Пневматический шаговый двигатель Советский патент 1988 года по МПК F15B11/12 F15B15/06 

1

: Изобретение относится к машине |строению, в частности к пневматичес КИМ исполнительным механизмам с преобразованием возвратно-поступательно-ч го движения поршня в дискретное вра- |щательное движение выходного вала, |И может быть использовано в качестве |привода в роботах, манипуляторах, I загрузочно-транспортных устройствах станков и автоматических линий.

Целью изобретения является уменьшение габаритов и повышение нагрузоч ной способности двигателя.

На фиг. 1 изображен двигатель в сечении по оси поршня с ползуном, выполненным в виде единого элемента конструкции; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - сечение Г-Г на фиг. 1; на фиг. 6 - узел зацепления между муфтой и гайками с зубцами прямоугольной формы; на фиг. 7 - узел зацепления с зубцами трапецеидальной формы; на фиг. 8 - двигатель в сечении по оси поршня с ползуном, выполненным в виде двух элементов конструкции; на фиг. 9 - сечение Д-Д на фиг. 8; на фиг. 10 - сечение Е-Е на фиг. 8; на фиг.11- сечение Ж-Ж на фиг. 9 (элементы ползуна в сдвинутом положении); на фиг. 12 - то же но элементы ползуна в раздвинутом положении; на фиг. 13 - сечение И-И на фиг. 8; на фиг. 14 - положение гаек при раздвинутых элементах ползуна; на фиг. 15 - сечение К-К на фиг. 14;-на фиг. 16 - положение элементов ползуна при сдвинутом положении; -на фиг. 17 - положение элементов ползуна при раздвинутом положении .

Пневматический шаговьм двигатель (фиг. 1 - 7) содержит корпус 1, во втулке 2 которого выполнен продоль- ньш сквозной паз 3, выходной вал 4 с винтовыми пересекающимися канавками 5, угол подъема винтовой линии которых относительно оси вала 4. выбран меньше угла самоторможения. В корпус 1 установлен с образованием рабочих полостей 6 и 7 поршень 8, которьй кинематически связан с вьжодным ва1

лом 4 посредством механизма преобра-gg Выходной конец вала 42 снабжен головзования движения, вкпючакщего двекой 43 квадратного сечения. Гайки 9

гайки 9 и 10 с торцовыми зубьями Пи 10 путем ограниченного относительи 12, связанные между собой ползуномного перемещения элементов 39 и 40 .13, размещенным в паау 14 корпуса 1,могут устанавливаться в два рабочих

, е

10

15

20

3685082

муфту 15 с торцовыми зубьями 16 и 17. Зубья 11, 12,16 и 17 могут быть вы- полнень. прямоугольной (фиг. 6) либо трапецеидальной (фиг. 7) формы., Поршень 8 взаимодействует с муфтой 15 посредством тяги 18, проходящей через паз 3. На внутренних поверхностях гаек 9 и 10 выполнены винтовые гребни 19 (фиг. 3) правого и левого направления, входящие в винтовые канавки 5. На крышке 20 корпуса 1 закреплена муфта 21 свободного хода (фиг. 5), обеспечивающая валу 4 одностороннее вращение относительно корпуса I, Вдоль паза 3 на втулке 2 выполнена плоская площадка 22 (фиг. 3) и закреплены с определенным шагом постоянные магниты 23, наружные цоверхности которых расположены в одной плоскости с площадкой . . 22. Вдоль паза 3 также установлена гибкая уплотняющая лента 24, выполненная из ферромагнитного материала. 25 Концы ленты 24 закреплены в корпусе

1 с помощью хомута 25 и вкладьшха 26, а лента пропущена через отклоняющее отверстие 27 в поршне 8. Втулка 2 выполнена из ферромагнитного

30 материала. В корпусе 1 установлено опорное кольцо 28, а подшип}1иковые узлы (не показаны) закрыты крышками 29 и 30,

Пневматический шаговый двигатель

3g (фиг. 8 - 17) содержит аналогичные элементы конструкции, такие как корпус 1, выходной вал 4 с винтовыми канавками 5, гайки 9 и 10 и муфту 15 с соответствующими зубьями 11, 12 и 16, 17, паз 14, тягу 18, гребни 19; крышку 20, гибкую уплотняющую ленту 24, вкладьшш 26, отклоняющие отверстия 27 и крьшжи 29. и 30.

Однако втулка 2 с продольным пазом 3 и поршень 8 вьтолнены из двух частей соответственно 31, 32 и 33,- 34, а последние образуют с корпусом 1 рабочие полости 35 - 38. Ползун 13 также выполнен в виде двух эле50 ментов 39 и 40, соединенных винтовой втулкой 41, которые смонтированы с возможностью взаимного перемещения. Вдоль паза 14 расположен шлицевой вал 42, проходящий внутри втулки 41.

40

45

положения с возмоясностью поперемен- ,ного взаимодействия с муфтой 15,

Пневматический шаговый двигатель работает следующим образом.

