RU2226633C1 - Combined drive of actuating mechanism driven electrically or manually (versions) - Google Patents
Combined drive of actuating mechanism driven electrically or manually (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2226633C1 RU2226633C1 RU2002121793/06A RU2002121793A RU2226633C1 RU 2226633 C1 RU2226633 C1 RU 2226633C1 RU 2002121793/06 A RU2002121793/06 A RU 2002121793/06A RU 2002121793 A RU2002121793 A RU 2002121793A RU 2226633 C1 RU2226633 C1 RU 2226633C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transmission unit
- electric motor
- drive
- input
- cage
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Gear Transmission (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности к электроприводам, управляющим трубопроводной арматурой, например, задвижками или шаровыми кранами, и может быть использовано для дистанционного и местного управления запорной аппаратуры (в том числе высокого давления) на магистральных трубопроводах. Особые преимущества привод имеет для управления механизмами с большим поступательным перемещением штока исполнительного механизма.The invention relates to mechanical engineering, in particular to electric actuators controlling pipe fittings, for example, valves or ball valves, and can be used for remote and local control of locking equipment (including high pressure) on the main pipelines. The drive has particular advantages for controlling mechanisms with large translational movement of the actuator rod.
Обычной практикой для задвижек или клапанов (например, тех, которые используются в системе трубопроводов заводов химических процессов), является использование исполнительных механизмов, приводимых электродвигателями и, для обеспечения безопасности, ручными дублерами, работающими, например, при отключении питания электродвигателя. Известные комбинированные приводы различны по конструкциям, но все они обладают рядом существенных недостатков.It is common practice for valves or valves (for example, those used in the piping system of chemical process plants) to use actuators driven by electric motors and, to ensure safety, hand-operated backups that work, for example, when the motor is powered off. Known combined drives are different in design, but they all have a number of significant drawbacks.
Известен электропривод по патенту РФ № 2005944 (публ. 15.04.94, МПК F 16 K 31/04), содержащий электродвигатель с полым ротором, в котором размещен планетарно-винтовой редуктор, резьбовая втулка которого взаимодействует с винтовой резьбой проходящего внутри нее шпинделя. Ручной дублер в данном приводе вращает непосредственно шпиндель, и при неожиданном включении электродвигателя привод становится опасным для оператора.A known electric drive according to the patent of the Russian Federation No. 2005944 (publ. 15.04.94, IPC F 16
Электропривод в описании к патенту РФ № 2132990 (публ. 10.07.99, МПК F 16 K 31/04) содержит электродвигатель с полым ротором, через который проходит винтовой шпиндель исполнительного механизма, редуктор и ручной дублер, связанный со входным звеном редуктора. Редуктор выполнен в виде двухрядной шариковой планетарной передачи. Шариковая передача обладает малыми габаритами и простотой конструкции. Однако удачное решение передаточного блока совмещается в этом приводе с рядом других недостатков. Переключение с ручного привода на электрический производится механически с помощью кинематической связи при насаживании или снятии маховика ручного управления. Механическое отключение связи электродвигателя со входом редуктора продублировано электрическим выключателем. Основным недостатком такого привода является его низкая скорость срабатывания при ручном управлении, так как вращение маховика подается на вход редуктора с высоким передаточным отношением. Кроме того, насаживание маховика также требует времени, которого в аварийной ситуации может оказаться недостаточно.The electric drive in the description of the patent of the Russian Federation No. 2132990 (publ. 10.07.99, IPC F 16
В вышеописанных аналогах может использоваться только двигатель с полым ротором, что удорожает привод.In the above analogues, only a hollow-rotor engine can be used, which makes the drive more expensive.
В приводе с ручным дублером по патенту РФ № 2103582 (публ. 27.01.98, МПК F 16 K 31/05) электродвигатель любого типа связан со шпинделем исполнительного механизма через зубчатый редуктор, а маховик ручного дублера - через червячную передачу. Переключение режимов осуществляется кулачковой муфтой сцепления с механизмом ее принудительного перемещения. При включении электродвигателя муфта разъединяет сначала связь шпинделя с маховиком ручного управления, а затем происходит контакт выходного зубчатого колеса редуктора со шпинделем исполнительного механизма. Привод безопасен в работе для оператора, но имеет значительные массу и габариты, обусловленные увеличением габаритов зубчатого редуктора для получения требуемых передаточных отношений. Кроме того, наличие муфты сцепления существенно снижает коэффициент полезного действия привода.In a drive with a handwheel according to the patent of the Russian Federation No. 2103582 (publ. 01/27/98, IPC F 16
В электроприводе по патенту РФ № 2154219 (публ. 10.08.2000, МПК F 16 K 31/05) габариты уменьшены за счет двухступенчатого редуктора, вторая ступень которого выполнена в виде малогабаритного шарикового редуктора. Маховик ручного управления связан с входом второй ступени редуктора. Переключение режимов, как и в предыдущем патенте, производится с помощью муфты сцепления, которая подключает к входу второй ступени поочередно выход первой ступени редуктора, либо маховик ручного дублера.In the electric drive according to the patent of the Russian Federation No. 2154219 (publ. 10.08.2000, IPC F 16
Переключение дублируется электрическим выключателем. Недостаток - наличие специальных переключающих устройств конструкции и снижает кпд привода.Switching is duplicated by an electric switch. The disadvantage is the presence of special design switching devices and reduces drive efficiency.
