Електромеханічний осьовий привід варіатора

1 Елеісгромеханічний осьовий привід варіатора, що містить утворений рухомим і взаємодіючим із ним через сателіти нерухомим центральними зубчастими колесами планетарний редуктор, корпус якого з'єднаний по торцях з електродвигуном і з циліндричним корпусом приводу з встановленими в ньому і взаємодіючими між собою гвинтом із двома ЗОВНІШНІМИ опорними підшипниками і гайкою, що виконана як одне ціле з порожнистим штоком із кріпильним елементом на торці та має поздовжній паз на ЗОВНІШНІЙ поверхні, що входить у зачеплення з закріпленою на корпусі приводу шпонкою, який відрізняється тим, що рухоме центральне зубчасте колесо редуктора закріплене на торці гвинта з самогальмівною нарізкою, і взаємодіє з нерухомим зубчастим колесом через двовінцевий сателіт, що утворює з центральними колесами багатопарне мілкомодульне самогальмівне зачеплення, і встановлений через підшипник та ексцентрикову втулку з внутрішнім шпонковим пазом на швидкохідний вал, опорні підшипники гвинта встановлені в корпусі редуктора і стягнуті в осьовому напрямку кільцевим виступом корпуса Винахід відноситься до області машинобудування і призначений для плавного регулювання швидкості варіаторів сільськогосподарських машин (комбайнів, жниварок і т ін) Він може бути використаний в інших галузях машинобудування для переміщення або регулювання вузлів і механізмів Існує проблема створення приводів для вариаторов сільськогосподарських машин, що мають сукупність таких технічних характеристик приводу з розміщеним у ньому кільцем ущільнення, гайка має по всій своїй довжині ЗОВНІШНІЙ кільцевий виступ із поздовжнім пазом, а в корпусі приводу на довжині твірної його внутрішньої поверхні виконано поздовжній паз із встановленою в ньому шпонкою, яка взаємодіє з кільцевим виступом гайки, при цьому швидкохідний вал встановлено консольно у виконану на торці гвинта циліндричну порожнину на двох спарених підшипниках, між якими та ексцентриковою втулкою розміщений балансир, вал електродвигуна встановлений у ексцентрикову втулку і з'єднаний з нею і зі швидкохідним валом спільною шпонкою, на торці корпуса приводу встановлена кришка з сальниковим ущільненням, що взаємодіє з зовнішньою циліндричною поверхнею штока, а в кріпильному елементі штока встановлено сферичний підшипник, сполучений віссю з нарізною вилкою 2 Електромеханічний осьовий привід варіатора за п 1, який відрізняється тим, що кріпильний елемент штока виконаний у формі кільцевої полиці 3 встановленим на ній упорним підшипником З Електромеханічний осьовий привід варіатора за п 1, який відрізняється тим, що кріпильний елемент штока виконаний у формі секторіальних виступів взаємодіючого з гайкою і встановленого на зовнішню поверхню гвинта циліндричного штока, при цьому на торці гвинта встановлено кільце з сальниковим ущільненням, що взаємодіє з внутрішньою поверхнею штока, а також виконано центральний глухий нарізний отвір ПОВІЛЬНІСТЮ регулювання (швидкість поступального переміщення штока не більш 0 5мм/с), • великим осьовим зусиллям на штоку (2000 5000Н), • малими габаритами (довжина 200 250мм) і масою, надійністю фіксації штока в розрахунковому положенні під навантаженням, пиловологонепроникністю, О ю 52774 малим енергоспоживанням, зручністю монтажу, великим (не менше 6000 годин) ресурсом роботи Для регулювання швидкості варіаторів сільськогосподарських машин в основному використовуються гідравлічні приводи, що складаються із силового циліндра, поршня зі штоком, золотникового пристрою, гідравлічного клапана (пдрозамка) і трубопроводів високого тиску (див, наприклад, Н И Левитский Теория механизмов и машин, М Наука, 1990, стр 244, рис 77) Гідравлічні приводи здатні розвивати великі зусилля на