опорно-поворотное устройство

Формула изобретения

Опорно-поворотное устройство, содержащее первый поворотный механизм, состоящий из первого основания и установленного на нем поворотного относительно первичной оси узла, и второй поворотный механизм, состоящий из второго основания и установленной на нем поворотной относительно вторичной оси, перпендикулярной первичной оси, платформы в виде плиты, установленной на валу, при этом первый и второй поворотные механизмы снабжены первым и вторым приводами поворотного узла и поворотной платформы соответственно, подключенными к электрическим соединителям, отличающееся тем, что каждое основание выполнено цилиндрическим, поворотный узел выполнен в виде полого вала внутренним диаметром d с установленным на нем неподвижно зубчатым колесом, полый вал поворотного узла размещен внутри первого основания, а вал поворотной платформы размещен внутри второго основания, на валу поворотной платформы установлено неподвижно зубчатое колесо, а плита посредством кронштейнов закреплена на противоположных концах вала поворотной платформы, выступающих из второго основания, на втором основании выполнена бобышка с торцовой поверхностью, параллельной вторичной оси, второй поворотный механизм смонтирован на поворотном узле посредством кронштейна в виде пальца, на одном конце которого выполнен перпендикулярный к пальцу фланец, присоединенный к торцовой поверхности бобыщки крепежными деталями, при этом поверхность пальца выполнена ступенчатой, ближайшая к фланцу ступень выполнена диаметром D>d, а другая ступень выполнена диаметром d и установлена внутри полого вала с упором торца, образованного ступенями пальца, в торец полого вала, причем привод каждого поворотного механизма размещен внутри соответствующего цилиндрического основания в кольцевом пространстве между ним и соответствующим валом, в бобышке и пальце выполнены отверстия, сообщающие друг с другом полости второго и первого оснований, оба основания и электрические соединители выполнены герметичными, между первым основанием и наружной поверхностью ступени пальца диаметром D, а также между вторым основанием и валом поворотной платформы установлены подвижные уплотнения, между фланцем и торцовой поверхностью бобышки установлено неподвижное уплотнение, палец зафиксирован относительно полого вала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для привода антенн, телекамер, локаторов транспортных средств, работающих в тяжелых условиях.

Известно опорно-поворотное устройство, содержащее неподвижное основание и установленную на нем на трех штоках раму для закрепления антенны [1]. Один из этих штоков имеет фиксированную длину, а два других - регулируемую. Недостатком этого опорно-поворотного устройства является малый угол поворота рамы, что ограничивает ее применение работой с искусственными спутниками Земли, находящимися на стационарных орбитах.

Этого недостатка лишено опорно-поворотное устройство, содержащее первый поворотный механизм, состоящий из первого основания и установленного на нем поворотного относительно первичной оси узла, и второй поворотный механизм, состоящий из второго основания и установленной на нем поворотной относительно вторичной оси, перпендикулярной первичной оси, платформы в виде плиты, установленной на валу, при этом первый и второй поворотные механизмы снабжены первым и вторым приводами поворотного узла и поворотной платформы соответственно, подключенными к электрическим соединителям, выбранное в качестве прототипа [2].

Недостатком такого опорно-поворотного устройства является его низкая надежность, что вызвано отсутствием в данной конструкции защиты ее элементов от неблагоприятных факторов внешней среды - атмосферных осадков, влаги, соляного тумана и брызг морской воды при использовании устройства на судах. Эти факторы приводят к снижению сопротивления изоляции электрических элементов, способствуют коррозии элементов конструкции и могут приводить к отказу устройства. Устранение указанного недостатка традиционными способами - например, выполнения всех элементов опорно-поворотного устройства в герметичном исполнении - удорожает его. Другим недостатком прототипа, обусловленным его конструкцией, является неудобство в обслуживании, вызванное отсутствием возможности экспресс-диагностики механической целостности его конструктивных элементов. Указанная диагностика может быть проведена либо последовательным, либо параллельно-последовательным осмотром всех элементов привода и сопряжена со значительными трудозатратами. В то же время задача диагностики механической целостности конструктивных элементов опорно-поворотного устройства является весьма актуальной в случае его применения на транспортных средствах вообще и средствах для работы в чрезвычайных ситуациях особенно, где возможность экспресс-диагностики технического состояния устройства необходима для принятия своевременных решений по его использованию или замене.