Привод запорно-регулирующей арматуры РЮД по патенту РФ № 2108513 (публ. 10.04.98, МПК F 16 K 31/05) имеет двухступенчатый редуктор. Первая ступень редуктора - зубчатая передача, а вторая - планетарная передача с двумя центральными колесами и сателлитами, водило которых является выходным валом привода. Выход первой ступени редуктора связан червячной передачей с внутренним центральным колесом второй ступени. Маховик ручного привода связан червячной передачей с внешним центральным колесом. Таким образом, при работе электродвигателя внешнее колесо второй ступени является неподвижным (застопорено червяком ручного дублера), и сателлиты, обкатывая его, передают вращение водилу и выходному валу привода. При вращении маховика ручного привода, второе червячное зацепление вращает наружное колесо планетарной передачи, а ее внутренне колесо неподвижно, т. к. связано с червячным колесом первого червячного зацепления. Переключение режимов продублировано выключателем, срабатывающим от блока контроля положения выходного вала. Привод обеспечивает высокие передаточные отношения, но его основной недостаток - большие габариты, т.к. он имеет две червячных передачи и две ступени зубчатых передач.The actuator for shut-off and control valves of the Ryuzhny Dvorodskiy Autonomous District according to RF patent No. 2108513 (publ. 10.04.98, IPC F 16
Привод по патенту GB № 2018937 (публ. 21.10.79, МПК F 16 K 31/05), выбранный нами за прототип, содержит корпус из двух секций, в одной из которых размещен электродвигатель, а в другой - передаточный блок. Сквозь обе секции проходит параллельный оси электродвигателя общий вал, на котором монтируются все элементы передаточного блока. Вращение вала двигателя зубчатым зацеплением передается к колесу, на котором закреплен эксцентрик, являющийся входным звеном планетарного редуктора. На эксцентрике на подшипниках свободно вращается двухвенцовый сателлит, взаимодействующий с венцами двух центральных колес планетарного редуктора. Его балансировка осуществляется с помощью балансного элемента эксцентрика, выполненного в форме полумесяца и расположенного диаметрально противоположно эксцентрику. Одно из центральных колес редуктора связано с общим валом и является выходным, для чего имеет шпонку для связи со шпинделем исполнительного механизма. Другое центральное колесо на своей наружной поверхности имеет червячное колесо, зацепляющееся с червяком ручного привода. Червяк ручного привода закреплен во второй секции корпуса. Входное колесо с эксцентриком посажено с помощью подшипников на общий вал, а центральное колесо, взаимодействующее с червяком, имеет свободную посадку и зацепляется с одной стороны с червяком, а с другой - с одним из зубчатых венцов сателлита. Это центральное колесо при работе от электродвигателя является неподвижным опорным элементом передаточного блока, удерживаемым червяком от вращения. Данный привод может использовать любой электродвигатель, так как его ось смещена от центральной оси механизма, вдоль которой может проходить шпиндель или шток задвижки.The drive according to GB patent No. 2018937 (publ. 21.10.79, IPC F 16
При использовании ручного привода червяк вращает центральное колесо передачи, и это вращение через двухвенцовый сателлит передается другому центральному колесу и шпинделю исполнительного механизма. Редуктор в этом случае работает не как планетарный, а как простая зубчатая передача с передаточным отношением, определяемым соотношением числа зубьев венцов сателлита и числа зубьев обоих центральных колес. Таким образом, основными недостатками указанного привода являются большие габариты и сложность привода, обусловленные использованием двухвенцовой планетарной зубчатой передачи, в которой для улучшения балансировки эксцентрик снабжен противовесом. Неудачна в конструктивном исполнении посадка связанного с червяком центрального колеса, имеющего возможность заклинивания. Кроме того, при ручном приводе к снижению скорости вращения червячной передачей добавляется снижение скорости зубчатой передачей, имеющей для описанной в патенте конструкции передаточное отношение порядка 2:1, что снижает быстродействие ручного привода, нежелательное при возникновении аварийных ситуаций.When using a manual drive, the worm rotates the central gear wheel, and this rotation is transmitted through the two-pin satellite to the other central wheel and the actuator spindle. In this case, the gearbox does not work as a planetary gear, but as a simple gear transmission with a gear ratio determined by the ratio of the number of teeth of the satellite rims and the number of teeth of both central wheels. Thus, the main disadvantages of this drive are the large dimensions and complexity of the drive due to the use of a two-crown planetary gear train, in which the cam is equipped with a counterweight to improve balancing. Unsuccessful in the design of the landing associated with the worm of the Central wheel, with the possibility of jamming. In addition, with a manual drive, a reduction in the speed of the worm gear is added to reduce the speed of the gear, which has a gear ratio of about 2: 1 for the design described in the patent, which reduces the speed of the manual drive, which is undesirable in emergency situations.
Задачей изобретения является разработка привода исполнительного механизма, обладающего возможностью работы от электродвигателя и/или от ручного привода с развязкой кинематических цепей последних, имеющего минимальные габариты и вес, простого по конструкции и использующего электродвигатель любого типа. Техническим результатом изобретения является исключение вероятности отказа работы привода. Кроме того, техническим результатом является снижение веса и габаритов не только за счет применения малогабаритного передаточного узла, но и за счет того, что в предложенной схеме возможно разделение опоры и корпуса передаточного блока, поэтому корпус, закрывающий объем устройства, может быть облегченным, выполненным только для защиты от пыли и влаги. Дополнительным техническим результатом является то, что червячное колесо ручного привода связано со штоком исполнительного механизма без передаточного отношения и нет дополнительной редукции, которая снижала бы быстродействие ручного привода, что особенно важно для ликвидации аварийных ситуаций.The objective of the invention is to develop an actuator actuator capable of operating from an electric motor and / or from a manual drive with decoupling of the kinematic circuits of the latter, having minimal dimensions and weight, simple in design and using an electric motor of any type. The technical result of the invention is the elimination of the probability of failure of the drive. In addition, the technical result is a reduction in weight and dimensions not only due to the use of a small transfer unit, but also due to the fact that in the proposed scheme, it is possible to separate the support and the case of the transfer unit, so the case covering the volume of the device can be lightweight, made only for protection against dust and moisture. An additional technical result is that the worm wheel of the manual drive is connected to the actuator rod without a gear ratio and there is no additional reduction that would reduce the speed of the manual drive, which is especially important for emergency situations.