Вначале рассмотрим работу двигателя на примере конструктивного его выполнения по варианту, представленному на фиг. 1-7. При подаче рабочей среды в полость 6 поршень 8 перемещается вправо по чертежу и через тягу 18 и муфту 15 перемещает гайку 10, которая зафиксирована от поворота относительно муфты 15 торцовыми зубьями 12 и 17. Гайка 10, взаимодействуя винтовыми гребнями 19 с винтовыми канавками 5 вала 4, поворачивает последний вокруг его оси. Зубцы 11 гайки 9 расцеплены с зубцами 16 муфты 15 и гайка 9 перемещается вдоль вала 4 с помощью ползуна 13, которьш соединяет гайки 9 и 10. В момент прихода поршня 8 в крайнее положение и установки его на жесткий упор в кольцо 28 гайка 9 останавливается в угловом положении, допускаю щим ввод в зацепление торцовых зубьев 11 и 16. Подачей рабочей среды в полость 7 достигается перемещение поршня 8 в противоположном направлении, при этом полость 6 соединяется с атмосферой. На начальном участке перемещения поршня 8 торцовые зубья 12 гайки 10 расцепляются с торцовыми зубьями 17 муфты 15, а торцовые зубья 11 гайки 9 одновременно входят в зацепление с торцовыми зубьями 16 муфты 15. Вследствие того, что муфта 21 свободного хода допускает только одностороннее вращение выходного вала 4, исключается обратньй поворот последнего. В момент установки поршня 8 на жесткий упор гайка 10 оста- .навливается в угловом положении, допускающим ввод в зацепление торцовых зубьев 12 и 17. Тяга 18, проходящая через паз 3, препятствует повороту поршня 8, следовательно, и муфты 15. При набегании поршня 8 на ленту 24 она отклоняется в отверстии 27, а после прохода поршня 8 прижимается к площадке 22 втулки 2 вдоль паза 3 и удерживается магнитами 23. Кроме того, лента 24 прижима-

10

20

в момент переключения зацеплен однако при этом требуется точн ловое положение гаек 9 и 10 по шешж) к муфте 15. При выполнени цовых зубьев 11, 12, 16 и 17 т идальной формы допускается нек угловое смещение гаек 9 и 10 о тельно муфты 15 в момент начал да зубьев 11, 16 и 12, 17 в их ление.

При конструктивном выполнен гателя, представленном на фиг.

15 17 он работает следующим обра Рабочая среда одновременно пода например, в полости 37 и 38, а сти 35 и 36 сообщаются с атмосф Части 33 и 34 перемещаются совм с тягой 18 и муфтой 15. Элемент и 40 находятся в сдвинутом поло (фиг. 11). Муфта 15 находится в цеплении внутренними (фиг. 14) ми 1 6 с гайкой 9, которая затор

25 на от вращения и через винтовые ни 19 сообщает вращение валу 4. подходе в крайнее положение и о новке частей 33 и 34 на упоре в вкладьш1И 26 зубья 12 гайки 10 у

30 навливаются в положение ввода в пление с внутренними зубьями 17 ты 15. Подачей рабочей среды в сти 35 и 36 достигается перемещ частей 33 и 34 в противоположно правлении, при этом полости 35 сообщаются с атмосферой. Зубья муфты 15 выходят из зацепления кой 9, и муфта 15 теперь взаимо ствует с гайкой 10, которая нах сн в заторможенном положении и винтовые гребни 19 сообщает вра выходному валу 4. При перемещен частей 33 и 34 в обе сторои : ва вращается в одном направлении, чем за каждый ход частей 33 и 3 4 поворачивается на одинаковый Для изменения направления враще выходного вала 4 элементы 39 и устанавливаются в раздвинутое п ние (фиг. 12). Взаимное перемещ элементов 39 и 40 осуществляетс вращением втулки 41 через пшице вал 42. В раздвинутом положении ментов 39 и 40 зубья 11 и 12 га

35

4С

45

50

ется к площадке 22 давлением рабочей gg и 10 взаимодействуют с внешними

среды в полостях 6 и 7.

.-Торцовые зубья П, 12, Г6 и 17, выполненные прямоугольной формы (фиг. 6), исключают поворот вала 4

(фиг. 14) зубьями 16 и 17 муфты В процессе перемещения частей 33 34 гайка 9 или 10, выведенная из цепления с муфтой 15, удерживает

0

0

в момент переключения зацепления, однако при этом требуется точное угловое положение гаек 9 и 10 по отно- шешж) к муфте 15. При выполнении торцовых зубьев 11, 12, 16 и 17 трапецеидальной формы допускается некоторое угловое смещение гаек 9 и 10 относительно муфты 15 в момент начала ввода зубьев 11, 16 и 12, 17 в их зацепление.