Задачей, решаемой заявленным изобретением, является повышение надежности опорно-поворотного устройства и удобства его обслуживания.

Эта задача решается за счет того, что в известном опорно-поворотном устройстве, содержащем первый поворотный механизм, состоящий из первого основания и установленного на нем поворотного относительно первичной оси узла, и второй поворотный механизм, состоящий из второго основания и установленной на нем второй поворотной относительно вторичной оси, перпендикулярной первичной оси, платформы в виде плиты, установленной на валу, при этом первый и второй поворотные механизмы снабжены первым и вторым приводами поворотного узла и поворотной платформы соответственно, подключенными к электрическим соединителям, согласно изобретению каждое основание выполнено цилиндрическим, поворотный узел выполнен в виде полого вала внутренним диаметром d с установленным на нем неподвижно зубчатым колесом, полый вал поворотного узла размещен внутри первого основания, а вал поворотной платформы размещен внутри второго основания, на валу поворотной платформы установлено неподвижно зубчатое колесо, а плита посредством кронштейнов закреплена на противоположных концах вала поворотной платформы, выступающих из второго основания, на втором основании выполнена бобышка с торцовой поверхностью, параллельной вторичной оси, второй поворотный механизм смонтирован на поворотном узле посредством кронштейна в виде пальца, на одном конце которого выполнен перпендикулярный к пальцу фланец, присоединенный к торцовой поверхности бобышки крепежными деталями, при этом поверхность пальца выполнена ступенчатой, ближайшая к фланцу ступень выполнена диаметром D>d, а другая ступень выполнена диаметром d и установлена внутри полого вала с упором образованного ступенями пальца торца в торец полого вала, причем привод каждого поворотного механизма размещен внутри соответствующего цилиндрического основания в кольцевом пространстве между ним и соответствующим валом, в бобышке и пальце выполнены отверстия, сообщающие друг с другом полости второго и первого оснований, оба основания и электрические соединители выполнены герметичными, между первым основанием и наружной поверхностью ступени пальца диаметром D, а также между вторым основанием и валом поворотной платформы установлены подвижные уплотнения, между фланцем и торцовой поверхностью бобышки установлено неподвижное уплотнение, и палец зафиксирован относительно полого вала. В результате решается задача повышения надежности опорно-поворотного устройства, т. к. все электрические элементы и приводы находятся в едином герметизированном пространстве и защищены от неблагоприятных факторов внешней среды. Также повышается удобство обслуживания, т.к. используя вышеуказанное герметизированное пространство для проведения испытаний на герметичность любым из известных методов, решается задача установления факта отсутствия (или наличия) разрушений всех несущих элементов устройства.

На чертеже приведен пример конкретного исполнения опорно-поворотного устройства, продольный разрез.

