герметичный поворотный механизм

Формула изобретения

Герметичный поворотный механизм, содержащий сборный корпус из основания и кожуха в виде трубы внутреннего диаметра d с днищем, установленный в сборном корпусе на подшипниках выходной вал, а также смонтированные внутри сборного корпуса в кольцевом пространстве между трубой и выходным валом n (n=1, 2...) электродвигателей и редуктор, выходное зубчатое колесо которого жестко связано с выходным валом, неподвижное уплотнение, размещенное между основанием и трубой, и подвижное уплотнение выходного вала, размещенное между выходным валом и днищем, отличающийся тем, что основание выполнено в виде цилиндра внешнего диаметра d, с торцов которого выполнены расточки с образованием фланца на торце первой расточки, ближайшей к днищу, во второй расточке установлен щит, присоединенный к ее дну, при этом на фланце установлена крышка с центральным сквозным отверстием для прохода выходного вала, в котором установлен подшипник выходного вала, n электродвигателей размещены на дне первой расточки, а редуктор размещен между щитом и крышкой, и между щитом и цилиндрической поверхностью второй расточки размещено неподвижное уплотнение, при этом на цилиндрической стенке первой расточки выполнены m (m=3, 4...) замкнутых пазов, образующих между собой m аксиальных стоек.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в составе опорно-поворотных устройств антенн, телекамер объектов космической техники, локаторов транспортных средств, работающих в тяжелых условиях.

Известен поворотный механизм опорно-поворотного устройства, содержащий сборный корпус из основания и кожуха в виде трубы внутреннего диаметра d с днищем, установленный в сборном корпусе на подшипниках выходной вал, а также смонтированные внутри сборного корпуса в кольцевом пространстве между трубой и выходным валом электродвигатель и редуктор, выходное колесо которого жестко связано с выходным валом, при этом первый подшипник установлен в сквозном отверстии основания [1]. Недостатком этого поворотного механизма является вызванная его негерметичностью низкая надежность, что ограничивает область его использования.

Этого недостатка лишен герметичный поворотный механизм опорно-поворотного устройства, содержащий сборный корпус из основания и кожуха в виде трубы внутреннего диаметра d с днищем, установленный в сборном корпусе на подшипниках выходной вал, а также смонтированные внутри сборного корпуса в кольцевом пространстве между трубой и выходным валом n (n=1, 2 и т.д.) электродвигателей и редуктор, выходное колесо которого жестко связано с выходным валом, неподвижное уплотнение, размещенное между основанием и трубой, и подвижное уплотнение выходного вала, размещенное между выходным валом и днищем, при этом первый подшипник установлен в сквозном отверстии основания, выбранный в качестве прототипа [2].

Недостатком такого герметичного поворотного механизма является его низкая технологичность, вызванная необходимостью совместной обработки подшипниковых гнезд под валы редуктора в глубине кожуха, что затрудняет обработку и контроль отверстий. Нетехнологична также и сборка герметичного поворотного механизма, ведущаяся внутри кожуха, что ограничивает доступ к деталям и сборочным единицам. Другим недостатком прототипа, обусловленным его конструкцией, является значительная масса, так как, во-первых, кожух воспринимает нагрузки от сил зацепления, воспринимаемые подшипниками редуктора, и, во вторых, днище кожуха имеет избыточную толщину для снижения величины радиальных деформаций днища, возникающих вследствие возникающего изменения разности давлений внутри и снаружи механизма - в процессе выведения герметичного поворотного механизма на космическом аппарате эта разность увеличивается на одну атмосферу. Т.к. указанная деформация приводит к появлению поворота осей подшипниковых гнезд валов редуктора, что вызывает ухудшение его работы и может привести к заклиниванию, то она должна быть ограничена.

Задачей, решаемой заявленным изобретением, является повышение технологичности герметичного поворотного механизма и снижение его массы.