Поставленная задача решается тем, что комбинированный привод исполнительного механизма от электродвигателя и/или от ручного усилия, как и прототип, содержит несущий корпус, устанавливаемый на корпусе исполнительного механизма, электродвигатель и передаточный блок. Вход передаточного блока связан с электродвигателем, выход - со штоком исполнительного механизма, а один из элементов этого блока является опорным и связан с несущим корпусом через червячную передачу, установленную в корпусе, червяк которой связан с ручным приводом. В отличие от прототипа передающий узел передаточного блока образован тремя соосными обоймами с периодическими кулачковыми элементами, выполненными на обращенных друг к другу поверхностях каждой из обойм. Кулачковые элементы взаимодействуют друг с другом посредством цепочки шариков. Одна из обойм является входом, другая выходом, а третья - опорным элементом передаточного блока. Все обоймы передаточного блока связаны между собой посредством подшипников, образуя замкнутую кинематическую цепь относительно опорной обоймы.The problem is solved in that the combined drive of the actuator from the electric motor and / or manual force, like the prototype, contains a load-bearing housing mounted on the housing of the actuator, an electric motor and a transmission unit. The input of the transmission unit is connected to the electric motor, the output is connected to the actuator rod, and one of the elements of this unit is the reference one and is connected to the supporting body via a worm gear installed in the housing, the worm of which is connected to a manual drive. Unlike the prototype, the transmitting unit of the transmission unit is formed by three coaxial cages with periodic cam elements made on the surfaces of each cage facing each other. The cam elements interact with each other through a chain of balls. One of the clips is the input, the other is the output, and the third is the supporting element of the transmission unit. All clips of the transmission unit are interconnected by bearings, forming a closed kinematic chain relative to the support clip.
При этом входная обойма может быть выполнена в виде качающейся шайбы, связанной с валом электродвигателя механизмом, вызывающим прецессию.In this case, the input clip can be made in the form of a swinging washer connected with the motor shaft by a mechanism that causes a precession.
В другом варианте выполнения комбинированный привод исполнительного механизма от электродвигателя и/или от ручного усилия содержит несущий корпус, устанавливаемый на корпусе исполнительного механизма, электродвигатель и передаточный блок. Вход передаточного блока связан с электродвигателем, выход - со штоком исполнительного механизма, а один из элементов является опорным и связан с несущим корпусом через червячную передачу, установленную в корпусе, червяк которой связан с ручным приводом. В отличие от прототипа передаточным блоком является преобразователь скорости с качающейся шайбой, состоящий из четырех соосных обойм. Одна из обойм является входной и связана с другой обоймой - качающейся шайбой механизмом, вызывающим ее прецессию. Передающий узел передаточного блока образован качающейся шайбой и третьей обоймой, которые охватывают друг друга. На боковых, обращенных друг к другу поверхностях этих обойм выполнены периодические кулачковые элементы, зацепляющиеся друг с другом посредством цепочки шариков. Качающаяся шайба связана с четвертой обоймой механизмом передачи вращения между несоосными валами. Третья и четвертая обоймы могут служить либо выходом блока, либо опорным элементом, причем все обоймы связаны между собой посредством подшипников, образуя замкнутую кинематическую цепь относительно опорной обоймы.In another embodiment, a combined actuator drive from an electric motor and / or manual force comprises a load-bearing housing mounted on an actuator housing, an electric motor, and a transmission unit. The input of the transmission unit is connected to the electric motor, the output is connected to the actuator rod, and one of the elements is the reference one and is connected to the supporting body via a worm gear installed in the housing, the worm of which is connected to a manual drive. Unlike the prototype, the transmission unit is a speed converter with a swash plate, consisting of four coaxial clips. One of the clips is the input one and is connected with the other clip - the swinging washer by the mechanism that causes its precession. The transmitting unit of the transmission unit is formed by a swinging washer and a third cage, which cover each other. On the lateral facing each other surfaces of these cages, periodic cam elements are made that engage with each other through a chain of balls. The swinging washer is connected to the fourth cage by a rotation transmission mechanism between the misaligned shafts. The third and fourth cages can serve either as the output of the block or as a supporting element, and all cages are interconnected by bearings, forming a closed kinematic chain relative to the supporting cage.
Такое устройство по сравнению с прототипом обеспечит минимально возможные для данных передаточного отношения и передаваемого момента вес и габариты, безопасность для оператора и повышенную надежность привода. Замкнутость кинематической цепи относительно опорной обоймы позволяет отказаться от внешнего объемного несущего корпуса для передаточного блока, что еще более снижает вес и габариты привода.Such a device, in comparison with the prototype, will provide the minimum possible weight and dimensions for the gear ratio and the transmitted moment, safety for the operator and increased reliability of the drive. The closure of the kinematic chain relative to the support cage allows you to abandon the external surround bearing housing for the transmission unit, which further reduces the weight and dimensions of the drive.
При этом, может быть несколько вариантов компоновки основных узлов передаточного блока, а также совмещения их с электродвигателем.In this case, there may be several options for the layout of the main nodes of the transmission unit, as well as combining them with an electric motor.
В одном из вариантов компоновки входная обойма передаточного блока выполнена из двух отдельных колец с зубчатыми венцами наружного зацепления и с торцевыми кулачками, воздействующими на торцы расположенной между ними качающейся шайбы через подшипники. Зубчатые венцы находятся в зацеплении с зубчатым колесом на валу двигателя.In one embodiment, the input cage of the transmission unit is made of two separate rings with external gear teeth and end cams acting on the ends of the swinging washer located between them through bearings. The gear rims are meshed with the gear on the motor shaft.
Этот вариант позволяет использовать обычный серийно выпускаемый электродвигатель, поэтому является дешевым и доступным.This option allows you to use a conventional commercially available electric motor, so it is cheap and affordable.
