RU2464464C1

RU2464464C1 - Electric drive with three-stage planetary reduction gear

Info

Publication number: RU2464464C1
Application number: RU2011114434/11A
Authority: RU
Inventors: Петр Никифорович Сильченко (RU); Петр Никифорович Сильченко; Анатолий Васильевич Леканов (RU); Анатолий Васильевич Леканов; Владимир Григорьевич Порпылев (RU); Владимир Григорьевич Порпылев; Евгений Сергеевич Новиков (RU); Евгений Сергеевич Новиков; Дмитрий Александрович Черепанов (RU); Дмитрий Александрович Черепанов; Петр Владимирович Ильин (RU); Петр Владимирович Ильин; Геннадий Иванович Овечкин (RU); Геннадий Иванович Овечкин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева"
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2012-10-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: electric drive includes electric motor (1) and three-stage planetary reduction gear. Carrier (15) of high-speed planetary gear set (6) is made as an integral part of sun gear (10) of intermediate planetary gear set (7). Low-speed shaft (20) is made as an integral part of carrier (17) of low-speed (8) planetary gear set and installed on two ball bearings. Carrier (16) of intermediate planetary gear set is installed in cantilever manner on bearing assembly, which is formed with inner radial ball bearing and outer spherical sliding bearing, which allows self-alignment of intermediate carrier (16), thus reducing non-uniform load distribution between intermediate satellites (13). Required gaps between planetary gear sets (6, 7, 8) are controlled by turning the cylinder with its further fixation in body of low-speed carrier (17) by tightening lock nut (38) while the cylinder is being retained with a screwdriver.

EFFECT: invention allows increasing the efficiency, improving reliability of the device and its weight and overall dimensions.

2 cl, 2 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве электропривода, например, на космическом аппарате (КА).The present invention relates to mechanical engineering and can be used as an electric drive, for example, on a spacecraft (SC).

Известен трехступенчатый планетарный редуктор (Руденко В.Н. Планетарные и волновые передачи. Альбом конструкций. - М.: Машиностроение, 1980. с.37), содержащий корпус, быстроходный вал, быстроходный, промежуточный и тихоходный планетарные ряды, каждый из которых включает солнечную шестерню, сателлиты, водило и корону, причем тихоходный вал выполнен как единое целое с водилом тихоходного планетарного ряда и установлен на двух шарикоподшипниках.Known three-stage planetary gear (Rudenko VN Planetary and wave transmissions. Album designs. - M .: Mashinostroenie, 1980. p.37), comprising a housing, high-speed shaft, high-speed, intermediate and low-speed planetary gears, each of which includes a solar gear, satellites, carrier and crown, and the low-speed shaft is made as a unit with the planet carrier of the low-speed planetary gear and mounted on two ball bearings.

Недостаток указанного устройства заключается в том, что водило быстроходного планетарного ряда, выполненное совместно с солнечной шестерней промежуточного планетарного ряда, водило промежуточного планетарного ряда, выполненное совместно с солнечной шестерней тихоходного планетарного ряда, опираются каждое на два игольчатых подшипника, установленных на одну общую ось, которая установлена в корпусе редуктора и опирающаяся с одной стороны на корпус редуктора, при помощи радиального шарикоподшипника, с другой стороны - на радиальный шарикоподшипник, установленный в тело водила тихоходной ступени. Известно, что КПД игольчатых подшипников ниже, чем КПД шарикоподшипников, при этом в указанной конструкции использовано большое число подшипниковых опор, в том числе игольчатых. Кроме этого в конструкции планетарных рядов не предусмотрены самоустанавливающиеся звенья для уменьшения неравномерности распределения нагрузки между сателлитами, что способствует снижению КПД. Кроме этого, подшипники выходного вала выполнены разнесенными, что ухудшает габаритно-массовые параметры устройства.The disadvantage of this device lies in the fact that the planet carrier of the high-speed planetary gear set, made together with the sun gear of the intermediate planetary gear set, the carrier of the intermediate planetary gear set, made in conjunction with the sun gear of the low-speed planetary gear set, are each supported by two needle bearings mounted on one common axis, which installed in the gear housing and resting on one side of the gear housing using a deep groove ball bearing, on the other hand on the radial ball ikopodshipnik mounted in the carrier body a low-speed stage. It is known that the efficiency of needle bearings is lower than the efficiency of ball bearings, while in this design a large number of bearing bearings, including needle bearings, are used. In addition, the design of planetary gears does not include self-aligning links to reduce the uneven distribution of load between satellites, which helps to reduce efficiency. In addition, the bearings of the output shaft are spaced apart, which affects the overall mass parameters of the device.

