RU2444463C1

RU2444463C1 - Steering drive

Info

Publication number: RU2444463C1
Application number: RU2010138072/11A
Authority: RU
Inventors: Игорь Иосифович Дулькин (RU); Игорь Иосифович Дулькин; Максим Игоревич Калугин (RU); Максим Игоревич Калугин; Олег Николаевич Левищев (RU); Олег Николаевич Левищев; Вера Дмитриевна Модяева (RU); Вера Дмитриевна Модяева; Ирина Борисовна Попова (RU); Ирина Борисовна Попова
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2012-03-10

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to aircraft engineering, particularly, drone aircraft aerodynamic surface control drives, and may be used in both development of new drone aircraft and updating used aircraft. Proposed steering drive comprises engine, reduction gear consisting of screw gear accommodated in reduction gear box, rack gear made up of carriage rack engaged with sliding nut, and control surface shaft toothed sector. Note here that steering drive is equipped with blocker of flexural deformations in screw gear made up of two pairs of antifriction bearings fitted on sliding nut carriage to rest on reduction gearbox. Reduction gearbox is made up of two lengthwise flat guides making the angle of 120°…160° between them in the area of said two pairs of antifriction bearings. Said bearings are fitted on sliding nut carriage to control their pressing to said lengthwise flat guides with the help of, for example, cams.

EFFECT: higher reliability and faster operation.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области приводов управления аэродинамическими поверхностями беспилотных летательных аппаратов и может быть использовано как при создании новых, так и при модернизации существующих летательных аппаратов. Оно также может быть использовано в других областях техники, где существует потребность в скоростных приводах.The invention relates to the field of control drives for the aerodynamic surfaces of unmanned aerial vehicles and can be used both to create new and to modernize existing aircraft. It can also be used in other areas of technology where there is a need for high-speed drives.

Известны приводы рулевых поверхностей с использованием в их редукторах шарико-винтовой передачи, см. например, конструктивную схему винтового шарикового преобразователя вращательного движения в поступательное в книге «Привод рулевых поверхностей самолетов», под ред. Ф.И.Склянского. М.: Машиностроение, 1974 г., стр.79, рис.2.4.Known drives of steering surfaces using a ball screw transmission in their gearboxes, see, for example, a structural diagram of a helical ball transducer of rotational motion into translational movement in the book “Aircraft steering surfaces drive”, ed. F.I.Sklyansky. M .: Engineering, 1974, p. 79, Fig. 2.4.

Известен блок рулевых приводов (см. патент RU №2154593), содержащий многоступенчатый редуктор с использованием шарико-винтовой и реечной передач.A known block of steering drives (see patent RU No. 2154593), containing a multi-stage gearbox using ball screw and rack and pinion gears.

Известно также рулевое управление для автомобиля, содержащее ходовой винт с ходовой гайкой (см. «Шарико-винтовые механизмы», И.Б.Пясик, Машгиз, Москва-Киев, 1962 г., стр.56, 57, рис.4). Данное техническое решение по своей технической сущности наиболее близко к предлагаемому решению и выбрано в качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения.Also known is a steering for a car that contains a spindle with a spindle nut (see. "Ball Screws", I.B. Pyasik, Mashgiz, Moscow-Kiev, 1962, pp. 56, 57, Fig. 4). This technical solution in its technical essence is closest to the proposed solution and is selected as the closest analogue of the invention.

Известный привод содержит приводной механизм (рулевое колесо), шарико-винтовой редуктор, включающий ходовой винт с перемещающейся по нему ходовой гайкой, и механическую передачу с гайки на ось исполнительного звена. Приводной механизм закреплен на ходовом винте, по которому перемещается ходовая гайка. Механическая передача от гайки на ось исполнительного звена представляет собой реечную передачу, выполненную в виде связанной с гайкой зубчатой рейки, находящейся в зацеплении с зубчатым сектором, закрепленным на выходной оси исполнительного звена. Ходовой винт с перемещающейся по нему ходовой гайкой, механическая передача и ось исполнительного звена заключены в единый корпус. К корпусу привода прикреплена шпонка, предохраняющая ходовую гайку от поворота в процессе движения по ходовому винту. Поступательное движение ходового винта исключается радиально-упорными подшипниками.The known drive includes a drive mechanism (steering wheel), a ball screw gear, including a spindle with a running nut moving along it, and a mechanical transmission from the nut to the axis of the executive link. The drive mechanism is mounted on the lead screw, which moves the lead nut. The mechanical transmission from the nut to the axis of the executive link is a rack and pinion gear made in the form of a gear rack connected to the nut, which is meshed with a gear sector fixed to the output axis of the executive link. The lead screw with the running nut moving along it, the mechanical transmission and the axis of the executive link are enclosed in a single housing. A key is attached to the drive housing to protect the spindle nut from turning during movement along the spindle. The progressive movement of the lead screw is eliminated by angular contact bearings.