В такой компоновке механизм передачи вращения между несоосными валами целесообразно выполнить на свободной боковой поверхности качающейся шайбы и обращенной к ней боковой поверхности обоймы в виде соединения равных угловых скоростей.In this arrangement, the rotation transmission mechanism between the misaligned shafts is expediently performed on the free lateral surface of the swash plate and the lateral surface of the holder facing it in the form of a connection of equal angular velocities.
Можно увеличить передаточное отношение блока посредством введения второй аналогичной ступени передачи с качающейся шайбой, качающиеся шайбы обеих ступеней связаны друг с другом торцами посредством механизма параллельных кривошипов, и вторая ступень выполняет функцию механизма передачи вращения от качающейся шайбы к выходной обойме передаточного блока.You can increase the gear ratio of the block by introducing a second similar gear stage with a swash plate, the swash plates of both steps are connected to each other by means of a parallel crank mechanism, and the second step acts as a mechanism for transmitting rotation from the swash plate to the output clip of the transfer block.
В следующих двух вариантах компоновки используется электродвигатель с полым ротором, проходящим через обоймы передаточного блока. Полый ротор может быть использован как с передаточным блоком по первому варианту изобретения, так и с передаточным блоком из четырех обойм. Внешняя поверхность полого ротора может быть совмещена с входной обоймой передаточного блока. Эти варианты требуют более дорогостоящего двигателя, но устройство становится более компактным, поскольку не требует использования дополнительных элементов для передачи вращения ротора электродвигателя на входной элемент передаточного блока, и корпус электродвигателя является одновременно и несущим корпусом передаточного блока.The following two layouts use a hollow-rotor motor passing through the clips of the transmission unit. The hollow rotor can be used both with a transmission unit according to the first embodiment of the invention, and with a transmission unit of four cages. The outer surface of the hollow rotor can be combined with the input clip of the transmission unit. These options require a more expensive engine, but the device becomes more compact, because it does not require the use of additional elements for transmitting the rotation of the rotor of the electric motor to the input element of the transmission unit, and the motor housing is at the same time the bearing case of the transmission unit.
Варианты привода, в которых механизм, возбуждающий прецессию шайбы, выполнен в виде торцевых кулачков на кольцах входной обоймы, очень хорошо компонуются с электродвигателями с полым дисковым или полым цилиндрическим ротором. В первом случае ротор двигателя состоит из двух параллельных дисков, между которыми расположены обоймы передающего узла. Обращенные друг к другу торцы дисков совмещены с кольцами входной обоймы. Во втором случае передающий узел размещен в поперечном разрезе цилиндрического ротора, и торцы в поперечном разрезе совмещены с кольцами входной обоймы.Drive options in which the mechanism that drives the precession of the washer, made in the form of end cams on the rings of the input cage, are very well combined with electric motors with a hollow disk or hollow cylindrical rotor. In the first case, the rotor of the engine consists of two parallel disks, between which are located the clips of the transmitting unit. The ends of the disks facing each other are aligned with the rings of the input cage. In the second case, the transmitting unit is placed in a transverse section of the cylindrical rotor, and the ends in the transverse section are aligned with the rings of the input cage.
Далее изобретение поясняется рисунками, на которых представлено:Further, the invention is illustrated by drawings, which show:
фиг.1 - принципиальная схема первого варианта комбинированного привода;figure 1 is a schematic diagram of a first embodiment of a combined drive;
фиг.2 - схема второго варианта привода и его компоновка с серийным электродвигателем;figure 2 - diagram of a second variant of the drive and its layout with a serial electric motor;
фиг.3 - первый вариант комбинированного привода в компоновке с полым ротором электродвигателя;figure 3 is a first variant of a combined drive arrangement with a hollow rotor of an electric motor;
фиг.4 - вариант компоновки передаточного блока из двух ступеней с полым ротором электродвигателя;4 is a variant of the layout of the transmission unit of two stages with a hollow rotor of the electric motor;
фиг.5 и 6 - варианты компоновки передаточного блока с электродвигателем в дисковом и цилиндрическом исполнении.5 and 6 are layout options of the transmission unit with an electric motor in disk and cylindrical design.