штоку, мають малі розміри та масу Значною вадою гідравлічних приводів є висока швидкість переміщення штока, яка призводить до заклинювання і підвищеного зносу ременів варіатора, ускладнює процес настроювання його швидкості (повне переміщення штока на довжині 25 55мм здійснюється за 1 2с) Проблемним питанням є надійність роботи пдрозамків у складних польових умовах експлуатації сільськогосподарської техніки, а також надійність герметизації стику трубопроводів із тиском мастила 80 160кгс/см2 у варіанті кріплення приводу на обертовому валі варіатора Існує електромеханічний осьовий привод варіатора, що має порожнистий корпус із встановленим у ньому на ПІДШИПНИКОВІЙ опорі порожнистим гвинтом, що взаємодіє з встановленою усередині нього гайкою і скріпленим шпонковим з'єднанням із віссю черв'ячного колеса редуктора, черв'як якого зроблений як одне ціле з валом електродвигуна постійного току, при цьому гайка з'єднана зі штоком приводу через пласку шайбу із симетрично виконаними в ній периферійними наскрізними отворами, що взаємодіють із закріпленими на торцьових стінках корпусу поздовжніми направляючими (див креслення ПКРБ 272 41 002 ЗО 00 00 00 СБ електромеханічного осьового приводу варіатора зернозбирального комбайна «Лан» виробництва акціонерного товариства завод «Автоштамп», м Олександрія) Зазначений привод варіатора має невеликі масу і габарити і забезпечує надійну фіксацію штока приводу в розрахунковому положенні під навантаженням за рахунок використання черв'ячного редуктора з зубчастою парою, що сам о гальмується Проте мале передавальне число черв'ячного редуктора (не більше 60) при використанні для приводів швидкохідних електродвигунів постійного струму (швидкість обертання вала не менше 3000об/хв) визначає високу кутову швидкість обертання гвинта приводу (50 бОоб/хв) і високу швидкість поступального переміщення взаємодіючої з ним гайки (6 8мм/с), що веде до низької точності настроювання швидкості варіатора Так, при величині переміщення штока 25 50мм тривалість настроювання складає 3 6с Крім того, як показала практика експлуатації зазначених приводів, конструкція направляючого вузла штока у формі шайби з наскрізними отворами, що взаємодіють із поздовжніми направляючими корпуса, а також відсутність елементів захисту від потрапляння в механізм пилу та вологи, призводить до частих заклинювань механізму приводу Мале передавальне число черв'ячного редуктора визначає також порівняно високі енерговитрати приводу Існує електромеханічний осьовий привод, що має циліндричний корпус, усередині якого на підшипникових опорах встановлено гайку з різьбленням, що самогальмується, із розміщеним у ньому гвинтом, і двоступінчастий редуктор, перший ступінь якого має розміщену поза корпусом шестірню, сполучену з валом закріпленого на корпусі електродвигуна, а другий ступінь взаємодіє з гайкою, при цьому гвинт закріплений на охоплюючому зовнішню циліндричну поверхню корпуса стакані з розміщеними на торці і взаємодіючими з поздовжніми пазами корпуса шпонками (див авторське свідоцтво СРСР №1295102, МКИ F16H 25/20, 1985) Використання в зазначеному приводі двоступінчастого редуктора забезпечує велике зусилля і малу швидкість поступального переміщення його штока, низьке енергоспоживання Проте великі габарити і складна конструкція приводу, яка дорого коштує, а також відсутність елементів захисту механізму від потрапляння в механізм пилу та вологи роблять неможливим його використання для варіаторів сільськогосподарської техніки Найбільш близьким по технічній суті до запропонованого є електромеханічний осьовий привод, що має утворений рухомим і взаємодіючим із ним через сателіти нерухомим центральними зубчастими колесами планетарний редуктор, корпус якого з'єднаний по торцях