В результате поворота рулевого колеса приводится во вращательное движение ходовой винт, удерживаемый от поступательного движения радиально-упорными подшипниками. Винт, вворачиваясь в гайку, удерживаемую от поворота шпонкой, сообщает ей поступательное движение по винту вместе со связанной с ней зубчатой рейкой. Перемещение ее вызывает обкатку ее зубьев по зубчатому сектору и поворот его вместе с выходной осью исполнительного звена.As a result of the rotation of the steering wheel, the lead screw is held in rotational motion and is held from linear motion by angular contact bearings. The screw, turning into a nut, held from turning by the key, informs it of the forward movement along the screw together with the gear rack connected with it. Moving it causes the running-in of its teeth along the gear sector and its rotation together with the output axis of the executive link.

Недостатки данного рулевого привода с шарико-винтовой и реечной передачами применительно к управлению рулевыми поверхностями скоростных беспилотных летательных аппаратов связаны с наличием больших изгибных напряжений ходового винта. Действительно, для таких объектов необходимо обеспечить максимально возможное быстродействие привода, а это влечет за собой, в частности, использование ходовых винтов минимального сечения. При этом вследствие применения больших значений угловых скоростей и ускорений поперечная нагрузка на ходовой винт, возникающая при взаимодействии зубчатого колеса с зубчатой рейкой ходовой гайки, также значительна. В результате ходовой винт малого диаметра может деформироваться, изменяя при этом геометрию винта (что приводит к снижению кпд шарико-винтовой передачи), и даже разрушиться.The disadvantages of this steering gear with ball screw and rack and pinion gears in relation to the steering surfaces of high-speed unmanned aerial vehicles are related to the presence of large bending stresses of the lead screw. Indeed, for such objects it is necessary to ensure the highest possible speed of the drive, and this entails, in particular, the use of spindles of the minimum cross section. In this case, due to the use of large values of angular velocities and accelerations, the transverse load on the spindle, which occurs when the gear interacts with the gear rack of the spindle nut, is also significant. As a result, a small-diameter lead screw can be deformed, changing the screw geometry (which leads to a decrease in the efficiency of a ball screw transmission), and even collapse.

Технической задачей изобретения является создание быстродействующего рулевого привода, содержащего шарико-винтовую и реечную передачи.An object of the invention is the creation of a high-speed steering gear containing ball-screw and rack and pinion gears.

Техническим результатом является повышение надежности и быстродействия рулевого привода.The technical result is to increase the reliability and speed of the steering gear.

Для решения этой задачи рулевой привод, содержащий двигатель, редуктор, включающий размещенную в его корпусе шарико-винтовую передачу в виде ходового винта с ходовой гайкой, реечную зубчатую передачу в виде зубчатой рейки каретки, связанной с ходовой гайкой, и зубчатого сектора вала руля, снабжен блокатором изгибных деформаций ходового винта, выполненным в виде двух пар подшипников качения, закрепленных на каретке ходовой гайки и опирающихся на корпус редуктора, причем корпус редуктора в районе качения двух пар подшипников выполнен в виде двух продольных плоских направляющих, образующих между собой угол 120°…160°.To solve this problem, the steering drive, comprising an engine, a gearbox, including a ball screw located in its housing in the form of a spindle with a spindle nut, a rack gear in the form of a gear rack of the carriage associated with the spindle nut, and a gear sector of the steering shaft, is equipped with a lead screw bending deformation blocker made in the form of two pairs of rolling bearings mounted on a carriage of a running nut and resting on a gear housing, and the gear housing in the rolling area of two bearing pairs is made in e two flat longitudinal guides forming between them an angle of 120 ° ... 160 °.

При этом подшипники качения установлены на каретке ходовой гайки с возможностью регулирования их поджатия к продольным плоским направляющим корпуса редуктора, например, с помощью эксцентриков.In this case, the rolling bearings are mounted on the carriage of the running nut with the possibility of regulating their compression against the longitudinal flat guides of the gear housing, for example, using eccentrics.

