Малогабаритный многофункциональный мотор-редуктор

Полный текст

Редукторы широко применяются в различных отраслях машиностроения. Для уменьшения габаритов и массы применяют мотор-редукторы, представляющие агрегат, в котором объединены электродвигатель и редуктор [1]. Такие мотор-редукторы выполняют только одну функцию - редуцирование, имеют значительные габариты и массу. Поэтому на рынке появляются вентильно-индукторные двигатели с редукторами [2]. Бесколлекторные двигатели могут работать в режиме генератора, имеют небольшие габариты и массу, что позволяет создать мотор-редукторы с расширенной сферой применения. Однако для развития современной авиационной и космической техники нужны многофункциональные устройства малой массы и габаритов. Проектирование электромеханических приводов для самолётов 5-го поколения потребует, прежде всего, разработки и совершенствования основных элементов, входящих в электромеханический привод -электродвигателей и редукторов с лучшими массога 137 Вестник СибГАУ. № 2(54). 2014 баритными и энергетическими характеристиками по сравнению с существующими. Установка вентильно-индукторных двигателей внутри зубчатых шестерни и колеса позволит уменьшить массу и габариты мотор-редуктора, расширить его функциональные возможности [3]. Мотор-редуктор (рис. 1) включает: корпус 1, блок управления 2, зубчатые полые шестерню 3 и колесо 4, внутри которых на полых осях 5, 6, закреплённых на корпусе 1, установлены статоры 7, 8 с обмотками 9, 10, на внутренней поверхности шестерни 3 и колеса 4 расположены постоянные магниты 11, 12, на торцах шестерни 3 и колеса 4 закреплены дисковые ступицы 13, 14, которые за счёт пар подшипников 17, 18 вращаются относительно осей 5, 6. Каждая пара ступиц имеет один полый вал 15, 16 и благодаря подшипникам 19, 20 совместно с шестерней 3 и колесом 4 вращаются относительно корпуса 1. Блок управления 2 с помощью проводов 21, 22 соединен с обмотками статора через отверстия в осях 5, 6. В зависимости от варианта включения (подачи) управляющего сигнала на обмотки статора мотор-редуктор может работать в режимах редуцирования, редуцирования с усилением крутящего момента, мультиплицирования и рекуперации при торможении. Мотор-редуктор работает в режиме редуктора при условии, что вал 15 - быстроходный, а вал 16 - тихоходный. В режиме мультиплицирования, наоборот, вал 16 - быстроходный, а вал 15 - тихоходный В режиме редуцирования мотор-редуктор работает следующим образом: при подаче напряжения от блока управления 2 на обмотку 9 статора 7 возникает электромагнитное поле, которое взаимодействует с постоянными магнитами 11 и создает вращающий электромагнитный момент, который приводит в движение шестерню 3. Под действием окружной силы происходит передача крутящего момента на колесо 4. При подаче напряжения от блока управления 2 дополнительно на обмотку 10 статора 8 возникающее электродинамическое усилие приводит к увеличению крутящего момента на валу 16. Установка мотор-генератора внутри зубчатых колеса и шестерни позволяет уменьшить габариты устройства, упростить конструкцию и расширить эксплуатационные возможности устройства, используя мотор-редуктор как редуктор, мультипликатор или генератор электрической энергии. Рис. 1. Схема мотор-редуктора Рис. 2. Схема двухпоточного мотор-редуктора 138 Технологические процессы и материалы На основе предложенной конструкции мотор-редуктора возможна разработка различных механизмов: двухпоточных редукторов (рис. 2), планетарных механизмов (рис. 3). Их достоинства в следующем: снижение габаритов, расширение кинематических возможностей (получение на одном механизме нескольких передаточных чисел с плавным регулированием скоростей вращения и моментов), возможность рекуперации механической энергии. Был спроектирован и изготовлен одноступенчатый цилиндрический мотор-редуктор с вентильно индукторным двигателем. Расчёт зубчатой передачи производился по известным методикам. Определение геометрических параметров вентильно-индукторного двигателя производилось по методике, изложенной в работе [4]. При одинаковой передаваемой мощности серийно выпускаемый мотор-редуктор с вентильноиндукторным двигателем имеет габариты в 1,5.2 раза больше изготовленного устройства. На основе двухпоточного редуктора разработан силовой электромеханический привод для рулевых поверхностей (рис. 4). На неподвижных осях 1 расположены статорные обмотки 2 вентильно-индукторного двигателя. Коаксиально осям на подшипниках качения (на рис. 4 не показаны) установлены зубчатые колёса) 3, на внутренней поверхности которых размещены сегменты 4 из магнитотвёрдых материалов. Колесо 5 с зубьями, расположенными по внутренней поверхности, жёстко соединено с рулевой поверхностью 6. При такой конструкции привода крутящий момент на зубчатом колесе 5 будет равен сумме моментов, создаваемых каждым электродвигателем при равенстве диаметров зубчатых колёс, в которых установлены электродвигатели. В заводских условиях была изготовлена партия рассмотренных выше приводов. В крыле беспилотного летательного аппарата (длина крыла 2200 мм, ширина 700 мм) было установлено 6 силовых миниприводов: 2 - в элероне и 4 - в закрылке. Мощность одного электромеханического привода равна 700 Вт, напряжение питания 24 В, число оборотов роторов регулировалось от 10 до 1000 об/мин. Габариты минипривода: диметр 30 мм, ширина 20 мм. Испытания беспилотного аппарата прошли успешно. Силовой минипривод отработал всю программу полета без замечаний. На данном этапе развития авиастроения принята концепция самолёта с повышенным уровнем электрификации, предусматривающая использование электрической энергии для широкой номенклатуры потребителей, в том числе для электромеханических приводов [5]. Представленный малогабаритный силовой электромеханический привод отвечает современной концепции развития авиастроения и позволит заменить гидропривод в системе управления самолётами, поскольку не имеет недостатков, присущих гидроприводам. Рис. 3. Схема планетарного мотор-редуктора

Об авторах

Цезари Гергиевич Надараиа

ООО «КВОНТ»

Email: svoy_2010@list.ru
кандидат технических наук, главный конструктор

Иван Яковлевич Шестаков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева

Email: shestakov@sibsau.ru
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры электронной техники и телекоммуникаций

Александр Александрович Фадеев

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева

Email: fadeev.77@mail.ru
кандидат технических наук, доцент кафедры основ конструирования машин

Список литературы

Дополнительные файлы