RU2631734C2

RU2631734C2 - Электромеханический поворотный привод и способ изготовления такого привода

Info

Publication number: RU2631734C2
Application number: RU2013123897A
Authority: RU
Inventors: Клод Г. МАТАЛАНИС; Анджей Эрнест КУЧЕК; Ульф Й. ЙОНССОН; Брайан Е. ВЕЙК; Заффир А. ЧОДХРИ; Пол БРЮЭР
Original assignee: Хамильтон Сандстранд Корпорейшн; Клейверхэм Лимитед
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2013-05-27
Publication date: 2017-09-26
Also published as: US9407121B2; RU2013123897A; EP2670029A3; US20130320782A1; EP2670029A2; EP2670029B1

Abstract

Изобретение относится к конструкциям поворотных приводов. Электромеханический поворотный привод содержит корпус, имеющий первый конец, проходящий до второго конца через промежуточный участок, задающий продольную ось, и внутреннюю полость. Во внутренней полости установлен электродвигатель. Электродвигатель содержит вал, имеющий первый конец вала и второй конец вала. Внутри корпуса вдоль продольной оси расположен элемент привода. Элемент привода содержит входной вал, функционально связанный с первым концом вала, и выходной вал. Выходной вал элемента привода соединен с элементом выходного вала. Подшипниковый узел служит опорой либо для элемента выходного вала, либо для первого конца вала. Внутри корпуса установлен элемент предварительной нагрузки, предназначенный для приложения сжимающего осевого усилия к упомянутому по меньшей мере одному подшипнику, элементу привода и электродвигателю. Достигается возможность регулировать шаг лопасти винтокрылого летательного аппарата на всех режимах работы. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к приводам, более конкретно к электромеханическому поворотному приводу и способу изготовления электромеханического поворотного привода.

Уровень техники

Во многих системах для управления компонентами требуются приводы. Приводы могут быть линейными и поворотными. Линейные приводы перемещают элемент вдоль определенной оси. В отличие от них, поворотные приводы вращают элемент вокруг оси.

Раскрытие изобретения

Раскрывается электромеханический поворотный привод, содержащий корпус, имеющий первый конец, проходящий до второго конца через промежуточный участок, задающий продольную ось, и внутреннюю полость. Во внутренней полости установлен электродвигатель. Электродвигатель содержит статор и ротор, окружающий вал, имеющий первый конец вала и второй конец вала. Вдоль продольной оси в корпусе установлен элемент привода. Элемент привода содержит входной вал, функционально связанный с первым концом вала, и выходной вал. Выходной вал элемента привода соединен с элементом выходного вала. Элемент выходного вала выходит из первого конца корпуса и выполнен и установлен с возможностью вращения вокруг продольной оси. Либо элемент выходного вала, либо первый конец вала опирается на по меньшей мере один подшипниковый узел, а внутри корпуса установлен элемент предварительной нагрузки, выполненный с возможностью приложения сжимающего осевого усилия к упомянутому по меньшей мере одному подшипнику, элементу привода и электродвигателю. Элемент предварительной нагрузки компенсирует тепловое расширение электромеханического поворотного привода вдоль продольной оси.

Также раскрывается способ изготовления электромеханического поворотного привода. Способ включает в себя установку электродвигателя, содержащего вал, имеющий первый конец вала и второй конец вала, в корпус, задающий продольную ось, установку элемента привода, имеющего входной вал и выходной вал, в корпусе, соединение входного вала с первым концом вала, соединение элемента выходного вала с выходным валом так, чтобы участок элемента выходного вала выступал из корпуса, установку элемента выходного вала с опорой на первый подшипниковый узел и установку первого конца вала с опорой на второй подшипниковый узел и приложение с помощью элемента предварительной нагрузки к элементу выходного вала, элементу привода, электродвигателю, первому и второму подшипниковому узлу сжимающего осевого усилия, компенсирующего тепловое расширение электромеханического поворотного привода вдоль продольной оси.

