая колебательные движения с периодом, равным периоду одного оборота втулки 31 и амплитудой, равной удвоенному эксцентриситету поверхности 33 (фиг. 2). Промежуточные тела 16 качения, взаимодействуя с внутренней эпициклической поверхностью 37 выходного вала 35, с кольцами подшипников 34 качения и сепаратором 12а, поворачивают выходной вал 35 на угол, меньший угла поворота втулки 31 в число раз, равное числу волн на внутренней эпициклической поверхности 37 выходного вала 35.

Общее передаточное отношение редуктора равно произведению чисел волн внутренних профилированных эпициклической поверхности 32 втулки 31 и эпициклической поверхности 37 выходного вала 35 (задается при проектировании электромеханического привода из интервала значений от 36 до 6000).