з електродвигуном і з циліндричним корпусом приводу, \ при цьому рухоме центральне зубчасте колесо встановлене на вал електродвигуна, сателіти встановлені на закріплених на торці порожнистого гвинта осях, ПІДШИПНИКОВІ опори гвинта одночасно встановлені в корпусі редуктора й у корпусі приводу, а гайка зроблена як одне ціле з порожнистим штоком із кріпильним елементом на торці На ЗОВНІШНІЙ поверхні гайки зроблено поздовжній паз, що взаємодіє з закріпленою на торці приводу шпонкою, а в центральному отворі гвинта встановлено шпонки і взаємодіючий з ними і з радіальними виступами гайки перехід ник із зробленими на його ЗОВНІШНІЙ поверхні поздовжніми пазами (див авторське свідоцтво СРСР №1717882, МКИ F16H 25/20, 1990) Зазначений привод має підвищені навантажувальну спроможність і надійність, проте використання як редуктора одноступеневого планетарного редуктора з передавальним числом не більше 11 визначає високу кутову швидкість обертання гвинта, високу швидкість поступального переміщення штока і значне енергоспоживання Підвищення навантажувальної спроможності в зазначеному приводі досягається як ускладненням окремих деталей та конструкції приводу в цілому, так і збільшенням їх габаритів Крім того, одноступінчастий планетарний редуктор не має ефекту самогальмування, а конструкція приводу 52774 не забезпечує надійний захист від потрапляння в механізм пилу та вологи Наведені недоліки привода унеможливлюють його використання для варіаторів сільськогосподарських машин Таким чином, актуальними є задачі створення приводів для варіаторів сільськогосподарських машин із низькою (менше 0 5мм/с) швидкістю поступального переміщення штока при забезпеченні надійної його фіксації в розрахунковому положенні під навантаженням, спрощення конструкції приводу, зменшення його габаритів, маси і енергоспоживання, підвищення пиловологонепроникності Для цього пропонується в електромеханічному осьовому приводі (ЕМОП) варіатора, що містить утворений рухомим і взаємодіючим із ним через сателіти нерухомим центральними зубчастими колесами планетарний редуктор, корпус якого з'єднаний по торцях з електродвигуном і з циліндричним корпусом приводу з встановленими в ньому і взаємодіючими між собою гвинтом із двома ЗОВНІШНІМИ опорними підшипниками і гайкою, зробленої як одне ціле з порожнистим штоком із кріпильним елементом на торці і маючої поздовжній паз на ЗОВНІШНІЙ поверхні, що входить у зачеплення з закріпленою на корпусі привода шпонкою, рухливе центральне зубчасте колесо редуктора закріпити на торці гвинта із самогальмуючим різьбленням і з'єднати з нерухомим зубчастим колесом через двохвінцевии сателіт, що утворює із центральними колесами багатопарне мілкомодульне зачеплення, що самогальмується, і встановлений через підшипник і ексцентрикову втулку із внутрішнім шпонковим пазом на швидкохідний вал, опорні підшипники гвинта встановити в корпусі редуктора і стягти в осьовому напрямку кільцевим виступом корпуса приводу з розміщеним у ньому ущільнювальним кільцем, гайку спорядити ЗОВНІШНІМ кільцевим виступом, довжина якого дорівнює довжині гайки, із поздовжнім пазом, а в корпусі приводу на довжині утворюючої його внутрішньої поверхні зробити поздовжній паз із встановленою в ньому шпонкою, що взаємодіє з кільцевим виступом гайки, при цьому швидкохідний вал установити консольне у виконану на торці гвинта циліндричну порожнину на двох спарених підшипниках, між якими і ексцентриковою втулкою розмістити балансир, вал електродвигуна встановити в ексцентрикову втулку і з'єднати з нею та зі швидкохідним валом спільною шпонкою, на торці корпуса приводу встановити кришку з сальниковим ущільненням, що взаємодіє з зовнішньою циліндричною поверхнею штока, а на кріпильному елементі штока