Эта задача решается за счет того, что в известном опорно-поворотном устройстве, содержащем сборный корпус из основания и кожуха в виде трубы внутреннего диаметра d с днищем, установленный в сборном корпусе на подшипниках выходной вал, а также смонтированные внутри сборного корпуса в кольцевом пространстве между трубой и выходным валом n (n=1, 2 и т.д.) электродвигателей и редуктор, выходное зубчатое колесо которого жестко связано с выходным валом, неподвижное уплотнение, размещенное между основанием и трубой, и подвижное уплотнение выходного вала, размещенное между выходным валом и днищем, при этом первый подшипник установлен в сквозном отверстии основания, согласно изобретению основание выполнено в виде цилиндра внешнего диаметра d, с торцов которого выполнены расточки с образованием на торце первой, ближайшей к днищу, расточки фланца с установленной на последнем крышкой с центральным сквозным отверстием для прохода выходного вала и установленного во второй расточке присоединенного к ее торцовой стенке щита, второй подшипник выходного вала установлен в центральном сквозном отверстии крышки, n электродвигателей размещены на торце первой расточки, а редуктор размещен между щитом и крышкой, и между щитом и цилиндрической поверхностью второй расточки размещено неподвижное уплотнение, при этом на цилиндрической стенке первой расточки выполнены m (m=3, 4 и т.д.) замкнутых пазов, образующих между собой m аксиальных стоек. В результате решается задача повышения технологичности герметичного поворотного механизма, т.к. обработка подшипниковых гнезд ведется в открытом с обоих торцов пространстве, и в нем же проводится сборка, причем доступ к деталям и сборочным единицам облегчен также наличием m замкнутых пазов. Также снижается масса механизма, т.к. за счет уменьшения толщины стенки снижается масса кожуха, который не воспринимает в заявленной конструкции нагрузки от сил зацепления, воспринимаемые подшипниками редуктора, и обеспечивает только герметичность механизма, и снижается толщина днища кожуха, т.к. величина радиальных деформаций днища, возникающих вследствие возникающего изменения разности давлений внутри и снаружи механизма, не приводит к смещению осей подшипниковых гнезд валов редуктора и не влияет на работоспособность подвижного уплотнения. Усилия от подшипников передаются от крышки к основанию через m аксиальных стоек, имеющих вполне достаточный момент сопротивления изгибу и кручению.

На чертеже приведен пример конкретного исполнения герметичного поворотного механизма, продольный разрез.

Герметичный поворотный механизм содержит сборный корпус 1 из основания 2 и кожуха 3 в виде трубы 4 внутреннего диаметра d с днищем 5. В сборном корпусе 1 на первом и втором подшипниках 6 и 7 соответственно установлен выходной вал 8, а также смонтированные внутри сборного корпуса 1 в кольцевом пространстве между трубой 4 и выходным валом 8 электродвигатель 9 и редуктор 10, выходное зубчатое колесо 11 которого жестко связано с выходным валом 8 - в данном примере выполнено заодно. Между основанием 2 и трубой 4 размещено неподвижное уплотнение 12, а между выходным валом 8 и днищем 5 размещено подвижное уплотнение 13 выходного вала 8. В данном примере редуктор 10 выполнен цилиндрическим зубчатым и состоит из установленной на валу электродвигателя шестерни 14, введенной в зацепление с установленным на валу 15 зубчатым колесом 16, шестерни 17, выполненной на валу 15, и зубчатого колеса 11. Основание 2 выполнено в виде цилиндра 18 внешнего диаметра d, с торцов которого выполнены первая и вторая расточки 19 и 20 соответственно с образованием на торце ближайшей к днищу 5 первой расточки 19 фланца 21 с установленной на последнем крышкой 22 с центральным сквозным отверстием 23 для прохода выходного вала 8. Во второй расточке 20 установлен присоединенный к ее дну 24 щит 25 с центральным сквозным отверстием 26 для прохода выходного вала 8. Первый подшипник 6 выходного вала 8 установлен в центральном сквозном отверстии 26 щита 25, а второй подшипник 7 выходного вала 8 установлен в центральном сквозном отверстии 23 крышки 22. Электродвигатель 9 размещен на дне 27 первой расточки 19, а редуктор 10 размещен между щитом 25 и крышкой 22. На цилиндрической стенке 28 первой расточки 19 выполнены 4 замкнутых паза 29, образующих между собой 4 аксиальные стойки 30. Вал 15 установлен в подшипниках 31. Между щитом 25 и цилиндрической поверхностью второй расточки 20 установлено неподвижное уплотнение 32, а между щитом 25 и выходным валом 8 - подвижное уплотнение 33. На крышке 22 установлен датчик углового положения 34, шестерня 35 которого введена в зацепление с напрессованным на выходной вал 8 зубчатым колесом 36. Труба 4 присоединена к основанию 2 винтами 37, щит 25 присоединен к дну 24 винтами 38, крышка 22 к фланцу 21 - винтами 39.