Краткое описание графических материалов

Приведенное ниже описание не должно рассматриваться как ограничение настоящего изобретения. На прилагаемых чертежах схожие элементы обозначены одинаково.

ФИГ.1 - частичный вид в перспективе вертолета, содержащего лопасть несущего винта, оснащенную электромеханическим поворотным приводом, выполненным в соответствии с одним из примеров реализации изобретения;

ФИГ.2 - вид в плане лопасти несущего винта ФИГ.1, на котором показан электромеханический поворотный привод, выполненный в соответствии с одним из примеров реализации изобретения;

ФИГ.3 - вид с торца лопасти несущего винта ФИГ.2;

ФИГ.4 - вид в плане электромеханического поворотного привода, выполненного в соответствии с примером реализации изобретения;

ФИГ.5 - подробный вид участка электромеханического поворотного привода, выполненного в соответствии с примером реализации изобретения;

ФИГ.6 - подробный вид другого участка электромеханического поворотного привода, выполненного в соответствии с примером реализации изобретения.

Осуществление изобретения

В этом документе подробное описание изобретения осуществляется со ссылкой на чертежи на примере одного или более вариантов изобретения, не носящих ограничительного характера.

На ФИГ.1 показан винтокрылый летательный аппарат, выполненный в соответствии с одним из примеров реализации настоящего изобретения, в целом обозначен номером позиции 2. Винтокрылый летательный аппарат 2 включает в себя корпус 4 и несущий винт 8, содержащий ряд лопастей 10-13 несущего винта. Поскольку все лопасти 10-13 несущего винта, по существу, одинаковы, подробное описание дано на примере лопасти 10 несущего винта, имея в виду, что другие лопасти 11-13 несущего винта имеют аналогичное строение. Лопасть 10 несущего винта содержит корневой участок 22, проходящий до второго, или верхнего, участка 23 через участок 24 аэродинамической поверхности, имеющий первую 27 и вторую 28 противоположные поверхности (ФИГ.3). Далее показано, что лопасть 10 несущего винта содержит, кроме этого, заднюю кромку 30 и противоположную переднюю кромку 31. Как описано более подробно ниже, лопасть 10 несущего винта содержит систему 40 управления лопастями несущего винта, включающую в себя электромеханический поворотный привод 47, установленный внутри участка 24 аэродинамической поверхности.

Как наиболее наглядно показано на ФИГ.2, система 40 управления лопастями несущего винта содержит блок 50 управления, установленный внутри участка 24 аэродинамической поверхности. Блок 50 управления с помощью кабельной системы 55 соединен функционально с системой управления (не показана), установленной внутри корпуса 4. Блок 50 управления с помощью кабельной системы 59 также соединен функционально с электромеханическим поворотным приводом 47. Электромеханический поворотный привод 47 соединен с осью 63. Ось 63 имеет первый конец 65, проходящий через промежуточный участок 67 до второго конца 66. Первый конец 65 функционально связан с электромеханическим поворотным приводом 47, а второй конец 66 опирается на подшипник 68.

В соответствии с показанным примером реализации настоящего изобретения система 40 управления лопастями несущего винта включает в себя ряд исполнительных устройств 70-72, установленных внутри участка 24 аэродинамической поверхности. Как описано более подробно ниже, для воздействия на динамику полета лопасти 10 несущего винта исполнительные устройства 70-72 выборочно размещены между первой поверхностью 27 и второй поверхностью 28 (ФИГ.1). Здесь необходимо понимать, что все исполнительные устройства 70-72, по существу, одинаковы, и поэтому они описываются на примере исполнительного устройства 70 на ФИГ.3, имея в виду, что исполнительные устройства 71 и 72 имеют то же самое или аналогичное строение. В соответствии с показанным исполнительное устройство 70 включает в себя первый конечный участок 80, проходящий через промежуточный участок 83 до второго конечного участка 82. Первый конечный участок 80 соединен с осью 63, а второй конечный участок 82 включает в себя закрылок 86. Закрылок 86 включает в себя первый участок 88 закрылка и второй участок 89 закрылка. Электромеханический поворотный привод 47 вращает исполнительное устройство 70 из первого, или убранного, положения таким образом, что закрылок 86 внутри лопасти 10 несущего винта смещается во второе, выпущенное положение таким образом, что закрылок 86 выдвигается из внешней периферии лопасти 10 несущего винта. Здесь необходимо понимать, что приведенное выше описание дается в целях обеспечения полноты информации и лучшего понимания одного из примеров применения электромеханического поворотного привода 47.