В качестве прототипа выбран электропривод (RU 2222860, МПК H02K 7/10, F16D 13/00. Опубл. 27.01.2004), содержащий электродвигатель и многоступенчатый планетарный редуктор, включающий корпус, быстроходный вал, связанный с электродвигателем, планетарные ряды, каждый из которых включает солнечную шестерню, сателлиты, водило и корону, причем водило каждого планетарного ряда (кроме тихоходного) выполнено как единое целое с солнечной шестерней последующего планетарного ряда, тихоходный вал, выполненный как единое целое с водилом тихоходного планетарного ряда и установленный на двух шарикоподшипниках.An electric drive was selected as a prototype (RU 2222860, IPC H02K 7/10, F16D 13/00. Publ. January 27, 2004) containing an electric motor and a multi-stage planetary gearbox including a housing, a high-speed shaft connected to the electric motor, planetary gears, each of which includes the sun gear, satellites, the carrier and the crown, and the carrier of each planetary gear (except low-speed) is made as a whole with the sun gear of the next planetary gear, the low-speed shaft, made as a whole with the carrier of the low-speed planetary gear tanovlenii on two ball bearings.

Недостаток прототипа заключается в том, что его конструкция выполнена с элементами, в которых при работе возникает трение скольжения, что приводит к снижению КПД. Габаритно-массовые характеристики прототипа ухудшены по причине того, что подшипники выходного вала выполнены разнесенными.The disadvantage of the prototype is that its design is made with elements in which during operation there is sliding friction, which leads to a decrease in efficiency. The overall mass characteristics of the prototype are deteriorated due to the fact that the bearings of the output shaft are spaced apart.

Задачи изобретения: повышение КПД, надежности устройства, улучшение его габаритно-массовых параметров.Objectives of the invention: improving efficiency, reliability of the device, improving its overall mass parameters.

Задачи решены за счет того, что в предложенном электроприводе с трехступенчатым планетарным редуктором (содержащем электродвигатель, редуктор, включающий корпус, быстроходный вал, связанный с электродвигателем посредством предступени, быстроходный, промежуточный и тихоходный планетарные ряды, каждый из которых включает солнечную шестерню, сателлиты, водило и корону, причем водило быстроходного планетарного ряда выполнено как единое целое с солнечной шестерней промежуточного планетарного ряда, тихоходный вал, выполненный как единое целое с водилом тихоходного планетарного ряда и установленный на двух шарикоподшипниках, водило быстроходного планетарного ряда выполнено с опорой со стороны электродвигателя) водило промежуточного планетарного ряда консольно установлено на блок-подшипнике, выполненном из внутреннего радиального шарикоподшипника и наружного сферического подшипника скольжения, установленных в цилиндрическом корпусе с дном в виде цельного внутреннего кольца со сферической его наружной поверхностью, подвижно сопряженной со сферической внутренней поверхностью его составного вкладыша, вкладыши с открытой стороны корпуса блок-подшипника фиксируются на нем общим стопорным кольцом, а шарикоподшипник с указанной стороны корпуса блок-подшипника фиксируется стопорным кольцом к внутреннему кольцу, наружная цилиндрическая поверхность корпуса блок-подшипника выполнена с резьбой, посредством которой он установлен в ответной резьбе тела водила тихоходного планетарного ряда.The problems are solved due to the fact that in the proposed electric drive with a three-stage planetary gear (containing an electric motor, a gear including a housing, a high-speed shaft connected to the electric motor by means of a crime, high-speed, intermediate and low-speed planetary gears, each of which includes a sun gear, satellites, a carrier and the crown, moreover, the carrier of the high-speed planetary gear set is made as a single unit with the sun gear of the intermediate planetary gear set, the low-speed shaft, made as a single Spruce with a low-speed planetary gear carrier and mounted on two ball bearings, a high-speed planetary gear carrier is supported by the motor side) The intermediate planetary gear carrier is cantilevered on a block bearing made of an inner radial ball bearing and an outer spherical plain bearing installed in a cylindrical housing with bottom in the form of a solid inner ring with its spherical outer surface, movably conjugated with the spherical inner the surface of its composite liner, the liners on the open side of the block bearing housing are fixed with a common locking ring on it, and the ball bearing on the specified side of the block bearing housing is fixed with a locking ring to the inner ring, the outer cylindrical surface of the block bearing housing is threaded, through which it installed in the reciprocal thread of the carrier body of the low-speed planetary gear set.