встановити сферичний підшипник, з'єднаний віссю з різьбовою вилкою У другому варіанті виконання ЕМОП варіатора кріпильний елемент штока зробити у формі кільцевої полиці з встановленим на ній упорним ПІДШИПНИКОМ У третьому варіанті виконання ЕМОП варіатора кріпильний елемент штока зробити у формі секторіальньїх виступів взаємодіючого з гайкою і встановленого на зовнішню поверхню гвинта циліндричного штока, при цьому на торці гвинта встановити кільце з сальниковим ущільненням, яке взаємодіє з внутрішньою поверхнею штока, І зробити центральний глухий різьбовий отвір Виготовлення планетарного редуктора за схемою 2К-Н із двохвінцевим сателітом, що утворює із центральними зубчастими колесами багатопарне мілкомодульне самогальмуюче зачеплення, кріплення рухомого зубчастого колеса на торці гвинта, установленого на опорних підшипниках у корпусі редуктора, і консольне, на двох спарених підшипниках, кріплення в циліндричній порожнині гвинта швидкохідного вала з установленим на ньому через ексцентрикову втулку і підшипник двохвінцевим сателітом дозволяє досягти високих (500 3000) передавальних чисел редуктора при зменшенні його габаритів і маси, забезпечує малі швидкості обертання гвинта, великі зусилля і малі швидкості поступального переміщення штока Це також зменшує необхідну потужність електродвигуна, його масу і габарити Виконання системи гвинт-гайка з самогальмуючим різьбленням, а планетарного редуктора з самогальмуючим зубчастим зачепленням, забезпечує досягнення надійної фіксації штока приводу в розрахунковому положенні під навантаженням Установка в поздовжньому пазу циліндричного корпуса приводу на всій довжині твірної його внутрішньої поверхні шпонки, що взаємодіє з зробленим на ЗОВНІШНІЙ поверхні гайки кільцевим виступом, забезпечує надійне, без заклинювань, переміщення штока Установка на торці корпуса приводу кришки з взаємодіючим із зовнішньою поверхнею рухомого в осьовому напрямі штока сальниковим ущільненням, а на його кільцевому виступі ущільнювального кільця в сукупності з герметичним кріпленням електродвигуна до корпуса редуктора забезпечує надійну пиловологонепроникність ЕМОП Варіантне виконання елемента кріплення ЕМОП до варіатора забезпечує застосування запропонованої конструкції ЕМОП у різноманітних типах конструкцій варіаторів сільськогосподарських машин Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг 1 зображено поздовжній розтин запропонованого електромеханічного осьового приводу варіатора, на фіг 2 і фіг 3 - варіанти конструктивного виконання вузлів кріплення ЕМОП до варіатора Запропонований електромеханічний осьовий привід варіатора по суті складається з електродвигуна постійного току, що перетворює електричну енергію бортового генератора комбайна в кінетичну енергію обертання вала, планетарно-кривошипного редуктора глибокого редукування з двохвінцевим сателітом (тип планетарної передачі 2К-Н із двома внутрішніми зачепленнями), що зменшує до малих оборотів швидкість обертання його вихідного вала з одночасним збільшенням крутячого моменту до розрахункової величини, і системи гвинт-гайка, що перетворює обертальну кінетичну енергію гвинта в поступальну осьову силу штока приводу, що 52774 взаємодіє з рухомим шківом варіатора Планетарний редуктор запропонованого ЕМОП складається з корпуса 1 із закріпленим на його внутрішній СТІНЦІ нерухомим центральним зубчастим колесом 2, рухомого центрального зубчастого колеса 3 і утворюючого з центральними колесами багатопарне мілкомодульне зачеплення, що самогальмується, двохвінцевого сателіта 4, установленого через підшипник 5 та ексцентрикову втулку 6 на швидкохідний вал 7 Корпус 1 редуктора з'єднаний по торцях герметичними фланцьовими з'єднаннями з електродвигуном 8 постійного току