CN109681690A - 阀门智能执行器的减速装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阀门智能执行器的减速装置，包括箱体、设置在箱体内的二级行星齿轮减速机构和蜗轮蜗杆机构，星齿轮减速机构的太阳轮用于与电机输出轴连接，各一级行星齿轮经一级行星轮销连接太阳轮行星架上，太阳轮行星架转动安装在蜗轮齿圈和行星架上，一级齿圈固定在箱体上，太阳轮驱动一级行星齿轮沿一级齿圈转动；各二级行星齿轮通过二级行星轮销安装在行星架上，行星架转动安装在输出齿圈和太阳轮行星架上，太阳轮行星架与各二级行星齿轮啮合，输出齿圈的齿数大于蜗轮齿圈的齿数，二级行星齿轮同时与输出齿圈和蜗轮齿圈啮合并形成少齿差减速传动。本发明传动紧凑，传动比大，承载力矩大，无需离合器能实现手动和电动切换，便于维护。

Description

阀门智能执行器的减速装置

技术领域

本发明涉及一种阀门智能执行器的减速装置，属于阀门执行器技术领域。

背景技术

阀门执行器用于启动关闭阀门，而行星减速器是阀门执行器中的一个重要组成部分，行星减速器的原理是采用行星齿轮机构实现减速传动，行星齿轮机构通常包括太阳轮、行星轮、行星架和齿圈等。现有的行星减速器的行星齿轮机构以太阳轮为主动件，行星架为被动件，从而实现动力的传输。目前一种行星减速器结构采用一级齿轮减速、一级行星减速和蜗轮蜗杆组合，一方面齿轮减速与一级行星减速组合后的传动比不高，对要求传输功率较大场所，仍然存在减速器体积较大的问题，而不利于小空间安装。另一方面，动力输出的蜗轮及输出轴套分别与行星齿轮和行星架连接，由于行星齿轮与行星架固定，因此蜗轮蜗杆必须通过轴向离合器才能手动操作，但手动操作离合时，容易离合误操作而导致减速装置的损坏。行星减速器结构另一种结构是采用两级行星减速传动，该结构的行星减速器是将电机的输出轴作为太阳轮并与一级行星齿轮啮合，一级行星齿轮连接在行星架端板及输出轴上，二级行星齿轮连接在箱盖上并与输出轴啮合，将一级行星齿轮和二级行星齿轮同时与一个可转动的内齿圈啮合，使输入轴传输功率分为两路分流传输至输出轴，以降低减速器中单个零件的负载强度，但这种减速装置也存在传动比小，驱动力矩不大，二级行星齿轮传动必须配合行星架端板和箱盖等多个零件，结构复杂，工作噪音大，且不具有手动操作功能，当电机有故障或损坏时，该阀门无法操作。再则，上述两种结构在电机有故障或损坏时，拆装电机非常不便，不利于后期维护工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种传动紧凑，传动比大，承载力矩大，无需离合器能实现手动和电动切换，便于维护的阀门智能执行器的减速装置。

本发明为达到上述目的的技术方案是：一种阀门智能执行器的减速装置，其特征在于：包括箱体、设置在箱体内的二级行星齿轮减速机构和用于手动操作的蜗轮蜗杆机构；

所述的二级行星减速机构包括具有第一外齿的太阳轮、至少两个一级行星齿轮、一级齿圈、至少两个二级行星齿轮、太阳轮行星架以及行星架和输出齿圈；

所述的太阳轮用于与电机输出轴连接，各一级行星齿轮转动连接在对应的一级行星轮销上，各一级行星轮销固定在太阳轮行星架上，太阳轮行星架转动安装在蜗轮齿圈和行星架上，具有第一内齿的一级齿圈固定在箱体上，一级行星齿轮设置在一级齿圈和太阳轮之间并与一级齿圈的第一内齿和太阳轮的第一外齿啮合，太阳轮驱动一级行星齿轮沿一级齿圈的第一内齿转动；

所述的各二级行星齿轮转动连接在对应的二级行星轮销上，各二级行星轮销固定在行星架上，行星架转动安装在具有第二内齿的输出齿圈和太阳轮行星架上，用于与阀杆连接的输出齿圈转动、且密封安装在箱体上，太阳轮行星架的第二外齿与各二级行星齿轮啮合，输出齿圈的第二内齿齿数大于蜗轮齿圈的第三内齿齿数，各二级行星齿轮同时与输出齿圈的第二内齿和蜗轮齿圈的第三内齿啮合并形成少齿差减速传动；