Суть изобретения показана фиг.1-3. На фиг.1 представлен общий вид электропривода в разрезе. На фиг.2 представлены промежуточное водило 16 с промежуточными сателлитами 13, с тихоходной солнечной шестерней 11, с блок-подшипником 25. На фиг.3 показаны зазоры между элементами конструкций и стопорное кольцо 35.The essence of the invention shown in Fig.1-3. Figure 1 presents a General view of the electric drive in section. Figure 2 presents the intermediate carrier 16 with intermediate satellites 13, with a low-speed sun gear 11, with a block bearing 25. Figure 3 shows the gaps between the structural elements and the snap ring 35.

Электропривод с трехступенчатым планетарным редуктором содержит электродвигатель 1, редуктор, включающий корпус 2 с платой 3, быстроходный вал 4, связанный с электродвигателем 1 посредством предступени 5, быстроходный, промежуточный и тихоходный планетарные ряды 6, 7, 8, каждый из которых включает соответствующие солнечную шестерню 9, 10, 11, сателлиты 12, 13, 14, водило 15, 16, 17 и корону 18, 19 (корона быстроходного и промежуточного планетарного ряда выполнена как единое целое), причем быстроходное водило 15 выполнено как единое целое с промежуточной солнечной шестерней 10, тихоходный (выходной) вал 20 выполнен как единое целое с тихоходным водилом 17 и установлен с опорой на двух радиальных шарикоподшипниках 21, 22; быстроходное водило 15 выполнено с опорой 23 со стороны электродвигателя 1; промежуточное водило 16 выполнено со стороны тихоходного вала 20 как единое целое с вновь введенной осью 24, конец которой установлен на блок-подшипнике 25, выполненном из внутреннего радиального шарикоподшипника 26, во внутреннем кольце 27 которого жестко закреплен конец указанной оси 24 с применением стопорных колец 28, 29 с обоих сторон внутреннего кольца 27, наружное кольцо 30 радиального шарикоподшипника 26 жестко закреплено посредствам стопорного кольца 31 во внутреннем кольце 32 сферического подшипника скольжения 33, внешнее кольцо 34 которого выполнено разъемным и жестко закреплено посредствам распорного, трапециевидной формы, стопорного кольца 35 на внутренней стороне цилиндра 36, выполненного с днищем 37 со стороны тихоходного вала 20 и установленного в теле тихоходного водила 17 посредством резьбы, выполненной на наружной поверхности цилиндра 36 и с возможностью перемещения для регулировки положений промежуточного водила 16 по резьбе вдоль продольной оси редуктора; цилиндр 36 выполнен с контргайкой 38 с резьбой для взаимодействия с той же резьбой тихоходного водила 17, с которой взаимодействует цилиндр 36, и с прижимной поверхностью ко дну 37 цилиндра 36 с наружной стороны, в центральной части которого выполнен паз 39 для отвертки, для которой выполнено центральное отверстие 40 в контргайке 38, выполненной с наружной головкой 41 под ключ; промежуточное водило 16 выполнено с внутренним зубчатым венцом 42, образующим зацепление с зубьями тихоходной солнечной шестерни 11 с радиальными и боковыми зазорами величиной, не менее чем произведение модуля зацепления (m) на 0,4.An electric drive with a three-stage planetary gearbox contains an electric motor 1, a gearbox including a housing 2 with a board 3, a high-speed shaft 4 connected to the electric motor 1 by means of a crime 5, a high-speed, intermediate and low-speed planetary gears 6, 7, 8, each of which includes a corresponding sun gear 9, 10, 11, satellites 12, 13, 14, drove 15, 16, 17 and crown 18, 19 (the crown of the high-speed and intermediate planetary gears is made as a single unit), and the high-speed carrier 15 is made as a single unit with an intermediate sun ary gear 10, low-speed (output) shaft 20 is formed integrally with the low-speed carrier 17 and mounted reliance on two radial ball bearings 21, 22; high-speed carrier 15 is made with support 23 from the side of the electric motor 1; the intermediate carrier 16 is made from the side of the low-speed shaft 20 as a whole with the newly introduced axis 24, the end of which is mounted on a block bearing 25 made of an internal radial ball bearing 26, in the inner ring 27 of which the end of the specified axis 24 is rigidly fixed using lock rings 28 , 29 on both sides of the inner ring 27, the outer ring 30 of the deep groove ball bearing 26 is rigidly fixed by means of a retaining ring 31 in the inner ring 32 of the spherical plain bearing 33, the outer ring 34 of which made detachable and rigidly fixed by means of a spacer, trapezoidal, retaining ring 35 on the inner side of the cylinder 36, made with the bottom 37 from the side of the low-speed shaft 20 and installed in the body of the low-speed carrier 17 by means of a thread made on the outer surface of the cylinder 36 and movable for adjusting the positions of the intermediate carrier 16 along the thread along the longitudinal axis of the gearbox; the cylinder 36 is made with a lock nut 38 with a thread for interacting with the same thread of the low-speed carrier 17 with which the cylinder 36 interacts, and with the clamping surface to the bottom 37 of the cylinder 36 from the outside, in the central part of which there is a groove 39 for a screwdriver, for which the Central hole 40 in the lock nut 38, made with the outer head 41 turnkey; the intermediate carrier 16 is made with an internal gear rim 42 forming an engagement with the teeth of the low-speed sun gear 11 with radial and lateral clearances of no less than the product of the engagement module (m) by 0.4.