При конструктивном выполнении двигателя, представленном на фиг. 8 -

5 17 он работает следующим образом. Рабочая среда одновременно подается, например, в полости 37 и 38, а полости 35 и 36 сообщаются с атмосферой. Части 33 и 34 перемещаются совместно с тягой 18 и муфтой 15. Элементы 39 и 40 находятся в сдвинутом положении (фиг. 11). Муфта 15 находится в зацеплении внутренними (фиг. 14) зубьями 1 6 с гайкой 9, которая заторможе-

5 на от вращения и через винтовые гребни 19 сообщает вращение валу 4. При подходе в крайнее положение и оста- новке частей 33 и 34 на упоре во вкладьш1И 26 зубья 12 гайки 10 уста-

0 навливаются в положение ввода в зацепление с внутренними зубьями 17 муфты 15. Подачей рабочей среды в поло - сти 35 и 36 достигается перемещение частей 33 и 34 в противоположном направлении, при этом полости 35 и 36 сообщаются с атмосферой. Зубья 16 муфты 15 выходят из зацепления с.гайкой 9, и муфта 15 теперь взаимодействует с гайкой 10, которая находит- сн в заторможенном положении и через винтовые гребни 19 сообщает вращение выходному валу 4. При перемещении частей 33 и 34 в обе сторои : вал 4 вращается в одном направлении, причем за каждый ход частей 33 и 34 вал 4 поворачивается на одинаковый угол. Для изменения направления вращения выходного вала 4 элементы 39 и 40 устанавливаются в раздвинутое положение (фиг. 12). Взаимное перемещение элементов 39 и 40 осуществляется „ вращением втулки 41 через пшицевой вал 42. В раздвинутом положении элементов 39 и 40 зубья 11 и 12 гаек 9

5

С

5

0

и 10 взаимодействуют с внешними

(фиг. 14) зубьями 16 и 17 муфты 15. В процессе перемещения частей 33 и 34 гайка 9 или 10, выведенная из зацепления с муфтой 15, удерживается

IB среднем положении и враи;ается под Действием винтового зацепления с алом 4.

Технико-экономическая эффектив- ноцть от использования предложенного цвигателя заключается в расширении области его п1 именения.

|Ф

ормула изобретения

1. Пневматический шаговый двигатель, содержащий корпус и установленный в корпусе с образованием рабочих полостей поршень, выходной вал с винтовыми канавками левого и правого направлений, кинематически связанный с поршнем посредством механиз ма преобразования движения, включающего две гайки с торцовыми зубьями, связанные между собой ползуном, раз- мещенным в пазу корпуса, и муфту с

/I-/I 1

27

/J

торцовыми зубьями, при этом муфта установлена с возможностью поочередного взаимодействия ее торцовых зубьев

с торцовыми зубьями гаек, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов и повьшения нагрузочной способности, механизм преобразования движения установлен концентрично поршню, винтовые канавки вьшолнены пересекающимися, при этом гайки установлены с возможностью взаимодействия с винтовыми канавками. 2. Двигатель по п. 1, отли-

чающий ся тем, что ползун вьг- полнен в виде двух элементов, установленных с возможностью ограниченного относительного перемещения и соединенных дополнительно установленной винтовой втулкой с проходящим внутри ее шлицевым валом, расположенным в пазу корпуса.

гг

гз

Изобретение м.б. использовано в пневматических исполнительных механизмах с преобразованием возвратно-поступательного движения поршня в дискретное вращательное движение выходного вала в качестве привода в роботах, манипуляторах, загрузочно- транспортных устройствах станков и автоматических линий. Цель изобретения - уменьшение габаритов и повышение нагрузочной способности двигателя. Для этого механизм преобразования движения расположен концентрично поршшо 8, установленному в корпусе двигателя. Винтовые канавки 5 выходного вала 4 выполнены пересекающимися, при этом гайки 9 и 10 механизма преобразования установлены с возможностью взаимодействия с винто- вьми канавками 5. При подаче рабочей среды в рабочую полость 6.поршня 8 гайки 10, взаимодействуя винтовыми гребнями с винтовыми канавками 5 вала 4, поворачивают вал 4 вокруг его оси. При этом гайка 9 перемещается вдоль вала 4 с помощью ползуна 13, которьш соединяет гайки 9 и 10. В момент прихода поршня 8 в крайнее положение и установки его на жесткий упор, гайка 9 останавливается в угловом положении. Затем рабочая среда подается в рабочую полость 7 поршня 8, перемещая erf в противоположное с (О (Л направление. 1 7 з.п, ф-лы, 17 ил. ,28 25 00 00 СП 00

фигЗ

26 В- 8

/J

//

фиг. 5

12 10

фие.7

31 -35 гч IS 33 9 Д. 15 Ю 57

29,

26

VJ6 18 275 В 20 .8

/// 4-f 55- фи.Э

гв

30

4 -/ W

ifl W {риг.Ю

ж

4/ J 0

сригЛ

фuг:fЭ ;

ж

у///////////////

- // 77 Г5 П 12

39 J6 О /7 2 фиг./и

л-л

4/

/. Г5

у

39

ца

у

/

33

40

Е

rLJ . ., - / 7/. // / / /// // ////////////,

w

Фиг.17

Фиг.16

40

42