Как наиболее наглядно показано на ФИГ.4, электромеханический поворотный привод 47 включает в себя корпус 100, имеющий первый конец 104, проходящий до второго конца 105 через промежуточный участок 106, задающий продольную ось электромеханического поворотного привода 47. Корпус 100 также содержит внутреннюю полость 108, вмещающую различные компоненты электромеханического поворотного привода 47. Первый конец 104 содержит первую торцевую крышку 110, а второй конец 105 содержит вторую торцевую крышку 111. Первая торцевая крышка 110 имеет отверстие 112, а вторая торцевая крышка 111 содержит заглушку 113. Во внутренней полости 108 установлен электродвигатель 114. Электродвигатель 114 выполнен в виде бесщеточного электродвигателя, имеющего статор 116 и ротор 117. Ротор 117 служит опорой для вала 120, имеющего первый конец 122 вала и противоположный второй конец 123 вала. Вал 120 задает центральную ось (не имеет отдельного обозначения) электромеханического поворотного привода 47.

К первому концу 122 вала присоединена муфта 129. Муфта 129 имеет первый конец 130 муфты и второй конец 131 муфты, наружную поверхность 132 и внутреннее отверстие 133, расположенное между первым концом 130 муфты и вторым концом 131 муфты. Вокруг наружной поверхности 132 проходит кольцо 134. Первый конец 122 вала проходит вовнутрь внутреннего отверстия 133 на первом конце 130 муфты. Первый конец 122 вала опирается с возможностью вращения на первый подшипниковый узел 138. Подшипниковый узел 138 содержит наружное кольцо 139, внутреннее кольцо 140 и ряд опорных элементов 141. Первый конец 130 муфты проходит вовнутрь подшипникового узла 138, причем кольцо 134 прилегает к внутреннему кольцу 140. Вокруг первого подшипникового узла 138 расположен первый корпус 144 подшипника. Первый корпус 144 подшипника имеет выступ 145, примыкающий к наружному кольцу 139 и статору 114.

Электромеханический поворотный привод 47 также содержит элемент 154 привода, установленный во внутренней полости 108. Элемент 154 привода выполнен в виде волновой зубчатой передачи, имеющей зубчатый входной вал 152 и выходной вал 155. Элемент 154 привода выполнен с обеспечением, по существу, почти нулевого обратного люфта между зубчатым входным валом 152 и выходным валом 155. Между элементом 154 привода и первым подшипниковым узлом 138 установлена первая прокладка 160. Первая прокладка 160 примыкает к элементу 154 привода и наружному кольцу 139. К выходному валу 155 элемента 154 привода присоединен элемент 170 выходного вала. Элемент 170 выходного вала имеет первый конечный участок 172, проходящий через промежуточный участок 177 до второго конечного участка 176. Первый конечный участок 172 включает в себя фланец 179 и полость 181, принимающую зубчатый выходной вал 155.