Комбинированный привод в варианте на фиг.1 содержит несущий корпус 1 в виде пластины, на котором установлен электродвигатель 2 и червяк 13 червячной передачи ручного привода. Вращение на передаточный блок привода передается через блок шестерен 3 и 4 (либо через шкив ременной передачи и т.п.). Шестерня 4 является входной обоймой передаточного блока и на внутренней боковой поверхности имеет периодический кулачковый элемент 5, сопрягаемый с периодическими кулачковыми элементами 6 и 7 на поверхностях опорной обоймы 8 и выходной обоймы 9. В постоянном контакте со всеми тремя кулачковыми элементами находится цепочка шариков 10. При этом в примере на фиг.1 периодические кулачковые элементы на обоймах 8, 9 выполнены в виде периодических дорожек 6 и 7 на поверхностях обойм 8 и 9, причем на обойме 8 - замкнутая волнообразная дорожка качения, а на обойме 9 - прерывистые разнесенные по азимуту и вытянутые вдоль оси канавки, число которых совпадает с числом шариков 10. На внутренней поверхности входной обоймы 4 выполнен однопериодный кулачковый элемент в виде наклонной кольцевой канавки 5. Выполнение этих элементов на указанных обоймах приведено только в качестве примера, любая из обойм передающего узла может содержать любой из этих кулачковых элементов, как, например, в нашем патенте RU 2179272. Однако, следует отметить, что на внутренней поверхности технологически более простым элементом является косая канавка или система канавок, а волнообразную замкнутую дорожку качения лучше выполнять на внешней поверхности обойм. На опорной обойме 8 закреплено червячное колесо 12. Червячное колесо 12 зацепляется с самотормозящим червяком 13, на валу которого установлена рукоятка ручного привода. Червяк 13 установлен в несущем корпусе 1 с возможностью вращения. Опорная обойма 8 не имеет непосредственной связи с несущим корпусом 1, а связана с ним через червяк, который не вращается от червячного колеса, при этом, червячное колесо может вращаться от червяка. Поэтому опорная обойма 8 неподвижна при работе от электродвигателя, но имеет возможность вращения при работе от ручного привода. Благодаря подшипникам 14, 15 и 16 все обоймы передаточного блока связаны в замкнутую кинематическую цепь относительно опорной обоймы 8. Несущий корпус 1 устанавливается непосредственно на корпусе исполнительного механизма. Кожух 26 защищает механизм привода от пыли и влаги и может быть выполнен из недорогого листового материала. На выходном элементе 9 выполнены шлицы 17, входящие в пазы гайки бугеля (не показана) для соединения со штоком исполнительного механизма.The combined drive in the embodiment of FIG. 1 comprises a
Комбинированный привод в соответствии со вторым вариантом изобретения (фиг.2) также имеет несущий корпус 1 с размещенным на нем электродвигателем 2. Вращение на передаточный блок привода передается через блок колес 3 и 4 зубчатой передачи (либо через шкив ременной передачи). Здесь колесо 4, оно же входная обойма передаточного блока выполнена в виде двух колец 4а и 4b, имеющих зубчатое или иное зацепление с колесом 3. Между кольцами расположена качающаяся шайба 18. На торцевых поверхностях колец 4а и 4b, обращенных к качающейся шайбе, выполнены торцевые кулачки 21а и 21b, вызывающие прецессию качающейся шайбы 18 через подшипники 19а и 19b. Качающаяся шайба 18 вместе с охватывающей ее опорной обоймой 8 образуют передающий узел. Для этого на наружной боковой поверхности качающейся шайбы 18 выполнен периодический кулачковый элемент в виде волновой дорожки 20 для качения шариков 10, через которые она взаимодействует с ответной дорожкой 6 на внутренней поверхности опорной обоймы 8. Вместо дорожки на внутренней поверхности опорной обоймы 8 могут быть выполнены лунки, удлиненные или полусферические, число которых соответствует числу шариков 10. Выполнение лунок вместо изогнутых волнообразных дорожек на внутренней поверхности наружной обоймы существенно упрощает технологию изготовления передающего узла. На наружной боковой поверхности опорная обойма 8 имеет червячное колесо 12, зацепляющееся с самотормозящим червяком 13, и имеет возможность вращения относительно несущего корпуса 1 при работе от ручного привода. На валу червяка крепится рукоятка ручного привода 11, показанная частично на фиг.2а. Вал червяка 13 через подшипники 22 установлен в несущем корпусе 1. Вращение качающейся шайбы 18 к выходной обойме 9 передается с помощью узла передачи между несоосными валами. На данной схеме этот механизм представляет собой соединение равных угловых скоростей, образованное осевыми канавками 23 на внутренней кольцевой поверхности качающейся шайбы 18 и ответными канавками 24 на выходной обойме 9 с шариками 25 между ними. Возможны и иные, известные в технике варианты выполнения этого узла.The combined drive in accordance with the second embodiment of the invention (FIG. 2) also has a bearing
Кольца 4а и 4b входной обоймы посажены на обойму выходного элемента 9 с помощью подшипников 15а и 15b, обеспечивающих возможность независимого вращения обойм относительно друг друга. Аналогично, подшипники 16а и 16b установлены между кольцами входной обоймы 4а и 4b и опорной обоймой 8. Выходная обойма 9 посредством шлицев 17 и пазов гайки бугеля (не показанной) взаимодействует со штоком исполнительного механизма. В результате, все обоймы передающего узла образуют замкнутую кинематическую цепь, и передающий узел опирается с одной стороны на вал электродвигателя, с другой - на шток исполнительного механизма, и связан с несущим корпусом через червяк 13. Защитный кожух 26 может быть выполнен тонкостенным и из дешевого материала, так как он не выполняет функцию опоры, а только закрывает механизм от пыли и влаги. В этом варианте опорная обойма 8 также неподвижна при работе от электродвигателя за счет зацепления червячного колеса 12 с самотормозящим червяком 13, но может поворачиваться относительно несущего корпуса 1 при работе от ручного привода. Этот вариант привода использует обычный серийно выпускаемый тип электродвигателя и является самым дешевым вариантом.The