Опорно-поворотное устройство содержит первый поворотный механизм 1, состоящий из первого основания 2 и установленного на нем поворотного узла 3, способного вращаться относительно первичной оси 4. На поворотном узле 3 смонтирован второй поворотный механизм 5, состоящий из жестко закрепленного на поворотном узле 3 второго основания 6 и установленной на нем поворотной платформы 7, способной вращаться относительно вторичной оси 8, перпендикулярной первичной оси 4. Поворотная платформа 7 выполнена в виде вала 9 с закрепленной на нем плитой 10. Первый 1 и второй 5 поворотные механизмы снабжены первым 11 и вторым 12 приводами поворотного узла 3 и поворотной платформы 7 соответственно. Приводы 11 и 12 подключены посредством проводов 13 и 14 к электрическим соединителям 15 и 16 соответственно. Каждое из оснований 2 и 6 выполнено цилиндрическим. Поворотный узел 3 выполнен в виде полого вала 17 внутренним диаметром d с установленным на нем неподвижно (в данном примере запрессованным) зубчатым колесом 18. Полый вал 17 поворотного узла 3 размещен внутри первого основания 2, а вал 9 поворотной платформы 7 размещен внутри второго основания 6 на подшипниках 19. На валу 9 поворотной платформы 7 установлено неподвижно (в данном примере запрессовано) зубчатое колесо 20. Плита 10 закреплена на противоположных концах вала 9 поворотной платформы 7, выступающих из второго основания 6, посредством кронштейнов 21, зафиксированных на валу штифтами 22. На втором основании 6 выполнена бобышка 23 с торцовой поверхностью 24, параллельной вторичной оси 8. Второй поворотный механизм 5 смонтирован на поворотном узле 3 посредством кронштейна 25, выполненного в виде пальца 26, на одном конце которого выполнен перпендикулярный к пальцу фланец 27, присоединенный к торцовой поверхности 24 бобышки 23 болтами 28. Поверхность пальца 26 выполнена ступенчатой. Ближайшая к фланцу 27 ступень 29 выполнена диаметром D>d, а другая ступень 30 выполнена диаметром d и установлена внутри полого вала 17 с упором образованного ступенями пальца 26 торца 31 в торец полого вала 17. Таким образом, за счет равенства внутреннего диаметра вала 17 и наружного диаметра ступени 30 обеспечена жесткая их связь между собой в радиальном направлении, а выполнение ступени 29 диаметром D>d позволяет обеспечить упор образованного ступенями пальца 26 торца 31 в торец полого вала 17 и, в конечном итоге, фиксацию пальца 26 по отношению к валу 17 в осевом направлении. В бобышке 23 выполнено сквозное отверстие 32, соединяющее торцовую поверхность 24 с полостью 33 второго основания 6, а в пальце 26 выполнено сквозное отверстие 34, соединяющее торцы этого пальца. Отверстия 32 и 34 сообщены между собой в месте стыка торцовой поверхности 24 с фланцем 27, за счет этого эти отверстия сообщают друг с другом полость 33 второго основания 6 и полость 35 первого основания 2. Приводы 11 и 12 каждого из поворотных механизмов 1 и 5 размещены внутри соответствующих цилиндрических оснований 2 и 6 в кольцевых пространствах между ними и соответствующими валами 17 и 9. Каждый из приводов 11 и 12 выполнен в виде установленных на плате 36 электродвигателей 37, находящихся в зацеплении с шестернями 38 валов последних блоками зубчатых колес 39, размещенных в подшипниках 40. Платы 36 приводов 11 и 12 закреплены на основаниях 2 и 6 соответственно посредством болтов 41. Основания 2 и 6 выполнены герметичными, т.е. не имеют отверстий, за исключением отверстия 32 и отверстий под вал 9 и палец 26, сообщающих их полости с внешней средой. Также выполнены герметичными электрические соединители 15 и 16 (соединители выпускаются промышленностью как в герметичном, так и в негерметичном исполнении). Между первым основанием 2 и наружной поверхностью ступени 29 пальца диаметром D, а также между вторым основанием 6 и валом 9 (с обоих его концов) поворотной платформы 7 установлены подвижные уплотнения 42. Между фланцем 27 и торцовой поверхностью 24 бобышки установлено неподвижное уплотнение 43. Палец 26 зафиксирован относительно полого вала 17 в осевом направлении гайкой 44, навернутой на палец, и в угловом направлении - штифтом 45, установленным в отверстии, выполненном в гайке, пальце и полом валу. Плита 10 закреплена на кронштейнах 21 болтами 46 и служит для монтажа полезной нагрузки - антенны, телекамеры и т.п.(не показана). Зубчатые колеса 18 и 20 находятся в зацеплении с шестернями блоков 39 приводов 11 и 12 соответственно. Основания 2 и 6 выполнены разборными, их части соединены между собой штифтами 47, и между этими частями размещены неподвижные уплотнения 48. Электрические соединители 15 и 16 уплотнены относительно оснований 2 и 6 неподвижными уплотнениями 49.