Предложенное устройство работает следующим образом. Вращающий момент от электродвигателя 1 передается входному валу (на фигуре не показано) предступени 5, выходной вал которой одновременно является входным (быстроходным) валом 4 трехступенчатого планетарного редуктора. Предступень 5 представляет собой одноступенчатый планетарный редуктор, реализованный по схеме 2K-h. На входном валу 4 установлена быстроходная солнечная шестерня 9, посредством которой вращающий момент передается быстроходным сателлитам 12 (например, трем) и, соответственно, быстроходному водилу 15 и промежуточной солнечной шестерне 10, которая, в свою очередь, передает вращающий момент сателлитам 13 и, соответственно, промежуточному водилу 16, а также тихоходной солнечной шестерне 11, посредством зубчатого венца 42, которая, в свою очередь, передает вращающий момент тихоходным сателлитам 14 и, соответственно, тихоходному водилу 17 и выходному валу 20.The proposed device operates as follows. The torque from the electric motor 1 is transmitted to the input shaft (not shown in the figure) of the crime 5, the output shaft of which is simultaneously the input (high-speed) shaft 4 of the three-stage planetary gearbox. Stage 5 is a single-stage planetary gearbox implemented according to the 2K-h scheme. A high-speed sun gear 9 is installed on the input shaft 4, through which the torque is transmitted to the high-speed satellites 12 (for example, three) and, accordingly, to the high-speed carrier 15 and the intermediate sun gear 10, which, in turn, transmits torque to the satellites 13 and, respectively , intermediate carrier 16, as well as low-speed sun gear 11, by means of gear ring 42, which, in turn, transmits torque to low-speed satellites 14 and, accordingly, low-speed carrier 17 and output shaft lu 20.

Сферический подшипник скольжения 33 позволяет промежуточному водилу 16 осуществлять поворот вокруг осей y и z и тем самым самоустанавливаться, снижая при этом неравномерность распределения нагрузки между промежуточными сателлитами 13, что обеспечивает повышение КПД и надежность работы электропривода.The spherical plain bearing 33 allows the intermediate carrier 16 to rotate around the y and z axes and thereby self-align, while reducing uneven load distribution between the intermediate satellites 13, which ensures an increase in efficiency and reliability of the electric drive.