Компоновка передаточного блока с электродвигателем с полым ротором, показанная на фиг.3, иллюстрирует вариант, в котором передающий узел передаточного блока образован тремя взаимодействующими через цепочку шариков 10 обоймами 8, 9 и 18 с периодическими кулачковыми элементами 6, 7 и 20. То есть весь передающий узел этого варианта, состоящий из трех обойм, аналогичен передающему узлу фиг.1 с аналогичным расположением кулачковых элементов на обоймах. Отличие состоит в том, что в быстроходной части развязаны вращательное и колебательное движение шариков 10. Для этого входная обойма выполнена в виде качающейся шайбы 18 с однопериодным кулачковым элементом - прямой кольцевой канавкой 20. Привод также содержит несущий корпус 1 и электродвигатель 2 с полым ротором 27, проходящим через обоймы передаточного блока. Здесь несущим корпусом является корпус двигателя, а передаточный блок встроен в его фланец. Качающаяся шайба 18 посажена на ротор 27 двигателя с помощью механизма, вызывающего прецессию шайбы 18. В приведенной схеме этот механизм представляет собой косую канавку на обойме 4 (или непосредственно на внешней поверхности ротора 27) и радиально - упорные подшипники 19а и 19b. Такое их выполнение обеспечивает фиксацию взаимного положения качающейся шайбы 18 относительно входной обоймы 4. Подшипники 15 в этом варианте обеспечивают посадку и независимое вращение выходной обоймы 9 и опорной обоймы 8. Так же, как и в других вариантах, опорная обойма 8 имеет червячное колесо 12, зацепляющееся с червяком 13, связанным с ручным приводом.The arrangement of the transmission unit with a hollow-rotor electric motor, shown in FIG. 3, illustrates an embodiment in which the transmission unit of the transmission unit is formed by three
Второй вариант привода в компоновке с электродвигателем с полым ротором представлен на фиг.4. В этом варианте используется передающий узел, такой же как на фиг.2, но дополнительно введена вторая ступень передачи с качающейся шайбой. Несущим корпусом 1 является корпус электродвигателя. Входная обойма 4 посажена непосредственно на полый ротор 27 и связана с качающимися шайбами 18а и 18b механизмом, вызывающим их прецессию. В данном случае он представляет собой косые кривошипы, на которые через подшипники 19а и 19b посажены шайбы 18а и 18b. Качающиеся шайбы связаны между собой механизмом с параллельными кривошипами 28. Периодическая дорожка 20а одной качающейся шайбы через шарики 10а зацепляется с периодической дорожкой или лунками 6 на опорной обойме 8, на которой посажено червячное колесо 12, зацепляющееся с червяком 13. Периодический кулачковый элемент 20b второй качающейся шайбы, через шарики 10b взаимодействующий с кулачковым элементом 7 на выходной обойме 9, образует с ней вторую ступень передачи. Причем этот узел может быть выполнен с передаточным отношением либо без него, передавая вращение с той же скоростью. Передающий узел второй ступени является узлом передачи вращения качающейся шайбы 18а к выходной обойме 9. Все остальные элементы аналогичны элементам на предыдущих рисунках. Здесь также с помощью подшипников 19а, 19b и 15 все обоймы передаточного узла связаны в замкнутую кинематическую цепь.The second version of the drive in the layout with a hollow-rotor electric motor is shown in FIG. In this embodiment, a transmitting unit is used, the same as in FIG. 2, but a second transmission stage with a swash plate was additionally introduced. The bearing
На фиг.5 представлен вариант привода с электродвигателем с полым ротором из двух дисков. На обращенных друг к другу поверхностях двух дисковых роторов 29а и 29b, совмещенных с кольцами 4а и 4b входной обоймы, выполнены торцевые кулачки 21а и 21b. Кулачки воздействуют на торцы качающейся шайбы 18 через подшипники 19а и 19b. Выполнение остальных элементов передаточного блока аналогично варианту на фиг.2, за исключением того, что электродвигатель содержит две дисковых обмотки 30а и 30b, размещенные в общем корпусе 1. Подшипники 31 и 32 обеспечивают посадку и независимое вращение выходной обоймы 9 относительно корпуса двигателя, который в данном варианте также является несущим корпусом привода 1, и подшипники 33 и 34 обеспечивают независимое вращение выходной обоймы 9 относительно входной обоймы 4.Figure 5 presents a variant of the drive with an electric motor with a hollow rotor of two disks. On the surfaces of two
Фиг.6 иллюстрирует привод с двигателем с полым разрезным ротором в цилиндрическом исполнении. Здесь в разрезе цилиндрического ротора 35 вставлены кольца 4а и 4b входной обоймы. На торцах колец, обращенных к расположенной между ними качающейся шайбе 18, выполнены торцевые кулачки 21а и 21b, и подшипники 19а и 19b, которые вызывают прецессию качающейся шайбы 18. В середине цилиндрического корпуса электродвигателя 1, который является несущим корпусом, расположена опорная обойма 8 передаточного блока. Выходная обойма 9 связана с качающейся шайбой соединением равных угловых скоростей, состоящим из канавок 23 и 24 и шариков 25. Все остальные элементы привода выполнены так же, как и в варианте на фиг.2. Подшипники 33 и 34 обеспечивают посадку и вращение колец входной обоймы 4 относительно выходной обоймы 9. Подшипники 36 и 40 это подшипники двигателя, они одновременно развязывают вращение входных колец 4а и 4b относительно корпуса 1. Подшипники 37 и 38 обеспечивают вращение выходной обоймы 9 относительно корпуса привода 1. Обмотки статора на этом рисунке обозначены цифрой 39.6 illustrates a drive with an engine with a hollow split rotor in a cylindrical design. Here, in the context of the
Работа привода по данному изобретению описывается, начиная с варианта, изображенного на фиг.1. При включении электродвигателя 2, его вращение через шестерню 3 передается входной обойме 4 передаточного блока привода. Опорная обойма 8 червячным колесом 12 связана с червяком 13. Червячное соединение при ведущем червячном колесе обладает свойством самоторможения, т.е. вращение колеса не передается червяку, и опорная обойма 8 остается неподвижной. Тогда вращение входной обоймы 4 на фиг.1 посредством шариков 10, расположенных в продольных канавках 7 обоймы 9 и обкатывающих дорожки 5 и 6 на обоймах 4 и 8, передается выходной обойме 9 с передаточным отношением, определяемым соотношением числа периодов дорожки 6 и шариков 10, которые различны. Поскольку при таком исполнении все шарики находятся в зацеплении с дорожками 5 и 6, увеличена нагрузочная способность передаточного блока. При работе от ручного привода вращение рукоятки 11 (фиг.2а) вращает вал с червяком 13. Червячная передача в этом направлении передает вращение к червячному колесу 12 и опорной обойме 8. Передающий узел такого типа не может работать как мультипликатор, поэтому обоймы 8 и 9 вращаются с одинаковой скоростью, как одна деталь. Таким образом, вращение червячного колеса 12 приводит к вращению выходной обоймы 9 без понижения скорости. Т.е. передаточное отношение при работе ручного привода определяется только передаточным числом червячной передачи. Привод может работать одновременно от электродвигателя и ручного управления, так как передаточный блок в этом режиме будет суммировать или вычитать входные скорости в зависимости от направлений вращения двигателя и рукоятки ручного привода. По сравнению с существующими аналогами, в приводе по данному изобретению работа от электродвигателя и от ручного привода происходит через один и тот же передаточный блок, не требуя дополнительных переключающих элементов, обеспечивая при этом безопасность для оператора и достаточно высокую скорость на выходе от ручного привода. По сравнению с прототипом существенно снижены габариты и вес не только за счет применения малогабаритного шарикового передаточного блока, но и за счет того, что для крепления передаточного блока не нужен дополнительный корпус. Несущим корпусом является либо пластина, как изображено на фиг.1 и 2, либо непосредственно корпус электродвигателя (торец корпуса на фиг.3 и 4).The operation of the drive according to this invention is described starting with the variant depicted in figure 1. When you turn on the