Для упора элемента 170 выходного вала установлен второй подшипниковый узел 184. Второй подшипниковый узел 184 включает в себя наружное кольцо 186, внутреннее кольцо 187, служащие опорой для ряда элементов 188 подшипника. Внутреннее кольцо 187 прикреплено к промежуточному участку 177 элемента 170 выходного вала. Второй подшипниковый узел 184 обхватывается вторым корпусом 191 подшипника. Второй корпус 191 подшипника включает в себя выступ 192, примыкающий к наружному кольцу 186 второго подшипникового узла 184. Второй корпус 191 подшипника также примыкает к элементу 154 привода. Положение и взаимодействие элемента 170 выходного вала, первого корпуса 144 подшипника и второго корпуса 191 подшипника создают траекторию действия нагрузок, направленную радиально наружу от центральной оси электромеханического поворотного привода 47. То есть вместо прохождения внешних нагрузок напрямую вдоль центральной оси, благодаря расположению элемента 170 выходного вала, первого корпуса 144 подшипника, второго корпуса 191 подшипника и первой прокладки 160 внешние силы направляются по траектории действия нагрузок, направленной радиально наружу от центральной оси электромеханического поворотного привода 47, и уменьшаются силы, действующие, например, на электродвигатель 114 и элемент 154 привода.

В соответствии с одним примером реализации настоящего изобретения электромеханический поворотный привод 47 содержит элемент 196 предварительной нагрузки, установленный рядом со вторым корпусом 191 подшипника. Элемент 196 предварительной нагрузки содержит пружину 198, установленную в корпусе 204 пружины. Пружина 198 взаимодействует с выступом 205, предусмотренным на корпусе 204 пружины. Между первой торцевой крышкой 110 и пружиной 198 установлено уплотнительное кольцо 209. Пружина 198 сжата между уплотнительным кольцом 209 и корпусом 204 пружины, создавая усилие предварительной нагрузки на элемент 170 выходного вала, элемент 154 привода и электродвигатель 114, а также на дополнительные компоненты электромеханического поворотного привода 47. Усилие предварительной нагрузки или сжимающее осевое усилие приложено вдоль продольной оси электромеханического поворотного привода 47. Создание сжимающего осевого усилия компенсирует тепловое расширение электромеханического поворотного привода 47 вдоль продольной оси. Таким образом, можно создать электромеханический поворотный привод 47, имеющий компактную форму, с тем, чтобы его можно было устанавливать в конструкции с ограниченным внутренним пространством, и который, кроме того, способен выдерживать воздействие изменений условий окружающей среды, включая изменения температуры и ускорения. Компенсация теплового расширения позволяет изготавливать привод 47 из разнообразных материалов, имеющих разный коэффициент теплового расширения, а также эксплуатировать привод 47 в жестких температурных условиях. Соответственно, изменение коэффициента теплового расширения разнообразных материалов внутренних компонентов привода 47 компенсируется предварительной нагрузкой. Таким образом, обеспечивается постоянное размещение внутренних компонентов в пределах габаритов привода.

Электромеханический поворотный привод 47 также содержит резольвер 220, функционально связанный со вторым концом 123 вала. Резольвер 220 предназначен для измерения углового положения элемента 170 выходного вала и создания обратной связи с блоком управления (не показан). Резольвер 220 имеет внутренний участок 221 резольвера, соединенный со вторым концом 123 вала, и внешний участок 222 резольвера. Ко второму концу 123 вала также присоединен концевой подшипниковый узел 225. Концевой подшипниковый узел 225 включает в себя наружное кольцо 227 и внутреннее кольцо 228, удерживающие ряд несущих элементов 229 подшипника. Внутреннее кольцо 228 присоединено ко второму концу 123 вала, а наружное кольцо 227 установлено внутри корпуса 232 концевого подшипника, расположенного между электродвигателем 114 и резольвером 220. Корпус 232 концевого подшипника передает внешние нагрузки от электродвигателя на внешний участок 222 резольвера вдоль оси вала 120. Также необходимо понимать, что концевой подшипниковый узел 225 не подвергается действию сжимающего осевого усилия, создаваемого элементом 196 предварительной нагрузки. Кроме того, на втором конце 123 вала рядом со второй торцевой крышкой 111 предусмотрена натяжная гайка 235. Натяжная гайка 235 установлена соосно с заглушкой 113. Таким образом, доступ к натяжной гайке может обеспечиваться снятием заглушки 113. Таким образом, регулировка сжимающего осевого усилия, приложенного элементом 196 предварительной нагрузки, осуществляется изменением положения первой торцевой крышки 110 и второй торцевой крышки 111. В этой связи компенсацию разных коэффициентов теплового расширения разнообразных материалов внутренних компонентов привода 47 можно осуществлять регулировкой элемента 196 предварительной нагрузки.

