RU156449U1 - Силовая установка с высокооборотным двигателем для подводного аппарата - Google Patents

Abstract

Силовая установка с высокооборотным двигателем для подводного аппарата, содержащая высокооборотный электродвигатель и редуктор, отличающаяся тем, что редуктор выполнен одноступенчатым по схеме с параллельными валами, колеса которого выполнены с профилями эксцентриково-циклоидального зацепления.

Description

Полезная модель относится к области судостроения и касается силовой установки с высокооборотным электродвигателем с редуктором. Данная конструкция предназначена для использования в подводных аппаратах.

При проектировании силовых установок для подводных аппаратов особенно остро стоит проблема габаритов этих установок, поскольку сила сопротивления воды растет с габаритами установки. Эту проблему решают применением высокооборотных двигателей, которые при прочих равных условиях имеют значительно меньшие габариты, чем низкооборотные двигатели. Но применение таких двигателей требует использования редукторов с высоким передаточным отношением.

Все известные силовые установки с высокооборотными двигателями для подводных аппаратов, имеющих форму тела вращения, содержат двигатель с выходным валом. Для понижения оборотов выходного вала двигателя до нужного номинала вал двигателя соединен с движителем аппарата через редуктор, имеющий высокое передаточное отношение. В качестве такого редуктора используется либо планетарный редуктор с эвольвентным зацеплением, либо многоступенчатый редуктор с эвольвентным зацеплением. Силовая установка с планетарным редуктором имеет уменьшенные радиальные габариты, но увеличенные осевые, а также является сложным и дорогим устройством, имеет большой вес. Силовая установка с многоступенчатым редуктором имеет большие радиальные габариты, и невысокий КПД. Общими недостатками силовых установок с указанными редукторами являются:

- увеличенные габариты;

- большая масса;

- увеличенная шумность;

- невозможность работы при высоких и сверхвысоких оборотах.

В качестве прототипа выбрано техническое решение фирмы STN Atlas Elektronik (Германия), реализованное в силовой установке РВ-50, которое содержит высокооборотный (более 20000 об/мин) двигатель переменного тока, соединенный с движителем аппарата через планетарный редуктор, выполненный на базе колес эвольвентного зацепления (SEAHAKE DM 2 А4. THE UNDERWATER. Рекламный проспект фирмы «STN Atlas Elektronik», 2008). Это техническое решение имеет недостатки, указанные выше.

Таким образом, задача создания мощной силовой установки подводного аппарата с уменьшенными массогабаритными характеристиками и пониженной шумностыо остается по-прежнему актуальной. Техническим результатом полезной модели является уменьшение массогабаритных характеристик, понижение шумности и увеличение КПД силовой установки.

Указанный технический результат достигается тем, что силовая установка, как и прототип, содержит высокооборотный двигатель, соединенный с движителем аппарата через редуктор. В отличие от прототипа, редуктор выполнен одноступенчатым, по схеме редуктора с параллельными валами с колесами эксцентриково-циклоидального (ЭЦ) зацепления.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемого привода с одноступенчатым редуктором. На фиг. 2 показано поперечное сечение этого редуктора с ЭЦ зацеплением.

Привод на фиг. 1 и 2 содержит одноступенчатый редуктор 1 с внешним ЭЦ-зацеплением, выполненный по схеме редуктора с параллельными валами. Редуктор расположен таким образом, что ось выходного вала 2 редуктора совпадает с осью подводного аппарата, имеющего форму тела вращения, а входным валом редуктора является выходной вал 3 высокооборотного электродвигателя 4. В качестве высокооборотного двигателя 4 применен электродвигатель переменного тока. Применение высокооборотного электродвигателя переменного тока позволяет уменьшить его диаметр и габариты относительно электродвигателя постоянного тока той же мощности с прямым приводом на движитель. Редуктор 1 содержит входную шестерню 5, которая представляет собой зубчатое колесо с 3 винтовыми зубьями, имеющими в торцевых сечениях профиль в виде части окружности, эксцентрично смещенной относительно оси колеса. Выходное колесо 6 имеет винтовые зубья циклоидального профиля в тех же торцовых сечениях. Зацепление колес с таким профилем называется ЭЦ-зацеплением (см. патент РФ №2416748). За счет малого числа зубьев шестерни ЭЦ зацепление обеспечивает высокое передаточное отношение в одной ступени. Так при числе зубьев большего колеса 6, равным 18, обеспечивается передаточное отношение i=6. При числе зубьев колеса 6, равным 39, обеспечивается i=13. Редуктор с традиционным эвольвентным зацеплением не может обеспечить такое передаточное отношение в одной ступени, и приходится выполнять его двухступенчатым или планетарным. Кроме того, ЭЦ-зацепление с приведенными параметрами обладает высоким коэффициентом полезного действия (0,992…0,996), пониженной шумностью, высокой технологичностью (см. В.В. Становской, СМ. Казакявичюс и др. Двухступенчатый редуктор на основе эксцентриково-циклоидального зацепления // Вестник машиностроения. 2011. №12, с. 41-43, а также В.В. Становской, С.М. Казакявичюс и др. Конические тяговые редукторы нового поколения на основе эксцентриково-циклоидального зацепления // Материалы межд. научно-технической конференции «Перспективные приводные системы, трансмиссии и робототехнические комплексы». Могилев, 20-21 октября 2011 г. с. 85-90).

Разработанная силовая установка со сверхвысокооборотным электродвигателем 4 переменного тока и редуктором 1 с ЭЦ-зацеплением позволяет в заданном диаметре подводного аппарата применить простую одноступенчатую схему редуктора, обладающую малыми массогабаритными характеристиками и высоким КПД.

Работает силовая установка следующим образом. При включении электродвигателя 4 его выходной вал 3 начинает вращаться со скоростью 24000 об/мин. Редуктор 1 с передаточным отношением 6 снижает эту скорость до 4000 оборотов в минуту. Такая скорость вращения уже вполне приемлема для вращения движителя (на фигуре не показан). Если используется двигатель с числом оборотов 35000 в минуту, то для получения приемлемых оборотов движителя необходим редуктор с передаточным отношением i=13, что реализуется в одной ступени при применении ЭЦ-зацепления.

Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет решить задачу создания мощной силовой установки подводного аппарата с уменьшенными массогабаритными характеристикам, уменьшенной шумностыо и с высоким КПД.

Применение одноступенчатых схем редукторов других известных типов не позволяет добиться требуемого межцентрового расстояния редуктора, позволяющего вписаться в заданный диаметр подводного аппарата.

Claims (1)

1. Силовая установка с высокооборотным двигателем для подводного аппарата, содержащая высокооборотный электродвигатель и редуктор, отличающаяся тем, что редуктор выполнен одноступенчатым по схеме с параллельными валами, колеса которого выполнены с профилями эксцентриково-циклоидального зацепления.

   

Images