Работа комбинированного привода по второму варианту (фиг.2) происходит следующим образом. При включении электродвигателя 2, его вращение передается через шестерню 3 на кольца 4а и 4b входной обоймы 4 с торцевыми кулачками 21а и 21b. При повороте колец 4а и 4b на один оборот, качающаяся шайба 18 и каждый шарик 10 последовательно совершит одну волну возвратно-поступательного перемещения. Шарики 10, взаимодействуя с периодической дорожкой качения 20 на качающейся шайбе 18 и с периодической дорожкой 6 на опорной обойме 8, повернут качающуюся шайбу 18 относительно опорной, заторможенной червяком 13, обоймы 8 на угол, определяемый соотношением периодов дорожек 20 и 6. Вращение шайбы 18 через шарнир равных угловых скоростей передается выходной обойме 9 и связанному с ней штоку исполнительного механизма. При ручном приводе оператор вращает рукоятку ручного привода 11 на валу червяка 13. Червячное колесо 12 заставляет поворачиваться опорную обойму 8, которая не связана непосредственно с несущим корпусом привода 1. Поворот опорной обоймы 8 не преобразуется в качающееся движение шайбы 18, а поворачивает ее без изменения скорости вращения. Это вращение шайбы 18 через соединение равных угловых скоростей передается выходной обойме 9.The operation of the combined drive according to the second embodiment (figure 2) is as follows. When the
Работа варианта привода с полым ротором, показанного на фиг.3, происходит следующим образом. При включении электродвигателя 2, обойма 4 вращается вместе с полым ротором 27, с внешней поверхностью которого она совмещена, и вызывает прецессию входной обоймы передающего узла - качающейся шайбы 18. Шарики 10 передающего узла, взаимодействуя с периодическими дорожками 6 и 7 на опорной обойме 8 и выходной обойме 9, вызывают вращение выходной обоймы 9, поскольку опорная обойма 8 зафиксирована зубчатым зацеплением 12 с червячным элементом 13. Обойма 9 вращает связанный с ней шток исполнительного механизма с передаточным отношением, определяемым соотношением чисел периодов волновых дорожек 6 и 7. Ручной привод работает так же, как и в предыдущих вариантах, и вращает обойму 9 с такой же скоростью, как и опорную обойму 8. Хотя вариант с полым ротором дороже предыдущих, но его габариты самые минимальные, т.к. в этом случае не требуется дополнительных элементов для передачи вращения от электродвигателя на вход передаточного блока, таких как блок шестерен в предыдущих вариантах.The operation of the variant of the hollow rotor drive shown in FIG. 3 is as follows. When you turn on the
Представленный на фиг.4 второй вариант компоновки привода с электродвигателем с полым ротором позволяет увеличить диапазон передаточных отношений, за счет введения второй ступени с качающейся шайбой. При вращении электродвигателя два косых кривошипа на входной обойме 4 вызывают прецессию двух качающихся шайб 18а и 18b, посаженных на кривошипы с помощью подшипников 19а и 19b. Качающиеся шайбы связанны друг с другом механизмом параллельных кривошипов 28, передающим независимое от качающегося движения вращение от одной шайбы к другой. Периодическая дорожка качения 20а на первой качающейся шайбе посредством шариков 10а взаимодействует с периодической дорожкой 6 на опорной обойме 8 с передаточным отношением, определяемым соотношением чисел периодов дорожек 20а и 6. При работе от электродвигателя опорная обойма 8 является неподвижной обоймой, поэтому происходит поворот качающейся шайбы 18а. Соответственно поворачивается и качающаяся шайба 18b, так как она связана с шайбой 18а механизмом параллельных кривошипов 28. Периодическая дорожка 20b на второй качающейся шайбе посредством шариков 10b взаимодействует с периодической дорожкой 7 на выходной обойме 9, еще раз снижая входную скорость вращения. При работе от ручного привода обойма 8 становится вращающейся, и ее вращение передается качающимся шайбам и выходной обойме 9 без снижения скорости. Этот вариант обеспечивает не только максимальное снижение габаритов привода, но и позволяет расширить диапазон снижения скорости при электроприводе на выходной обойме 9, а соответственно и на штоке исполнительного механизма.Presented in figure 4, the second variant of the layout of the drive with an electric motor with a hollow rotor allows you to increase the range of gear ratios, due to the introduction of the second stage with a swash plate. When the motor rotates, two oblique cranks on the
В варианте с полым дисковым ротором, показанном на фиг.5, вращение дисков 29а и 29b ротора электродвигателя через кулачковые поверхности 21а и 21b на внутренних торцах колец 4а и 4b, совмещенных с ротором 29 вызовет прецессию качающейся шайбы 18. Далее работа устройства аналогична работе варианта на фиг.2. Подшипники 31 и 32 обеспечивают независимое вращение выходной обоймы 9 относительно дискового корпуса 1, и подшипники 33 и 34 обеспечивают независимое вращение выходной обоймы 9 относительно входных колец 4. Этот вариант также очень компактен, но требует особого выполнения электродвигателя, а следовательно, стоимость его несколько выше по сравнению с вариантами на фиг.1 и 2.In the embodiment with the hollow disk rotor shown in FIG. 5, the rotation of the disks of the
Работа привода с электродвигателем в цилиндрическом исполнении на фиг.6 полностью аналогична работе привода на предыдущей фигуре, т.к. конструктивные отличия этого варианта относятся только к форме выполнения электродвигателя и входного звена передаточного блока.The operation of the drive with an electric motor in a cylindrical configuration in FIG. 6 is completely similar to the operation of the drive in the previous figure, because design differences of this option relate only to the form of the electric motor and the input link of the transmission unit.