Применение блокатора, выполненного указанным выше образом в виде двух пар подшипников, закрепленных на каретке с возможностью регулирования их поджатия к двум продольным плоским направляющим корпуса редуктора, позволяет практически полностью снять боковую нагрузку ходового винта, возникающую при взаимодействии зубчатого сектора руля с зубчатой рейкой каретки ходовой гайки.The use of a blocker made in the above manner in the form of two pairs of bearings mounted on the carriage with the possibility of adjusting their compression against the two longitudinal flat guides of the gear housing allows almost completely removing the lateral load of the spindle arising from the interaction of the gear sector of the rudder with the gear rack of the carriage of the spindle nut .

При этом вследствие значительных скоростей перемещения ходовой гайки по ходовому винту, характерных для приводов управления рулевыми поверхностями скоростных беспилотных летательных аппаратов, целесообразно использовать в качестве указанного подшипника именно подшипник качения, а не подшипник скольжения.In this case, due to the significant speeds of movement of the lead nut on the lead screw, characteristic for actuators controlling the steering surfaces of high-speed unmanned aerial vehicles, it is advisable to use a rolling bearing rather than a sliding bearing as the specified bearing.

Выполнение корпуса редуктора в районе качения двух пар подшипников в виде двух продольных плоских направляющих, образующих между собой угол при вершине 120°…160°, позволяет обеспечить плоскопараллельность движения каретки ходовой гайки, не позволяя ей смещаться в боковом направлении, что могло бы осуществиться в случае, если бы указанные направляющие лежали в одной плоскости.The execution of the gear housing in the area of rolling of two pairs of bearings in the form of two longitudinal plane guides, forming an angle between themselves at the apex of 120 ° ... 160 °, allows for plane-parallel movement of the carriage of the running nut, not allowing it to shift in the lateral direction, which would be possible if if the indicated guides lay in the same plane.

Существо изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1-3 представлен общий вид и сечения рулевого привода, иллюстрирующие взаимное расположение составляющих его частей.The invention is illustrated by drawings, where Fig.1-3 presents a General view and section of the steering gear, illustrating the relative position of its constituent parts.

Рулевой привод включает в себя электродвигатель 1, закрепленный через его собственный фланец на корпусе 2 промежуточного шестеренчатого редуктора 3. Выходное зубчатое колесо 4 промежуточного редуктора установлено на консольном конце ходового винта 5 шарико-винтовой передачи. Шарико-винтовая передача преобразует вращательное движение ходового винта 5 в поступательное движение ходовой гайки 6.The steering drive includes an electric motor 1, mounted through its own flange on the housing 2 of the intermediate gear reducer 3. The output gear 4 of the intermediate gear is mounted on the cantilever end of the ball screw 5 of the ball screw. Ball screw transforms the rotational movement of the spindle 5 into the translational motion of the spindle nut 6.

Ходовая гайка 6 снабжена цапфами 7, входящими в поперечные пазы каретки 8, двигающейся возвратно-поступательно по корпусу 2 вдоль оси ходового винта 5. Цапфы 7 ходовой гайки 6 предназначены для исключения ее вращательного движения при взаимодействии с ходовым винтом 5.The spindle nut 6 is provided with pins 7 included in the transverse grooves of the carriage 8, which moves reciprocally along the housing 2 along the axis of the spindle 5. The spindles 7 of the spindle nut 6 are designed to prevent its rotational movement when interacting with the spindle 5.

Каретка 8 снабжена рейкой 9, которая сопряжена с зубчатым сектором 10 вала руля для преобразования поступательного перемещения ходовой гайки во вращательное движения вала руля.The carriage 8 is equipped with a rack 9, which is coupled with the gear sector 10 of the steering shaft to convert the translational movement of the running nut into rotational motion of the steering shaft.

На боковых поверхностях каретки 8 с противоположной от рейки 9 стороны установлены две пары подшипников 11, каждый из которых закреплен на соответствующих эксцентриках 12, положение которых относительно каретки 8 фиксируется зажимным винтом 13. Эксцентрики 12 служат для обеспечения постоянного контакта подшипников 11 с плоскими направляющими поверхностями 14 корпуса 2 промежуточного шестеренчатого редуктора 3.Two pairs of bearings 11 are mounted on the lateral surfaces of the carriage 8 from the side opposite from the rail 9, each of which is fixed to the corresponding eccentrics 12, the position of which relative to the carriage 8 is fixed by a clamping screw 13. The eccentrics 12 are used to ensure constant contact of the bearings 11 with the flat guide surfaces 14 housing 2 of the intermediate gear reducer 3.

