Электропривод с трехступенчатым планетарным редуктором
Владельцы патента RU 2478850:
Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" (RU)
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве электропривода, например, на космическом аппарате. Электропривод с трехступенчатым планетарным редуктором содержит электродвигатель (1), редуктор, включающий входной вал (4), предступень (5), быстроходный (6), промежуточный (7) и тихоходный (8) планетарные ряды. Каждый ряд включает соответственно солнечную шестерню (9, 10, 11), сателлиты (12, 13, 14), водило (15, 16, 17) и корону (18, 19). Быстроходное водило (15) выполнено с опорой (23) со стороны электродвигателя и как единое целое с промежуточной солнечной шестерней (10). Выходной вал (20) выполнен как единое целое с тихоходным водилом (17) и установлен на двух шарикоподшипниках (21, 22). Промежуточное водило (16) выполнено как единое целое с осью (24), которая установлена со стороны выходного вала (20) в радиальном шарикоподшипнике (25), закрепленном в теле тихоходного водила (17), ось (24) выполнена из двух частей (26, 27), соединенных вставкой в виде как минимум одного сильфона (28), и с расположенным вдоль его оси внутренним опорным элементом (29). Промежуточное водило (16) выполнено с внутренним зубчатым венцом (36). Изобретение позволяет повысить КПД и надежность устройства. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Настоящее изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве электропривода, например на космическом аппарате (КА).
Известен трехступенчатый планетарный редуктор (Руденко В.Н. Планетарные и волновые передачи. Альбом конструкций. - М.: Машиностроение, 1980, с. 37), содержащий корпус, быстроходный (входной) вал, быстроходный, промежуточный и тихоходный планетарные ряды, каждый из которых включает солнечную шестерню, сателлиты, водило и корону, причем тихоходный вал выполнен как единое целое с водилом тихоходного планетарного ряда и установлен на двух шарикоподшипниках.
Недостаток указанного устройства заключается в том, что водило быстроходного планетарного ряда, выполненное совместно с солнечной шестерней промежуточного планетарного ряда, водило промежуточного планетарного ряда, выполненное совместно с солнечной шестерней тихоходного планетарного ряда, выполнены с опорами в виде игольчатых подшипников, КПД которых ниже, чем КПД шарикоподшипников. Кроме этого в конструкции планетарных рядов не предусмотрены самоустанавливающиеся звенья для уменьшения неравномерности распределения нагрузки между сателлитами, что также способствует снижению КПД и надежности работы редуктора.
В качестве прототипа выбран электропривод (RU 2222860, МПК H02K 7/10, F16D 13/00. Опубл. 27.01.2004), содержащий электродвигатель и многоступенчатый планетарный редуктор, включающий корпус, быстроходный вал, связанный с электродвигателем, планетарные ряды, каждый из которых включает солнечную шестерню, сателлиты, водило и корону, причем водило каждого планетарного ряда (кроме тихоходного) выполнено как единое целое с солнечной шестерней последующего планетарного ряда, тихоходный вал, выполненный как единое целое с водилом тихоходного планетарного ряда и установленный на двух шарикоподшипниках.
Недостаток прототипа заключается в том, что его конструкция выполнена без устройства, позволяющего осуществлять самоустановку промежуточного водила, что не позволяет снизить неравномерность распределения нагрузки между промежуточными сателлитами и тем самым повысить КПД и надежность устройства. Кроме того, в нем применены опоры скольжения, что также приводит к снижению КПД (по сравнению с опорами качения).
Задачи изобретения: повышение КПД и надежности работы устройства.
Задачи решены за счет того, что в электроприводе с трехступенчатым планетарным редуктором (содержащем электродвигатель, редуктор, включающий корпус с платой, входной вал, связанный с электродвигателем посредством предступени, быстроходный, промежуточный и тихоходный планетарные ряды, каждый из которых включает соответственно солнечную шестерню, сателлиты, водило и корону, причем быстроходное водило выполнено как единое целое с промежуточной солнечной шестерней, выходной вал выполнен как единое целое с тихоходным водилом и установлен на двух шарикоподшипниках, быстроходное водило выполнено с опорой со стороны электродвигателя) промежуточное водило выполнено как единое целое с гибко-упругой осью, которая установлена своим концом со стороны выходного вала в радиальном шарикоподшипнике, закрепленном в теле тихоходного водила. Указанная гибко-упругая ось выполнена из двух частей, соединенных вставкой в виде как минимум одного сильфона, и с расположенным вдоль его оси внутренним опорным элементом. Причем промежуточное водило выполнено с внутренним зубчатым венцом. При наличии дополнительных одного или нескольких сильфонов они установлены внутри основного коаксиально. Опорный элемент выполнен в виде стержня с шаровыми опорами на его концах, сопряженных с соответствующими лунками на торцах соединяемых частей гибко-упругой оси. Зацепление зубьев внутреннего зубчатого венца промежуточного водила с зубьями тихоходной солнечной шестерней выполнено с радиальными и боковыми зазорами, не менее чем произведение модуля зацепления (m) на 0,4.
Суть изобретения показана на фиг.1-3. На фиг.1 представлен общий вид электропривода в разрезе. На фиг.2 представлено промежуточное водило 16 с промежуточными сателлитами 13 и тихоходной солнечной шестерней 11 и с сильфоном 28. На фиг.3 представлены основной и дополнительный сильфоны 28, 37 в разрезе.