і з циліндричним корпусом 9 приводу Рухоме центральне зубчасте колесо 3 закріплене на торці гвинта 10 із самогальмуючим різьбленням, виконуючого додаткову функцію вихідного вала редуктора Спарені ЗОВНІШНІ опорні підшипники 11 гвинта 10 встановлені в корпусі 1 редуктора з опорою в його кільцевий бурт 12 і стягнуті в осьовому напрямі кільцевим виступом 13 корпуса 9 приводу з установленим на ньому кільцем ущільнення 14 Швидкохідний вал 7 установлений консольне на двох спарених підшипниках 15 у зроблену на торці гвинта 10 циліндричну порожнину, а між підшипниками 15 і ексцентриковою втулкою 6 встановлено балансир 16 Вал 17 електродвигуна 8 встановлений у ексцентрикову втулку 6 із зазором відносно швидкохідного вала 7 і з'єднаний із ними спільною шпонкою 1S На гвинті 10 встановлена гайка 19, зроблена як одне ціле з порожнистим штоком 20, що охоплює гвинт, із кріпильним елементом 21 на торці На ЗОВНІШНІЙ поверхні гайки 19 зроблений кільцевий виступ 22 із поздовжнім пазом, що взаємодіє зі шпонкою 23, встановленою у зроблений на всій довжині твірної внутрішньої поверхні корпуса 9 приводу поздовжній паз На торці корпуса 9 приводу встановлено кришку 24 з сальниковим ущільненням 25, що взаємодіє з зовнішньою циліндричною поверхнею штока 20 У кріпильному елементі 21 штока 20 встановлено сферичний підшипник 26, з'єднаний віссю 27 із різьбовою вилкою 28 Описувана конструкція ЕМОП у першому варіанті конструктивного виконання вузла кріплення до варіатору призначена для варіаторів жниварок зернозбиральних комбайнів, у яких вузол кріплення рухомого в осьовому напрямку конусного фланця ведучого шківа варіатора з'єднаний центральною тягою з різьбовою вилкою 28 ЕМОП При цьому ЕМОП нерухомо кріпиться на рамі жниварки, а система гвинт-гайка працює в режимі втягування штока 20, забезпечуючи за допомогою шарнірного вузла зі сферичним підшипником 26 компенсацію кутових перекосів центральної тяги варіатора, довжина якої досягає 500 800мм В другому варіанті конструктивного виконання вузла кріплення ЕМОП до варіатору (фіг 2) кріпильний елемент штока зроблений у формі кільцевої полиці 29 з установленим на ній упорним підшипником ЗО і призначений для комбайнів, варіатори яких установлені на обертовій центральній осі При цьому ЕМОП кріпиться до комбайна, наприклад, за допомогою кронштейну, 8 та взаємодіє через упорний підшипник ЗО з рухомим в осьовому напрямі конусним фланцем ведучого шківа варіатора В третьому варіанті конструктивного виконання вузла кріплення ЕМОП до варіатора (фіг 3) кріпильний елемент штока ЕМОП зроблений у формі секторіальних виступів 31 взаємодіючого з гайкою 19 і встановленого на зовнішню поверхню гвинта 10 циліндричного штока 32, а на торці гвинта встановлене кільце 33 3 сальниковим ущільненням 34, що взаємодіє з внутрішньою поверхнею циліндричного штока 32, і зроблено центральний глухий різьбовий отвір 35 При цьому ЕМОП нерухомо кріпиться різьбовим отвором 35 гвинта 10 до центральної осі варіатора, а секторіальними виступами 31 взаємодіє з рухомим в осьовому напрямку конусним фланцем ведучого шківа варіатора Переміщення конусного фланця ведучого шківа варіатора здійснюється за допомогою гайки 19 приводу, що здійснює разом із циліндричним штоком 32 поступальне переміщення щодо нерухомо закріпленого на варіаторі гвинта 10 Електромеханічний осьовий привід (фіг 1) працює таким чином При вмиканні електродвигуна 8 обертання вала 17 через шпонку 18 передається одночасно на швидкохідний вал 7 і ексцентрикову втулку 6, а від останньої через підшипник 5 на двохвінцевий сателіт 4 У результаті силової взаємодії сателітів 4 із центральними зубчастими нерухомим 2 і рухомим 3 колесами останньому передається обертальний рух з кутовою швидкістю вала 17, зменшеної