所述的蜗轮蜗杆机构包括蜗杆、蜗轮齿圈以及前轴承压帽和后轴承压帽，蜗轮齿圈转动安装在箱体上，安装在箱体上的蜗杆与蜗轮齿圈的第三外齿啮合，前轴承压帽和后轴承压帽密封安装在箱体上，且蜗杆伸出前轴承压帽。

本发明减速装置采用了二级行星齿轮减速机构和蜗轮蜗杆机构组合，通过与电机输出轴连接的太阳轮将动力传至减速装置，太阳轮驱动一级行星齿轮沿一级齿圈的第一内齿转动并带动太阳轮行星架转动，实现Ⅰ级行星齿轮减速传动。本发明通过太阳轮行星架驱动二级行星齿轮并同时与输出齿圈的第二内齿和蜗轮齿圈的第三内齿啮合，将动力传递星减速传递至输出齿圈和蜗轮齿圈上，输出齿圈能与阀杆连接，通过电机及减速装置减速后控制阀门的启闭，具有较大的输出扭矩，占用空间小，能满足小空间的安装。本发明二级行星齿轮同时与输出齿圈和蜗轮齿圈啮合，因此在系统断电、电机或控制器有故障时，可通过手动转动蜗杆上的手轮，通过旋转蜗杆带动蜗轮齿圈继而通过第二行星齿轮驱动输出齿圈转动来启闭阀门，具有就地应急手动操作功能。本发明采用输出齿圈的第二内齿齿数大于蜗轮齿圈的第三内齿齿数，因此通过第二行星齿轮传递至输出齿圈和蜗轮齿圈能形成少齿差减速传动，在保持减速装置小体积的前提下，其传动比可达700以上，更理一步提高传动比，且不需要通过任何手动离合机构，随时可操作蜗轮蜗杆机构，降低了操作风险，方便从电动状态到应急手动状态，或从应急手动状态到电动状态都是全自动切换，能实现手动与电动自动切换功能。本发明将二级行星齿轮传动机构均安装在箱体上，行星机构无需通过箱盖与箱体连接，输出齿圈又密封安装在箱体上，具有较好的防护性能，保证减速装置满足防护等级IP68要求。本发明将太阳轮行星架转动安装在蜗轮齿圈和输出齿圈上，同时行星架又转动安装在输出齿圈和太阳轮行星架上，输出齿圈及蜗轮齿圈转动安装在箱体上，结构紧凑、合理，设计巧妙。本发明箱体无上盖和下盖，太阳轮与电机输出轴连接，当电机有故障或损坏时，可以将电机从减速装置上完全拿掉，单独维修，而剩一个减速装置可作为纯手动减速装置，通过手轮启闭阀门，能单独手动操作功能，能提高系统的工作可靠性，可广泛的运用于所有要求安装空间小、扭矩大的领域。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。

图1是本发明阀门智能执行器的减速装置的结构示意图。

图2是图1的侧视的结构示意图。

图3是图2的A-A剖视的结构示意图。

图4是本发明的减速装置与电机连接的结构示意图。

图5是阀门智能执行器的工作原理图。

其中：1—箱体，2—定位销，3—一级齿圈，4—一级行星齿轮，5—一级行星轮销，6—第一轴承，7—键，8—螺栓，9—太阳轮，10—太阳轮行星架，11—二级行星轮销，12—第二轴承，13—上蜗轮轴承，14—蜗轮齿圈，15—二级行星齿轮套，16—蜗杆，17—二级行星齿轮，18—下蜗轮轴承，19—行星架，20—第三轴承，21—第五轴承，22—密封圈，23—输出齿圈，24—密封压板，25—第四轴承，26—压板密封圈，27—推杆压帽，28—推杆，29—推杆弹簧，30—推杆密封圈，31—后轴承压帽，32—前轴承压帽，33—手轮，34—编码器，35—控制器，36—电机。

具体实施方式

见图1～3所示，本发明阀门智能执行器的减速装置，包括箱体1、设置在箱体1内的二级行星齿轮减速机构和用于手动操作的蜗轮蜗杆机构。本发明的箱体1具有用于容纳二级行星齿轮减速机构和蜗轮蜗杆机构的空腔，且箱体1的端面与电机机体端面连接，可采用紧固件连接，本发明为方便与电机机体连接，一级齿圈3上设有定位销2，能方便电机与减速装置的定位安装和拆卸。