Здесь необходимо понимать, что определенное расположение компонентов электромеханического поворотного привода создает несколько траекторий действия нагрузок; первая траектория действия нагрузок направлена вдоль центральной оси и поглощает нагрузки, возникающие вследствие больших ускорений, которым подвергаются вращающиеся компоненты, и вторая траектория действия нагрузок, поглощающая внешние нагрузки, радиально смещена от центральной оси. Регулировкой натяжной гайки 235 создается предварительная нагрузка в первой траектории действия нагрузок. Предварительная нагрузка позволяет в приводе 47 компенсировать разнообразные коэффициенты теплового расширения внутренних компонентов. Таким образом, обеспечивается стабильное размещение внутренних компонентов в пределах габаритов привода 47 независимо от условий эксплуатации/внешней среды. Также необходимо понимать, что, несмотря на то что описано использование данного электромеханического поворотного привода в системе управления лопастями несущего винта, он может применяться для понижения или повышения передачи в любом количестве систем, где необходимо обеспечить компактность и способность работать в разнообразных окружающих условиях, и что применение данного электромеханического поворотного привода не ограничивается винтокрылыми летательными аппаратами или летательными аппаратами любого другого вида.

Хотя изобретение описано на примере одной или нескольких его реализаций, специалисты в данной области понимают, что в элементы изобретения можно внести разнообразные изменения или их заменить равноценными элементами без отклонения от объема изобретения. Кроме того, можно также адаптировать конкретную ситуацию или конкретный материал под идею настоящего изобретения без отклонения от его объема. Поэтому предполагается, что настоящее изобретение не ограничивается описанными выше конкретными вариантами, считающимися наилучшими способами его реализации, оно также включает все реализации, подпадающие под объем притязаний формулы изобретения.

Claims

1. Электромеханический поворотный привод, содержащий:

корпус, имеющий первый конец, проходящий до второго конца через промежуточный участок, задающий продольную ось, причем корпус ограничивает внутреннюю полость;

электродвигатель, установленный во внутренней полости, причем электродвигатель содержит статор и ротор, окружающий вал, имеющий первый конец вала и второй конец вала;

элемент привода, установленный в корпусе вдоль продольной оси, причем элемент привода включает в себя входной вал, функционально связанный с первым концом вала, и выходной вал;

элемент выходного вала соединен с зубчатым выходным валом элемента привода, причем элемент выходного вала выходит из первого конца корпуса и выполнен и установлен с возможностью вращения вокруг продольной оси;

по меньшей мере один подшипниковый узел, служащий опорой либо для выходного вала, либо для первого конца вала; и

элемент предварительной нагрузки, установленный внутри корпуса и выполненный с возможностью приложения сжимающего осевого усилия к упомянутому по меньшей мере одному подшипнику, элементу привода и электродвигателю, причем элемент предварительной нагрузки компенсирует тепловое расширение электромеханического поворотного привода вдоль продольной оси.

2. Электромеханический поворотный привод по п.1, дополнительно содержащий: резольвер, функционально связанный либо с входным валом, либо с выходным валом элемента привода.

3. Электромеханический поворотный привод по п.2, в котором упомянутый по меньшей мере один подшипниковый узел содержит первый подшипниковый узел, служащий опорой для первого конца вала, и второй подшипниковый узел, служащий опорой для элемента выходного вала, и концевой подшипниковый узел, предназначенный для поддержки второго конца вала, причем первый и второй подшипниковый узел подвергаются воздействию сжимающего осевого усилия.