Электропривод с планетарным редуктором содержит электродвигатель 1, редуктор, включающий корпус 2 с платой 3, входной вал 4, связанный с электродвигателем 1 посредством предступени 5, быстроходный, промежуточный и тихоходный планетарные ряды 6, 7, 8, каждый из которых включает соответственно солнечную шестерню 9, 10, 11, сателлиты 12, 13, 14, водило 15, 16, 17, корону 18, 19 (корона быстроходного и промежуточного планетарного ряда выполнена как единое целое), причем быстроходное водило 15 выполнено как единое целое с промежуточной солнечной шестерней 10, выходной вал 20 выполнен как единое целое с тихоходным водилом 17 и установлен на двух шарикоподшипниках 21, 22, быстроходное водило 15 выполнено с опорой 23 со стороны электродвигателя 1, промежуточное водило 16 выполнено как единое целое с гибко-упругой осью 24, которая установлена своим концом со стороны выходного вала 20 в радиальном шарикоподшипнике 25, закрепленным в теле тихоходного водила 17, указанная гибко-упругая ось 24 выполнена из двух частей 26, 27, соединенных вставкой в виде сильфона 28, и с расположенным вдоль его оси внутренним опорным стержнем 29 с шаровыми опорами 30, 31 на его концах, сопряженных с соответствующими лунками 32, 33 на торцах 34, 35 соединяемых частей гибко-упругой оси 24, причем промежуточное водило 16 выполнено с внутренним зубчатым венцом 36, зацепление зубьев которого с зубьями тихоходной солнечной шестерни 11 выполнено с радиальными и боковыми зазорами, не менее чем произведение модуля зацепления (m) на 0,4.
Сильфон 28 выполнен по меньшей мере с одним дополнительным сильфоном 37, коаксиально установленным внутри основного 28.
Основной и дополнительный сильфоны 28, 37 выполнены с поперечно-гофрированными боковыми поверхностями 38, 39 в виде резьбы для вкручивания их друг в друга.
Предложенное устройство работает следующим образом. Вращающий момент от электродвигателя 1 передается входному валу (не показано) предступени 5, выходной вал которой одновременно является входным валом 4 трехступенчатого планетарного редуктора. Предступень 5 представляет собой одноступенчатый планетарный редуктор, реализованный по схеме 2K-h. На входном валу 4 установлена быстроходная солнечная шестерня 9, посредством которой вращающий момент передается быстроходным сателлитам 12 (например, трем) и соответственно быстроходному водилу 15 и промежуточной солнечной шестерне 10, которая в свою очередь передает вращающий момент промежуточным сателлитам 13 и соответственно промежуточному водилу 16, а также тихоходной солнечной шестерне 11, посредством зубчатого венца 36, которая в свою очередь передает вращающий момент тихоходным сателлитам 14 и соответственно тихоходному водилу 17 и выходному валу 20 редуктора.
В предложенном устройстве повышен КПД за счет того, что промежуточное водило 16 консольно установлено на радиальном шарикоподшипнике 25, который в свою очередь установлен в тело тихоходного водила 17. Это позволило снизить сопротивление вращения промежуточного водила 16, так как промежуточное водило 16 установлено на подшипнике качения 25, имеющем меньшее сопротивление по сравнению с прототипом (в котором вращение водила осуществляется на опоре скольжения).
Конструкция предложенного устройства позволяет осуществлять самоустановку промежуточного водила 16 путем того, что его ось 24 выполнена гибко-упругой за счет применения сильфона 28, что позволило снизить неравномерность распределения нагрузки между промежуточными сателлитами 13 и тем самым повысить КПД и надежность устройства.
Во избежание остановки привода при разрушении сильфона 28 предусмотрен резервный сильфон 37, установленный коаксиально с сильфоном 28. Основной сильфон 28 и резервный сильфон 37 имеют поперечно-гофрированные боковые поверхности в виде резьбы, что позволяет вкручивать их друг в друга и тем самым обеспечить их максимальный осредненный диаметр для улучшения их работы с точки зрения требуемой упругости, что позволило повысить надежность работы устройства.
Для предупреждения растяжения сильфонов 28, 37 и нарушения нормальной работы устройства, даже при разрушении обоих сильфонов, они выполнены с внутренним опорным стержнем 29 с шаровыми опорами 30, 31 на его концах, сопряженных с соответствующими лунками 32, 33 на торцах соединяемых частей 26, 27 гибко-упругой оси 24, что повысило надежность работы устройства.
Предложенное решение в настоящее время находится на этапе выпуска конструкторской документации для серийного производства с последующим применением на космических аппаратах.
1. Электропривод с трехступенчатым планетарным редуктором, содержащий электродвигатель, редуктор, включающий корпус с платой, входной вал, связанный с электродвигателем посредством предступени, быстроходный, промежуточный и тихоходный планетарные ряды, каждый из которых включает соответственно солнечную шестерню, сателлиты, водило и корону, причем быстроходное водило выполнено как единое целое с промежуточной солнечной шестерней, выходной вал выполнен как единое целое с тихоходным водилом и установлен на двух шарикоподшипниках, быстроходное водило выполнено с опорой со стороны электродвигателя, отличающийся тем, что промежуточное водило выполнено как единое целое с гибко-упругой осью, которая установлена своим концом со стороны выходного вала в радиальном шарикоподшипнике, закрепленном в теле тихоходного водила; указанная гибко-упругая ось выполнена из двух частей, соединенных вставкой в виде как минимум одного сильфона, и с расположенным вдоль его оси внутренним опорным элементом, причем промежуточное водило выполнено с внутренним зубчатым венцом.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при наличии дополнительных одного или нескольких сильфонов они установлены внутри основного коаксиально.
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что опорный элемент выполнен в виде стержня с шаровыми опорами на его концах, сопряженных с соответствующими лунками на торцах соединяемых частей гибко-упругой оси.
4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что зацепление зубьев внутреннего зубчатого венца промежуточного водила с зубьями тихоходной солнечной шестерней выполнено с радиальными и боковыми зазорами не менее чем произведение модуля зацепления (m) на 0,4.