Герметичный поворотный механизм работает следующим образом: при подаче питающего напряжения на электродвигатель 9 вращается вал электродвигателя с шестерней 14. Далее вращение передается на зубчатое колесо 16, вал 15 и с его шестерни 17 - на зубчатое колесо 11, выполненное заодно с выходным валом 8, и на закрепленную на валу полезную нагрузку (не показана). Угол поворота выходного вала измеряется датчиком углового положения 34. Благодаря наличию уплотнений 12, 13, 32 и 33 и выполнению электрических соединителей проводов от электродвигателя 9 и датчика углового положения 34 герметичными (соединители не показаны) внутренняя полость механизма защищена от неблагоприятных внешних воздействий. Существенным для реализации изобретения является наличие только одного электродвигателя, но могут быть использованы и несколько электродвигателей, передающих момент на зубчатое колесо 16. Их расположение очевидно из обычного проектирования, поэтому они не изображены на чертежах. Например, при использовании двух электродвигателей второй электродвигатель может быть размещен зеркально симметрично показанному электродвигателю 9 относительно плоскости, в которой лежат оси валов 8 и 15. При наличии большего числа электродвигателей, что иногда необходимо для минимизации радиальных размеров, они могут быть установлены в кольцевом пространстве между трубой 4 и выходным валом 8 с установкой между шестернями на их валах паразитных зубчатых колес, что и нашло отражение в обобщающем признаке "n электродвигателей". В данном примере конкретного выполнения осевое число m замкнутых пазов 29 и аксиальных стоек 30 равно четырем, однако в общем случае это число может быть любым [m=3, 4 и т.д.]. Минимальное значение m=3 выбрано из следующих соображений: при m=1 и m=2 момент сопротивления изгибу относительно оси, проходящей через центры поперечных сечений аксиальных стоек мал, при m=3 он достаточен для передачи осевых усилий от подшипника 7 на основание 2. Конкретное значение m выбирается конструктором в зависимости от конфигурации редуктора, числа электродвигателей и удобства сборки механизма. В данном примере подшипник 6 установлен в щите, исходя из того, что выходной вал 8 выходит из корпуса 1 с обоих торцов. При компоновке, когда из корпуса 1 выходит один конец вала, например левый по чертежам, щит 25 может быть выполнен без центрального отверстия 26 и установки уплотнения 33, а подшипник 6 может быть установлен в отверстии основания 2 между дном 24 и дном 27. Поэтому уплотнение 33 и отверстие 26 не упомянуты в формуле изобретения, т.к. их выполнение не является необходимым для реализации изобретения. В данном примере редуктор показан двухступенчатым, однако число ступеней может быть и большим, при этом валы редуктора размещаются аналогично расположению вала 15, т.е. в кольцевом пространстве между трубой 4 и выходным валом 8. В результате использования изобретения решается задача повышения технологичности герметичного поворотного механизма, т.к. обработка подшипниковых гнезд ведется в открытом с обоих торцов пространстве, и в нем же проводится сборка, причем доступ к деталям и сборочным единицам облегчен также наличием m замкнутых пазов. Также снижается масса механизма, т.к. за счет уменьшения толщины стенки трубы 4 снижается масса кожуха 3, который не воспринимает в заявленной конструкции нагрузки от сил зацепления, воспринимаемые подшипниками редуктора 10, и обеспечивает только герметичность механизма, и снижается толщина днища 5 кожуха, т.к. величина радиальных деформаций днища 5, возникающих вследствие возникающего изменения разности давлений внутри и снаружи механизма, не приводит к смещению осей подшипниковых гнезд валов редуктора и не влияет на работоспособность подвижного уплотнения. Центрирование уплотнения 13 относительно выходного вала 8 обеспечивается за счет равенства друг другу внутреннего диаметра d трубы и внешнего диаметра d цилиндра. Это же равенство приводит к увеличению момента сопротивления изгибу корпуса 1, т.к. на участке касания трубы 4 и стоек 30 оба этих элемента сопротивляются изгибу практически как одна деталь, вследствие чего дополнительно может быть снижена толщина стоек 30. Усилия от подшипников передаются от крышки к основанию через m аксиальных стоек, имеющих вполне достаточный момент сопротивления изгибу и кручению.

Указанные преимущества - повышение технологичности герметичного поворотного механизма и снижение его массы - позволяют рекомендовать заявленное техническое решение к использованию в качестве одностепенных или в составе двухстепенных опорно-поворотных устройств антенн, телекамер объектов космической техники, локаторов транспортных средств, работающих в тяжелых условиях.

Литература:

1. Патент РФ №2209495, МПК H 01 Q 3/08, 2003 г.

2. Патент РФ №2209496, МПК H 01 Q 3/08, 2003 г (прототип).