Направляющие поверхности 14 наклонены друг к другу с образованием угла 120°…160°, что обеспечивает устойчивое плоскопараллельное движения каретки 8 ходовой гайки 6 при вращении ходового винта 5. При этом ходовой винт 5 практически полностью разгружается от поперечной нагрузки со стороны зубчатого сектора 10 вала руля, поскольку она воспринимается через две пары подшипников 11 корпусом 2 промежуточного шестеренчатого редуктора 3. Таким образом, указанные подшипники благодаря своему регулируемому положению и выбранной форме направляющих корпуса редуктора являются компенсатором поперечных нагрузок ходового винта.The guide surfaces 14 are inclined to each other with an angle of 120 ° ... 160 °, which ensures stable plane-parallel movement of the carriage 8 of the spindle nut 6 when the spindle 5 rotates. In this case, the spindle 5 is almost completely unloaded from the transverse load from the gear sector of the steering shaft 10 , since it is perceived through two pairs of bearings 11 by the housing 2 of the intermediate gear reducer 3. Thus, these bearings due to their adjustable position and the selected shape of the guides of the housing The gearbox is a compensator for lateral loads of the spindle.

Предлагаемый рулевой привод работает следующим образом.The proposed steering gear operates as follows.

Электрический сигнал управления, поступивший на электродвигатель 1, приводит во вращение блок шестерен промежуточного редуктора 3 и ходовой винт 5 его шарико-винтовой передачи.The electrical control signal received by the electric motor 1 drives the gear block of the intermediate gearbox 3 and the spindle 5 of its ball screw transmission.

При этом ходовой винт 5 передает вращение на ходовую гайку 6, которая своими цапфами 7 взаимодействует с кареткой 8 и заставляет ее перемещаться вдоль оси ходового винта 5. При этом зубчатая рейка 9 каретки 8 поворачивает зубчатый сектор 13 вала руля.In this case, the lead screw 5 transmits rotation to the lead nut 6, which interacts with the carriage 8 with its pins 7 and makes it move along the axis of the lead screw 5. In this case, the gear rack 9 of the carriage 8 rotates the gear sector 13 of the steering shaft.

Общая сила взаимодействия зубчатой рейки и зубчатого сектора выходного вала привода разлагается на осевую и поперечную силы. При этом осевая сила является рабочей, а поперечная сила стремится отжать рейку 9 от зубчатого сектора 13. Для исключения воздействия указанной поперечной составляющей силы на ходовой винт (появление его изгиба и изменение характеристик шарико-винтовой передачи в целом) используется блокатор, состоящий из двух пар подшипников качения 11, причем корпус редуктора в районе качения двух пар подшипников выполнен в виде двух продольных плоских направляющих, плоскости которых пересекаются с образованием угла 120°…160° (внутри этого угла расположена каретка ходовой гайки). Этот блокатор воспринимает указанную поперечную составляющую и не позволяет ходовому винту изгибаться в поперечном направлении. Таким образом, предлагаемая конструкция привода позволяет использовать минимальные размеры ходовых винтов (что повышает быстродействие рулевых приводов), применяя при этом простые средства для обеспечения их прочности и неизменности их геометрического профиля.The total force of interaction between the gear rack and the gear sector of the drive output shaft decomposes into axial and lateral forces. In this case, the axial force is working, and the transverse force tends to squeeze the rack 9 from the gear sector 13. To exclude the influence of the specified transverse component of the force on the lead screw (the appearance of its bending and change in the characteristics of the ball screw as a whole), a blocker consisting of two pairs is used rolling bearings 11, and the gear housing in the rolling region of two pairs of bearings is made in the form of two longitudinal flat guides, the planes of which intersect to form an angle of 120 ° ... 160 ° (inside this angle and the carriage spindle nut). This blocker perceives the specified transverse component and does not allow the lead screw to bend in the transverse direction. Thus, the proposed design of the drive allows you to use the minimum dimensions of the lead screws (which increases the speed of the steering gears), while using simple means to ensure their strength and the invariance of their geometric profile.

Claims

1. A steering drive comprising a motor, a gearbox including a ball screw in its housing in the form of a lead screw with a lead nut, a rack and pinion gear in the form of a gear rack of a carriage associated with a lead nut, and a gear sector of the steering shaft, characterized in that the steering gear is equipped with a lead screw bending deformation blocker made in the form of two pairs of rolling bearings mounted on the carriage of the driving nut and resting on the gear housing, and the gear housing in the area of rolling of two bearing pairs It is in the form of two flat longitudinal guides forming between them an angle of 120 ... 160 °.

2. The steering drive according to claim 1, characterized in that the rolling bearings are mounted on the carriage of the running nut with the possibility of regulating their compression against the longitudinal flat guides of the gear housing, for example, using eccentrics.