4. Электромеханический поворотный привод по п.3, в котором элемент предварительной нагрузки содержит пружину, установленную рядом со вторым подшипниковым узлом.

5. Электромеханический поворотный привод по п.4, дополнительно содержащий: корпус пружины, расположенный вокруг пружины и прилегающий к наружному кольцу второго подшипникового узла, причем корпус пружины подвергается воздействию сжимающего осевого усилия.

6. Электромеханический поворотный привод по п.5, дополнительно содержащий: первую торцевую крышку, предусмотренную на первом конце корпуса, причем первая торцевая крышка имеет отверстие, принимающее элемент выходного вала.

7. Электромеханический поворотный привод по п.6, дополнительно содержащий: уплотнительное кольцо, установленное между торцевой крышкой и пружиной, причем уплотнительное кольцо подвергается воздействию сжимающего осевого усилия.

8. Электромеханический поворотный привод по п.3, дополнительно содержащий: первый корпус подшипника, расположенный вокруг первого подшипникового узла и примыкающий к статору электродвигателя, причем первый корпус подшипника подвергается воздействию сжимающего осевого усилия.

9. Электромеханический поворотный привод по п.3, дополнительно содержащий: прокладку, установленную между первым подшипниковым узлом и элементом привода, причем прокладка подвергается воздействию сжимающего осевого усилия.

10. Электромеханический поворотный привод по п.3, дополнительно содержащий: второй корпус подшипника, расположенный вокруг второго подшипникового узла и примыкающий к элементу привода, причем второй корпус подшипника подвергается действию сжимающего осевого усилия.

11. Электромеханический поворотный привод по п.3, дополнительно содержащий: концевой корпус подшипника, расположенный вокруг концевого подшипникового узла и примыкающий к резольверу, причем корпус концевого подшипника подвергается воздействию сжимающего осевого усилия.

12. Электромеханический поворотный привод по п.1, в котором элемент привода содержит волновую зубчатую передачу.

13. Электромеханический поворотный привод по п.1, в котором электродвигатель содержит бесщеточный электродвигатель.

14. Электромеханический поворотный привод по п.1, в котором корпус расположен внутри лопасти несущего винта винтокрылого летательного аппарата, а выходной вал соединен с исполнительным устройством задней кромки.

15. Способ изготовления электромеханического поворотного привода, содержащий:

установку электродвигателя, содержащего статор, ротор и вал, имеющий первый конец вала и второй конец вала, в корпус, задающий продольную ось;

установку элемента привода, имеющего входной вал и выходной вал, в корпусе;

соединение входного вала с первым концом вала;

соединение элемента выходного вала с выходным валом так, чтобы участок элемента выходного вала выступал из корпуса;

установку первого конца вала с опорой на первый подшипниковый узел и установку элемента выходного вала с опорой на второй подшипниковый узел; и

приложение с помощью элемента предварительной нагрузки к элементу выходного вала, элементу привода, электродвигателю, первому и второму подшипниковому узлу сжимающего осевого усилия, компенсирующего тепловое расширение электромеханического поворотного привода вдоль продольной оси.

16. Способ по п.15, дополнительно содержащий: создание траектории действия нагрузок, направляющей внешние нагрузки, приложенные к элементу выходного вала, радиально в направлении наружу от элемента привода, и направляющей вращательные нагрузки первого конца вала через элемент привода и элемент выходного вала.

17. Способ по п.16, в котором создание траектории действия нагрузок включает в себя формирование траектории действия нагрузок, имеющей, по существу, нулевой люфт.

18. Способ по п.15, дополнительно содержащий: установку корпуса пружины между элементом предварительной нагрузки и наружным кольцом второго подшипникового узла.

19. Способ по п.18, дополнительно содержащий: установку прокладки между элементом привода и наружным кольцом первого подшипникового узла.

20. Способ по п.19, дополнительно содержащий: установку корпуса подшипника между элементом привода и вторым подшипниковым узлом.