Опорно-поворотное устройство работает следующим образом: при подаче питающего напряжения на электродвигатель 37 привода 11 первого поворотного механизма 1 вращается вал электродвигателя с шестерней 38. Далее вращение передается на блок зубчатых колес 39 и с его шестерни - на зубчатое колесо 18, запрессованное на полом валу 17, и через штифт 45 - на палец 26 кронштейна 25. Таким образом, поворотный узел 3 вращается относительно первичной оси 4, приводя во вращение относительно этой оси второе основание 6, жестко закрепленное на фланце 27 кронштейна 25. При подаче питающего напряжения на электродвигатель 37 привода 12 второго поворотного механизма 5 вращается вал электродвигателя с шестерней 38. Далее вращение передается на блок зубчатых колес 39 и с его шестерни - на зубчатое колесо 20, запрессованное на валу 9 поворотной платформы 7. Таким образом, поворотная платформа 7 вращается относительно вторичной оси 8, приводя через кронштейны 21 во вращение относительно этой оси плиту 10 с полезной нагрузкой. Поскольку угол поворота вала 9 невелик, составляет 85^o от указанного на чертеже положения - см. [3], то перемещение кронштейнов 21 не приводит к пересечению ими проводов, под стыкованных к соединителю 16 (на чертеже не показаны). Так как каждое из оснований 2 и 6 выполнено цилиндрическим, а приводы 11 и 12 каждого из поворотных механизмов 1 и 5 размещены внутри соответствующих цилиндрических оснований 2 и 6 в кольцевых пространствах между ними и соответствующими валами 17 и 9, то при вращении валов не происходит интерференции их элементов с элементами приводов. Т. к. основания 2 и 6, а также соединители 15 и 16 выполнены герметичными и благодаря наличию уплотнений 42, 48 и 49 внутренние полости оснований 2 и 6 отделены от неблагоприятных внешних воздействий, при этом полости 33 и 35 сообщены друг с другом через отверстия 32 и 34. В результате использования изобретения решается задача повышения надежности опорно-поворотного устройства, т.к. все электрические элементы и приводы находятся в едином герметизированном пространстве и защищены от неблагоприятных факторов внешней среды. Кроме того, поскольку полости 33 и 35 сообщены друг с другом, то при испытании герметичности этих полостей, проводимом одновременно, можно судить о факте отсутствия (или наличия) разрушений, трещин всех несущих элементов устройства. Испытание герметичности показанного на чертеже устройства может производиться методом повышения давления в вакуумной камере: устройство помещают в вакуумную камеру, откачивают воздух из нее и по скорости повышения давления в камере судят о герметичности устройства. При использовании других методов испытания герметичности (например, гелиевых течеискателей) конструкция устройства может быть дополнена клапаном для подачи испытательной среды внутрь устройства. Поскольку наличие такого клапана не является обязательным, то он и не упомянут в формуле изобретения. Таким образом, решается задача повышения удобства обслуживания опорно-поворотного устройства за счет обеспечения возможности экспресс-диагностики механической целостности его конструктивных элементов путем испытания герметичности внутренней полости можно быстро установить состояние устройства и принять решение о его дальнейшей эксплуатации или замене, после которой место и характер дефекта могут быть установлены в цеховых условиях и при не ограниченном жестко времени. Следует заметить, что при экспериментальной отработке опытного образца опорно-поворотного устройства описанной в заявке конструкции именно методом контроля герметичности после всех испытаний, включая виброиспытания и испытания на удар, была обнаружена трещина в одном из элементов конструкции, т. к. все остальные параметры устройства и его внешний вид находились в норме. После этого были произведены локализация и анализ дефекта, изменение размеров дефектной детали и корректировка документации.

Указанные преимущества - повышение надежности опорно-поворотного устройства и удобства его обслуживания - позволяют рекомендовать заявленное техническое решение к использованию в транспортных средствах вообще и средствах для работы в чрезвычайных ситуациях особенно, т.к. эти области применения характеризуются высоким уровнем вибрационных нагрузок, экстремальными значениями факторов окружающей среды и требуют оперативного установления факта исправности или повреждения устройства.

Литература

1. А. М. Покрас, В.М. Цирлин, Г.Н. Кудеяров, Системы наведения антенн земных станций спутниковой связи, М., "Связь", 1978, стр. 79, рис. 4.8.

2. Там же, стр. 87, рис. 4.20 (прототип).

3. Там же, стр. 73.