见图1所示，本发明二级行星减速机构包括具有第一外齿的太阳轮9、至少两个一级行星齿轮4、一级齿圈3、至少两个二级行星齿轮17、太阳轮行星架10以及行星架19和输出齿圈23。

见图1所示，本发明太阳轮9用于与电机输出轴连接，该电机可采用交流永磁同步伺服电机，太阳轮9中部设有外轴肩，外轴肩上部的轴颈通过第一轴承6与电机的机体连接，外轴肩的下部具有与一级行星齿轮4啮合的第一外齿，太阳轮9的连接孔内还具有用于与电机输出轴连接的键7或键槽，可将键7通过螺钉固定在太阳轮9的连接孔，方便与电机输出轴连接，本发明太阳轮9上还轴向连接有用于与电机输出轴固定的螺栓8，通过螺栓旋接在电机输出轴，使太阳轮9能可靠与电机输出轴连接，将电机输出的2500-3000转/分钟转速通过二级行星减速后，减至10转/分钟左右的转速，传动比大。

见图1所示，本发明各一级行星齿轮4转动连接在对应的一级行星轮销5上，本发明的一级行星齿轮4可采有三个并安装在自各的一级行星轮销5上，一级行星齿轮4通过轴承和挡圈安装一级行星轮销5上，该轴承可采有深沟球轴承，且各一级行星轮销5固定在太阳轮行星架10上，太阳轮行星架10转动安装在蜗轮齿圈14和行星架19上，太阳轮行星架10分别通过第二轴承12和第三轴承20安装在蜗轮齿圈14和行星架19上，具有第一内齿的一级齿圈3固定在箱体1上，一级行星齿轮4设置在一级齿圈3和太阳轮9之间并与一级齿圈3的第一内齿和太阳轮9的第一外齿啮合，由于一级齿圈3固定不动，太阳轮9驱动一级行星齿轮4沿一级齿圈3的第一内齿转动，在一级行星齿轮4转动时带动太阳轮行星架10一起转动，太阳轮9经一级行星齿轮4形成的一级行星减速传动后将动力传递太阳轮行星架10上。

见图1所示，本发明各二级行星齿轮17转动连接在对应的二级行星轮销11上，本发明可采用两个或三个二级行星齿轮17，各二级行星齿轮17通过两个轴承以及两个轴承之间的二级行星齿轮套15和挡圈安装在二级行星轮销11上，各二级行星轮销11固定在行星架19上，该二级行星齿轮17的分度圆直径上下相同，本发明的二级行星齿轮17的齿高是一级行星齿轮4的齿高的1.5-2.5倍，在能减小减速装置的体积前提下，而具有较好的承载能力。本发明的行星架19转动安装在具有第二内齿的输出齿圈23和太阳轮行星架10上，用于与阀杆连接的输出齿圈23转动、且密封安装在箱体1上。

见图1所示，本发明输出齿圈23为中空并内外具有多个台阶的轴套，上部大轴孔处具有输出齿环、中部具有用于容纳行星架19的空腔、下部小轴孔处具有用于连接阀杆的连接套，连接套内设有用于对阀杆进行周向限位的凸起或凹槽，第四轴承25设置在中间轴孔并与行星架19的轴颈连接，密封压板24密封安装在中间轴孔处用于对输出齿圈23的中间孔密封，压板密封圈26安装在输出齿圈23和密封压板24之间，输出齿圈23通过第五轴承21安装在箱体1上，且输出齿圈23位于第五轴承21的下部还安装有多个密封圈22，使减速装置具有较好的密封性能。

见图1、3所示，本发明太阳轮行星架10上的第二外齿与各二级行星齿轮17啮合，输出齿圈23的第二内齿齿数大于蜗轮齿圈14的第三内齿齿数，各二级行星齿轮17同时与输出齿圈23的第二内齿和蜗轮齿圈14的第三内齿啮合形成少齿差减速传动，当蜗杆16不动时，此时蜗轮齿圈14也不动，因此电机输出动力经减速使二级行星齿轮17仅带动输出齿圈23转动，继而带动连接在输出齿圈23上的阀杆转动而启闭阀门；在电机动作或电机不动时，均可操作蜗杆16带动蜗轮齿圈14转动，使二级行星齿轮17带动输出齿圈23转动。本发明通过两级行星减速不仅能提高传动比，其传动比可达700以上，输出扭矩大，使减速装置的体积不足现有减速装置的三之一，由于输出齿圈23的第二内齿与蜗轮齿圈14的第三内齿为少齿差结构，无需离合器，可随时进行手动操作，不会误操作造成对减速装置的损坏。本发明的输出齿圈23的第二内齿齿数与蜗轮齿圈14的第三内齿齿数的齿差在1齿或2齿，最好为2齿差，如输出齿圈23的第二内齿齿数在47、模数为1.5，而蜗轮齿圈14的第三内齿齿数在45、模数在1.5，而有较好的承载能力，提高使用可靠性。