Кроме того, зацепление зубьев тихоходной солнечной шестерни 11 и внутренних зубьев 42 промежуточного водила 16 выполнено с радиальными и боковыми зазорами не менее чем произведение модуля зацепления (m) на 0,4. Это позволило самоустанавливаться солнечной шестерне 11 независимо от положений промежуточного водила 16 и уравнивать нагрузки между тихоходными сателлитами 14 и тем самым дополнительно обеспечить повышение КПД и надежности работы электропривода.In addition, the engagement of the teeth of the low-speed sun gear 11 and the inner teeth 42 of the intermediate carrier 16 is made with radial and lateral clearances of not less than the product of the engagement module (m) by 0.4. This allowed the sun gear 11 to self-adjust regardless of the position of the intermediate carrier 16 and equalize the loads between the low-speed satellites 14 and thereby additionally provide an increase in the efficiency and reliability of the electric drive.

В предложенном устройстве опоры тихоходного водила, выполненного как единое целое с тихоходным валом, выполнены в виде двух радиальных шарикоподшипников 21, 22, сопряженных своими торцами (не разнесенных), что позволяет уменьшить габаритно-массовые параметры.In the proposed device, the supports of a low-speed carrier, made as a unit with a low-speed shaft, are made in the form of two radial ball bearings 21, 22, conjugated by their ends (not spaced), which allows to reduce the overall mass parameters.

От осевого смещения промежуточное водило 16 удерживается стопорными кольцами 28, 29, установленными на оси 24 промежуточного водила 16, справа и слева от блок-подшипника 25, что повышает надежность устройства.From axial displacement, the intermediate carrier 16 is held by retaining rings 28, 29 mounted on the axis 24 of the intermediate carrier 16, to the right and left of the block bearing 25, which increases the reliability of the device.

При изготовлении редуктора необходимо обеспечить требуемые зазоры А и Б между планетарными рядами 6, 7 и 8 (фиг.1). Регулирование указанных зазоров осуществляется соответствующим поворотом цилиндра 36 с последующей его фиксацией в теле тихоходного водила 17 посредством затяжки контргайки 38 при удержании цилиндра с помощью отвертки, установленной в паз 39. Это обеспечивает в последующем надежность работы устройства.In the manufacture of the gearbox, it is necessary to provide the required clearances A and B between the planetary rows 6, 7 and 8 (Fig. 1). The regulation of these gaps is carried out by the corresponding rotation of the cylinder 36 with its subsequent fixation in the body of the low-speed carrier 17 by tightening the lock nut 38 while holding the cylinder with a screwdriver installed in the groove 39. This ensures the subsequent reliable operation of the device.

Предложенные решения в настоящее время находятся на этапе выпуска конструкторской документации для серийного производства с последующим применением на космических аппаратах.The proposed solutions are currently at the stage of issuing design documentation for mass production with subsequent use on spacecraft.

Claims

1. An electric drive with a three-stage planetary gearbox, comprising an electric motor, a gearbox including a housing with a circuit board, a high-speed shaft connected to the electric motor by means of a crime, high-speed, intermediate and low-speed planetary gears, each of which includes a corresponding sun gear, satellites, carrier and crown, moreover high-speed carrier is made as a unit with an intermediate sun gear, low-speed (output) shaft, made as a unit with a low-speed carrier and installed with supports oh on two deep groove ball bearings; high-speed carrier made with support from the motor side, characterized in that the intermediate carrier is made from the low-speed shaft side as a unit with a newly introduced axis, the end of which is mounted on a block bearing made of an internal radial ball bearing, in the inner ring of which the end is rigidly fixed the specified axis using the retaining rings on both sides of the inner ring, the outer ring of the deep groove ball bearing is rigidly fixed by means of the retaining ring in the inner ring An end of a spherical plain bearing, the outer ring of which is separable and rigidly fixed by means of a spacer, trapezoidal, retaining ring on the inner side of the cylinder, made with a bottom on the side of the low-speed shaft and installed in the body of the low-speed carrier by means of a thread made on the outer surface of the cylinder and with the possibility movement along the thread along the longitudinal axis of the gearbox; the cylinder is made with a lock nut with a thread for interacting with the same thread of a low-speed carrier with which the cylinder interacts, and with a clamping surface to the bottom of the cylinder from the outside, in the central part of which there is a groove for a screwdriver for which a central hole is made in the lock nut made with turnkey external head.

2. The device according to claim 1, characterized in that the intermediate carrier is made with an internal gear rim, forming an engagement with the teeth of the low-speed sun gear with radial and lateral clearances, the value of not less than the product of the engagement module (m) by 0.4.