кратно передавальному числу редуктора з одночасним збільшенням крутячого моменту до розрахункової величини Від зубчастого колеса 3 моментне навантаження передається на гвинт 10 і встановлену на ньому гайку 19, що взаємодіє кільцевим виступом 22 із шпонкою 23, закріпленою в корпусі 9 приводу У результаті здійснюється перетворення обертального руху гвинта 10 у поступальне переміщення гайки 19 та зробленого як одне ціле з нею порожнистим штоком 20 уздовж шпонки 23 Від зробленого на торці штока 20 кріпильного елемента 21 осьове зусилля через сферичний підшипник 26 передається на скріплену з різьбовою вилкою 28 центральну тягу вузла кріплення рухомого в осьовому напрямку шківа варіатора В другому варіанті (фіг 2) осьове зусилля від штока 20 передається на рухомий в осьовому напрямку конусний фланець ведучого шківа варіатора через упорний підшипник ЗО У третьому варіанті (фіг 3) осьове зусилля від гайки 19 передається на циліндричний шток 32 і через його виступи 31 - на рухомий в осьовому напрямку конусний фланець ведучого шківа варіатора Виконання планетарного редуктора за схемою 2К-Н з двохвінцевим сателітом 4, що утворює із центральними нерухомим 2 і рухомим З зубчастими колесами багатопарне мілкомодульне зачеплення, яке самогальмується, кріплення рухомого зубчастого колеса 3 на торці гвинта 10, установленого на опорних підшипниках 11 у корпусі 1 редуктора, і консольне, на двох спарених підшипниках 15, кріплення в циліндричній порожнині гвинта 10 швидкохідного вала 7 із установленим на ньому через ексцентрикову втулку 6 і підшипник 5 двохвінцевим сателітом 4 дозволяє досягти високих (500 3000) передавальних чисел редуктора при його малих габаритах і масі, що забезпечує малі швидкості обертання гвинта 10, великі зусилля і малі швидкості поступального переміщення штока 20 Це також знижує необхідну потужність електродвигуна 8, його масу і габарити Виконання системи гвинт-гайка з самогальмуючим різьбленням, а планетарного редуктора з самогальмуючим зубчастим зачепленням, забезпечує досягнення надійної фіксації штока 20 приводу в розрахунковому положенні під навантаженням Установка в поздовжньому пазі циліндричного корпуса 9 приводу на всій довжині твірної його внутрішньої поверхні шпонки 23, що взаємодіє з зробленим на ЗОВНІШНІЙ поверхні гайки кільцевим виступом 22, забезпечує надійне, без заклинювань, переміщення штока 20 Установка на торці корпуса 9 приводу кришки 24 із взаємодіючим із зовнішньою поверхнею рухомого в осьовому напрямку штока 20 сальниковим ущільненням 25, а на його 10 52774 кільцевому виступі 13 - кільця ущільнення 14 у сукупності з герметичним кріпленням електродвигуна до корпуса 1 редуктора забезпечує надійну пиловологонепроникність ЕМОП Варіантне виготовлення елемента кріплення ЕМОП до варіатора забезпечує застосування запропонованої конструкції ЕМОП у різноманітних типах конструкцій варіаторів сільськогосподарських машин - із рухомою та нерухомою вісями варіатора, при регулюванні варіатора через шток Заявником виготовлено дослідний зразок ЕМОП із передавальним числом планетарнокривошипного редуктора 1036 і потужністю електродвигуна постійного току 13Вт ЕМОП має малі габарити і масу найбільший діаметр - 100мм, загальна довжина - 207мм, маса - 5кг За результатами стендових випробувань ЕМОП, які імітували умови його кріплення у варіаторі комбайна, встановлено, що при швидкості обертання вала електродвигуна 3000 3200об/хв швидкість поступального переміщення штока ЕМОП становила 0 35 0 38мм/с при зусиллі на штоку 3000 3200Н Це підтверджує високу технічну ефективність і корисність запропонованого електромеханічного осьового приводу варіатора 18 ФІГ. 1 11 52774 ФІГ. З ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24 12