见图1～3所示，本发明的蜗轮蜗杆机构包括蜗杆16、蜗轮齿圈14以及前轴承压帽32和后轴承压帽31，蜗轮齿圈14转动安装在箱体1上，该蜗轮齿圈14具有第三内齿和第三外齿，蜗轮齿圈14具有上支承环、下支承环以及位于上支承环下部的蜗轮齿环和位于蜗轮齿环下部的缺口，蜗轮齿圈14的上支承环分别通过第二轴承12和上蜗轮轴承13安装在太阳轮行星架10和箱体1上部，蜗轮齿圈14的下支承环通过下蜗轮轴承18安装在箱体1上，且输出齿圈23的输出齿环设置在轮齿圈的缺口处，使各二级行星齿轮17同时与输出齿圈23的第二内齿和蜗轮齿圈14的第三内齿啮合而输出扭矩，安装在箱体1上的蜗杆16与蜗轮齿圈14的第三外齿啮合，蜗杆16前后侧分别通过轴承安装在箱体1上，前轴承压帽32和后轴承压帽31密封安装在箱体1上，且蜗杆16伸出前轴承压帽32，蜗杆16与前轴承压帽32之间安装有多个密封圈，蜗杆16前端安装有手轮33，手动操作蜗杆16，通过蜗轮蜗杆机构经二级行星齿轮17使输出齿圈23带动阀杆转动而实现阀门的启闭，当系统断电、或电机36与控制器35发生故障时，可以通转动手轮33作为纯手动操作启闭阀门。

见图3所示，本发明箱体1上还安装有用于检测阀门到位行程开关信号的信号开关组件，信号开关组件包括推杆28、推杆压帽27和推杆弹簧29，推杆28密封安装在箱体1上并能轴向移动，该推杆28具有凸起的台肩，多个推杆密封圈30安装在推杆28与箱体1上，且推杆28的内侧位于输出齿圈23一侧，在推杆28与输出齿圈23上的触头相接时并输出阀门到位行程开关信号，推杆压帽27安装在推杆28的外侧并与箱体1连接，套装在推杆28上的推杆弹簧29其两端分别顶在推杆压帽27和推杆28的弹簧座上，由于推杆28采用弹性结构，能确保阀门到位于输出到位开关信号给控制器35。

见图4、5所示，本发明工作时，控制器35接收上位机输出的阀门开关控制信号并控制电机36动作，电机36的输出轴驱动减速装置的太阳轮9转动，经一级行星齿轮4、太阳轮行星架10、第二行星齿轮17，驱动输出齿圈23带动蝶阀阀杆转动，也可手动操作蜗杆16上的手轮33蜗杆16带动蜗轮齿圈14驱动输出齿圈23带动蝶阀阀杆转动，阀杆带动阀盘做0-90°转动以开启/关闭蝶阀，控制通风管路的通断。而控制器35检测编码器34输出的阀门开度位置信号和信号开关组件输出的到位行程开关信号，来计算阀门实际位置，判断阀门是否开关到位，调节阀门速度，实现阀门的开启和关闭，到位位行程开关反馈输出对应的到位行程开关信号。

Claims (8)

1.一种阀门智能执行器的减速装置，其特征在于：包括箱体(1)、设置在箱体(1)内的二级行星齿轮减速机构和用于手动操作的蜗轮蜗杆机构；

所述的二级行星减速机构包括具有第一外齿的太阳轮(9)、至少两个一级行星齿轮(4)、一级齿圈(3)、至少两个二级行星齿轮(17)、太阳轮行星架(10)以及行星架(19)和输出齿圈(23)；