В заключение, следует отметить, что на рисунках представлены конструкции привода, разработанного для задвижек трубопроводной арматуры, имеющих большой ход штока и требующих для этого сквозного центрального отверстия в приводе. Однако привод может использоваться и в других механизмах, где сквозное отверстие не нужно, например, для вращения вентильных головок шаровых кранов. Это означает, что схемы приводов с соосным расположением электродвигателя и выходной обоймы, показанные на фиг.3 и 4, будут работоспособны не только с двигателем с полым ротором, но и с обычным стандартным электродвигателем.In conclusion, it should be noted that the figures show the design of the actuator designed for valves of pipeline valves with a large stroke and requiring a through hole in the actuator for this. However, the drive can be used in other mechanisms where a through hole is not needed, for example, for rotating valve heads of ball valves. This means that the drive circuits with the coaxial arrangement of the electric motor and the output cage, shown in Figs. 3 and 4, will be functional not only with a hollow-rotor motor, but also with a conventional standard electric motor.
Все варианты привода обеспечивают безопасную работу оператора как при работающем, так и при неработающем электродвигателе, т.к. самотормозящий червяк не дает возможности вращаться обойме 8 при приводе от электродвигателя. При этом не требуется дополнительных элементов для переключения привода из режима электродвигателя на ручной режим, а также не требуется для этого никаких дополнительных или упреждающих действий оператора. Неожиданное включение электродвигателя при работе оператора приведет лишь к увеличению или уменьшению скорости выходного вала.All drive options ensure safe operation of the operator both when the motor is running and when it is not working, because self-locking worm does not allow rotation of the
Все варианты привода очень компактны, не требуют отдельного жесткого корпуса, определенной прочности требует только несущий корпус, на котором установлены электродвигатель, червячный элемент и который крепится к корпусу запорной арматуры. Изобретение предоставляет широкие возможности в выборе типа электродвигателя для использования с приводом.All drive options are very compact, do not require a separate rigid body, a certain strength is required only by the bearing body, on which the electric motor, the worm element are mounted and which is attached to the valve body. The invention provides ample opportunity in choosing the type of motor for use with the drive.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002121793/06A RU2226633C1 (en) | 2002-08-07 | 2002-08-07 | Combined drive of actuating mechanism driven electrically or manually (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002121793/06A RU2226633C1 (en) | 2002-08-07 | 2002-08-07 | Combined drive of actuating mechanism driven electrically or manually (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002121793A RU2002121793A (en) | 2004-02-20 |
| RU2226633C1 true RU2226633C1 (en) | 2004-04-10 |
Family
ID=32465308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002121793/06A RU2226633C1 (en) | 2002-08-07 | 2002-08-07 | Combined drive of actuating mechanism driven electrically or manually (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2226633C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2721326C2 (en) * | 2015-05-21 | 2020-05-19 | Зе Боинг Компани | Balanced design of eccentric gear wheel and method |
| RU2771554C1 (en) * | 2021-11-22 | 2022-05-05 | Акционерное общество "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (АО "НПЦАП") | Two-stage bevel wave reducer with electric motor |
-
2002
- 2002-08-07 RU RU2002121793/06A patent/RU2226633C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2721326C2 (en) * | 2015-05-21 | 2020-05-19 | Зе Боинг Компани | Balanced design of eccentric gear wheel and method |
| RU2771554C1 (en) * | 2021-11-22 | 2022-05-05 | Акционерное общество "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (АО "НПЦАП") | Two-stage bevel wave reducer with electric motor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2002121793A (en) | 2004-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6893371B2 (en) | Transmission actuator driven by an electric motor | |
| US20040159517A1 (en) | Bi-directional axially applied pawl clutch assembly | |
| RU2226633C1 (en) | Combined drive of actuating mechanism driven electrically or manually (versions) | |
| US20030034217A1 (en) | Reversible one-way clutch for planetary transmission | |
| RU2688570C1 (en) | Electric drive with planetary reduction gear | |
| WO1992021895A1 (en) | Variable transmission | |
| GB1597589A (en) | Clutches and variable speed transmissions incorporating the same | |
| US6125711A (en) | Multi-stage speed converter with idler | |
| RU2672150C1 (en) | Electromechanical drive | |
| US3371545A (en) | Valve operating equipment | |
| US4537094A (en) | Gear transmission | |
| RU2797329C1 (en) | Electric drive of pipeline valves with manual override | |
| SU1747790A1 (en) | Valve electric actuator | |
| WO2021006764A1 (en) | Roller-screw reduction gear, drive mechanism and pivot assembly | |
| RU167619U1 (en) | TWO SPEED FLYWHEEL FOR PIPELINE FITTINGS | |
| RU199817U1 (en) | Three-stage gearbox | |
| KR20220039645A (en) | reducer | |
| US4210063A (en) | Fluid power device | |
| RU213040U1 (en) | Two stage gearbox | |
| JPS59121238A (en) | Transmission gear for motion | |
| WO2006085793A1 (en) | Internal eccentric planetary gear | |
| RU2535369C1 (en) | Double cycloidal gear reducer | |
| RU2433326C1 (en) | Two-speed drive mechanism | |
| RU2725336C1 (en) | Two-speed manual drive of shutoff valves | |
| RU2265148C1 (en) | Friction variator for drive |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080808 |