所述的太阳轮(9)用于与电机输出轴连接，各一级行星齿轮(4)转动连接在对应的一级行星轮销(5)上，各一级行星轮销(5)固定在太阳轮行星架(10)上，太阳轮行星架(10)转动安装在蜗轮齿圈(14)和行星架(19)上，具有第一内齿的一级齿圈(3)固定在箱体(1)上，一级行星齿轮(4)设置在一级齿圈(3)和太阳轮(9)之间并与一级齿圈(3)的第一内齿和太阳轮(9)的第一外齿啮合，太阳轮(9)驱动一级行星齿轮(4)沿一级齿圈(3)的第一内齿转动；

所述的各二级行星齿轮(17)转动连接在对应的二级行星轮销(11)上，各二级行星轮销(11)固定在行星架(19)上，行星架(19)转动安装在具有第二内齿的输出齿圈(23)和太阳轮行星架(10)上，用于与阀杆连接的输出齿圈(23)转动、且密封安装在箱体(1)上，太阳轮行星架(10)的第二外齿与各二级行星齿轮(17)啮合，输出齿圈(23)的第二内齿齿数大于蜗轮齿圈(14)的第三内齿齿数，各二级行星齿轮(17)同时与输出齿圈(23)的第二内齿和蜗轮齿圈(14)的第三内齿啮合并形成少齿差减速传动；

所述的蜗轮蜗杆机构包括蜗杆(16)、蜗轮齿圈(14)以及前轴承压帽(32)和后轴承压帽(31)，蜗轮齿圈(14)转动安装在箱体(1)上，安装在箱体(1)上的蜗杆(16)与蜗轮齿圈(14)的第三外齿啮合，前轴承压帽(32)和后轴承压帽(31)密封安装在箱体(1)上，且蜗杆(16)伸出前轴承压帽(32)。

2.根据权利要求1所述的阀门智能执行器的减速装置，其特征在于：所述输出齿圈(23)的第二内齿齿数与蜗轮齿圈(14)的第三内齿齿数的齿差在1齿或2齿。

3.根据权利要求1所述的阀门智能执行器的减速装置，其特征在于：所述的蜗轮齿圈(14)具有上支承环、下支承环以及位于上支承环下部的蜗轮齿环和位于蜗轮齿环下部的缺口，蜗轮齿圈(14)的上支承环分别通过第二轴承(12)和上蜗轮轴承(13)安装在太阳轮行星架(10)和箱体(1)上部，蜗轮齿圈(14)的下支承环通过下蜗轮轴承(18)安装在箱体(1)上，且输出齿圈(23)的输出齿环设置在蜗轮齿圈(14)的缺口处。

4.根据权利要求1至3之一所述的阀门智能执行器的减速装置，其特征在于：所述的输出齿圈(23)为中空并具有多个内外台阶的轴套，上部大轴孔处具有输出齿环、中部具有用于容纳行星架(19)的空腔、下部小轴孔处具有用于连接阀杆的连接套，连接套内设有用于对阀杆进行周向限位的凸起或凹槽，第四轴承(25)设置在中间轴孔并与行星架(19)的轴颈连接，密封压板(24)密封安装在中间轴孔处用于对输出齿圈(23)的中间孔密封。

5.根据权利要求1所述的阀门智能执行器的减速装置，其特征在于：所述的太阳轮(9)中部设有外轴肩，外轴肩上部的轴颈通过第一轴承(6)与电机的机壳连接，外轴肩的下部具有与一级行星齿轮(4)啮合的第一外齿，太阳轮(9)的连接孔内还具有用于连接电机输出轴的键(7)或键槽。

6.根据权利要求1或5所述的阀门智能执行器的减速装置，其特征在于：所述的太阳轮(9)上还轴向连接有用于与电机输出轴固定的螺栓(8)。

7.根据权利要求1所述的阀门智能执行器的减速装置，其特征在于：所述的二级行星齿轮(17)的齿高是一级行星齿轮(4)的齿高的1.5-2.5倍。

8.根据权利要求1所述的阀门智能执行器的减速装置，其特征在于：所述的箱体(1)上还安装有用于检测阀门到位行程开关信号的信号开关组件，所述信号开关组件包括推杆(28)、推杆压帽(27)和推杆弹簧(29)，所述的推杆(28)密封安装在箱体(1)上并能轴向移动，且推杆(28)的内侧位于输出齿圈(23)一侧，在推杆(28)与输出齿圈(23)上的触点相接时输出阀门到位开关信号，推杆压帽(27)安装在推杆(28)的外侧并与箱体(1)连接，套装在推杆(28)上的推杆弹簧(29)其两端分别顶在推杆压帽(27)和推杆(28)的弹簧座上。